导体及电缆的设计选择刘凯

电气专业(供配电)设计人员培训讲义技术部刘凯内部培训资料目录第一章负荷计算及无功功率补偿第二章供配电系统第三章35~10（6KV）变配电所第四章短路电流计算第五章高低压电器的选择及配电线路的保护第六章导体及电缆的设计选择第七章防雷与接地第六章导体及电缆的设计选择一、电线、电缆类型的选择；二、电缆芯数的选择；三、电线、电缆截面的选择；四、电线、电缆敷设设计要求•一、电线、电缆类型的选择相关规范规定建筑中,电线电缆的基本功能是为电气负荷输送电力。在输送电力的过程中重点需考虑的问题有:①减少线路损耗,保证供配电系统正常运行;②防止电气火灾;③火灾发生时,应有利于人员的疏散;④发生突发事件,尤其是发生火灾时,应确保防灾设备、消防设备的正常运行。这些问题中,①是属于配电正常运行的问题;②~④则是属于安全问题,它们对于中、低压配电系统均适用。•低压配电导体选择应符合下列规定：1电缆、电线可选用铜芯或铝芯，民用建筑宜采用铜芯电缆或电线；下列场所应选用铜芯电缆或电线：1)易燃、易爆场所；2)重要的公共建筑和居住建筑；3)特别潮湿场所和对铝有腐蚀的场所；4)人员聚集较多的场所；5)重要的资料室、计算机房、重要的库房；6)移动设备或有剧烈振动的场所；7)有特殊规定的其他场所。•2导体的绝缘类型应按敷设方式及环境条件选择，并应符合下列规定：1)在一般工程中，在室内正常条件下，可选用聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套的电缆或聚氯乙烯绝缘电线；有条件时，可选用交联聚乙烯绝缘电力电缆和电线；2)消防设备供电及控制线路选择，应符合下列规定：a.火灾自动报警系统保护对象分级为特级的建筑物，其消防设备供电干线及分支干线，应采用矿物绝缘电缆；b.火灾自动报警保护对象分级为一级的建筑物，其消防设备供电干线及分支干线，宜采用矿物绝缘电缆；当线路的敷设保护措施符合防火要求时，可采用有机绝缘耐火类电缆；c.火灾自动报警保护对象分级为二级的建筑物，其消防设备供电干线及分支干线，应采用有机绝缘耐火类电缆；•d.消防设备的分支线路和控制线路，宜选用与消防供电干线或分支干线耐火等级降一类的电线或电缆。3)对一类高层建筑以及重要的公共场所等防火要求高的建筑物，应采用阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆、电线或无烟无卤电力电缆、电线。3绝缘导体应符合工作电压的要求，室内敷设塑料绝缘电线不应低于0.45／0.75kV，电力电缆不应低于0.6／lkV；•4.常用的电缆型号及适用的场所1）KYJVPKYJYP2KYJYRP交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯聚乙烯护套铜带铜丝编织屏蔽控制电缆敷设在室内、电缆沟、管道内及地下，电缆具有防干扰能力。2）JKVJKLVJKYJKLYJKYJJKLYJ聚氯乙烯/聚乙烯交联聚乙烯绝缘架空电缆用于架空电力传输等场所。3）JKTRYJ软铜芯交联聚乙烯绝缘架空电缆用于变压器引下线。4）JKLYJ/Q交联聚乙烯绝缘轻型架空电缆用于架空电力传输等场所。5）JKLGYJJKLGYJ/Q钢芯铝绞线交联聚乙烯绝缘架空电缆用于架空电力传输等场所，并能承受相当的拉力。6）LJLGJ铝绞线及钢芯铝绞线用于架空固定敷设。7）ZR-X阻燃电缆敷设在对阻燃有要求的场所，GZR电缆敷设在阻燃要求特别高的场所。8）WDZR-X低烟无卤阻燃电缆敷设在对低烟无卤和阻燃有要求的场所，GWDZR电缆敷设在要求低烟无卤阻燃性能特别高的场所。9)NH-X耐火电缆敷设在对耐火有要求的室内、隧道及管道中，GNH电缆除耐火外要求高阻燃的场所。10)WDNH-X低烟无卤耐火电缆敷设在有低烟无卤耐火要求的室内、隧道及管道中，GWDNH电缆除低烟无卤耐火特性要求外，对阻燃性能有更高要求的场所。11)FS-X防水电缆敷设在地下水位常年较高，对防水有较高要求的地区。12)H-X耐寒电缆敷设在环境温度常年较低，对抗低温有较高要求的地区。•二、电缆芯数的选择1kV及以下电源中性点直接接地时，三相回路的电缆芯数选择，应符合下列规定：1.保护线与受电设备的外露可导电部位连接接地时，应符合下列规定：1）保护线与中性线合用同一导体时，应选用四芯电缆。2）保护线与中性线各自独立时，宜选用五芯电缆；当满足下列规定时，也可采用四芯电缆与另外的保护线导体组成。1kV以上电源直接接地且配置独立分开的中性线和保护地线构成的系统，采用独立于相芯线和中性线以外的电缆作保护地线时，同一回路的该两部分电缆敷设方式，应符合下列规定：a.在爆炸性气体环境中，应敷设在同一路径的同一结构管、沟或盒中。b.除上述情况外，宜敷设在同一路径的同一构筑物中。2.受电设备外露可导电部位的接地与电源系统接地各自独立时，应选用四芯电缆。3.1kV及以下电源中性点直接接地时，单相回路的电缆芯数的选择，应符合下列规定：•1保护线与受电设备的外露可导电部位连接接地时，应符合下列规定：•1）保护线与中性线合用同一导体时，应选用两芯电缆。•2）保护线与中性线各自独立时，宜选用三芯电缆。•2受电设备外露可导电部位的接地与电源系统接地各自独立时，应选用两芯电缆。•三、电线、电缆截面的选择电力电缆截面选择是一个大家十分关心的问题，因为它是电气设计的主要内容之一。传统的电缆截面选择方法是按技术体选择，可分为4类：①按允许发热条件选择,也就是按允许载流量选择；②按经济电流密度选择；③按允许电压损失校验；④按短路热稳定校验。⑤按机械强度选择导线。主要指架空线路，电缆不需要。•1.按长期允许载流量选择电缆截面为了保证电缆的使用寿命，运行中的导体电缆温度应不超过规定的长期允许工作温度：聚氯乙烯绝缘电缆为70℃，交联聚乙烯绝缘电缆为90℃。根据这一原则，在选择电缆截面时，必须满足下列条件：Imax≤I0K式中：Imax——通过的最大连续负荷载流量（A）；I0——指定条件下的长期允许载流量（A），见附表1；K——长期允许载流量修正系数，见附表2.•举例：某工厂主变压器容量S为12000KVA，若以直埋35KV交联电缆供电，试问应选择多大电缆截面？（土壤温度最高30℃，土壤热阻系数2.5）•解：按下列计算电缆线路应通过的电流值•查附表1-12得：铜芯交联电缆8.7/10KV3×95mm²，最大连续负荷载流量为220A，25℃。由于敷设土壤温度最高为30℃，应进行温度修正。•查附表2-2得修正系数为0.96.I修=220（A）×0.96=211（A）•通过土壤温度的修正后该电缆的连续负荷载流量虽只有211（A），仍能满足电缆线路198（A）的要求。•2.按经济电流密度选择电缆截面国际电工委员会标准IEC287-3-2/1995提出了电缆尺寸即导体截面经济最佳化的观点：电缆导体截面的选择，不仅要考虑电缆线路的初始成本，而且要同时考虑电缆在寿命期间的电能损耗成本。因此要从经济电流密度来选择电缆截面。按载流量选择线芯截面时，只计算初始投资；按经济电流选择线芯截面时，除计算初始投资外，还要考虑经济寿命期内导体损耗费用，二者之和应最小。当减小线芯截面时，初始投资减少，但线路损耗费用增加；反之，增加线芯截面时，线路损耗减少，但初始投资增加。某一截面区间内，二者之和总费用最少，就是我们追求的目标——经济选型。（1）经济电流密度计算式：（2）电缆经济电流截面计算式：Sj=Imax/J式中：J——经济电流密度（A/mm²）；Sj——经济电流截面（mm²）；B=（1+Yp+Ys）(1+λ1+λ2)，可取平均值1.0014；P20————20℃时电缆导体电阻率（Ω·mm2/m）铜芯为18.4×10-9，，铝芯为31×10-9，计算时可分别取18.4和31。d20————20℃时电缆导体的电阻温度系数（1/℃）。铜芯为0.00393，铝芯为0.00403.（3）10KV及以下电力电缆按经济电流密度选择电缆截面，宜符合下列要求：①按照工程条件、电价、电缆成本、贴现率等计算拟选用的10KV及以下铜芯或铝PVC/XLPE绝缘电力电缆的经济电流密度值。（详见GB50217—2007《电力工程电缆设计规范》附录B《10KV及以下电力电缆经济电流截面选用方法》）。②对备用回路的电缆，如备用的电动机回路等，宜按正常运行小时数的一半选择电缆截面。对一些长期不使用的回路，不宜按经济电流密度选择电缆截面。③当电缆经济截面比按热稳定、容许电压降或持续载流量要求的截面小时，则应按热稳定、容许电压降或持续截流量较大要求的截面选择。当电缆经济截面介于电缆标称截面档次之间，可视其接近程度、选择较近一档截面，且宜偏小选取。（4）上述计算式及要求虽然精确但比较繁杂。为方便起见，推荐下列简化的经济电流密度计算方法：首先应知道电缆线路中年最大负荷利用时间，然后从下表中查得我国目前规定的电缆导体材料的经济电流密度，再按下式计算电缆截面。Sj=Imax/J式中：Imax——最大负荷电流（A）；J——经济电流密度（A/mm²）。根据计算所得的经济电流截面，通常选择不小于这个计算值并靠近这个值的电缆标称截面。我国规定的电缆经济电流密度3.根据电网允许电压降选择电缆截面当电流通过电线电缆时，由于线路中存在阻抗，必然产生电压降（电压损失），线路越长，截面越小，电压损失越大。一般规定：照明线路中允许相对电压降不应超过2.5~5%，户内动力线路不应超过4~6%允许值，输配电线路不应超过7%。如果线路电压降超过允许值，供电品质将无法达到设计要求。应适当增大电缆截面，使之达到要求。在低压线路中，当给定了负载的电功率P，送电距离L，所允许的相对电压降为ε时，则电缆截面按下式计算：式中：P——负载的电功率（KW）；L——送电线路距离（m）;C——根据导体材料及送电电压确定的线路功率系数（见下表）ε——允许的相对电压降（%）线路功率系数C值•举例：有一条380V三相四线制线路，总长2500m，终端负载功率为6KW，线路末端允许电压降为4%，使用铜芯电缆，求电缆截面。•解：已知L=2500mP=6KWε=4，表中查得C=76.5•代入上式：S=6X2500/76.5X4=49.02mm2•该线路电缆主线芯应选50mm²，三相四线制电缆型号规格应选择VV0.6/1KV3×50+1×25电力电缆。•4.按短路热稳定条件计算电缆导体允许最小截面的方法1.电缆导体允许最小截面，由下列公式确定:2.除电动机馈线回路外，均可取θP＝θH。3.Q值确定方式，应符合下列规定：1)对火电厂3～10kV厂用电动机馈线回路，当机组容量为100MW及以下时：2)对火电厂3～10kV厂用电动机馈线回路，当机组容量大于100MW时，Q的表达式见下表。•3).除火电厂3～10kV厂用电动机馈线外的情况：Q=I2*t式中S――电缆导体截面(mm2)；J――热功当量系数，取1.0；q――电缆导体的单位体积热容量（J/cm3·℃），铝芯取2.48，铜芯取3.4；θm――短路作用时间内电缆导体允许最高温度（℃）；θP――短路发生前的电缆导体最高工作温度（℃）；θH――电缆额定负荷的电缆导体允许最高工作温度（℃）；θm――电缆所处的环境温度最高值（℃）；IH――电缆的额定负荷电流（A）；IP――电缆实际最大工作电流（A）；I――系统电源供给短路电流的周期分量起始有效值（A）；Id――电动机供给反馈电流的周期分量起始有效值之和（A）；t――短路持续时间（s）；Tb――系统电源非周期分量的衰减时间常数（s）；α――20℃时电缆导体的电阻温度系数（1/℃），铜芯为0.00393、铝芯为0.00403；ρ――20℃时电缆导体的电阻系数（Ωcm2/cm），铜芯为0.0148x10-4、铝芯为0.031x10-4；η――计入包含电缆导体充填物热容影响的校正系数，对3～10kV电动机馈电回路，宜取η＝0.93，其它情况可按η＝1；K――缆芯导体的交流电阻与直流电阻之比值，可由下表选取。•例题：电缆截面选择•10kV电动机采用铜芯交联聚乙烯绝缘电缆供电，电缆穿钢管明敷，环境温度35℃，缆芯最90℃经济电流密度2.5A/平方毫米，YJV最小截面25平方毫米。电缆热稳定系数c=137，Ik=12kA，0.6s切除短路，允许压降5%，l=200m，电