行晋源，吴昊
四川电力设计咨询有限责任公司，四川 成都 610041
摘要：针对电缆金具涡流损耗问题，采用COMSOL多物理场仿真分析程序对电缆金具进行分析。结果表明采用不锈钢作为金具材料时损耗最小，随着金具厚度增加，金具涡流损耗逐渐增加，随着金具长度增加，涡流损耗逐渐增大。推荐在满足受力的情况下，工程中尽量采用尺寸小的不锈钢电缆金具。
关键词：电缆金具；涡流损耗；多物理场
0 引言
随着城市建设的不断推进，用电负荷不断增加。近几年来高压大截面电缆得到了越来越大范围的推广和应用。大截面电缆的使用，能够减少线路走廊数，节约土地资源，对我国耕地面积日益短缺的今天有着非常大的优势。
目前国内电缆附件的发展并没有跟上电缆的发展，电缆附件的研发也滞后于电缆，电缆附件较大影响了高压大截面电缆的应用。目前研究主要集中在电缆本身，研究电缆附件的学者较少。
在电缆附件中，大截面电缆的固定金具和支撑金具起到至关重要的作用，其将电缆的重量和热机械力以及短时短路电动力分散到各个夹具释放，使电缆免受机械损伤。高压大截面电缆固定金具和支撑金具都是导磁材料，电缆中通过电流时会在金具上感生出电压，产生涡流，形成损耗[1-3]。随着高压大截面电缆的应用逐步增大，敷设长度的增长，金具的损耗不容忽视，因此有必要对高压大截面电缆固定金具和支撑金具的损耗展开研究，探索降低金具损耗的方法。
1 电缆金具三维涡流场有限元模型
本文采用COMSOL多物理场仿真分析程序对电缆金具进行分析。根据实际隧道敷设电力电缆固定金具安装的实体模型建立相应的三维有限元模型。为了简化模型，假设电力电缆缆芯为一条加载源电流的通电导线，不考虑空间电荷和位移电流的影响，认为媒质的磁导率都是线性的，以及忽略谐波的影响。在进行计算时截取电力电缆长度500mm进行计算，其他位置电力电缆所产生的磁场对金具的影响可忽略不计。电压等级220kV，电缆型号YJLW02-Z，建立仿真模型如图1所示。
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图1 单芯电缆与电缆金具三维模型
2 影响金具损耗的关键因素
根据有限元模型，分别对影响金具涡流损耗的五个参数进行了分析计算，即电缆缆芯电流IN、金具电导率、金具厚度D、金具的长度L、气隙M。图2和图3分别为金具参数均为标准参数、额定电流有效值2000A下的磁通密度和涡流损耗分布图。由图3可知在金具气隙处和金具固定两侧以及金具边缘处产生损耗最多，这是因为金具在间隙、两侧和边缘处具有较大的漏磁通。
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根据上述方法，对铝合金、不锈钢和铜等不同材质的电缆金具进行仿真，结果如表1所示。仿真结果发现铜的涡流损耗密度与涡流损耗都最大，其值是不锈钢涡流损耗的30倍左右，铝合金的涡流损耗值是不锈钢的15倍左右，单从损耗方面考虑采用不锈钢作为金具材料时损耗最小，对于实际电缆工程更具有经济性。
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由表2可知，随着金具厚度增加，金具涡流损耗逐渐增加，涡流损耗增加与厚度近似呈线性递增关系。
对不同长度的电缆金具进行仿真，电流为2000A，不同长度下电缆金具的涡流损耗如表3所示。
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由表可知，随着金具长度增加，涡流损耗逐渐增大，涡流损耗与金具长度近似呈线性递增关系。
3 结论
（1）从损耗方面考虑采用不锈钢作为金具材料时损耗最小，对于实际电缆工程更具有经济性。
（2）随着金具厚度增加，金具涡流损耗逐渐增加，涡流损耗增加与厚度近似呈线性递增关系。
（3）随着金具长度增加，涡流损耗逐渐增大，涡流损耗与金具长度近似呈线性递增关系。
综上所述，推荐在满足受力的情况下，工程中尽量采用尺寸小的不锈钢电缆金具。
参考文献
[1]林金文.大截面电缆隧道电缆夹具研究[J].湖北电力，2011,35（2）：57-58.
[2]朱景林.电缆支架涡流损耗的研究[J].上海电力，2009,5:400-4012.
[3]聂永峰等.输电电缆支架涡流损耗的计算与分析[J].电网技术，2008,6,32（1）：142-145.