摘 要:針對(duì)電氣化鐵道建設(shè)進(jìn)程加快,為了滿(mǎn)足電氣化鐵道輸電用電纜的需求增加,本文以27.5kV 1×150mm2銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的設(shè)計(jì)為例,介紹了電氣化鐵道用電纜的設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞:電氣化鐵道;結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);電場(chǎng)梯度;電氣參數(shù) 河南中鐵電氣有限公司
1 引言
化鐵路,是由電力機(jī)車(chē)或動(dòng)車(chē)組這兩種鐵路列車(chē)為主,所行走的鐵路。我國(guó)第一條電氣化鐵路是寶雞至鳳州區(qū)段的鐵路干線,與1958年至1962年間建成并立即投入運(yùn)營(yíng)。此后,鷹廈、湘黔等干線也陸續(xù)建成電氣化鐵路區(qū)段。顯示,未來(lái)幾年,電氣化鐵路的建設(shè)和改造將繼續(xù)加速。根據(jù)《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》,到2020年,電氣化鐵路總里程將達(dá)到全國(guó)鐵路營(yíng)運(yùn)里程的一半,承擔(dān)的鐵路運(yùn)量比重將超過(guò)80%。我國(guó)電力機(jī)車(chē)由單相27.5kV交流供電,隨著電氣化鐵路建設(shè)進(jìn)程的加快,對(duì)供電電纜的需求也極具增加,本文正是迎合電氣化鐵道需求對(duì)常用典型型號(hào)電纜做出的設(shè)計(jì)。
2 電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了深入探討電氣化鐵道27.5kV銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜設(shè)計(jì)原理和方法,本文以27.5kV-150mm2銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜設(shè)計(jì)為例進(jìn)行分析和研究。
(1)導(dǎo)體實(shí)際面積S的計(jì)算:
根據(jù)GB/T 3956規(guī)定標(biāo)稱(chēng)截面為150mm2導(dǎo)體,其20℃的長(zhǎng)度電阻R應(yīng)不大于0.124Ω/km[1],由此計(jì)算導(dǎo)體的實(shí)際面積S:
公式中 為單根導(dǎo)線加工過(guò)程中引起金屬電阻增加所引入的系數(shù),根據(jù)杭州電纜有限公司的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)取值為1.02; 為多根導(dǎo)線絞合使單線長(zhǎng)度增加所引入的系數(shù),經(jīng)驗(yàn)取值為1.03; 為因緊壓過(guò)程使導(dǎo)線發(fā)硬,引起電阻率增加所引入的系數(shù),經(jīng)驗(yàn)取值為1.01; 為導(dǎo)體20℃時(shí)電阻率,取 =0.017241×10-6 m。
(2)單絲直徑 的確定:
GB/T 3956-1997規(guī)定了150mm2導(dǎo)體結(jié)構(gòu)最少根數(shù)不少于30根,考慮導(dǎo)體柔軟性,與生產(chǎn)成本,取定單絲根數(shù)為37根,采用正規(guī)絞合,即1+6+12+18排列結(jié)構(gòu),絞線中的單線經(jīng)緊壓后產(chǎn)生塑性和彈性變形,影響了緊壓絞線填充系數(shù) 和單線延伸率 ,導(dǎo)體采用分層緊壓工藝,根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),緊壓系數(shù)取0.90比較經(jīng)濟(jì)和合適,一般均采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和公式,在工藝試驗(yàn)基礎(chǔ)上,作適當(dāng)?shù)卣{(diào)整,使之達(dá)到良好的工藝效果。
單線直徑可由以下經(jīng)驗(yàn)公式求得:
公式中,n為導(dǎo)體單線根數(shù)(n=37); 為單線延伸率,根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)在緊壓系數(shù)為0.90時(shí)延伸系數(shù)為1.08。
(3)導(dǎo)體直徑 的確定:
在實(shí)際生產(chǎn),金屬導(dǎo)體在緊壓成纜過(guò)程中會(huì)發(fā)生反彈,實(shí)際導(dǎo)體直徑 為14.5。
(4)導(dǎo)體屏蔽外徑核定:
根據(jù)TB/T 2822-1997規(guī)定,導(dǎo)體屏蔽應(yīng)為擠包的半導(dǎo)電層,標(biāo)稱(chēng)厚度為0.8mm、最薄處不小于標(biāo)稱(chēng)厚度值的80%。設(shè)計(jì)厚度取0.8mm。
(5)電纜絕緣厚度計(jì)算:
絕緣層厚度 是基于在其預(yù)期使用壽命內(nèi)能安全承受各種可能電壓條件來(lái)確定的,一般按工頻電壓、沖擊電壓二者均滿(mǎn)足要求來(lái)計(jì)算。我國(guó)以及日本、英國(guó)、德國(guó)和韓國(guó)等對(duì)單芯電纜絕緣厚度的確定均采用下式(1)、(2)計(jì)算結(jié)果中擇取較大值的方法。
按工頻電壓計(jì)算絕緣厚度:
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