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摘要：电缆热循环实验是电缆在长期使用过程中，电缆的绝缘在电场和热的同时作用下加速老化缩短电缆寿命的试验。这项实验尽量在接近运行条件下测试，对主回路和模拟回路进行同时加热，但受限于实验场地的限制，一般情况下都是将模拟回路放置于主回路的内部，但是这样就会产生感应电流。本文就针对感应电流对实验精确度的影响进行探讨分析，并进行对比实验研究。
关键词：热循环实验；感应电流；交联聚乙烯绝缘电缆
1.交联聚乙烯绝缘电缆
1.1交联聚乙烯绝缘电缆的基本概念
现阶段随着电力电缆技术的发展与进步，交联聚乙烯（XLPE）被深入运用于电线电缆领域当中，所谓交联聚乙烯就是利用交联改性技术对聚乙烯（PE）材料进行优化处理，经过交联改性技术处理的聚乙烯材料，能够很大到程度上提升自身的材料性能，包括耐腐蚀、抗蠕变、抗开裂等，交联聚乙烯绝缘电力电缆还具备较大的电容量，且自身的重量相对较轻，维护成本低且方便，是现阶段高压电缆的主要发展方向和应用对象。
1.2交联聚乙烯绝缘电缆的热循环试验
由于交联聚乙烯绝缘电缆的优秀特性，使得交联聚乙烯绝缘电缆在城市电网和各种建设工程中都有广泛而深入的应用。而为了保障交联聚乙烯绝缘电缆的性能合格和质量安全可靠，在交联聚乙烯绝缘电缆出厂前，一般都需要进行一定的试验测试，以测试交联聚乙烯绝缘电缆的电性能是否达标。根据试验的过程和最终目的，可以将交联聚乙烯绝缘电缆的试验项目分为五种类型，分别是抽样试验、例行试验、型式试验、交接试验、和定期预防试验，这些试验的过程和结果共同保障了合格的交联聚乙烯绝缘电缆出厂使用。其中交联聚乙烯绝缘电缆的热循环试验是型式试验中的重要环节之一，电缆热循环试验的主要目的就是为了检测交联聚乙烯绝缘电缆在电热同时作用下的电气性能。电缆热循环试验一般需要较长的试验时间，且试验中的冷热温度循环也会对交联聚乙烯绝缘电缆的老化带来一定的影响。
1.3交联聚乙烯绝缘电缆热循环试验的基本要求
在交联聚乙烯绝缘电缆的热循环试验中，需要利用导体通电流的方式，将试验对象加热到试验要求的温度。一般情况下，加热的温度最下不得低于5K，最大不得高于10K，要让加热温度高于电缆正常运行情况下的温度。加热的过程一般在6小时左右，加热到指定温度后，需要保持2小时的指定温度，随会对样品电缆进行自然冷却处理，冷却时间控制在16小时左右，上述的加热保温冷却流程需要循环进行20次，并对最后2小时的加热电流进行记录。在试验的过程中为了节省试验场地，需要利用穿心大电流变压器进行加热，一般情况下，模拟回路需要放置在试验回路的中间。本文就以220KV的交联聚乙烯绝缘电缆为试验样品，针对回路不同情况下产生的感应电进行研究分析。
2.热循环试验
2.1电缆热循环试验的设备和流程
进行电缆热循环试验需要用到的设备包括：控制台、控制柜、主回路电路调整器、模拟回路电路调整器、穿心变压器和电流互感器。
在试验的过程中，采用了模拟回路和主回路同时加相同的电流，这主要是因为单独为主回路加电流高压是无法进行导体温度的测试的，所以采用了同时加相同电流的方法。在试验的过程中，为了能够让大电流能顺利的在穿心变压器上产出并传导个回路上，就需要利用计算机对穿心变压器的输入功率进行调节，主要就是通过计算机控制调压器进行调节。详情的热循环试验原理可以参照图1。
图1.电缆热循环回路原理图
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2.2分析电缆热循环试验中的感应电
在电缆热循环试验的过程中，在主回路的中间布置模拟回路，通过楞次定律可知在这种重叠布置的回路中，闭合回路中感应电流磁通的变化可能会受到感应电流产生磁场的干扰和阻止，再结合纽曼、韦伯所提出的法拉第电磁感应定律，可以得知，闭合回路中的感应电动势是由磁通的变化而产生的，具体如下述公式。
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上述公式中，感应电动势由E表示，匝数由N表示，磁通量由φｍ表示。通过试验和公式我们可以得知，感应电的大小随着磁通量的增大而增大减小而减小，而感应电的方向则与磁通量正好相反。在运行模拟回路和主回路的过程中，虽然两条回路重叠放置，主回路的内部就是模拟回路，但是，主回路电流与其产生的感应电流方向截然不同；与此相同的是，模拟回路的外部就是主回路，模拟回路产生的回路电流方向与主回路上产生的感应电流方向相同。这两种感应电情况如图2所示。回路之间的相对位置一定程度上影响了磁通量的大小。
图2.主回路与模拟回路的两种电流方向
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3.感应电对比试验
3.1布置试验与试验样品
首先对试验样品进行布置，试验中需要用到220KV的铜芯交联聚乙烯绝缘电缆，电缆的具体数据为额定电压127/220KV；热循环试验中的试验电压254KV。试验中将模拟回路与主回路重叠放置，模拟回路置于主回路之间并保持1.5m左右的距离。结合上述分析探讨内容，为了保障试验过程的顺利，试验设计方法采用分离变量法，设置两种回路，一种是单一的回路加电流；另一种是模拟回路和主回路同时施加一样的电流，并对这两种情况的结果进行对比分析，具体的试验示例可以参考图3。
在布置试验的过程中，主回路的外层绝缘护套接地，并用铜线将两端连接起来形成回路。试验过程中的电流采集需要用到电流互感器，并安装五台穿心变压器。在模拟回路这边，也是一样的外层绝缘护套接地并用铜线连成回路，电流的采集方式相同，穿心变压器需要安装三台。
3.2单一回路感应电试验对比
图3.试验布置示例
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该试验通分别对两条回路施加电流，让回路调压器归为零位，随后将产生感应电回路的调压器分合，并记录感应电流500-2000A之间的变化，具体变化如下图所示。
图4.感应电流的变化
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将穿心变压器从模拟回路中去除，利用主回路产生感应电并记录检测感应电流的变化过程，变化过程如下图所示
图5.感应电流的变化
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图6.感应电流的变化
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将主回路与模拟回路的相应位置进行改变，主回路与模拟回路平行放置，模拟回路放置在主回路的外侧并相隔距离1.5米，随后将模拟回路调压器分合并调为零位，之后记录感应电流的变化，感应电流的具体变化如下图所示。
3.3两回路同时运行对比试验
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3.4分析试验数据
综合分析文章上述的内容和数据，对单一回路施加电流会导致回路的另一侧产生感应电流。根据上文公式可知，在打开穿心变压器的情况下，回路会随着感应电流的增大而增大。当回路中的穿心变压器接入电源后，就会收到感应电流的影响产生与之相反的电流，这两种电流相互抵消使得感应电流更类似于不含有穿心变压器的状态。
在两条回路同时运行导入电流的的时候，与图2所示的电流方向相符合。在试验过程中，总功率和产生电流不发生变化的前提下，主回路和模拟回路的电流方向是相反的，两条回路上的调压器所输出的功率也存在不同。也就是说，主回路和模拟回路只有在电流相等的情况下，产生的电流方向才是相同的，而这时候的主回路输出功率相对模拟回路减小，模拟回路则会增大。如果主回路与模拟回路的电流方向不同，则主回路产生的输出功率相对于模拟回路增大，而模拟回路的输出功率则减小。
结语
综上所述，本文通过试验和数据分析可以得出如下结论。首先，在热循环试验的过程中，主回路与模拟回路即使在不重叠的情况下，只要距离保持足够近就可以产生感应电，而且回路之间的距离与感应电的大小有一定关系。其次，通过单一回路的试验过程可知，为了减少和避免试验样品的温度被感应电流所影响，在进行热循环实验的过程中要选择主回路和模拟回路通电的方式。最后，为了保障试验的顺利和数据可靠，可以利用主回路和模拟回路电流方向不同调压器输出功率变化的特性，对主回路和模拟回路的功率进行合理分配。
参考文献：
[1]李旭斌，刘青华，陈晓陆，张维堂.“探究感应电流的方向”实验改进研究[J].中学物理教学参考，2019，48（19）：56-60.
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