第6章-导线和电缆截面的选择

第6章导线和电缆截面的选择6.1概述6.2按允许载流量选择导线和电缆的截面6.3按允许电压损失选择导线和电缆截面6.4按经济电流密度选择导线和电缆截面6.1概述按允许载流量选择导线和电缆的截面（发热条件）按允许电压损失选择导线和电缆截面按经济电流密度选择导线和电缆截面按机械强度选择导线和电缆截面6.2电力线路的截面选择及检验条件为了保证供配电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面时必须满足下列条件：1．发热条件导线和电缆（包括母线）在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。2．电压损耗条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过正常运行时允许的电压损耗。（对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。）3．经济电流密度35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但长距离、大电流的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。一般工厂和高层建筑内的10KV及以下线路，选择“经济截面”的意义并不大，因此通常不考虑此项条件。4．机械强度导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面，见表5-4。对于电缆，不必校验其机械强度和短路动稳定度，但需校验短路热稳定度。在工程设计中，根据经验，一般对6～10KV及以下的高压配电线路和低压动力线路，先按发热条件选择导线截面，再校验其电压损耗和机械强度；对35KV及以上的高压输电线路和6～10KV长距离、大电流线路，则先按经济电流密度选择导线截面，再校验其发热条件、电压损耗和机械强度；对低压照明线路，先按电压损耗选择导线截面，再校验发热条件和机械强度。通常按以上顺序进行截面的选择，比较容易满足要求，较少返工，从而减少计算的工作量。5．短路时的动、热稳定度校验和一般电气设备一样，导线也必须具有足够的动稳定度和热稳定度，以保证在短路故障时不会损坏。6．与保护装置的配合导线和安装在其线路上的保护装置（如熔断器、低压断路器等）必须互相配合，才能有效地避免短路电流对线路造成的危害。电力线路的类型允许载流量允许电压损失经济电流密度机械强度35kV及以上电源进线△△★△无调压设备的6～10kV较长线路△★△6～10kV较短线路★△△低压线路照明线路△★△动力线路★△△电力线路截面的选择和校验项目△——校验的项目，★——选择的依据6.2按允许载流量选择导线和电缆的截面导体的温升导体的长期允许温度θal对应于导体长期允许温度，导体中所允许通过的长期工作电流，称为该导体的允许载流量Ial导体的允许温度与允许载流量注意：导体的允许载流量，不仅和导体的截面、散热条件有关，还与周围的环境温度有关。在资料中所查得的导体允许载流量是对应于周围环境温度为θ0=25℃的允许载流量，如果环境温度不等于25℃，允许载流量应乘以温度修正系数Kt。导体的允许温度与允许载流量对于电缆，还应当考虑到电缆的敷设方式对散热条件的影响。如果几根电缆并排直接埋于土中，由于电缆互相影响，使散热条件变坏，其允许温度还应乘以并排修正系数Kp。电缆埋于土中，土壤的热阻系数不同于允许电流表中所指出的数值时，应乘以土壤热阻修正系数Ktr。因此电缆的允许电流应按下式计算：altrptalalIKKKIKI这里所说的“环境温度”，是按发热条件选择导线和电缆所采用的特定温度。在室外，环境温度一般取当地最热月平均最高气温。在室内，则取当地最热月平均最高气温加5℃。对土中直埋的电缆，取当地最热月地下0.8～1m的土壤平均温度，亦可近似地采用当地最热月平均气温。按发热条件选择导线所用的计算电流时，对降压变压器高压侧的导线，应取为变压器额定一次电流I。对电容器的引入线，由于电容器放电时有较大的涌流，因此应取为电容器额定电流IＮ.Ｃ的1.35倍。中性线和保护线截面的选择（1）中性线（N线）截面的选择三相四线制系统中的中性线，要通过系统的三相不平衡电流和零序电流，因此中性线的允许载流量应不小于三相系统的最大不平衡电流，同时应考虑谐波电流的影响。一般三相线路的中性线截面A０，应不小于相线截面A的50%，即A０≥0.5A°φ２.中性线和保护线截面的选择（1）中性线（N线）截面的选择三相四线制系统中的中性线，要通过系统的三相不平衡电流和零序电流，因此中性线的允许载流量应不小于三相系统的最大不平衡电流，同时应考虑谐波电流的影响。一般三相线路的中性线截面A０，应不小于相线截面A的50%，即A０≥0.5A由三相线路引出的两相三线线路和单相线路，由于其中性线电流与相线电流相等，因为它们的中性线截面A０应与相线截面A相同，即A０＝A对于三次谐波电流较大的三相四线制线路及三相负荷很不平衡的线路，使得中性线上通过的电流可能接近甚至超过相电流。因此在这种情况下，中性线截面A０宜等于或大于相线截面A，即：A０≥A（2）保护线（PE线）截面的选择保护线要考虑三相系统发生单相短路故障时单相短路电流通过时的短路热稳定度。根据短路热稳定度的要求，保护线（PE线）的截面AＰＥ，按GB50054－1995《低压配电设计规范》规定：（3）保护中性线（PEN线）截面的选择保护中性线兼有保护线和中性线的双重功能，因此其截面选择应同时满足上述保护线和中性线的要求，并取其中的最大值。1）当Aφ≤16mm2时AＰＥ≥A2）当16mm＜A≤35mm时AＰＥ≥16mm23）当A＞35mm时AＰＥ≥0.5A注：对于电力变压器低压侧截面较大的PE线，亦可按满足热稳定度的条件，进行选择或校验。222A解：此TN－S线路为含有N线和PE线的三相四线制线路，因此不仅要选择相线，还要选择中心线和保护线。1.相线截面的选择查《实用供配电手册》p310表6-36得环境温度为30℃时明敷的BLX-500型截面为10mm2的铝芯橡皮绝缘导线的Ial＝60A＞I30＝50A，满足发热条件。因此相线截面选Aφ＝10mm2。（2）N线的选择按A0≥0.5A，选择A0＝6mm2。(3)PE线的选择由于Aφ＜16mm2，故选APE＝Aφ＝10mm2。所选导线的型号规格表示为：BLX-500-(3×10＋1×6＋PE10)。例6-1有一条采用BLX-500型铝芯橡皮线明敷的220/380V的TN-S线路，计算电流为50A，当地最热月平均最高气温为＋30℃。试按发热条件选择此线路的导线截面。φ解：《实用供配电手册》p311表6-38得25℃时5根单芯线穿硬塑料管的BLV-500型截面为25mm2的导线的允许载流量Ial＝60A＞I30＝50A。因此按发热条件，相线截面可选为25mm2。N线截面按A0≥0.5Aφ选择，选为16mm2。PE线截面，选为16mm2。穿线的硬塑管内径查表6-38，选为40mm2。选择结果表示为：BLV-500-（3×25＋1×16＋PE16）-PC40，其中PC为硬塑管代号。例6-2上例所示TN-S线路，如采用BLV-500型铝芯绝缘线穿硬塑料管埋地敷设，当地最热月平均最高气温为＋25℃。试按发热条件选择此线路的导线截面及穿线管内径。按允许载流量选择导体截面caalII中性线（N线）截面的选择①一般要求中性线截面应不小于相线截面的一半，即②对三相系统分出的单相线路或两相线路，中性线电流与相线电流相等。③对三次谐波电流突出的线路，中性线电流可能会超过相线电流，因此中性线截面应不小于相线截面。三相相线截面的选择中性线和保护线截面的选择SS5.00SS0SS0按允许载流量选择导体截面保护线（PE线）截面的选择①当≤16mm2时②当16mm2＜≤35mm2时≥16mm2③当＞35mm2时保护中性线（PEN线）截面的选择对三相四线制系统中，保护中性线兼有中性线和保护线的双重功能，截面选择应同时满足上述二者的要求，并取其中较大者作为保护中性线截面。SSPESSSPE5.06.3按经济电流密度选择导线和电缆截面经济电流密度Jec与年最大负荷利用小时数有关，年最大负荷利用小时数越大，负荷越平稳，损耗越大，经济截面因而也就越大，经济电流密度就会变小。所谓经济电流密度是指与经济截面对应的导线电流密度。图线路的年费用和导线截面的关系按经济电流密度计算经济截面的公式为:根据上式计算出截面后，从手册或附录表中选取一种与该值最接近（可稍小）的标准截面，再校验其他条件即可。eccaecJIS例6-3有一条用LJ型铝绞线架设的5km长的10KV架空线路，计算负荷为1380kW，cosφ=0.7,Tmax＝4800h，试选择其经济截面，并校验其发热条件和机械强度。解：(1)选择经济截面I30＝P30/（UNcosφ）＝1380kW/(×10kV×0.7)＝114A由表6-8查得jec＝1.51A/mm2，因此(2)校验发热条件查附录表12-1得LJ-95的允许载流量（室外25℃时）＝325A＞＝114A，因此满足发热条件。(3)校验机械强度查附录表15得10KV架空铝绞线的最小截面Amin＝35mm2＜A＝95mm2，因此所选LJ-95型铝绞线也满足机械强度要求。例6-3有一条用LJ型铝绞线架设的5km长的10KV架空线路，计算负荷为1380kW，cosφ=0.7,Tmax＝4800h，试选择其经济截面，并校验其发热条件和机械强度。解：(1)选择经济截面I30＝P30/（UNcosφ）＝1380kW/(1.731×10kV×0.7)＝114A由表6-8查得jec＝1.51A/mm2，因此Aec＝114A/（1.15A/mm2）＝99mm2因此初选的标准截面为95mm2，即LJ-95型铝绞线。(2)校验发热条件查书p121表5-6得LJ-95的允许载流量（室外25℃时）Ial＝260A＞I30＝114A，因此满足发热条件。(3)校验机械强度查书p119表5-4得10KV架空铝绞线的最小截面Amin＝35mm2＜A＝95mm2，因此所选LJ-95型铝绞线也满足机械强度要求。6.4按允许电压损失选择导线和电缆截面线路电压损失的计算•接有一个集中负载时线路的电压损失计算注意：上式中的单位是kV，的单位是V，功率单位为kW和kvarNUU电压损耗，是指线路首端线电压和末端线电压的代数差。为保证供电质量，按规定，高压配电线路（6～10kV）的允许电压损耗不得超过线路额定电压的5％；从配电变压器一次侧出口到用电设备受电端的低压输配电线路的电压损耗，一般不超过设备额定电压（220V、380V）的5%；对视觉要求较高的照明线路，则不得超过其额定电压的2%～3%。如果线路的电压损耗超过了允许值，则应适当加大导线或电缆的截面，使之满足允许电压损耗的要求。1．电压损耗的计算公式介绍（1）集中负荷的三相线路电压损耗的计算公式图6-3带有两个集中负荷的三相线路下面以带两个集中负荷的三相线路(图6-3)为例，说明集中负荷的三相线路电压损耗的计算方法。在图6-3中，以P1、Q1、P2、Q2表示各段线路的有功功率和无功功率，p1、q1、p2、q2表示各个负荷的有功功率和无功功率，l1、r1、x1、l2、r2、x2表示各段线路的长度、电阻和电抗；L1、R1、X1、L2、R2、X2为线路首端至各负荷点的长度、电阻和电抗。图6-3带有两个集中负荷的三相线路线路总的电压损耗为：△U＝＝对于“无感”线路，即线路的感抗可省略不计或线路负荷的cosφ≈1，则线路的电压损耗为如果是“均一无感”的线路，即不仅线路的感抗可省略不计或线路负荷的cosφ≈1，而且全线采用同一型号规格的导线，则其电压损耗为：==线路电压损耗的百分值为：%=式中，为导线的电导率；A为导线的截面；L为线路首端至负荷p的长度；为线路的所有有功功率矩之和。对于“均一无感”的线路，其电压损耗的百分值为：==式中，是计算系数，见表6-9公式（1）公式（2）注：表中C值是在导线工作温度为50℃、功率矩M的单位为kW·m、导线截面单位为㎜2时的数值。（2）均匀分布负荷的三相线路电压损耗的计算