摘要：电缆载流量是一种非常重要的性能指标，与电缆本身的结构材质、安装方法以及所处的工作环境等因素有很大的关系。电缆的外界环境主要有：地下环境温度、介质的热量散失（以介质的热阻系数来表示）。电缆周围介质的辐射特性与其所处的气候、季节等密切相关。文章着重分析了中低压电缆的几种典型敷设形式或多回路的热传导特性，以及不同敷设方式对载流量的影响。

关键词：导热系数；载流量；电力电缆；电缆线路

引言

中低压配电网络的电缆敷设形式以电缆沟、穿管和水泥槽箱为主，电缆周边常见的介质有泥土、沙、混凝土槽、软管等。研究发现，导热介质的散热能力对电缆载流量有很大的影响，例如，标称截面，10 kV的载流电流为365 A至446 A。为了研究电缆的敷设方式对其导热系数和载流量的影响，本文拟从理论和实验两个方面开展研究。

1电缆载流量的计算方法

目前，国内外对电缆载流量的研究主要有三种方法：实验分析、解析和数据统计。笔者拟在已有的研究基础上，以大口径电缆为研究对象，采用热电偶法进行测试，建立一种能够实时、精确地测量电缆载流量和导热系数的系统，从而实现更精确和动态的测试，但由于测试投入较大、测试流程繁琐，很难用于具体的工程实践。

解析分析法以地表和电缆表面为等温面，并假定存在迭加原则，推导了电缆载流量的计算公式。由于埋地电缆所处的环境比较复杂，导致其计算结果经常出现误差，借助解析和数据统计分别计算单芯直埋式电缆的导热系数和载流量，可以看出解析法的计算值与实际值相差很大，采用数据统计方法可以建立更加精确、更贴近实际敷设情况的数学模型。

目前的数据统计方法主要包括：有限差分法、有限体积法、边界单元法以及有限单元法。对于复杂敷设情况，采用前3种算法难以处理其边界上的网格划分。有限单元法结合有限差分法与边界单元法的优势，能在多种敷设环境下对电缆进行网格划分，是目前电缆导热系数和载流量计算的最常用手段。

2电缆敷设方式与载流量

2.1热阻对直埋电缆载流量的影响

在直埋电缆敷设中，电缆外部热阻与土壤的热阻成正比。电缆热导系数随土壤热导率的增加而减小。本文拟开展多回路电缆（电缆采取横向隔离，间隔200 mm）直埋敷设方法的研究。当回填土的热阻增大时，载流量几乎呈线性递减趋势，尤其是当热阻达到2.5 K·m/W时，载流量出现急剧下降趋势；多回路电缆载流量下降比单回路大，随着填料热阻的增加，填料的渗透系数从1.3下降到0.66。

温度的高低直接关系到电缆的散热效果，在温度较低的情况下，电缆的热量可以轻易地传递到地下。而地温越高，则热量传输效率降低，载流量随着地温的升高而逐渐减小。同一材质的导线，随着敷设线路的增加，其载流量也随之减小。在同样土壤温度下，敷设的环数减少，其载流量反而增大。温度是影响土体与空气对流传热的主要因素，随着空气温度的增加，土体与空气之间的对流传热能力逐渐减弱。因此，随着空气温度的增加，同一材质的导线的载流量也会随之下降。而在相同的空气温度条件下，铜线的载流量大于铝线。

2.2电缆埋深和排列方式的影响

电缆埋深对其载流量有一定的影响，随着埋深的增大，电缆的散热性能降低，载流量的变化幅度将逐渐减小。单回路、双回路、三回路在同埋深情况下，载流量表现均较为良好。

当敷设间距增加时，通过降低电缆自身的温度可以提高载流率，当电缆间隔增加时，其载流量也会增加。当电缆间隔达到一定数值，电缆的环数越多，载流率越低；在两条电缆间距较小的情况下，单回路铝导线的电流大于三回路铜导线；电缆间距的增大，三回路铜导线的载流量明显大于单回路电缆。以热水管为例，在存在外部热源的情况下，如果将其设置为常数，由于热水管的存在，其载流量会随着热水管的靠近而减少，且随着温度的升高，其散热能力也会逐渐降低。在直埋式中，电缆的排列形式对载流量也有一定的影响，横向排列时，电缆的散热效果比三角形排列强，所以横向排列的载流量更大。

2.3管内介质对载流量的影响研究

分析表明，采用管道敷设方式比直埋式、地沟方式的载流量小。考虑管内有水存在的情况，测试充水时电缆的载流情况。水对载流率有较大的影响，随着回填土的热阻不断增大，载流量几乎呈线性递减趋势，尤其是当热阻达到2K·m/W时，载流量急剧下降；三回路、六回路和十二回路电缆的载流量随回填土热阻的增大而减小，其载流率由1.3降至0.66，单回路降低幅度较大。

3热阻对电缆工作温度的影响

研究结果表明，在不同条件下，电缆周边介质的热阻系数对电缆表面温度产生较大的影响。在介质导热性较高的情况下，电缆表面温度急剧升高，四回路电缆温度可达200℃以上。这些缺陷不仅直接关系到电缆的安全，还会对周围环境造成危害。为此，在电缆敷设的设计和施工阶段，必须考虑到周围介质导热系数对电缆表面温度的影响，并设置相应的降温措施，以保证电缆线路安全可靠地运行。

4管内介质对电缆标称截面选取的研究

根据研究，单回路穿管敷设以及三回路中敷设不同热阻系数介质时，分析其载流量情况。根据对比不同分析结果，在穿管敷设方式中，随着电缆标称截面的增大，其载流损耗也会增加。这是由于电缆截面的面积增大，其表面的散热面积增加，造成散热效率的下降和载流损耗的增加。所以，在电缆规格的选择上，必须将其截面面积、填料的热阻系数等因素综合考虑，结合电缆周围空气温度、常见介质等外部因素，合理确定电缆截面面积。

5结论

5.1载流量和表面温度影响电缆运行状态

研究表明，对于直埋式和穿管式电缆，其载流量均随填料热阻的增大而呈线性递减趋势。由于回填土的热阻增大，其载流率可由1.3降至0.66。而且，在双回路、三回路、四回路电缆中，载流量下降的幅度大于单回路电缆。

5.2热阻系数对电缆的导热系数及载流量有直接的影响

随着回填土导热系数的增大，电缆表面温度急剧升高，四回路电缆温度可达200℃以上，给电缆的外部安全带来了极大的隐患。为此，采取相应敷设方式及降温措施，控制合理的载流量及电缆温升情况。

具体而言，如果填料具有较高的热阻系数，则可以有效地阻挡电缆热量向外传递，从而增加电缆的载流量。同时，若电缆不能及时散热，电缆表面温升较明显。若填料的热阻系数偏低，将造成电缆内部热量快速向外扩散，载流随之减少；由于散热速度较快，电缆的表面温度也较低。

5.3电缆截面对载流量的影响

随着标称截面的增加，电流损耗率也会增加。这是因为电缆的截面面积越大，其散热面积也相应增加，这将使电缆的散热效率和电能损耗增加。所以，在选择电缆时，要充分考虑电缆的标称截面及填料的导热系数，确保电缆传输的安全性和可靠性。

参考文献

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作者简介：凌雍荃、男、汉、1997年6月、籍贯：山东日照、职称：助理工程师

学历：本科、研究方向：机械电子专业/电气制造工程