[发明专利]交联聚乙烯电缆交流线路改为直流运行的技术判定方法

权利要求书

1.一种交联聚乙烯电缆交流线路改为在直流电压下运行的技术判定方法， 包括如下步骤：

步骤1：交联聚乙烯电缆直流运行方案设计，

根据交联聚乙烯电缆长期允许工作温度θ_c以及交联聚乙烯电缆结构、敷设运 行情况和输送容量要求设计直流运行方式为单极或双极运行，选择以其它导体、 电缆自身外金属层或大地为电流回流的通路；

步骤2：计算交联聚乙烯电缆长期允许额定载流量以及满负荷运行时交联聚 乙烯电缆绝缘两端的温差，

计算交联聚乙烯电缆长期允许额定载流量，根据交联聚乙烯电缆结构及对 应的参数、预期运行方式以及敷设环境确定其长期允许载流量，直流电压下运 行时，若交联聚乙烯电缆线路采用双极运行方式，则电缆的额定允许载流量用 式(1)计算；若电缆线路为单极运行，且以大地或其它导体作为回流通路，则 电缆的额定允许载流量用式(1)计算；如果电缆线路为单极运行，且以自身外 金属层即金属护套和铠装层作为回流导体，则电缆的额定允许载流量用式(2) 计算，

I=θc-θ0R′(T1+T2+T3+T4)---(1)]]>

I=θc-θ0R′[T1+(1+λ1)T2+(1+λ1+λ2)(T3+T4)---(2)]]>

其中，I——电缆一相导体中允许流过的最大电流，单位为A

θ_c——电缆允许长期额定工作温度，单位为℃

θ₀——周围媒质的温度，单位为℃

T₁——单位长度电缆绝缘热阻，单位为TΩ·m

T₂——单位长度电缆内衬层热阻，单位为TΩ·m

T₃——单位长度电缆外被层热阻，单位为TΩ·m

T₄——周围媒质的热阻，单位为TΩ·m

R′——最高工作温度下导体单位长度的直流电阻，单位为Ω/m

λ₁——金属护套损耗与线芯损耗之比

λ₂——金属铠装损耗与线芯损耗之比

计算满负荷运行时交联聚乙烯电缆绝缘两端的温差，根据交联聚乙烯电缆 结构及对应参数、长期允许工作温度θ_c，所计算的长期允许载流量I，用公式(3) 计算在满负荷运行时交联聚乙烯电缆绝缘两端的温差，

Δθ=I2R′×ρT2πlnrirc---(3)]]>

其中，Δθ——满负荷运行时的绝缘温差，单位为℃

I——电缆一相导体中允许流过的最大电流，单位为A

R′——最高工作温度下导体单位长度的直流电阻，单位为Ω/m

ρ_T——电缆XLPE绝缘热阻系数，单位为TΩ·m

r_i——绝缘外半径，单位为mm

r_c——导体外半径，单位为mm

步骤3：交联聚乙烯电缆在直流电压下的特性参数测试，测试的直流特性参 数包括巴德尔系数K、雷电冲击设计场强E_pu以及接地电树枝引发时间t_in，

巴德尔系数K的测试方法为：首先，对交联聚乙烯电缆进行取样，然后在 保证交联聚乙烯电缆的导体温度不低于θ_c及绝缘温差不低于Δθ的情况下，对取 样电缆施加标准操作冲击电压和标准雷电冲击电压进行击穿试验，随后在标准 操作冲击电压和标准雷电冲击电压上叠加正负直流预加电压继续对取样电缆进 行击穿试验，以此分别获得无直流电压叠加时的冲击击穿电压和有直流电压叠 加时的冲击击穿电压，交联聚乙烯电缆的巴德尔系数K用式(4)计算

K＝(V_i-V_r)/V_dc          (4)

其中，V_i——无直流电压叠加时的冲击击穿电压，单位为V

V_r——有直流电压叠加时的冲击击穿电压，单位为V

V_dc——正负直流预加电压，单位为V

取所得各计算值中的最大值作为巴德尔系数K；

雷电冲击设计场强E_pu的测试方法为：首先，对交联聚乙烯电缆进行取样， 然后在保证导体温度不低于θ_c及绝缘温差不低于Δθ的情况下，对取样电缆分别 施加正负极性的标准雷电冲击电压进行击穿试验，获得交联聚乙烯电缆绝缘的 正负极性雷电冲击击穿场强，取两者中的较低值E_min，并引入安全系数1.2，确 定交联聚乙烯电缆绝缘的雷电冲击设计场强为E_pu＝E_min/1.2；

接地电树枝引发时间的测试方法为：首先，对交联聚乙烯电缆进行取样， 然后对交联聚乙烯电缆绝缘样品利用针-板电极进行电树枝引发试验，在针极上 施加交联聚乙烯电缆系统的最大短路电压，获得1000次接地引发电树枝所对应 的接地动作时间，即为交联聚乙烯绝缘在系统最大短路电压下的接地电树枝引 发时间t_in；

步骤4：计算交联聚乙烯电缆长期允许直流工作电压，

计算交联聚乙烯电缆长期允许直流工作电压，根据交联聚乙烯电缆绝缘厚度 d，以及步骤3测试计算出的巴德尔系数K和雷电冲击设计场强E_pu，计算出交 联聚乙烯电缆长期允许直流工作电压最大值U₀，计算公式为式(5)；

U0=Epugd1.1K+1.9---(5)]]>

步骤5：计算交联聚乙烯电缆线路的传输容量，并判断传输容量是否满足直 流运行要求，

计算交联聚乙烯电缆线路的传输容量，根据步骤1确定的直流运行方案， 步骤2计算的交联聚乙烯电缆长期允许额定载流量，以及步骤4计算的交联聚 乙烯电缆长期允许直流工作电压，计算电缆线路传输容量，若电缆线路为单极 运行，则传输容量用公式(6)计算；若电缆线路为双极运行，则传输容量用公 式(7)计算，

P_DC＝U₀I         (6)

P_DC＝2U₀I        (7)

其中，P_DC——交联聚乙烯电缆线路的传输容量。

判断交联聚乙烯电缆传输容量是否满足直流运行的要求，若不满足，则转 入步骤1重新设计，直至交联聚乙烯电缆传输容量满足直流运行的要求；

步骤6：交联聚乙烯电缆直流运行线路接地方式校核，

校核标准为：交联聚乙烯电缆直流运行线路接地系统的放电时间常数τ要大 于时间限值t_min，且所述时间限值t_min为步骤3测试的接地电树枝引发时间的5 倍，即t_min＝5t_in，再通过式(8)计算所述交联聚乙烯电缆直流运行线路接地系统 的放电时间常数τ：

τ＝L/R          (8)

其中：L——接地系统的等效电感，单位为H

R——接地系统的等效电阻，单位为Ω

若放电时间常数τ和时间限值t_min通过校核标准，则交联聚乙烯电缆交流线 路改为直流运行的技术判定方法结束；若现有接地方式未通过校核，则进行交 联聚乙烯电缆直流运行线路接地方式改进，改进方法为增大接地系统的等效电 感L或减小接地系统的等效电阻R直至通过校核，交联聚乙烯电缆交流线路改 为直流运行的技术判定方法结束。