特種電纜載流量試驗(yàn)

1. 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

合理地確定電纜的載流量，既要保證電纜的長期工作可靠性(即安全 壽命)，又充分發(fā)揮電纜的傳輸電能(電流)的能力，具有重大的技術(shù)意義 及經(jīng)濟(jì)意義。

電纜載流量試驗(yàn)的目的在于：掌握電纜在實(shí)際敷設(shè)和運(yùn)行條件下的 發(fā)熱及散熱變化規(guī)律；驗(yàn)證理論公式(如熱力學(xué)基本公式的應(yīng)用條件與合 理性)；確定與載流量有關(guān)的基本參數(shù)(如熱阻系數(shù)、表面散熱系數(shù)等)；為 擬訂載流量標(biāo)準(zhǔn)，提供所需的各種計(jì)算方法及技術(shù)數(shù)據(jù)(如經(jīng)驗(yàn)公式，簡 化公式，校正系數(shù)等)。

2. 試驗(yàn)內(nèi)容

影響電線電纜載流量的因數(shù)較多，如：線路特性(如工作電壓、電流類 型、頻率、負(fù)荷因數(shù))；電線電纜的結(jié)構(gòu)(如導(dǎo)電線芯的結(jié)構(gòu)、芯數(shù)、絕緣材 料的種類、屏蔽層及內(nèi)外護(hù)層的結(jié)構(gòu)和材料、總外徑)；敷設(shè)條件(如空氣 中敷設(shè)、管道中敷設(shè)、直接埋地敷設(shè)、地下溝道中敷設(shè)、水底敷設(shè)等)；導(dǎo)電 線芯最高允許工作溫度和周圍環(huán)境條件(如空氣和土壤溫度、土壤的熱阻

系數(shù)、周圍熱源的鄰近效應(yīng))等。因此電線電纜的載流量試驗(yàn)是一項(xiàng)長期 的基本研究工作，又是迫切需要的技術(shù)工作。研究試驗(yàn)中涉及范圍很廣。

其中最基本的是研究電線電纜產(chǎn)品在通電

流后的溫升規(guī)律與散熱情況，通過大量試驗(yàn)，得

出在典型情況下的最大允許載流量，供使用單

位合理應(yīng)用。

3 . 試驗(yàn)方法

(l)單根空氣中架空水平敷設(shè)載流溫升試驗(yàn)

①試樣樣品。選擇各種類型及規(guī)格的電纜

樣品，每根樣品長度為 l0m。

②環(huán)境條件的控制與調(diào)整。試驗(yàn)應(yīng)在可控

的環(huán)境條件下模擬電線電纜在實(shí)際空氣中架空

敷設(shè)情況下的散熱規(guī)律，本試驗(yàn)在特制的設(shè)備

(空氣敷設(shè)模擬試驗(yàn)筒)中進(jìn)行。

空氣敷設(shè)模擬試驗(yàn)筒的工作容積為 2m x 2m

x l0m(長度) 。試驗(yàn)筒兩端設(shè)有絕熱門，門頂上

有風(fēng)道，一端為進(jìn)風(fēng)口，另一端為排風(fēng)口，風(fēng)源由

恒溫裝置供給。如需進(jìn)行電線電纜在強(qiáng)迫冷卻

條件下的試驗(yàn)時(shí)，可由風(fēng)道接入所需的風(fēng)源。試

驗(yàn)筒內(nèi)有供安裝樣品的支架小車以及電源接線

端子等。試驗(yàn)筒內(nèi)的空氣溫度可在 5 ~ 40℃范圍

內(nèi)調(diào)整，并在整個(gè)試驗(yàn)期 間連續(xù)保持穩(wěn)定( ±

0 . 2℃) 。試驗(yàn)筒內(nèi)各點(diǎn)空氣溫度相差不超過 ±

0 . 5℃ 。模擬試驗(yàn)筒的結(jié)構(gòu)示意圖及溫度調(diào)節(jié)控 制系統(tǒng)原理圖見圖 22 - 2 及圖 22 - 3 。在標(biāo)準(zhǔn)條 件下空氣溫度調(diào)整到 25℃。

③樣品的敷設(shè)與安裝如圖 22 - 4 所示。

A   將樣品單根或多根安裝在試驗(yàn)小車的支

架上。

B   分別在導(dǎo)電線芯中和外護(hù)層上敷設(shè) 5 對熱電偶，在試樣中部均勻 敷設(shè)，對導(dǎo)電線芯采用插入熱電偶法，而對外護(hù)層則將熱電偶先焊在一條 寬 3mm，厚 0 . 2mm 的薄銅帶上，再將銅帶緊貼間繞于樣品表面或用漆包線 扎緊熱電偶，對于鉛(鋁)包及鋼帶鎧裝處可將熱電偶直接焊上。

C   在試驗(yàn)樣品兩端分別接上電流接線端和電位接線端(測導(dǎo)電線芯

直流電阻用)。

D   將小車推入試驗(yàn)筒并與筒內(nèi)有關(guān)接

線(電流、電位和熱電偶)相連接。

④溫度的測量及記錄

A   采用 0. 05 級電位差計(jì)，利用熱電偶

進(jìn)行溫度測量。熱電偶的冷端放在冰水中，

保持 0℃。

B   對于導(dǎo)體、鉛(鋁)護(hù)套還采用直流電

阻電橋配合 0. 5 級分流器(作為標(biāo)準(zhǔn)電阻)， 通過測量直流電阻來測量溫度。

C   采用電子電位差計(jì)( 1. 0 級)連續(xù)自

圖 22 - 4   試樣在試驗(yàn)筒中 安放的情況

動(dòng)記錄載流溫升曲線，并作為監(jiān)視試驗(yàn)過程中試品表面和模擬試驗(yàn)筒內(nèi) 空氣溫度的平衡穩(wěn)定。

⑤導(dǎo)電線芯的加熱方法

A   直流加熱；利用直流發(fā)電機(jī)組或其他直流電源。

通過 0. 5 級分流器測量直流電流值。

B   交流加熱：備有單相和三相加熱變壓器，利用調(diào)壓器調(diào)節(jié)其一次 電壓，以獲取所需的加熱電流。

采用 0. 2 級穿芯式電流互感器直接測量電流值。

加熱電流及電阻測量的線路見圖 22 - 5、圖 22 - 6 及圖 22 - 7。

圖 22 - 5   用直流發(fā)電機(jī)加熱線芯時(shí)測導(dǎo)體直流電阻 ⑥試驗(yàn)程序

A   按試驗(yàn)方案在模擬試驗(yàn)筒中安裝敷設(shè)試樣。

B   調(diào)節(jié)試驗(yàn)筒空氣溫度至 25℃，待試樣導(dǎo)電線芯溫度基本穩(wěn)定于 25℃時(shí)，測量導(dǎo)電線芯直流電阻值并記錄當(dāng)時(shí)導(dǎo)電線芯和模擬試驗(yàn)筒內(nèi) 熱電偶讀數(shù)。開啟電子電位差計(jì)，使其開始連續(xù)自動(dòng)記錄載流溫升曲線 (包括環(huán)境溫度、樣品表面溫度)。

C   調(diào)節(jié)加熱電流至試驗(yàn)值。

a . 通過導(dǎo)電線芯的電流值；

b . 導(dǎo)電線芯、外護(hù)層、試驗(yàn)筒內(nèi)各熱電偶溫度的讀數(shù)；

c . 導(dǎo)電線芯的直流電阻值。

試樣溫度穩(wěn)定的標(biāo)志是導(dǎo)電線芯和試樣表面溫度在 0 . 5h 內(nèi)的變化不 超過 0 . 5℃。

E   為了減少數(shù)據(jù)分散性(偶然誤差)，在正負(fù)極性下重復(fù)試驗(yàn)次數(shù)各 不少于 3 次，每次測量相隔時(shí)間為1h。

在其他試驗(yàn)電流值重復(fù)上述試驗(yàn)，或在新的樣品上重復(fù)上述試驗(yàn)。 G   對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析處理。

(2)直接埋地載流溫升試驗(yàn)  試驗(yàn)方法除環(huán)境條件不同外，基本與空 氣中敷設(shè)即在模擬筒中試驗(yàn)相同。

直接埋地的環(huán)境條件：敷設(shè)在地面以下 0 .75m，仍以原土壤填進(jìn)，待土 壤恢復(fù)其結(jié)構(gòu)特性后( 電纜溝內(nèi)土壤熱阻系數(shù)和周圍土壤熱阻系數(shù)相 同)，開始通電流試驗(yàn)。

樣品三芯接成 Y 形，以三臺(tái)單相加熱變壓器供電，用電流互感器和電 流表監(jiān)視每一相電流。 電纜發(fā)熱功率用交流電位差計(jì)測量每相的電流、

電壓和相角，然后計(jì)算電纜發(fā)熱功率。

直接埋地電纜溫升穩(wěn)定時(shí)間很長，要特別注意氣溫的突然變化而產(chǎn) 生的影響。

4. 用探針法測量土壤的熱阻系數(shù)

(1)意義  土壤熱阻系數(shù)是計(jì)算土壤熱阻及電纜埋地敷設(shè)時(shí)允許載 流量的重要參數(shù)，它隨土壤成分、結(jié)構(gòu)、溫度的不同變化較大。為了正確 設(shè)計(jì)計(jì)算，測量土壤熱阻系數(shù)十分重要。探針法是一種測量土壤熱阻系 數(shù)的快速、方便而又準(zhǔn)確的方法。

(2)探針結(jié)構(gòu)  主要由一根細(xì)長的不銹鋼管，管內(nèi)放入一根加熱絲及 三對熱電偶而成。

(3)探針法原理  探針長度大于其直徑 200 倍，可以看作一個(gè)無限長 線狀熱源。當(dāng)其插入無限大的均勻土壤介質(zhì)中時(shí)，其熱傳導(dǎo)方程為

式中  w———探針單位長度的發(fā)熱量(W/cm)；

r ———探針內(nèi)半徑(cm)；

l ——— 時(shí)間(s)；

D =    1    ———土壤的播熱系數(shù)；

pT Cγ

pT ———土壤的熱阻系數(shù)(℃·cm/W)；

C ———土壤的比熱[W·s/(cm3 ·C)]；

γ———土壤的密度(g/cm3 )；

Ei ——— 指數(shù)積分函數(shù)的符號(hào)，是一個(gè)無窮級數(shù)。

當(dāng) l 足夠大時(shí)(5s 以上)，則可從 8(℃·cm/w)的簡化式中得

4r(82 - 81 )         82 - 81

pT =             l2        = 5 . 46         l2

wlg                     wlg

式中  82、81 ———相應(yīng)于時(shí)間 l2 及 l 1 時(shí)管壁處的溫度(℃)。

(4)探針的使用方法

②探針插入孔中，接好線路，調(diào)節(jié)電流至某一數(shù)值，加熱功率以 0 .4 ~ 0 .7w/cm 為宜。測量過程中溫度不要超過 l00℃，否則要降低功率重新測 量。按一定的時(shí)間間隔記錄探針內(nèi)某一熱電偶指示出的溫度隨時(shí)間的變 化；約經(jīng) 20min，溫度趨于穩(wěn)定，把所得數(shù)據(jù)繪于半對數(shù)坐標(biāo)紙上，外推出 l00min 時(shí)的溫度。

根據(jù) l00min 及 l0min 之溫度差 m(℃)；加熱絲長度 l(cm)；探針總功 率 P(w)，即可按下式求出土壤熱阻系數(shù) pT

l ·m

pT = 5 . 46   P

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