1. 設(shè)計(jì)電壓

電纜及附件的設(shè)計(jì)必須滿足額定電壓、雷電沖擊電壓、操作沖擊電壓和系統(tǒng)最高電壓的要求。其定義如下：

額定電壓

額定電壓是電纜及附件設(shè)計(jì)和電性試驗(yàn)用的基準(zhǔn)電壓，用U₀/U表示。

U₀——電纜及附件設(shè)計(jì)的導(dǎo)體和絕緣屏蔽之間的額定工頻電壓有效值，單位為kV；

U——電纜及附件設(shè)計(jì)的各相導(dǎo)體間的額定工頻電壓有效值，單位為kV。

雷電沖擊電壓 

U_P——電纜及附件設(shè)計(jì)所需承受的雷電沖擊電壓的峰值，既基本絕緣水平BIL，單位為kV。 

操作沖擊電壓 

 U_S——電纜及附件設(shè)計(jì)所需承受的操作沖擊電壓的峰值，單位為kV。 

系統(tǒng)最高電壓 

 U_m——是在正常運(yùn)行條件下任何時(shí)候和電網(wǎng)上任何點(diǎn)最高相間電壓的有效值。它不包括由于故障條件和大負(fù)荷的突然切斷而造成的電壓暫時(shí)的變化，單位為kV。

定額電壓參數(shù)見下表（點(diǎn)擊放大）

330kV操作沖擊電壓的峰值為950kV；500kV操作沖擊電壓的峰值為1175kV。

2. 導(dǎo)體電阻

2.1導(dǎo)體直流電阻

單位長度電纜的導(dǎo)直流電阻用下式計(jì)算:

20℃導(dǎo)體直流電阻詳見下表（點(diǎn)擊放大）：

以上摘錄于《10(6)kV～500kV電纜技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（Q∕GDW 371-2009 ）。

2.2 導(dǎo)體的交流電阻

在交流電壓下，線芯電阻將由于集膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)而增大，這種情況下的電阻稱為有效電阻或交流電阻。 

電纜線芯的有效電阻，國內(nèi)一般均采用IEC-287推薦的公式 :

R=R′(1+Y_S+Y_P)

式中：

R——最高工作溫度下交流有效電阻，Ω/m；

R′——最高工作溫度下直流電阻，Ω/m；

Y_S——集膚效應(yīng)系數(shù)，Y_S=X_S⁴/(192+0.8X_S⁴)，

X_S⁴=（8πf/R′×10^-7k_S）²；

Y_P——鄰近效應(yīng)系數(shù)，
Y_P=X_P⁴/(192+0.8X_P⁴)(D_c/S)²{0.312(D_c/S)²+1.18/[X_P⁴/(192+0.8X_P⁴)+0.27]}，X_P⁴=（8πf/R′×10^-7k_P）²。

X_S⁴——集膚效應(yīng)中頻率與導(dǎo)體結(jié)構(gòu)影響作用；

X_P⁴——鄰近效應(yīng)中導(dǎo)體相互間產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)影響作用；

f——頻率；

D_c——線芯直徑，m；

S——線芯中心軸間距離，m；

k_s——線芯結(jié)構(gòu)常數(shù)，分割導(dǎo)體k_s=0.435，其他導(dǎo)體k_s=1.0；

k_p——線芯結(jié)構(gòu)系數(shù)，分割導(dǎo)體k_p=0.37，其他導(dǎo)體k_p=

0.8~1.0；

對(duì)于使用磁性材料制做的鎧裝或護(hù)套電纜，Yp和Ys應(yīng)比計(jì)算值大70%，即:

R=R′[1+1.17(Y_S+Y_P)]

3. 電纜的電感

3.1自感

則單位長度線芯自感：

L_i=2W/(I²L)=μ₀/(8π) =0.5×10^-7

式中：

L_i——單位長度自感，H/m；

μ₀——真空磁導(dǎo)率，μ₀=4π×10^-7，H/m；

以上一般是實(shí)心圓導(dǎo)體，多根單線規(guī)則扭絞導(dǎo)體如下表：

因誤差不大，計(jì)算一般取L_i=0.5×10^-7H/m。

3.2高壓及單芯敷設(shè)電纜電感

對(duì)于高壓電纜，一般為單芯電纜，若敷設(shè)在同一平面內(nèi)（A、B、C三相從左至右排列，B相居中，線芯中心距為S），三相電路所形成的電感根據(jù)電磁理論計(jì)算如下：

對(duì)于中間B相：

L_B=L_i+2ln(2S/D_c) ×10^-7 ( H/m)

對(duì)于A相：

L_A=L_i+2ln(2S/D_c) ×10^-7 -α(2ln2 )×10^-7 (H/m)

對(duì)于C相：

L_C=L_i+2ln(2S/D_c) ×10^-7 -α²(2ln2 )×10^-7 (H/m)

式中：

實(shí)際計(jì)算中，可近似按下式計(jì)算：

L_A=L_B=L_C=L_i+2ln(2S/D_c) ×10^-7 ( H/m)

同時(shí)，經(jīng)過交叉換位后，可采用三段電纜電感的平均值，即：

L=L_i+2ln(2×(S₁S₂S₃)^1/3/D_c) ×10^-7 ( H/m)

=L_i+2ln(2×2^1/3S/D_c) ×10^-7 ( H/m)

對(duì)于多根電纜并列敷設(shè)，如果兩電纜間距大于相間距離時(shí)，可以忽略兩電纜相互影響。

3.3 三相電纜的電感

主要計(jì)算中低壓三相電纜三芯排列為“品”字形電纜。根據(jù)電磁場(chǎng)理論，三芯電纜工作電感為：

L=L_i+2ln(2S/D_c) ×10^-7

式中：

L——單位長度電感，H/m；

S——電纜中心間的距離，m；

若三芯電纜電纜中心間的距離不等距，或單芯三根品字排列時(shí)三相回路電纜的電感按下式計(jì)算：

式中：

S₁、S₂、S₃——電纜各相中心之間的距離，m。

4. 電纜金屬護(hù)套的電感

4.1三角排列

三根單芯電纜按等邊三角形敷設(shè)的三相平衡負(fù)載交流回路，護(hù)套開路，每相單位長度電纜金屬護(hù)套的電感為：

L_s=2ln(S/r_s) ×10^-7 ( H/m)

式中：

r_s——電纜金屬護(hù)套的平均半徑，m。

4.2等距直線排列

三根單芯電纜按等距離平面敷設(shè)的三相平衡負(fù)載交流回路，護(hù)套開路，每相單位長度電纜金屬護(hù)套的電感為：

對(duì)于中間B相：

L_SB=2ln(S/r_s) ×10^-7 ( H/m)

對(duì)于A相：

L_SA=2ln(S/r_s) ×10^-7 -α(2ln2 )×10^-7 (H/m)

對(duì)于C相：

L_SC=2ln(S/r_s)×10^-7 -α²(2ln2 )×10^-7 (H/m)

式中：

三相平均值：

L_S=2ln(S/r_s)×10^-7 +2/3?ln2 ×10^-7 (H/m)

4.3 任意直線排列

三根單芯電纜平面敷設(shè)的三相平衡負(fù)載交流回路，電纜換位，護(hù)套開路，每相單位長度電纜技術(shù)護(hù)套的電感為：

L_SB=2ln(((S₁S₂S₃)^1/3)^1/3/r_s) ×10^-7 ( H/m)

5. 電纜電抗、阻抗及電壓降

5.1電抗

電纜的電抗為：

X=ωL ( Ω/m)

式中：

L——電纜單位長度的電感，H/m;

ω=2πf。

5.2阻抗

電纜的阻抗為：

Z=（R²+X²）^1/2  ( Ω/m)

式中：

R——電纜單位長度的交流有效電阻，Ω/m。

5.3 電壓降

電纜的電壓降為：

△U=IZl   ( V)

式中：

I——導(dǎo)體電流，A；

l——電纜長度，m。

6. 電纜的電容

7. 計(jì)算實(shí)例

一條電纜型號(hào)YJLW02-64/110-1X630長度為2300m,導(dǎo)體外徑D_c=30mm，絕緣外徑D_i=65mm，電纜金屬護(hù)套的平均半徑r_s=43.85，線芯在20°C時(shí)導(dǎo)體電阻率 ρ₂₀=0.017241×10-6Ω·m ，線芯電阻溫度系數(shù)α=0.00393℃-1 ，k₁k₂k₃k₄k₅≈1，電纜間距100mm，真空介電常數(shù)ε₀=8.86×10-12  F/m，絕緣介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)ε=2.5,正常運(yùn)行時(shí)載流量420A。計(jì)算該電纜的直流電阻，交流電阻、電感、阻抗、電壓降及電容。

計(jì)算如下：

1.直流電阻

根據(jù)直流電阻公式：

得：

R＇=0.017241×10^-6(1+0.00393(90-20))/(630×10^-6)

= 0.3489×10^-4 （Ω/m）  

該電纜總電阻為R=0.3489×10^-4×2300 = 0.08025（Ω）

2.交流電阻

由公式Y_S=X_S⁴/(192+0.8X_S⁴)，X_S⁴=（8πf/R′×10^-7k_S）²得：

X_S⁴=(8×3.14×50/0.3489×10^-4)×10^-14= 12.96

Y_S=12.96/( 192+0.8×12.96) = 0.064

由公式X_P⁴=（8πf/R′×10^-7k_P）²得：

X_P⁴=(8×3.14×50/0.3489×10^-4)×10^-14= 12.96

由公式

Y_P=X_P⁴/(192+0.8X_P⁴)(D_c/S)²{0.312(D_c/S)²+1.18/[X_P⁴/(192+0.8X_P⁴)+0.27]}得：

Y_P=12.96/(192+0.8×12.96)(30/100)｛(0.312(30/100)+1.18/(12.96/(192+0.8×12.96)+0.27)｝= 0.02

由公式R=R′(1+Y_S+Y_P)得：

R=0.3489×10^-4(1+0.064+0.02) =0.378×10^-4(Ω/m)

該電纜交流電阻R_Z=0.378×10^-4×2300 = 0.8699 (Ω)

3.電感

由公式L=L_i+2ln(2S/D_c) ×10^-7 得到單位長度電感：

L1=0.5×10^-7+2ln(2×100/65)×10^-7 =2.75×10^-7（H/m）

該電纜總電感為L=2.75×10^-7×2300=0.632×10^-3H

4.金屬護(hù)套的電感

由公式L_S=2ln(S/r_s)×10^-7 +2/3?ln2 ×10^-7 

得到單位長度金屬護(hù)套的電感：

L_S1=2ln(100/43.85)×10^-7 +2/3?ln2 ×10^-7=2.11×10^-7H/m

該電纜金屬護(hù)套的電感為L_S=2.11×10^-7H/m×2300=0.4855×10^-3H

5.電抗、阻抗及電壓降

由公式X=ωL得到電抗：

X=2πf×0.632×10^-3=0.199Ω

由公式Z=（R²+X²）^1/2 得到阻抗：

Z=（ 0.8699²+0.199²）^1/2=0.8924Ω

由公式△U=IZl  得到電壓降為：

△U=500×0.8924Ω=374.8V

6.電容

由公式C=2πε₀ε/ln(D_i/D_c)得到單位長度電容：

C1=2×3.14×8.86×10^-12×2.5/Ln(65/30) = 0.179×10^-6 F/m 

該電纜總電容為C=0.179×10^-6×2300 = 0.411×10^-3 F