第七章电线电缆的选择与敷设

第七章电线电缆选择与敷设第一节概述第二节线路电压损失计算第三节电线电缆导体截面选择第四节硬母线选择第五节线路敷设本章小结一、电线电缆的分类与结构第一节概述电线电缆——用以传输电能、信息或实现电磁能转换的线材产品。裸导体——没有绝缘层的导体，其中包括铜、铝、钢等各种金属和复合金属圆单线、各种结构的架空输电线用的绞线、软接线、型线材等。（一）裸导体裸绞线（铜绞线TJ、铝绞线LJ、钢芯铝绞线LGJ等）主要用于架空线路。架空线路是用杆塔、绝缘子将导线架设于地面上的电力线路。架空线路的特点是投资省，易维护，但不美观、占空间，受气候条件和周围环境影响大，安全性可靠性不高。裸型线材属于硬导体，其截面形状有管型、矩形及其他异形。配电装置中的汇流母线就是采用的硬导体，利用支柱绝缘子或绝缘夹具固定并对地绝缘。接地系统与等电位联结导体也多采用裸导体（钢、铜、铜覆钢等）。（二）电力电缆电缆——具有外护层并且可能有填充、绝缘和保护材料的一个或多个导体（铜、铝或铝合金）的组合体。用以传输和分配电能的电缆产品称为电力电缆。橡胶聚氯乙稀交联聚乙烯矿物绝缘几根（单根）绞绕的绝缘导体6kV级及以上电缆采用使导体与导体间及导体与保护层之间相互绝缘导体:屏蔽层:绝缘层:结构包覆层增加电缆绝缘的耐压作用，并且防水、防潮铠装层:外被层:内护层:外护层防止受到外界的机械力作用保护铠装层、防腐2.电力电缆的结构1.电力电缆的应用广泛铝合金电缆3.预分支电缆预分支电缆——电缆生产厂家在生产主干电缆时按用户设计图纸预制分支线的电缆，是近年来的一项新技术产品。预分支电缆适用于低压配电系统采用树干式接线、分支部位有规律分布且固定不变的场合，如用于高层民用建筑电气竖井的垂直配电干线、隧道、机场、桥梁、公路等照明配电干线等。（三）绝缘电线绝缘电线——导体及其绝缘层、屏蔽层（如具有时）的组合体。具有护套层的绝缘电线称为护套绝缘电线。绝缘电线大量应用于低压配电线路及接至用电设备的末端线路。（四）封闭母线（母线槽）高压系统应用的封闭母线——用金属外壳将导体连同绝缘等封闭起来的组合体。封闭母线包括离相封闭母线、共箱（含共箱隔相）封闭母线和电缆母线，广泛用于发电机出线、变压器出线、高压开关柜母线联络及其他输配电回路。低压配电系统常用的封闭式母线干线，其结构是三相四线制母线封闭在走线槽或类似的壳体内，并由绝缘材料支撑或隔开，故又称为母线槽。母线槽按绝缘方式分有：密集绝缘母线槽——将裸母线用绝缘材料覆盖后，紧贴通道壳体放置，有较好的热传导和动稳定性，大电流母线槽推荐首选密集绝缘式；空气绝缘母线槽——将裸母线用绝缘衬垫支承在壳体内，靠空气介质绝缘，价格低廉，绝缘不易老化，但散热性能不如密集绝缘好，阻抗较大；空气附加绝缘母线槽——将裸母线用绝缘材料覆盖后，再用绝缘垫块支撑在壳体内的母线槽，类同于但优于空气绝缘母线槽。母线槽按功能分有：馈电式母线槽——用来将电能直接从供电电源处传输到配电中心的母线槽，常用于发电机或变压器与开关柜的连接线路，或者开关柜之间的连接线路；插接式母线槽——用来传输电能并可引出配电分支线路的母线槽；滑接式母线槽——用于移动设备的供电。低压配电系统二、电线电缆的绝缘材料及护套（一）普通电线电缆普通电线电缆所用的绝缘材料一般有聚氯乙烯（PVC）、交联聚乙烯（XLPE）、橡胶等。聚氯乙烯绝缘电线、电缆主要用于1kV及以下低压线路。交联聚乙烯绝缘电线、电缆，介质损耗低，性能优良，结构简单、制造方便，外径小、重量轻、载流量大（耐热性能优于聚氯乙烯）、敷设方便，因而应用广泛。橡皮绝缘电缆弯曲性能较好，能够在严寒气候下敷设，特别适用于水平高差大和垂直敷设的场合。（二）阻燃电线电缆电线电缆的阻燃性——在规定试验条件下，试样被燃烧，在撤去火源后，火焰的蔓延仅在限定范围内，且残焰和残灼能在限定时间内能自行熄灭的特性。阻燃电线电缆的阻燃等级从高到低分为A、B、C、D四级。可根据要求选择，其中D级标准仅适用于绝缘电线。阻燃电缆燃烧时烟气特性可分为一般阻燃型、低烟低卤阻燃型、无卤阻燃型三类。（三）耐火电线电缆电线电缆的耐火性——在规定试验条件下，试样在火焰中被燃烧一定时间内能保持正常运行的性能。耐火电缆按绝缘材质可分为有机型和无机型两种。一、一个集中负荷线路的电压损失第二节线路电压损失计算配电线路的电压损失——配电线路始端电压与末端电压的代数差值。为简化计算，忽略线路分布电容形成的电纳，并假设各相电抗相等。每相电压损失：△Uph＝UA-UBadabaccbcossinIRX线电压损失：△U3cossinIRXn1PRQXU电压损失的百分值：n%100UUU2n1()10PRQXU二、带多个集中负荷线路的电压损失WWWW21n1%()10niiiiiUPRQXU总的电压损失若以各负载功率来计算，则21n1%()10niiiiiUPRQXU若线路全长采用同一截面,则211n1%10nniiiiiiUrPlxQlU可以证明，带有均匀分布负荷的三相线路，在计算其电压损失时，可将其分布负荷集中于分布线段的中点，按集中负荷来计算。P+jQIADBCR,X,lADIP+jQ一、导体截面选择条件第三节电线电缆导体截面选择al%%UUminSS1.发热条件（允许温升条件）LalIIcal或2.电压损失条件3.短路热稳定条件对绝缘电线、电缆和母线，4.经济电流条件所谓经济电流是按电缆的初始投资与使用寿命期间的运行费用综合经济的原则确定的工作电流（范围）。5.机械强度条件低压电线电缆导体截面还应满足过负荷保护配合的要求；TN系统中导体截面大小还应保证间接接触防护电器能可靠断开电路（见第八章）。kal二、按发热条件选择电线电缆导体截面按发热条件选择三相系统中的相线截面时，应使其允许载流量Ial大于通过相线的计算电流Ic，即Ial＞Ic。所谓导线和电缆的允许载流量，就是在规定的环境温度条件下，导线能够连续承受而不致使其稳态温度超过允许值的最大电流。按发热条件选择导线所用的计算电流Ic，对配电变压器高压侧的导线，取为变压器额定一次电流I1r.T。对电容器的引入线，取为电容器额定电流Ir.C的1.35倍。影响导线和电缆的允许载流量的主要因素：导线和电缆的导体材料与绝缘材料导线和电缆的环境温度导线和电缆的敷设方式导线和电缆的并列根数三、按短路热稳定条件选择电线电缆导体截面1.高压绝缘导线和电缆的短路热稳定条件t3min10QSSK等效条件式中''2tk3kD()QItt或''2tk3kQItK——导体的热稳定系数，取决于导体的物理特性，如电阻率、导热能力、热容量以及绝缘材料的耐热特性。短路点选取：绝缘导线和电缆线路中间分支或接头处。保护动作时间：对电动机等馈线的电缆，取主保护动作时间。当主保护有死区时，应取对该死区起作用的后备保护动作时间，并应采用相应的短路电流值计算。对其他电缆，宜取后备保护动作时间，并应采用相应的短路电流值计算。2.低压绝缘电线和电缆的短路热稳定条件1）当短路持续时间大于0.1s但不大于5s时，满足短路热稳定的等效条件是：kIStK2）当短路持续时间小于0.1s时，满足短路热稳定的等效条件是：K2S2≥I2t低压短路电流交流分量有效值（A）短路电流持续时间（s）。根据低压保护电器的动作特性确定该值从低压保护电器的技术数据中查找2400kW,1100kvarPQk313.5kAI例7-1某用户10/0.38kV变电所计算负荷为，距离上级地区变电所3km，拟采用YJV22-8.7/10型3芯电缆直埋敷设供电。已知用户变电所10kV母线处三相短路电流为，高压进线过电流保护动作时间为0.8s，断路器全开断时间0.1s。线路全长允许电压损失为5％。试选择该用户高压进线电缆截面。解：（1）先按短路热稳定条件选择电缆导体截面22k3k332min2(0.05)(13.5kA)(0.90.05)s101096mm137As/mmItSK初选高压电缆截面为120mm2。（2）按发热条件进行校验2222cn(2400kW)(1100kvar)=152.4A3310kVPQIUal245A0.9=220.5AI满足发热条件（3）按电压损失条件进行校验2n21%1012400kW0.181/km3km1100kvar0.095/km3km10(10kV)1.625UPrlQxlU满足电压损失要求例7-2某220/380V的TN-C线路全长150m，距线路首端100m处接有一个集中负荷，最大负荷为50kW＋j40kvar。线路末端接有一个集中负荷，最大负荷为60kW＋j50kvar。线路采用YJV22-0.6/1型四芯等截面铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆穿管埋地敷设，环境温度为20℃，允许电压损失为5％。已知线路分支处三相短路电流为10kA，线路首端安装的低压断路器短延时过流脱扣器动作时间为0.2s。试选择电缆截面。解：（1）先按发热条件选择电缆截面221212cn()()3PPQQIU22(50kW+60kW)(40kvar+50kvar)215.9A30.38kV＝＝al271A0.85=230.4AI查附录表40，得150mm2截面的电缆载流量选择YJV22-0.6/1-4×150型电缆。（2）按电压损失条件进行校验112211222n2()()%100.145/km50kW0.1km60kW0.15km+0.077/km40kvar0.1km50kvar0.15km10(0.38kV)2.025rPlPlxQlQlUU满足电压损失要求（3）按短路热稳定条件进行校验322k3min210kA100.2s31.3mm150mm143As/mmItSK满足热稳定要求四、先按电压损失条件选择电线电缆导体截面当先按电压损失条件选择电线电缆截面时，由于导体截面未知，故有两个未知数，即导线单位长度的电阻和电抗。可先假定一个单位长度的电抗值x,然后再进行选择计算。al211n1%10nniiiiiirPlxQlUU2aln11110%niiniiiirUUxQlPlSr式中是导线材料电阻率的计算值，铜取18.8，单位Ω·m×10－9。例7-3设有一回10kVLJ型架空线路向两个负荷点供电，线路长度和负荷情况如图7-4所示。已知架空线路线间几何均距为1m，空气中最高温度为40℃，允许电压损失al%U＝5，试选择导线截面。解（1）先按电压损失条件选择导线截面11221122AC2n%10rPlPlxQlQlUU21000kW3km+800kW5km0.35km500kvar3km+300kvar5km10(10kV)r≤5r≤0.564Ω/kmr31.70.564S≥＝mm2＝56.2mm2选取LJ-70导线查附录表13可得：r＝0.46Ω/km，x＝0.344Ω/km。将参数代入得AC%U＝4.252≤5可见，LJ-70导线满足电压损失要求。（2）按发热条件进行校验221212ABn()()=3PPQQIU22(1000kW800kW)(500kvar300kvar)310kV＝=114A查附录表44，得LJ-70导线在40℃条件下载流量为215A，大于导线最大负荷电流，满足发热条件。（3）校验机械强度查附录表31，LJ-70导线满足机械强度要求。五、按经济电流条件选择电缆导体截面电缆线路总费用与导体截面的关系曲线Sec=Ic/jec经济截面电缆线路的经济电流密度，A/mm2。可查设计手册或相关技术规定。电缆线路电能损耗费用电缆线路初始投资电缆线路经济寿命期内的总费用算出Sec后，应选最接近的标准截面（