电缆尺寸模型

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概述

Solargis电缆尺寸模型帮助光伏设计师通过模拟真实技术和热条件，选择最有效的中压（MV）和高压（HV）电缆。配置这些参数对于最大限度减少能量传输损失和确保系统安全至关重要。如需详细了解该方法中使用的技术术语，请查看我们的术语表。

该模型基于以下国际标准和行业参考（链接见 延伸阅读 部分）：

• IEC 60287系列：计算电流额定和有功功率损耗的标准。

• IEC 60502 系列：额定电压最高 30 kV 的挤压绝缘电源电缆规范。

• IEC 60038：定义国际标准电压。

• IEC 60228：绝缘电缆导体标准。

• G.G. Moore 著《电缆手册》（BICC Cables）：用于热系数和感应电抗计算。

电力电缆类型与构筑

在开始计算之前，设计师必须先在Solargis电缆尺寸模型中，从一系列为地面埋地设计的XLPE绝缘选项中定义物理电缆配置：

• MV电缆：这些电缆可选择为单芯（铝或铜），采用三叶形或平面结构，或三芯电缆，既有装甲也有无装甲。额定电压为 /（） = 1.8/3 （3.6） kV，至 18/30 （36） kV。

• 高压电缆：这些电缆被指定为单芯铝或铜电缆，排列为三叶形或平面结构。额定电压范围为 /（） = 26/45 （52） kV，最大范围为 289/500 （550） kV。

其中：

• ：电缆设计的导体间额定电压。

• ：导体与电缆设计所针对的地或金属屏之间的额定电压。

• _设备可承受的最大“系统电压”值。更多信息请参见IEC 60038。

图1：三层形三芯缆（左）、三根单芯缆（中间）和一根三芯缆（右）的比较。

支持的安装配置

• 单芯电缆 （铝或铜）呈三叶形或平面结构。

• 三芯电缆 （铝或铜），可以有装甲或无装甲。

注：电缆类型由并联电路数量、导体材料、截面、绝缘层、额定电压和护甲层来决定。例如：5 x （3 × 1c） Cu 95 mm 2，XLPE，18/30（36） kV，无装甲。

图2： 五条并联三相电路，由三根单芯电缆组成，呈三叶形结构。

电缆尺寸的技术标准

确定电缆类型后，Solargis 电缆尺寸模型执行一系列强制性技术检查;只有当电缆通过该序列中的每一步时，才被视为适当尺寸。如果任何标准不合格，必须通过增加导体截面或并行电缆数量来重置过程。

技术标准包括：

• 载流能力（ICCC）

• 电压降

• 短路（耐受容量）

• 功率损失

载流能力（ICCC）

第一步是确保电缆能够承受负载。降额容量（），即根据实际技术条件调整并进行修正系数的容量，必须大于标称电流（）。

其中：

• ：根据实际技术条件重新计算（调整）电力电缆的载流能力（加以修正因子调整）。

• ：标称电流：在参考条件下通过电缆流动的电流。

电压降

接下来，系统计算相位间电压降（）必须小于用户设定的最大允许电压降百分比（）。

其中：

• ：计算出的相位间电压降百分比。

•  ：允许的最大相位间电压降百分比。

短路（耐受容量）

第三次检查是在故障发生时验证安全性。电缆的短路电流额定值（_，）必须超过1秒故障（）预期的最大热短路电流（）。

其中：

• ：电源线的短路电流额定值。

• ：1秒故障时预期的最大热短路电流。

功率损失

最后的验证步骤通过检查额定电流造成的计算有功损耗（）低于用户定义的最大功率损耗百分比（）来确保效率。

其中：

• ：计算出的有源功率损耗百分比。

• ：允许的最大有效功率损失百分比。

数学方法

Solargis电缆尺寸模型的底层算法通过应用源自 IEC 60287 和 IEC 60502 系列的数学模型，将这些标准转化为结果。

当前降级和修正因素

实际电流容量（_，）的计算通过取基准容量（_，），并依次应用地温（_1，）、铺设深度（_2，）、土壤热阻率（_3，）和电缆邻近_{（4，）等修正因子实现。}

其中：

• ₁：地温。

• ₂：卧铺深度。

• ₃：土壤热电阻率。

• ₄：相邻的电路群（热相互作用）。

电压降计算

并联电缆长度下的绝对压降通过复阻抗计算：

其中：

• ：从源到负载的总线对线电压损耗。

• ：缆绳的单向距离（公里）。

• ：导体的交流电阻（）。

• ：负载电流（A）。

• _L：感应电抗;交流导体周围磁场引起的电流流动阻力。

• ：每相并联导体的数量。如果每相有两根电缆， 这实际上将总阻抗减半。

注：该公式表示在任何功率因数下可能出现的最高电压降。

短路额定（绝热法）

该模型根据导体材料、截面和故障持续时间（假设为1秒）计算耐受能力 ：

其中：

• ：最大允许的有效值热电流（单位为安培）。

• ：常数（铜为226，铝为148）。

• 导体横截面积。

• ：故障持续的时间（以秒计）直到断路器或保险丝跳闸。

• ：故障期间允许的最大温度（例如 XLPE绝缘）。

• ：故障发生前电缆的工作温度（例如 XLPE）。

• ：与材料零电阻温度相关的常数（铜 为;对于铝为 ）。

• ：解释了能量爆炸过程中导线温度升高时电阻的非线性方式增加。

电压选择的默认接受标准

下表详细说明了模型所采用的默认验收标准和电压选择逻辑。

注：模型根据电气网络的标称电压（）自动选择额定电压（），符合IEC 60038标准。

电阻与阻抗

计算还包括确定（）处的直流电阻（）和交流电阻，并考虑IEC 60287-1-1的皮肤效应和邻近效应。电感（）随后由导体形成和轴向间距推导，以完成阻抗分布。

Solargis 平台的应用

Solargis 电缆尺寸模型被用于 Energy System Designer 中，这是 Solargis Evaluate 应用的集成组件。

延伸阅读

• “电缆——额定电流计算——第1-1部分”：IEC 60287-1-1

• “电缆——额定电流计算——第3-1部分”：IEC 60287-3-1

• “带挤压绝缘的电源电缆——第1部分”：IEC 60502-1

• “带挤压绝缘的电力电缆 - 第2部分”（6 kV至30 kV）“：IEC 60502-2

• “IEC标准电压”：IEC 60038

• “XLPE陆地电缆系统用户指南，第5版”：ABB

• 《电缆手册，第三版》：G.G. Moore，BICC电缆