供配電技術 第五章導線和電纜截面的選擇

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1、第五章 導線和電纜截面的選擇 為了保證供配電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質、經(jīng)濟地運行，選擇導線和電纜 截面時必須滿足下列條件： 1發(fā)熱條件。導線和電纜（包括母線）在通過正常最大負荷電流即線路 計算電流（ I30）時產(chǎn)生的發(fā)熱溫度，不應超過其正常運行時的最高允許溫度。 2電壓損耗條件。導線和電纜在通過正常最大負荷電流即線路計算電流 （ I30 ）時產(chǎn)生的電壓損耗，不應超過正常運行時允許的電壓損耗。（對于工 廠內(nèi)較短的高壓線路，可不進行電壓損耗校驗。） 3經(jīng)濟電流密度。 35KV及以上的高壓線路及電壓在 35KV以下但長距離、 大電流的線路，其導線和電纜截面宜按經(jīng)濟電流密度選擇，以使線路的年費用 支出最小

2、。所選截面，稱為“經(jīng)濟截面”。此種選擇原則，稱為“年費用支出 最小”原則。一般工廠和高層建筑內(nèi)的 10KV及以下線路，選擇“經(jīng)濟截面” 的意義并不大，因此通常不考慮此項條件。 為了保證供配電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質、經(jīng)濟地運行，選擇導線和電纜 截面時必須滿足下列條件： 4機械強度。導線（包括裸線和絕緣導線）截面不應小于其最小允許 截面。 5短路時的動、熱穩(wěn)定度校驗 。和一般電氣設備一樣，導線也必須具 有足夠的動穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度，以保證在短路故障時不會損壞。 6與保護裝置的配合。導線和安裝在其線路上的保護裝置（如熔斷器、 低壓斷路器等）必須互相配合，才能有效地避免短路電流對線路造成的危害。 第五章

3、導線和電纜截面的選擇 為了保證供配電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質、經(jīng)濟地運行，選擇導線和電纜 截面時必須滿足下列條件： 對于電纜，不必校驗其機械強度和短路動穩(wěn)定度，但需校驗短路熱穩(wěn) 定度。 在工程設計中，根據(jù)經(jīng)驗，一般對 6 10KV及以下的高壓配電線路 和低壓動力線路，先按發(fā)熱條件選擇導線截面，再校驗其電壓損耗和機械強 度；對 35KV及以上的高壓輸電線路和 6 10KV長距離、大電流線路，則先 按經(jīng)濟電流密度選擇導線截面，再校驗其發(fā)熱條件、電壓損耗和機械強度； 對低壓照明線路，先按電壓損耗選擇導線截面，再校驗發(fā)熱條件和機械強度。 通常按以上順序進行截面的選擇，比較容易滿足要求，較少返工，從而減少

4、計算的工作量。 第五章 導線和電纜截面的選擇 一、按允許載流量選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 1三相系統(tǒng)相線截面的選擇 電流通過導線（包括電纜、母線等）時，由于線路的電阻而會使其發(fā)熱。當發(fā) 熱超過其允許溫度時會使導線接頭 處的氧化加劇，增大接觸電阻而導致進 一步的氧化，如此惡性循環(huán)會發(fā)展到觸頭燒壞而引起斷線。而且絕緣導線和電 纜的溫度過高時，可使絕緣加速老化甚至損壞，或引起火災。因此，導線的正 常發(fā)熱溫度不得超過規(guī)程規(guī)定的各類線路在額定負荷時的最高允許溫度。 F 當在實際工程設計中，通常用導線和電纜的允許載流量 不小于通過相線的計 算電流 來校驗其發(fā)熱條件，即 30II a

5、l K 一、按允許載流量選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 導線的允許載流量 ：是指在規(guī)定的環(huán)境溫度條件下，導線或電纜能夠連續(xù)承 受而不致使其穩(wěn)定溫度超過允許值的最大電流。如果導線敷設地點的實際環(huán) 境溫度與導線允許載流量所規(guī)定的環(huán)境溫度不同時，則導線的允許載流量須 乘以溫度校正系數(shù) K,其計算公式為： 式中， 為導線額定負荷時的最高允許溫度；為導線允許載流量所規(guī)定的環(huán)境 溫度；為導線敷設地點的實際環(huán)境溫度。 這里所說的“環(huán)境溫度”，是按發(fā)熱條件選擇導線和電纜所采用的特定溫度。 在室外，環(huán)境溫度一般取當?shù)刈顭嵩缕骄罡邭鉁亍Ｔ谑覂?nèi)，則取當?shù)刈顭?月平均最高氣溫加 5 。對土中直埋

6、的電纜，取當?shù)刈顭嵩碌叵?0.8 1m的土 壤平均溫度，亦可近似地采用當?shù)刈顭嵩缕骄鶜鉁亍?按發(fā)熱條件選擇導線所用的計算電流 I30時，對降壓變壓器高壓側的導線，應 取為變壓器額定一次電流 I1NT。對電容器的引入線，由于電容器放電時有較 大的涌流，因此 I30應取為電容器額定電流 I . 的 1.35倍。 一、按允許載流量選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 2. 中性線和保護線截面的選擇 （ 1）中性線（ N線）截面的選擇 三相四線制系統(tǒng)中的中性線，要通過系統(tǒng)的三相不平衡電流和零序電流， 因此中性線的允許載流量應不小于三相系統(tǒng)的最大不平衡電流，同時應考 慮諧波電流的影響。 一

7、般三相線路的中性線截面 A ，應不小于相線截面 A的 50%，即 AA 500 . 由三相線路引出的兩相三線線路和單相線路，由于其中性線電流與 相線電流相等，因為它們的中性線截面 A 應與相線截面 A相同，即 AA 0 對于三次諧波電流較大的三相四線制線路及三相負荷很不平衡的線路， 使得中性線上通過的電流可能接近甚至超過相電流。因此在這種情況下，中 性線截面 A 宜等于或大于相線截面 A ，即： AA 0 一、按允許載流量選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 （ 2）保護線（ PE線）截面的選擇 PE線要考慮三相系統(tǒng)發(fā)生單相短路故障時單相短路電流通過時的短路熱穩(wěn)定度。 根據(jù)短路熱

8、穩(wěn)定度的要求，保護線（ PE線）的截面 A ，按 GB50054 1995 低壓配電設計規(guī)范 規(guī)定： 1）當 A16mm2時 A A 2）當 16mm2 A 35 mm2 時 A 16mm2 3）當 A 35mm2時 A 0.5 A （ 3）保護中性線（ PEN線）截面的選擇 保護中性線兼有保護線和中性線的雙重功能，因此其截面選擇應同時滿足上 述保護線和中性線的要求，并取其中的最大值。 一、按允許載流量選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 例 5-1 有一條采用 BLX-500型鋁芯橡皮線明敷的 220/380V的 TN-S線路，計 算電流為 50A，當?shù)刈顭嵩缕骄罡邭鉁貫?3

9、0 。試按發(fā)熱條件選擇此 線路的導線截面。 解：此 TN S線路為含有 N線和 PE線的三相四線制線路，因此不僅要選擇 相線，還要選擇中心線和保護線。 （ 1） 相線截面的選擇 查附錄表 16得環(huán)境溫度為 30 時明敷的 BLX-500型截面為 10 mm2的鋁芯橡皮 絕緣導線的 Ial 60A I30 50A，滿足發(fā)熱條件。因此相線截面選 A 10mm2。 （ 2） N線的選擇 按 A00.5A，選擇 A0 6mm2。 (3) PE線的選擇 由于 A 16 mm2，故選 APE A 10 mm2 。 所選導線的型號規(guī)格表示為： BLX-500-(3 10 1 6 PE10)。 一、按允許載流

10、量選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 例 5-2 上例所示 TN-S線路，如采用 BLV-500型鋁芯絕緣線穿硬塑料管埋地敷 設，當?shù)刈顭嵩缕骄罡邭鉁貫?25 。試按發(fā)熱條件選擇此線路的導線截 面及穿線管內(nèi)徑。 解：查附錄表 16得 25 時 5根單芯線穿硬塑料管的 BLV-500型截面為 25mm2的 導線的允許載流量 57A 50A。 因此按發(fā)熱條件，相線截面可選為 25mm2。 N線截面按 A 00.5A 選擇，選為 16mm2。 PE線截面按規(guī)定，選為 16mm2。 穿線的硬塑管內(nèi)徑查表 10，選為 40 mm2。 選擇結果表示為： BLV-500-（ 3 25 1

11、16 PE16） -PC50，其中 PC為硬塑 管代號。 二、按經(jīng)濟電流密度選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 導線（包括電纜）的截面越大，電能損耗就越小，但是線路 投資，維修管理費用和有色金屬消耗量卻要增加。因此從經(jīng)濟方 面考慮，導線應選擇一個比較合理的截面，既使電能損耗小，又 不致過分增加線路投資、維修管理費和和有色金屬消耗量。 年運行費用： 包括線路年電能損耗費用、年折舊維護費和年管理費用（可忽略）。 線路的年費用 C和導線截面 A的關系曲線 二、按經(jīng)濟電流密度選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 曲線 1表示線路的年折舊費（線路投資除以折舊年限之值）和線路

12、的年維修管 理費之和與導線截面的關系曲線； 曲線 2表示線路的年電能損耗費與導線截面的關系曲線； 曲線 3為曲線 1與曲線 2的疊加，表示線路的年運行費用（包括線路的年折舊費、 維修費、管理費和電能損耗費）與導線截面的關系曲線。 線路的年費用 C和導線截面 A的關系曲線 二、按經(jīng)濟電流密度選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 由曲線 3可知，與年運行費最小值 Ca（ a點）相對應的導線截面 A不一定是最經(jīng)濟合理 的導經(jīng)截面，因為 a點附近，曲線 3比較平坦，如果將導線截面再選小一些，例如選為 A（ b點），年運行費用 Cb增加不多，但導線截面即有色金屬消耗量卻顯著地減少。因 此從

13、全面的經(jīng)濟效益來考慮，導線截面選為 A b比選 A a更為經(jīng)濟合理。這種從全面的經(jīng) 濟效益考慮，使線路的年運行費用接近最小同時又適當考慮有色金屬節(jié)約的導線截面， 稱為經(jīng)濟截面，用符號 A e c表示。 線路的年費用 C和導線截面 A的關系曲線 二、按經(jīng)濟電流密度選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 各國根據(jù)其具體國情特別是有色金屬資源的情況規(guī)定了各自的導線和電 纜的經(jīng)濟電流密度。所謂經(jīng)濟電流密度是指與經(jīng)濟截面對應的導線電流 密度。我國現(xiàn)行的經(jīng)濟電流密度規(guī)定如下表所示。 二、按經(jīng)濟電流密度選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 按經(jīng)濟電流密度 j e c計算經(jīng)濟截面 A

14、 e c的公式為： A e c= I30 / j e c 式中， I30為線路的計算電流。 按上式計算出 A e c后，應選最接近的標準截面（可取較小的標準截面），然后 檢驗其它條件。 例 5-3 有一條用 LJ型鋁絞線架設的 5km長的 10KV架空線路，計算負荷為 1380kW， cos =0.7,T 4800h，試選擇其經(jīng)濟截面，并校驗其發(fā)熱條件和機 械強度。 二、按經(jīng)濟電流密度選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 例 5-3 有一條用 LJ型鋁絞線架設的 5km長的 10KV架空線路，計算負荷為 1380kW， cos =0.7,T 4800h，試選擇其經(jīng)濟截面，并校驗其

15、發(fā)熱條件和機 械強度。 解： (1) 選擇經(jīng)濟截面 P30/（ UN cos ） 1380kW/( 10kV 0.7) 114A 查表得 j e c 1.15A/mm2，因此 A e c 114A/（ 1.15A/ mm2） 99 mm2 因此初選的標準截面為 95 mm2，即 LJ-95型鋁絞線。 二、按經(jīng)濟電流密度選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 (2) 校驗發(fā)熱條件 查附錄得 LJ-95的允許載流量（室外 25 時） 325A 114A， 因此滿足發(fā)熱條件。 (3) 校驗機械強度 查表得 10KV架空鋁絞線的最小截面 A min 35mm2 A 95mm2，因此所選 L

16、J-95型鋁絞線也滿足機械強度要求。 三、按電壓損耗選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 電壓損耗，是指線路首端線電壓和末端線電壓的代數(shù)差。為保證供電質 量，按規(guī)定，高壓配電線路（ 6 10kV）的允許電壓損耗不得超過線路額定 電壓的 5；從配電變壓器一次側出口到用電設備受電端的低壓輸配電線路 的電壓損耗，一般不超過設備額定電壓（ 220V、 380V）的 5%；對視覺要求 較高的照明線路，則不得超過其額定電壓的 2% 3%。如果線路的電壓損耗 超過了允許值，則應適當加大導線或電纜的截面，使之滿足允許電壓損耗的 要求。 三、按電壓損耗選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的

17、選擇 1電壓損耗的計算公式介紹 （ 1） 集中負荷的三相線路電壓損耗的計算公式 下面以帶兩個集中負荷的三相線路 (下圖 )為例，說明集中負荷的三相線 路電壓損耗的計算方法。 圖中，以 P1、 Q1、 P2、 Q2表示各段線路的有功功率和無功功率， p1、 q1、 p2、 q2表示各個負荷的有功功率和無功功率， l1、 r1、 x1、 l2、 r2、 x2表示各 段線路的長度、電阻和電抗； L1、 R1、 X1、 L2、 R2、 X2 為 線路首端至各負 荷點的長度、電阻和電抗。 三、按電壓損耗選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 線路總的電壓損耗為： U 對于“無感”線路，即線路

18、的感抗可省略不計或線路負荷的 cos 1，則線路 的電壓損耗為 三、按電壓損耗選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 如果是“均一無感”的線路，即不僅線路的感抗可省略不計或線路負荷的 cos 1，而且全線采用同一型號規(guī)格的導線，則其電壓損耗為： = = 線路電壓損耗的百分值為： %= 式中 ， 為導線的電導率； A為導線的截面； L為線路首端至負荷 p的長度； 為線路的所有有功功率矩之和 。 對于“均一無感”的線路，其電壓損耗的百分值為： = = 式中， C是計算系數(shù)，見下表。 三、按電壓損耗選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 三、按電壓損耗選擇導線和電纜的截面 第

19、五章 導線和電纜截面的選擇 （ 2）均勻分布負荷的三相線路電壓損耗的計算 如下圖所示，對于均勻分布負荷的線路，單位長度線路上的負 荷電流為 i0，均勻分布負荷產(chǎn)生的電壓損耗，相當于全部負荷集中在 線路的中點時的電壓損耗，因此可用下式計算其電壓損耗 = i0L2R0(L1+L2/2) = I R0(L1+L2/2) 式中， I= i0L2，為與均勻分布負荷等效的集中負荷； R0為導線單位長度 的電阻值， /km； L2為均勻分布負荷線路的長度， km。 三、按電壓損耗選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 2按允許電壓損耗選擇、校驗導線截面 按允許電壓損耗選擇導線截面分兩種情況：一是

20、各段線路截面相同，二 是各段線路截面不同。 （ 1）各段線路截面相同時按允許電壓損耗選擇、校驗導線截面 一般情況下，當供電線路較短時常采用統(tǒng)一截面的導線。 可直接用公式來計算線路實際電壓損耗百分值 ，然后根據(jù)允許電 壓損耗 來校驗其導線截面是否滿足電壓損耗的條件： 如果是“均一無感”線路，還可以根據(jù)公式，在已知線路的允許電壓損 耗 U a l條件下，計算該導線的截面，即： A = 三、按電壓損耗選擇導線和電纜的截面 第五章 導線和電纜截面的選擇 （ 2）各段線路截面不同時按允許電壓損耗選擇、校驗導線截面 當供電線路較長，為盡可能節(jié)約有色金屬，常將線路依據(jù)負荷大小的不同采 用截面不同的幾段。在確

21、定各段導線截面時，首先用線路的平均電抗 X0（根 據(jù)導線類型）計算各段線路由無功負荷引起的電壓損耗，其次依據(jù)全線允許 電壓損耗確定有功負荷及電阻引起的電壓損耗（ % ） 最后根據(jù)有色金屬消耗最少的原則，逐級確定每段線路的截面。這種方法比 較繁瑣，故這里只給出各段線路截面的計算公式，有興趣的同學可自己查閱 相關手冊。 設全線由 n段線路組成，則第 j（ j為整數(shù) 1jn）段線路的截面由下式確定： A = 如果各段線路的導線類型與材質相同，只是截面不同，則可按下式計算： A = 小結 導線截面的選擇與檢驗 選擇導線截面必須滿足：發(fā)熱條件、電 壓損失條件、經(jīng)濟電流密度條件、機械強度和短路時的動、熱穩(wěn) 定度；同時，還須考慮與保護裝置的配合問題；對于絕緣導線和 電纜，還應滿足工作電壓的要求。對于電纜，不必校驗其機械強 度和短路動穩(wěn)定度，但需校驗短路熱穩(wěn)定度。對于母線，短路動、 熱穩(wěn)定度都需考慮；對 6 10KV及以下的高壓配電線路和低壓動 力線路，先按發(fā)熱條件選擇導線截面，再校驗電壓損失和機械強 度；對 35KV及以上的高壓輸電線路和 6 10KV長距離、大電流 線路，則先按經(jīng)濟電流密度選擇導線截面，再校驗發(fā)熱條件、電 壓損失和機械強度；對低壓照明線路，先按電壓損失選擇導線截 面，再校驗發(fā)熱條件和機械強度。