大截面高压电缆导体交流电阻的优化措施探讨

张锐

【摘要】：随着我国社会经济的发展和城市的建设，城市的供电系统已经成为了人民日常生活和社会发展必不可少的一个组成部分。在供电系统中，电力电缆是非常重要的一个关键因素，电缆的运行电压等级和载流量随着城市的要求也越来越高。但在大截面高压电缆导体中存在的集肤效应使电缆中的交流电阻远远的大于直流电阻，影响到了电缆线路的载流能力。所以大截面高压电缆導体的交流电阻需要得到必要的优化，根据不同的方法来降低交流电阻，避免高压电缆运行中的线路损耗。

【关键词】：电缆导体；交流电阻；优化措施

在我国的供电系统中，大截面电缆的使用越来越多，电缆导体流过交流电流时产生集肤效应的几率也随之升高。随着电缆导体截面的增大，交流电流流过电缆导体导致的集肤效应也更加严重，电缆导体内的交流电阻增多，对电缆线路也造成了损耗，影响到电缆的载流量。对电缆导体交流电阻产生影响的因素有很多种，大截面电缆导体的交流电阻也存在着很多优化的可能。大截面高压电缆对导体结构也需要进行优化，来降低导体内的交流电阻，减少集肤效应的产生。

1、电缆导体中的集肤效应

集肤效应是电缆在采用直流传输电能的过程中，电缆导体中存在交流电导致内部的电流分布不均匀，使电缆导体截面分布发生了变化。这种变化使电缆导体的电流密度不同，处于电缆导体表面的电流密度较大，内部的电缆密度较小，导致了电流导体的电阻增加，这种现象就被成为集肤效应。

集肤深度是电磁波在媒质中的穿透能力，媒质的材料性能都与集肤深度有着深刻的关联。电缆导体中的集肤深度对导体结构优化有着重要的作用，掌握好集肤深度和电缆导体的关系可以在一定程度上提高导体结构的优化能力[1]。

2、交流电阻的测量方法

电缆导体交流电阻的测量方法较多，在这多种测量方法中，我国对电压电流相位差法有着非常深入的研究，其测量原理也较为简单。电压电流相位差法的测量原理是将导体首尾连接呈测量回路，在对回路施加电流后测量其电压差、电流以及电压与电流的相位差。然后根据测量的长度，电压与电流的相位差，回路电流的有效值和被测导体的电压有效值进行计算，得出电缆导体的交流电阻[2]。

量热法也是测量电缆导体交流电阻的测量方法。这种测量方法的基本原理是将电缆裸导体放在一个封闭空间内，这个封闭空间是由已知传热系数的材料制成，将电缆裸导体放入封闭空间后，对其进行施加测试工作频率所需要的电流，并对导体表面、封闭空间内外表面温度和初始环境问题进行测量记录。电缆导体交流电阻的测量方法也有电桥法和功率表测定法，电缆护套回流线测试法等多种测量方法。这些测量方法可以帮助测量电缆导体的交流电阻，更利于优化电缆导体交流电阻的研究[3]。

3、交流电阻的影响因素以及优化措施

3.1导体结构对交流电阻的影响

在电缆导体中，不同的导体结构对交流电阻的影响也不同。在多种导体结构中，紧压圆形导体和分割导体有着明显的差别，分割导体的交流电阻比紧压圆形导体较低。而在分割导体中，瓦楞形分割导体和扇形分割导体对交流电阻并没有太大的影响，在这两种导体结构中交流电阻并不会发生太大的变化。由于集肤效应的系数是随着导体几何半径和集肤深度比值变化，分割导体结构的几何半径都小于同大小的紧压圆形导体，所以分割导体结构的交流电阻也会低于紧压圆形导体的交流电阻。在分割导体结构中，瓦楞形分割导体的几何半径略低于扇形分割导体，但两者与集肤深度的差距并不大，对集肤效应影响也不大。但在更大的导体截面中，瓦楞形分割导体在优化交流电阻方面的优势会体现出来，与扇形分割导体才有明显的差距体现[4]。

3.2单线绝缘对交流电阻的影响

在电缆的绝缘方式选择中，单线绝缘的方式可以有效的降低导体内的交流电阻。在单线绝缘的方式中，普通的单线绝缘对导体的交流电阻的影响较小，漆包单线对交流电阻的影响明显高于氧化单线，可以有效的降低电缆导体内的交流电阻。漆包单线最理想的分割导体是在普通导体单线上增加一层绝缘，将导体进行分割，可以有效的降低导体内的涡流效应。这种方式需要在电缆的安装过程中进行导体连接，对导体连接的每个部分都除去绝缘层。在单线绝缘中，漆包单线无疑是最好的降低交流电阻的选择，但是漆包单线相比氧化单线成本较高，安装方式较为复杂[5]。在对漆包单线和氧化单线进行选择时也可以选择效果不如漆包单线的氧化单线的方式来降低交流电阻，以便节约成本。

3.3绞合工艺对交流电阻的影响

对于降低导体内的交流电阻来讲，生产工艺有着一定的影响。对导体内的单线根数进行增加，并提高导体的紧压系数可以达到降低导体内交流电阻的效果，对每层单线的绞合方向进行改变也可以明显的降低交流电阻。改变导体内每层单线的绞合方向是对交流电阻影响较大的一种方法，不同方向的绞合可以有效的稳定导体的内部结构，对导体进行加固，减少每层单线之间存在的缝隙，减少导体的几何半径，这样可以有效的降低导体内的交流电阻的存在。减少导体的几何半径可以有效的降低集肤效应，提高导体的紧压系数也可以有效的减小导体的几何半径，在降低导体的交流电阻方面有着重要的作用。但在利用这种方式降低导体内部的交流电阻时却提高了生产成本，对导体的绞合工艺有较高的要求[6]。

结语

在对大截面高压电缆导体交流电阻进行优化时可以从导体的结构、单线绝缘的方式和绞合工艺等方面来降低导体内部的交流电阻。这样可以有效的解决集肤效应带来的电缆线路损耗，电缆的载流能力降低等问题，从而提高电缆的寿命。

【参考文献】：

[1]邓显波， 欧阳本红， 孔祥海，等. 大截面高压电缆导体交流电阻的优化[J]. 高电压技术， 2016， 42（2）：522-527.

[2]李春梅， 梅文杰， 狄健，等. 大截面海底电缆导体设计及优化[J]. 电力学报， 2018（1）.

[3]潘文林. 电缆大截面导体交流电阻测试方法综述[J]. 电气技术， 2017， 18（12）：19-23.

[4]宋艳春. 浅谈电线电缆中的导体电阻检测[J]. 商品与质量， 2016（36）.

[5]张杰. 电线电缆导体电阻检测技术分析[J]. 科学与信息化， 2016（33）.

[6]魏宏全. 电线、电缆导体电阻检测方法的研究[J]. 绿色环保建材， 2016（8）.