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铝丝铠装短路电流计算探讨

在国外的很多中压单芯电缆中，为了避免涡流损耗，同时保证电缆可承受一定的拉力，铠装采用的是铝丝铠装。因为在电缆安装实际操作中，铠装和屏蔽一样，都是要接地的。国外的电力系统大多属于A类系统，即中性点是直接接地的，在这种系统中，需要通过较大的接地短路电流，即在电缆发生短路时，屏蔽和铠装可以通过比较大的短路电流，将电流导入大地，而使电缆免于受损。因此，铝丝铠装的短路电流计算，是工程技术人员必备的一种技能。在IEC标准中，并无铝丝铠装短路电流的计算公式，有的只是铜带屏蔽和铜丝屏蔽。但是，依然可以依据IEC标准和参照其他国内外资料，进行铝丝铠装短路电流的计算推导，并得出准确的经得住实践检验的铝丝铠装短路电流数据，从而在电缆的研发、设计、制造过程中发挥重要作用。
电缆中任一载流部分，其额定短路电流的计算方法，通常假设在短路持续期间，热量保留在载流体内部（即绝热受热）。实际上在短路时，一些热量会传入邻近的材料中，就是事实上短路电流可以更大些，即所谓的考虑非绝热效应。在短路持续的全过程，非绝热法是有效的。与绝热法相比，采用非绝热法计算，屏蔽层、护层和小于10mm2的导体（特别是用作屏蔽线），其允许短路电流有很大增加。
铝丝铠装非绝热短路电流计算如下：
一、考虑非绝热效应的修正系数计算
由于铝丝铠装的内部是PVC护层，而外部需用无纺布绑扎，然后才可挤包PVC外护套，
因而周围媒质参数只需考虑PVC护层和无纺布。

式中，σ2，σ3——铝丝铠装层四周媒质比热（J/K•m3）
又：PVC护层σ2=1.7×106J/K•m3
无纺布纤维σ3=2.0×106J/K•m3
又：ρ2，ρ3铝丝铠装层四周媒质热阻（K•m/W）
PVC护层ρ2=6.0K•m/W
无纺布纤维ρ3=6.0K•m/W
F——铝丝铠装和周围非金属材料之间考虑热性不完善接触时的不完善接触因素，F=0.5
σ1——屏蔽层、护层或铠装层的比热，J/K•m3铝丝σ1=2.5×106J/K•m3
所有参数代入计算得：
ε=1.158非绝热系数。
二、绝热过程短路电流的计算公式：

其中，S——电缆屏蔽截面积，以YJV7212/20kV1×500为例，则S=60*2.5^2*0.7854=295mm2
IAd铝丝铠装屏蔽短路电流
β温度系数的倒数，228
θf最终短路温度，θf=250℃
θi起始短路温度，θi=90℃
σc20℃时导体的比热容，2.5×106J/K•m3
ρ2020℃时导体的电阻率，2.8264x10-8Ω.m。t为短路时间（S）取1S。
则，绝热过程允许短路电流（1秒钟）为：
=28.87kA
三、非绝热效应的短路电流计算
依据以上计算过程有，
非绝热过程允许短路电流（1秒钟）为：
=1.158*28.87=33.43kA
通过以上计算可以看出，铝丝铠装的非绝热短路电流相比绝热短路电流事实上有了很大增加。IEC949（1988）标准已经假定了最恶劣的计算条件，也即实际上在计算中已经考虑了余量，当然额定短路电流的计算结果是偏安全的。
上述计算中基本上仍是按照IEC949（1988）标准中铜丝屏蔽的计算公式，只不过考虑了铝丝铠装的周围媒质有别于铜丝屏蔽的周围媒质，并且将原公式中铜丝的相应参数换成了铝丝的。
另外，参照国外经验金属屏蔽层的最终短路温度可以到350℃，为安全起见，也有选择到300℃的，为提高我国电网的安全程度，实际计算按300℃计算。而上述金属屏蔽均是针对铜带或铜丝，铝丝铠装应与铜屏蔽有所不同，因为铝材对高温的耐受性要弱于铜。我们在实际计算中参照了铝导体的最终短路温度，按250℃计算，这样算得的短路电流可确保实际短路时铠装铝丝不至于因过载而出现安全问题。