大截面高壓電纜導體交流電阻的優化措施探討

張銳

【摘要】：隨著我國社會經濟的發展和城市的建設，城市的供電系統已經成為了人民日常生活和社會發展必不可少的一個組成部分。在供電系統中，電力電纜是非常重要的一個關鍵因素，電纜的運行電壓等級和載流量隨著城市的要求也越來越高。但在大截面高壓電纜導體中存在的集膚效應使電纜中的交流電阻遠遠的大于直流電阻，影響到了電纜線路的載流能力。所以大截面高壓電纜導體的交流電阻需要得到必要的優化，根據不同的方法來降低交流電阻，避免高壓電纜運行中的線路損耗。

【關鍵詞】：電纜導體；交流電阻；優化措施

在我國的供電系統中，大截面電纜的使用越來越多，電纜導體流過交流電流時產生集膚效應的幾率也隨之升高。隨著電纜導體截面的增大，交流電流流過電纜導體導致的集膚效應也更加嚴重，電纜導體內的交流電阻增多，對電纜線路也造成了損耗，影響到電纜的載流量。對電纜導體交流電阻產生影響的因素有很多種，大截面電纜導體的交流電阻也存在著很多優化的可能。大截面高壓電纜對導體結構也需要進行優化，來降低導體內的交流電阻，減少集膚效應的產生。

1、電纜導體中的集膚效應

集膚效應是電纜在采用直流傳輸電能的過程中，電纜導體中存在交流電導致內部的電流分布不均勻，使電纜導體截面分布發生了變化。這種變化使電纜導體的電流密度不同，處于電纜導體表面的電流密度較大，內部的電纜密度較小，導致了電流導體的電阻增加，這種現象就被成為集膚效應。

集膚深度是電磁波在媒質中的穿透能力，媒質的材料性能都與集膚深度有著深刻的關聯。電纜導體中的集膚深度對導體結構優化有著重要的作用，掌握好集膚深度和電纜導體的關系可以在一定程度上提高導體結構的優化能力[1]。

2、交流電阻的測量方法

電纜導體交流電阻的測量方法較多，在這多種測量方法中，我國對電壓電流相位差法有著非常深入的研究，其測量原理也較為簡單。電壓電流相位差法的測量原理是將導體首尾連接呈測量回路，在對回路施加電流后測量其電壓差、電流以及電壓與電流的相位差。然后根據測量的長度，電壓與電流的相位差，回路電流的有效值和被測導體的電壓有效值進行計算，得出電纜導體的交流電阻[2]。

量熱法也是測量電纜導體交流電阻的測量方法。這種測量方法的基本原理是將電纜裸導體放在一個封閉空間內，這個封閉空間是由已知傳熱系數的材料制成，將電纜裸導體放入封閉空間后，對其進行施加測試工作頻率所需要的電流，并對導體表面、封閉空間內外表面溫度和初始環境問題進行測量記錄。電纜導體交流電阻的測量方法也有電橋法和功率表測定法，電纜護套回流線測試法等多種測量方法。這些測量方法可以幫助測量電纜導體的交流電阻，更利于優化電纜導體交流電阻的研究[3]。

3、交流電阻的影響因素以及優化措施

3.1導體結構對交流電阻的影響

在電纜導體中，不同的導體結構對交流電阻的影響也不同。在多種導體結構中，緊壓圓形導體和分割導體有著明顯的差別，分割導體的交流電阻比緊壓圓形導體較低。而在分割導體中，瓦楞形分割導體和扇形分割導體對交流電阻并沒有太大的影響，在這兩種導體結構中交流電阻并不會發生太大的變化。由于集膚效應的系數是隨著導體幾何半徑和集膚深度比值變化，分割導體結構的幾何半徑都小于同大小的緊壓圓形導體，所以分割導體結構的交流電阻也會低于緊壓圓形導體的交流電阻。在分割導體結構中，瓦楞形分割導體的幾何半徑略低于扇形分割導體，但兩者與集膚深度的差距并不大，對集膚效應影響也不大。但在更大的導體截面中，瓦楞形分割導體在優化交流電阻方面的優勢會體現出來，與扇形分割導體才有明顯的差距體現[4]。

3.2單線絕緣對交流電阻的影響

在電纜的絕緣方式選擇中，單線絕緣的方式可以有效的降低導體內的交流電阻。在單線絕緣的方式中，普通的單線絕緣對導體的交流電阻的影響較小，漆包單線對交流電阻的影響明顯高于氧化單線，可以有效的降低電纜導體內的交流電阻。漆包單線最理想的分割導體是在普通導體單線上增加一層絕緣，將導體進行分割，可以有效的降低導體內的渦流效應。這種方式需要在電纜的安裝過程中進行導體連接，對導體連接的每個部分都除去絕緣層。在單線絕緣中，漆包單線無疑是最好的降低交流電阻的選擇，但是漆包單線相比氧化單線成本較高，安裝方式較為復雜[5]。在對漆包單線和氧化單線進行選擇時也可以選擇效果不如漆包單線的氧化單線的方式來降低交流電阻，以便節約成本。

3.3絞合工藝對交流電阻的影響

對于降低導體內的交流電阻來講，生產工藝有著一定的影響。對導體內的單線根數進行增加，并提高導體的緊壓系數可以達到降低導體內交流電阻的效果，對每層單線的絞合方向進行改變也可以明顯的降低交流電阻。改變導體內每層單線的絞合方向是對交流電阻影響較大的一種方法，不同方向的絞合可以有效的穩定導體的內部結構，對導體進行加固，減少每層單線之間存在的縫隙，減少導體的幾何半徑，這樣可以有效的降低導體內的交流電阻的存在。減少導體的幾何半徑可以有效的降低集膚效應，提高導體的緊壓系數也可以有效的減小導體的幾何半徑，在降低導體的交流電阻方面有著重要的作用。但在利用這種方式降低導體內部的交流電阻時卻提高了生產成本，對導體的絞合工藝有較高的要求[6]。

結語

在對大截面高壓電纜導體交流電阻進行優化時可以從導體的結構、單線絕緣的方式和絞合工藝等方面來降低導體內部的交流電阻。這樣可以有效的解決集膚效應帶來的電纜線路損耗，電纜的載流能力降低等問題，從而提高電纜的壽命。

【參考文獻】：

[1]鄧顯波， 歐陽本紅， 孔祥海，等. 大截面高壓電纜導體交流電阻的優化[J]. 高電壓技術， 2016， 42（2）：522-527.

[2]李春梅， 梅文杰， 狄健，等. 大截面海底電纜導體設計及優化[J]. 電力學報， 2018（1）.

[3]潘文林. 電纜大截面導體交流電阻測試方法綜述[J]. 電氣技術， 2017， 18（12）：19-23.

[4]宋艷春. 淺談電線電纜中的導體電阻檢測[J]. 商品與質量， 2016（36）.

[5]張杰. 電線電纜導體電阻檢測技術分析[J]. 科學與信息化， 2016（33）.

[6]魏宏全. 電線、電纜導體電阻檢測方法的研究[J]. 綠色環保建材， 2016（8）.