优化敷设热阻在空气中的方法

电缆周围媒质的热阻，不仅和媒质有关，而且还取决于热的传输方式。传热过程中大约有三种形式，即传导换热、辐射换热和对流换热。

传导过程是传热媒质（主要为固体）没有相对运动，热量从高温区域转移到低温区域。电缆内部和地下敷设中的散热均为传导过程。

对流换热是指由于流体微团改变空间位置所引起的流体和固体表面的热量传递。

辐射换热是指温度不同的两个（或两个以上）物体间相互进行的热的辐射和吸收所形成的换热过程。习惯上，仅将和温度有关的辐射称为热辐射。它的能量是由热能转换来的，并且被物体吸收后又重新变成热能。当物体温度大于绝对温度0K时，就可向空间放射各种波长的电磁波。波长在0.1～40μm范围内的射线称为热射线。热射线投射到物体上能够被物体吸收变成热能，这种传播过程就称为热辐射。

太阳供给地球的大量能量就是靠辐射方式传递的。电缆敷设在空气中，从表面向空气中散发的热量也是以热辐射形式散热的。

辐射作用散发热量不仅与媒质有关，而且与散热体表面温度和表面情况有关。黑色表面散热体较容易散热，白色表面散热体散热较难。根据实验，从单位长度电缆表面散发到周围媒质（空气）中的热流可用下式计算，即

式中，h为散热系数，单位为W/[m²（℃）5/4]，其数值与电缆表面情况和电缆外径大小有关。图1-4-11绘出了电缆表面两种极端情况（光亮和黑色表面）下的h值。对于有外皮层的电缆可以认为是黑色表面，对于有热塑性材料护套或裸护套的电缆可取光亮表面和黑色表面之平均值；D_e为电缆外径；Δθ_s为电缆表面高于周围媒质的温度。

图1-4-11 电缆表面散热系数与电缆外径的关系曲线

据式（1-4-49）可得敷设在空气中的电缆等效周围媒质热阻为

因为电缆表面温度不易确定，所以式（1-4-50）中Δθ_s很难求出。为此，可利用下列关系和图表确定Δθ_s。单位长度电缆发出的热量为线芯损耗（nW_c）、介质损耗（nW_i）、金属屏蔽层损耗（nλ₁W_c）、铠装层损耗（nλ₂W_c）之和，应等于从电缆表面每单位时间散发到空气中的热量，即

或改写为

将式（1-4-52）两边乘以，得

设θ_c为线芯允许最高温度，θ_s为电缆表面温度，则电缆线芯至电缆表面的温升为(www.xing528.com)

又令

故式（1-4-54）可写为

式中，Δθ为线芯允许高于周围媒质温度。

将式（1-4-53）和式（1-4-57）写成等式

图1-4-12即为式（1-4-59）在不同Δθ+Δθ_d情况下与（Δθ_s）^1/4的关系曲线。

于是计算T₄的具体步骤如下：

1）根据电缆外径D_e、敷设情况和电缆表面情况，从图1-4-11中查出散热系数h。

2）根据式（1-4-58），求得和Δθ+Δθ_d的值。

3）根据上面所得结果，从图1-4-12中查出（Δθ_s）^1/4。

4）根据以上结果及式（1-4-50）求得T₄。

因Δθ_s在计算中以（Δθ_s）^1/4出现，故对T₄影响不大，因此敷设于空气中的电缆有时也用下列简化公式计算，即

图1-4-12 与（Δθ_s）^1/4的关系曲线

式中，h′为散热系数，一般取7～10W/m²·℃，表面较粗糙或涂有黑色涂料的电缆取较大值，表面光滑的电缆取较小值。