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OPGW短路电流容量计算_商威

OPG W 短路电流容量计算

商 威

(苏州古河电力光缆有限公司,江苏苏州215211)

摘要:短路电流容量计算的基本原理尽管在OPG W 相关的标准中有过叙述,但很少有实际计算方法

上的报道。文章编译自古河电工提交给国际大电网协会C I G RE SC22WG122002年巴黎会议的最终草案,对OPG W 的特定参数进行了简要介绍,详细阐述了短路电流容量的计算原理以及与实测结果的对照。

关键词:OPG W;短路电流容量;温升;热容量

中图分类号:TN913.31

文献标识码:B 文章编号:1005-7641(2005)08-0031-03

收稿日期:

2004-12-17;修回日期:2005-04-12

0 引言

架空输电线路上安装地线的目的在于保护相线免遭雷击,减少接地和短路故障期间对通信线路的电磁干扰。而光纤则为高容量传输信号以及免受电磁场干扰提供了可能性。因此,光纤和地线组合在一起就构成了光纤复合架空地线(OPG W )。OPG W 的安装不仅提高了架空输电线路的价值,还实现了自然资源和土地资源更高的利用率。地线由钢线和不同类型的铝线构成,而OPGW 则由特定参数的不同材料组成,这些特定参数与OPGW 的结构有关。

1 O PGW 的瞬时允许温度

对常规地线来说,最高允许瞬时温度由金属材料因退火导致抗拉强度的最大允许损失来决定。由于OPGW 内含有光纤,因此其最大允许温度应低于可能导致光纤衰变的温度,对硅被覆光纤为300 ,对UV 涂覆光纤为180 。

2 O PGW 温升

地线中的电磁感应电流是由正常工作条件下(稳态和半稳态)的相线电流感应的,而接地和短路(故障)电流是额外附加上去的。由稳态电流引起的地线

的温升可用热能平衡方式来计算[1]

,在故障电流条件下引起的进一步温升还要加以考虑。由短时电流(故障电流)引起的温升,可通过解基于瞬时热能(按照焦

耳定律I 2R )的微分方程来获得[2]

。在该计算中,故障电流的持续时间被假定为无限小,各个组成单元的由其自身热能(焦耳热)产生的温升和单元之间的热传递被忽略。

在上述方法中,故障条件下导体的最终温度为

T 2=

[1+a (T 1-20)]e

I 2th dc a

12 C

t

-1

a

+20

式中 T 2为最终温度,单位K;T 1为起始温度,单位K;a 为20 电阻温度系数,1/K;I th 为短路电流,单位A;

dc 为比电阻率(20 ),单位 m;t 为短路持续时间,单位s ;A 为横截面积,单位m 2

; 为密度,单位kg /m 3

;C 为比热容,单位J/(kgK)。

当导体由同种材料组成时,上述公式给出的结论与测试结果一致。但是,由于光纤的使用使得OPGW 的结构更复杂,同时还会出现不同金属材料的组合。因此,在计算瞬时温度时必须考虑电流的分布以及热传递。此外,由于比热系数和质量的不同,OPG W 的每个组成单元具有不同的热容量,因此基于焦耳定律的热量会因材料不同而不同;由于热容量的不同,温升也会因材料不同而不同。在每种材料之间,热传递会通过接触传导而发生,并且随着时间的推移,热传递将使所有材料的温度最终达到一致。

总体来说,可以通过计算电流分布来改进上述方程的结果,而电流分布又取决于每个单元不同的电抗以及相应的电阻上产生的热量(焦耳热)。通常,为便于解方程,可以采用等效电气级联网图。上面所述的计算方法对预测OPG W 的温度相当准确。

在所有的设计因素中,最重要的是将光纤单元的最高温度限制在可接受的范围内。由于光纤对高温的敏感性,要想在设计中获得更高的准确度,在计算方法中必须考虑几种因素:增加每种单丝的AC 电阻温度;单丝之间与时间有关的热传导;电流分布作为电抗的函数;钢线材的涡流和磁耗(磁滞)。

电流分布是电抗的函数,它反过来又与材料和OPGW 的结构有关。如果给定故障电流参数和导体结

31 第26卷第154期 电 力 系 统 通 信 V o.l 26N o .1542005年8月10日

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