可见,铠装层电流随着铠装层材质电阻率的增大而减小。通过比较可知,护套环流+铠装层环流基本约等于将近线芯电流(峰值890A),也就是可以认为护套层和铠装层可近似等效为一个分流模型。
由IEC6028中载流量计算公式可知,护套和铠装层的损耗是影响载流量的直接因素。由功率公式可知,损耗正比于电阻。由电阻率公式可得护套电阻:
r:护套电阻;
ρ:铅护套电阻率;
L:铅护套长度;
S:铅护套截面积;
同理,可得到铠装层电阻如下表:
表4. 不同材质铠装层电阻
Tab.4 Sheath resistances.
|
铜 |
镀锌钢丝 |
不锈钢丝 |
电阻(Ω) |
0.04016 |
0.3213 |
1.6309 |
于是可得单相总环流损耗如下:
表5. 单相总损耗
Tab.5 Total loss
|
铜 |
镀锌钢丝 |
不锈钢丝 |
总损耗(kW) |
17.3 |
96.32 |
218.6 |
考虑镀锌钢丝的相对磁导率时,得到环流损耗如下:
表6. 相对磁导率对应的总损耗
Tab. 6 Total loss with the different relative permeability
镀锌钢丝相对磁导率 |
1 |
300 |
600 |
1500 |
总损耗(kW) |
96.32 |
204.89 |
236.64 |
277.4 |
由前面分析知,海缆金属护套和铠装层可以考虑为一个等效的电阻并联分流模型,这样由损耗公式不难得出铠装层电阻率越小,总环流损耗越小。
可见,相对铠装层相对磁导率越大,护套中环流越大,总环流损耗越大。
不考虑磁导率问题时,采用镀锌钢丝铠装的总环流损耗明显小于不锈钢丝铠装,但如果镀锌钢丝相对磁导率按300考虑时,镀锌钢丝铠装总环流损耗已基本和不锈钢丝铠装持平,若磁导率按600计算时,镀锌钢丝铠装的总环流损耗甚至略大于不锈钢丝铠装。
3.2 涡流分析
由查阅的论文可知,铠装材料有铁磁性和非铁磁性之分。例如常用的铠装材料中,镀锌钢丝为磁性材料,而不锈钢丝和铜丝则为非铁磁性材料。护套中损耗主要是环流损耗,涡流损耗很小,基本可以忽略。在相对磁导率取1500时,铠装层中涡流损耗基本等于环流损耗。同时,镀锌钢丝间距对涡流损耗影响很大,间距达到0.03mm时的涡流损耗已减小到无间距时涡流损耗的3%。
针对该工程,我们忽略护套中的涡流损耗,采用镀锌钢丝为铠装层,考虑到电缆结构经过计算可得镀锌钢丝间距约为0.03mm。可假定镀锌钢丝的相对磁导率为121,铠装层中的涡流损耗取铠装层中环流损耗的3%(约为8kW)。下表为修正相对磁导率后的镀锌钢丝铠装环流损耗。