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科普:为什么两根电缆并行敷设时,电缆载流量明显减少

发布时间:   来源:光伏园

当两根电缆紧邻并行敷设时,一方面,基于散热等原因,电缆温度会明显升高,进而增大导体电阻率;另一方面电缆之间的 “邻近效应”(Proximity Effect) 和 “集肤效应(Skin Effect)的叠加也会降低导体的载流能力。

具体分析:

一、核心原因:邻近效应(最关键因素)

邻近效应是两根平行导体通有交流电流时,彼此产生的交变磁场相互作用,导致各自导体内部电流分布不均匀的现象,是并拢敷设时载流量下降的主要原因。

1. 邻近效应的物理过程

•当两根电缆并拢且通有交流电流时(假设电流方向相反,如供电回路的 “火线 + 零线” 或 “两相电缆”),每根电缆都会在周围产生交变磁场。

•对于其中一根电缆(如电缆 A),它会同时处于自身电流产生的磁场和另一根电缆(电缆 B)电流产生的磁场中。由于两根电缆距离极近(并拢敷设),电缆 B 产生的磁场会直接穿过电缆 A 的导体内部。

•根据电磁感应定律,电缆 A 导体内会感应出 “涡流”,且涡流的方向与导体表面的主电流方向相反 —— 这会迫使电缆 A 的主电流向导体的 “远离电缆 B 的一侧” 集中(同理,电缆 B 的电流也会向远离电缆 A 的一侧集中)。

2. 对载流量的影响

电流集中导致导体的有效导电截面积减小(相当于只有导体 “单侧” 在实际导电,另一侧电流密度极低)。根据欧姆定律,导体的交流电阻(R_ac)与有效截面积成反比:有效截面积越小,交流电阻越大。

而电缆的载流量本质是 “允许的最大电流(I_max)”,满足公式:Imax​=√​Ploss/Rac​​​(其中Ploss​是电缆允许的最大功率损耗,由导体材质和绝缘耐热等级决定,固定不变)。因此,交流电阻增大直接导致允许的最大电流(载流量)减小。

即使不考虑环境温度或散热条件的影响,单根电缆的载流量仍会变小,核心原因是电缆之间的 “邻近效应”(Proximity Effect) 和 “集肤效应(Skin Effect)的叠加放大”,这两种效应共同导致电缆导体的有效导电截面积减小、交流电阻增大,最终限制了载流量(载流量与导体电阻成反比,电阻越大,允许通过的电流越小)。

二、辅助因素:集肤效应的叠加放大

集肤效应是单一导体通交流电流时,电流向导体表面集中的现象(高频电流更明显),本身会导致导体有效截面积减小;而两根电缆并拢时,邻近效应会进一步 “加剧” 集肤效应,使电流集中的程度更显著。

单一电缆的集肤效应:电流仅因自身磁场向表面集中,有效截面积仍有一定保障。

并拢电缆的叠加效应:邻近效应迫使电流向 “单侧表面” 集中(而非整个圆周表面),相当于有效截面积被 “二次压缩”—— 例如,圆形导体原本因集肤效应仅表面 1-2mm 导电,并拢后可能仅 “远离另一根电缆的半圆表面” 导电,有效截面积进一步减小,电阻进一步增大,载流量随之下降。

三、温度升高的影响

电缆导线在传输电流时,由于导体内部存在电阻,电流通过时会产生热量。这部分热量会导致导线温度上升。电缆越多,考虑散热条件,温度上升速度会更快。随着温度的升高,导线的电阻率会增加,进而影响到导线的载流量。具体来说,导线发热温度对载流量的影响主要体现在以下几个方面:

‌电阻率变化‌:导线的电阻率随温度升高而增加,导致电流通过时的电阻增大,从而限制了电流的传输能力。

‌绝缘材料性能‌:高温可能导致电缆绝缘材料老化加速,绝缘性能下降,严重时可能引发电气故障或火灾。

‌散热条件‌:导线温度还受到周围环境的散热条件影响。散热不良时,导线温度会持续上升,进一步降低载流量。



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2025-09-18 08:59:24