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2014年底,该微信群成员向我们分享如何计算导体的允许载流量。其实,自从我成为社会一员以来,我在日常工作中也参考过相关的书籍和资料,但我从来没有真正计算过电线的允许电流,由于我写不下来,所以我推迟了写我做到了。迄今为止的文章。我查了相关资料,发现导体允许载流量的计算公式只在GB 50545-2010和IEEE Std738TM-2006中找到,而且两个规范的计算方法基本相同,所以本文就不做赘述了。主要使用计算公式。我们简单介绍一下GB 50545-2010中介绍的如何计算导体的允许载流量和载流量,供大家参考。由于我个人的使用习惯,公式中的一些字符有所改变。由于本人水平有限,如有错误,还请指出并指正。
IEEE Std738TM-2006 和官方截图
GB 50545-2010及官方截图。
1、计算导体的允许载流能力导体的载流能力主要受导体的电阻、直径、表面状况、温升和环境温度、日照强度的影响。风速等因素见GB 50545。根据稳态热平衡,导体电容的计算公式为:
公式如下:
I——许用载荷,A;
WR——单位长度导线的辐射散热功率,W/m。
WF——单位长度导线的对流散热功率,W/m。
WS——单位长度导线的太阳热吸收功率,W/m。
RT——允许温度下导体的交流电阻,/m。
2、电线的辐射热量电线单位长度的辐射热量计算公式:
公式如下:
D——钢丝外径,m。
E——导线表面的辐射散热系数。光亮的新线为0.23 至0.43,旧线或涂有黑色防腐剂的线为0.90 至0.95。
S——斯蒂芬-玻尔兹曼常数,5.6710-8 W/(m2·);
ta——环境温度,C,中国通常为25C,最高温度通常为40C。
t——导体表面平均温升;t=t0-ta,t0为导体的最高允许温度。详情请参见70。 GB 50545-2010第5.0.6条。
3、导线的对流热辐射量导线单位长度的对流热辐射量计算公式:
公式如下:
f——丝材表面空气层的传热系数,W/(m·);
t——导线表面平均温升,;
ta——环境温度,;
Re — 雷诺数,Re=V·D/u
V——垂直于导体的风速,m/s;通常使用0.5 m/s,最大跨度为0.6 m/s。
u——导线表面空气层的运动粘度,m2/s。。
4、电线的太阳能吸热能力电线单位长度的太阳能吸热能力计算公式:
公式如下:
aS——电线表面的吸热系数,光亮的新电线为0.350.46,旧电线或涂有黑色防腐剂的电线为0.90.95。
JS——阳光照在导体上的强度,W/m。电线上的阳光强度,W/m2。如果在晴天受到阳光直射,可以在1000W/m2下使用(常见的是0.1W/cm2)。
D——钢丝外径,m。
式(1)计算的许用屈服强度是按无风、无阳光情况下的计算方法,不考虑无风、无阳光情况下的太阳吸热量WS。对流散热功率按下式计算:
如果10-4D3t10-2。
如果10-6D3t10-4。
公式如下:
D——钢丝外径,m。
t——导线表面平均温升,;
5、导体的直流电阻WR、WF、WS按上述方法获得(GB 50545)。导体在可接受温度下的交流电阻尚不可用。接下来,我们需要计算交流电阻RT。导体在允许温度下的温度。
GB 50545没有介绍交流电阻的计算方法。 IEEE Std738TM-2006 指的是关于线性插值计算交流电阻以进行温度计算的手册。由于这个计算比较复杂,我们暂时不介绍。在这篇文章中,我将借鉴其他书籍的方法,简单介绍以下方法。
根据《电线电缆手册》导体在20时的直流电阻公式和《电力工程电气设计手册 电气一次部分》的直流电阻公式,推导出允许温度下的直流电阻计算公式如下:
若GB/T 1179规范中列出了导体的20直流电阻,则必须采用下列公式计算导体在允许温度下的直流电阻:
公式如下:
Rt——允许温度下导线的直流电阻,/m。
20——导电金属线20时的电阻系数,硬铝线为0.028264.mm/m。
m——平均捻度系数,19根硬铝绞线为1.0179,37根绞线为1.0201,61根绞线为1.0224。以铝件(7股钢)计算,7股为1.0164,12股为1.0217,18股为1.0188,20股为1.0208,26股为1.0216,30股为1.0244,42股为1.0215,45股为1.0220 ;
20——20时导电金属线的电阻温度系数,硬铝线为0.00403 1/。
t0——最高允许温度,;
N——导体中铝线的总数。
d——导体内单根铝线直径,mm;
R20——20时导线的直流电阻,/m。
6、电线的交流电阻交流电阻主要由直流电阻和因交流电阻而增加的电阻组成。交流电阻是直流电阻Rt、趋肤效应引起的电阻增加R1和涡流损耗引起的电阻增加R2之和。根据《电线电缆手册》的交流电阻计算公式,导体在允许温度下为:
(a) 趋肤效应引起的电阻增加量R1的计算:
公式如下:
Rt——允许温度下导体的直流电阻,/m。
t——趋肤效应因子。也可按《电线电缆手册》 1-3-计算,导体截面积在400mm2以下取0.0025,导体截面积超过400mm2则取0.01。 45 – 51 的公式为:
(b) 涡流损耗引起的电阻增加R2的计算:
公式如下:
f — 频率,Hz,在中国通常为50Hz。
As——钢芯线总截面积,m;
——钢芯的综合磁导率。
——磁损角,tg为磁损角的正切。
Nm——单位长度内第m层铝绞线的总匝数,Nm=nm/lm;
nm — 第m 层中导电金属线的数量。
lm——第m层导电金属线的绞合节距,m。
式中·tg由相应的磁场强度H确定。磁场强度H计算如下:
H——磁场强度,A/m。
I——通过电线的电流。计算出的承载能力等于电流A。
I/N——流经每根导电金属线的平均电流,A。
mNm——单位长度内钢芯上的金属导线产生的磁场强度的有效总匝数由于相邻层绞线的捻向相反,所以产生的磁场方向不同。钢芯上的匝数也反转,使其有效。 总匝数是奇数层和偶数层导电金属线的总匝数之差的绝对值。
计算磁场强度H值时,tg值可由下图求出。
根据以上计算出交流电阻后,即可计算出架空导线的允许载流量。
除上述交流电阻计算方法外,还可以使用贝塞尔函数集肤效应算法、摩根交直流电阻比法、日本JCS 0374算法等。
文章最后,本文主要采用GB 50545-2010规范的计算方法。除本文的计算方法外,其计算方法与IEEE Std738TM-2006基本相同。架空电力线路允许载流量的计算方法请参见相关资料。
根据微信群成员的要求,本文由我按照GB 50545规范和《电线电缆手册》整理编写。本转载微信请注明出处(微信ID:shudianxianlu)。根据这篇文章创建了一个小程序。如果您需要,请联系我索取(spdxl@qq.com)。
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