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[技术资料 ] 交流电缆涡流分析及应用

P: 2013-02-03 11:05:53

1

accessories - 附件,配件,零件 点赞(0) 投诉

P: 2014-01-03 22:38:15

2

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P: 2014-01-03 23:51:40

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P: 2014-01-06 14:25:41

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P: 2019-04-01 08:32:55

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交流电缆在 运行时 , 其交变 电场会产生 出交
变磁场。交变磁场作用 在金属上会产生感应 涡 流。对交流电缆来 说,这部分感应涡流主要会产 生在三芯电缆的铜屏蔽层、铠装层和单芯电缆 的
金属护套上。以下主要阐述 了产生感应涡流的原
理及分析其对交流电缆的影响。
 
1 涡流的产 生
1.1 金属 的磁 导率 对感应 磁场 的影 响
磁力线通过不同的磁介质 , 会根据不 同的介 质的相对磁导 率 而 改变磁感应强度 的大小。
 如果磁力线通过铁磁金属的话 , 磁感应强度将提
高 5000倍 。
 
1.2 交变电场中的感应涡流 交流电流穿过环状金属时 , 在环状金属 内部
产生感 应 涡流 。
 封闭单位金属环上的电流大小和距离交变电
流的距离无关 。
 整个 金属 圆柱上 的涡 流 J为 :
 
J:(0 /2n)(r 2~r 1) LKFr F o/R (1)
 
式 中 : 为 非 封 闭 金 属 环 相 对 于 交 流 电 中心 所 占的 圆 心 角 ;r 为 金属 环 内径 ; r。为金 属 环 外 径; L为金属长度 ; K 为金属 内电流的变化率(常 数); 为相对磁导率 ; 。为真空磁导率 ; R为导
体 的电阻 。
 1.3 感应 金属 内涡流 及 感应 电动势 的方 向 1)金属 内侧 : 涡流方 向与电缆 内电流方 向相
反 。
 
2)金属外侧 : 涡流方 向与电缆 内电流方 向相
同 。
 
3)金属上的感应 电动势 和感应电流的方 向
一 致 。
 
1.4 参数对涡流大小的影响
当金属的电阻率一定时 , 金属内涡流 的大小 与导体的长度 、 所 占圆心角大小和内、 外径之差及 导体的相对磁导率成正 比。而常数 K 代表单芯
电缆内电流的变化率,而我们 现在运行 电缆都是
交流 50 Hz的,因此 K 的大小只和运行电缆的电 流成正 比。
 
2 感应 涡流对 三芯 交流 电缆 的影响分析
2.1 运行 中三芯 交流 电缆 内的感 应涡流 运行中三芯交流电缆 内的感应涡流主要由于
三相电流的共 同作用,产生在铜屏蔽层及铠装层
上, 根据以上 的原理分析,三相电流共 同作用后 ,
 总电流很小,因此感应层上的涡流也很小 , 其对电
缆运行的影响可以忽略不计。
 
2. 2 利用感应 涡 流识别 电缆 时必须 注意 的问题 我们经常利用感应涡流的感应信号来识别电 缆 , 但在实际运用时经常会发生待识别的 电缆 同 时有好几根都有感应信号 , 从而给电缆识别工作 带来了困难。当在要识别 电缆的一端加上脉冲交
流信号后 , 其铠装层上也会产生同方 向、同频率、
 同周期的感应电动势。而一般情况下,电缆的铠
装层都连接在 电站内的接地网上。如果待识别电
缆 中恰好也有一根或几根 同样处于休止状态, 它 们的铠装层两端所连的接地网正好与要识别电缆
为相同的接地网, 那么在要识别电缆铠装层上的感
应电动势的作用下 , 等待识别电缆的铠装层上会产 生与脉冲交流信号同频率、 同周期的电流。这就是
造成同时有几根电缆上都会有感应信号的原因。
 从以上分析来看, 要解决这个问题,只要把需
要识别电缆铠装层一端 的接地拆除 , 那么就切断 了待识别电缆铠装层之间的电流通路 , 从而保证 
了信号的唯一性 。
 
3 感应涡流对单芯交流 电缆的影响分析
3.1 降低金属护套上感应涡流的方法
现在的单芯 电缆一般都是 110 kV及以上 的 高压电缆 , 根据涡流原理的分析 , 参数 K(电流率
化率)、 L(线路长度)增 大后,感应涡流也会 随之 增大 。因此对大电流、长距离的单芯高压电缆要采 取特殊的手段来减小其金属护套上的感应涡流。
 
我们最常使用的方法就是令金属护套交叉换 位互联并通过阀片接地 , 这样 不但能有效降低正
常运行中超高压电缆金属护套上 的感应电压,特
别是 当高压电缆发生接地故 障时, 通过 阀片放 电 能从金属护套上带走近 1/2的故障 电流,起到了
对电缆外护层及本体的保护作用。
 3.2 单芯 高压 电缆 对其周 围金属 的影 响 单芯高压电缆除 了对金属护套 的影响,单芯
超高压电缆也会在其周 围金属上产生感应涡流 。
 
特别 是 当电缆 穿过 环状 金 属 时 ,必须 通 过 一些 措 施来降低涡流 。
 
根据 涡流 原理 的分 析 , 金 属 涡 流 大 小 主要 由 下列 参数决 定 。
 
1)所 占的 圆心角 :当 =2丌时 ,即金属 为环
绕电缆的环状金属 , 产生的涡流将最大。
 
2)金属 长 度 L:随 着 金 属 长 度 的增 大 ,涡 流
也将等比例增大。
 3)金属相对磁导率 :当金属为铁磁性 时,
 
涡流将增大近 5 000倍 。
 
根据 以上分析 ,能得出以下结论 :
 1)尽量避免单芯超高压电缆穿过环状金属。
 
2)沿电缆方向避免有长距离金属 。
 
3)电缆周围避免使用铁磁性的金属。
 在实际运用中, 有些措施完全符合以上分析。
 如不允许单芯超高压 电缆穿过钢管;排管内大部
分使用红泥管;电缆 夹具一般使用铝合金或塑料 夹具 等 。
 
4 为降低 单芯交流电缆涡流的误 区分析
为降低单芯交流 电缆对周 围导体 的影响 。 而 采取的措施 中,尚存在着一些误 区。
 
出于对结构强度 的考虑,电缆支架一般都采
用铁质材料 ,当大电流电缆终端穿过环状支撑平
台时 , 涡流的影响已不容忽视 。对此 , 一般采用纵
向割断环状铁板,然后用铜等抗磁性材料焊接 , 想 利用铜等抗磁性材料来切断“磁回路”。这其 中存
在认识上 的误 区, 即根本不存在什么“磁回路”, 具
体分析如下。
 1)假设处理后.铁磁导体所 占圆心角大小为
0,, 而铜 金 属 占 ,并 且 。+0 一2丌, 整 个 金 属 环
内的涡流 j为 :
 
j一( 1 /2丁 c )(r 2一 r1)LK#, 铁 o /R+ ( 2 /2丁 c )
 
(r 2一r【) LK 铜 0/R
一(0 l 铁+ -02 锕)(r 2一r 1) I r K#o /2丁 c R ( 2)
 
式(2)中符号含义同式(1)。
 
由于 > > ,总 的 涡流 大 小 没 有 太大 的变
化 。
 
2)我们进行 以下实验来进一步分析 :
 
实验条件 :选用 266 CI
 AMP METER型钳
形电流表 , 量程选 ACA 200。测量一单相 380 V
电缆 后 所得 的数据 见 表 1。
 
表 1 测量结果
3)实验数据 与式 (2)的分析一致 , 进一步证
明了“切断 磁 回路 ”的认 识误 区 。由 此可 见 , 单 芯
高压电缆严禁穿铁磁性钢管 ,即使采取割开铜焊
的方式也无法减小钢管内涡流的大小。
 
4)上 述 结 论 在 实 际 运 用 中也 被 印证 。很 多
工程中的做法受这个认识误区所影响, 有时甚至起
到了反作用。海底电缆的外护层必须使用钢丝铠
装 , 为了减小钢丝铠装上的涡流, 一般采取方法是 使用三等分或五等分的方法镶嵌铜丝, 根据以上分
析可知 : 钢丝铠装上的涡流不会有变化 , 而铜丝上
的涡流可以忽略不计 , 最终总感应涡流没有变化。
 
4 对 降低 电缆支 架感应 电流的探 讨
根据高斯定理 , 磁感应强度 B的环流等于穿
过积分回路 的所有传导 电流强度代数和的 。(真 空磁导率)倍。有此可得 ,电缆支架的立柱如果都 是空心圆柱体 , 对 于同一根穿过圆柱体导体的磁
力线有 B +B = : =0, 那么穿过导体的所有传导电 流强度代数和为 0。
 
实验证明, 将并拢 的钳 型 电流 表垂 直置 于单芯

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