第四节电缆以及架空导线截面选.doc

一、电网的结构架空线和电缆是工厂高低压配电网最普通的两种户外结构形式。

架空线和电缆线路相比主要优点：1) 设备简单，造价低。

架空线与电缆比较，电缆线的造价约为架空线的 4 倍。

2)线路架空设置，易于发现问题及故障检修和维护；电缆设在地下，故障查寻较难，修复工作量大。

架空线路的不足在于：1)占空间较大，导线和大地的高度及与邻近建筑物的距离随电压增高而增大，造成变配电所出线困难，工程实际中可采用电缆线出线；2)架空线路受外界气候影响大，对地下电缆线影响小，电缆线适于易燃易爆场所；3）架空线影响厂区环境美化，这也是厂区供电采用电缆线路的原因之一。

按照供电电压和用户的重要程度，架空线路可分为三级，如表 3 — 1 所示。

表 3 － 1 架空线路的等级架空电力线路架空线路等级额定电压 /kV电力用户级别超过 110所有等级Ⅰ35 ～110一级和二级35 ～110三级Ⅱ1 ～20所有各级所有各级Ⅲ为了保证导线在运行中有足够的机械过载能力，要求导线的截面积不能太小。

因为导线截面积越小，其机械过载能力也越小，所以在规程中对上述不同等级的线路和不同材料的导线分别规定了最小的允许截面积，如表 3 － 2 所示。

表 3 － 2 允许的导线最小截面积或直径线路等级导线结构导线材料ⅠⅡⅢ铜10mm2 6 mm2青铜φ3.5mm φ2.5mm 单股线不允许钢φ3.5mm φ2.75mm铝及其合金不允许10mm2铜16mm2 10mm2 6mm2青铜16mm2 10mm2 6mm2 多股线钢16mm2 10mm2 10mm2铝及其合金25mm2 16mm2 16mm2 选择架空线的导线截面，机械强度是重要的重要条件之一。

当线路通过居民区，横跨越铁路、公路时，最小允许截面应放大，第 1 和第Ⅱ类线路采用铜线截面为16mm2 ，铝线截面为 35mm2 。

导线常用的材料是铜、铜锡合金(青铜 )、铝、铝合金及钢。

铜导电性能好，抗腐蚀能力强，容易焊接，但铜线的价格高；铝线的最大缺点是机械强度低，允许应力小，为了加强铝线的机械强度，往往采用绞线，有时用抗张强度为1200N ／mm2的钢作为芯线，铝线绞在钢芯外面，作导电主体，这种线称为钢芯铝绞线。

常用字母代号表示不同材料的导线，铜导线（T），铝导线（ L），钢线（ G）。

铜绞线（ TJ），铝绞线（LJ），钢芯铝绞线（LGJ）。

电缆有导电和绝缘层两部分组成，电缆线路的结构问题实际上就是电缆的敷设方法。

电缆户外敷设有三种类型：直接埋地 (图 3 — 20) 、电缆沟敷设和混凝土管敷设方法，后者用于有受到外界承重容易损伤的场所。

一、导线截面的选择导线截面的选择，即根据实际工况给出满足技术与经济条件的电线或电缆截面。

导线选择的内容可概括为两方面：1 ．确定供电网络结构，导线型号、使用环境和敷设方式；2．选择确定导线截面实际截面大小。

从导线安全运行的角度出发，至少应考虑满足两个基本的要求：架空线路的承受机械强度的能力和导线发热最高允许工作温度。

承受机械强度能力决定了导线的最小允许截面，参见表 3 — 2 。

此外，还要校验线路电压损失大小，即按电压损失要求选择截面法及依据初投资与年运行费综合经济方案比较和经济电流密度法选导线截面等。

1．依据发热选择导线截面导线传输一定负荷时，其电流通过线路电阻，耗能使导线温度升高，会导致绝缘老化和机械强度降低。

因此，各类导线通常都规定其允许长期工作的最高温度。

当周围介质温度一定时，某一截面的导线必然有其最大允许电流，这一电流(载流量 )通常是由导线生产厂家列表给出，以备查用；附表 2 － 1~2 －4 及附表 6-3 列出部分导线允许载流量。

依据发热要求，截面为S 的导线，在实际介质温度下的载流量必须满足：（3 －1 ）式中 Ial 导线允许载流量；Ic 计算电流。

周围介质温度按下述条件确定：（1）空气温度按最热月份下午 l 点的平均温度确定。

（2）地下温度按 0.8m 深处的土壤月平均最高温度考虑，若电缆穿钢管则应按空气温度考虑。

当导线敷设地点实际环境温度不同于表中规定的导线允许载流量基准数值时，按3 － 2 式对导线所能通过的允许电流进行修正：（ 3－ 2）式中I’al 实际介质温度下导线允许通过的电流；Ial 表中所列基准介质温度下导线允许通过的电流；θ2导线正常工作时允许的最高温度。

在供、配电设计时，导线截面应根据计算电流和导线敷设地实际环境温度查表确定，例如杭州地区温度为37 ℃。

选用电缆线还需作在短路故障条件下的发热校验。

例 3 －1 设有一回10kV LJ型架空线路向两个负荷点供电，线路长度和负荷情况如图3 － 21 所示。

已知架空线的线间均距为1m ，最高环境温度为37 ℃，试按发热选择 AB 段导线截面。

解：设线路AB和BC段选同一截面LJ 型铝绞线，AB 段导线负荷最大电流为：查附表 2－ 1 ：户外裸绞线LJ－25 在 35 °C 条件下，载流量为119A ，40 °C 条件下载流量为 109A ，现求 37 °C 条件下的载流量，由附表 2 － 1 ，查得该导线25 °C 条件下的载流量 135A ；依据 3 － 2 ：>114(A)若不考虑其它因素选LJ－25 导线能满足发热条件，且满足机械强度要求。

2.线路电压损失计算：1 ） .带一个集中负荷线路的电压损失三相负荷平衡时，三相供电线路中每相的电流值相等，且每相电流、电压相位也相同。

线路电压损失的分析方法是：先计算出一相的电压损失，再换算成三相线路的电压损失。

单个集中负荷的供电线路单线图如图3－ 22 a) ，图b) 为相应电压相量图：电压降落（）：表示线路始端电压与末端电压的几何差（矢量）为，其值为（3 －3 ）电压损失（UX ）：表示线路中阻抗元件两端电压的数值差，即UA 与 UB 的差值，记为（3 －4 ）在工程计算中，由于值很小，所以电压损失可近似取线路电压降落的横向分量，即（3 －5 ）由于实际运算时，负荷一般用功率表示，，即；由式（ 3－ 5 ）得：（3 －6 ）式中pB B 点的三相有功功率（kW ）；qB B 点的三相无功功率（kvar ）；R、 X 线路 AB 之间的电阻和感抗（Ω）；I 负荷电流（ kA ）；B 点负荷的功率因数；UB B 点相电压（ kV ）；UX 单相相电压损失（V ）；线电压的损失U=UX ，即式中p B 点的三相有功功率（kW ）；q B 点的三相无功功率（kvar ）；（3 －7 ）电压损失也常用相对于额定电压UN 的百分数表示，即（3 －8 ）式中UN额定线电压（kV）；σu 电压损失相对值或百分数。

2).带 n 个集中负荷线路的电压损失图 3 －23 所示为两个集中负荷的线路，P1、 Q1 和 P2 、Q2 为线段和实用文案上通过的有功、无功功率；r1 、 x1 和 r2 、x2 分别为线段和的电阻与电抗； p1 、q1 和 p2 、q2 为支线 1实用文案和 2 引出的有功、无功负荷；R1 、X1 和 R2、X2 分别是线段L1 和 L2 的电阻、电抗。

由图3 － 23 可知：线路 OB 总的电压损失为各线段电压损失之和，即（3 －9 ）依次可以推得n 个集中负荷线路的电压损失表达式（3 －10 ）对于全长用同一截面导体的线路，又可表达为（3 －11 ）若用百分数表示則为：（3 －12 ）式中Pi 、Qi通过第i段干线的有功和无功负荷（kW 、kvar ）；第 i 段导线长度（ km ）；实用文案、为单位长度导线的电阻与电抗（Ω/km ），可查附表或通过下式算出，（3 －13 ）（3 －14 ）式中ρ导线材料的电阻率（铜为18.8 ，铝为 31.7 ）（Ω－ mm2/km）；r 导线的外半径（mm ）s 导线截面（ mm2 ）；三相导线间的几何平均距离，如三相线间距离不等且分别为、、时，则（mm 或 cm ）；由 3 －14 式知，的计算值是变化不大的，对于架空线一般＝0.4 Ω/km ，电缆线 6 ～10KV 一般=0.08 Ω/km ， 35KV 电缆线路＝0.12 Ω/km左右。

对照式 3 － 7 和式 3 －10知，线路的电压损失和通过线路的有功、无功功率及线路电阻、电抗有关，由下式表示：（3 －15 ）式中有功功率及线路电阻造成的电压损失无功功率及线路电抗造成的电压损失（3 －16 ）又；而；也即对于同一截面导线的s 可以表达为：（3 －17 ）例 3 －2 设有一回10kV架空线路，LJ型导线向两个负荷点供电，线路长度和计算负荷如图 3 － 24 所示。

已知架空线线间几何均距为1m ，空气中最高温度为40 °C，试按电压损失要求选择该导线截面。

解设线路 AB 段和 BC 段选取同一截面铝绞线LJ 型，初取 x0 ＝ 0.4 Ω/km ，则由式（ 3 －9）＝可得选取 LJ－ 70 铝绞线，查附表4－ 2 可得：，。

将参数代入式（ 3 － 9 ）可得LJ－ 70 型导线可以满足电压损失要求。

以下按发热条件进行校验。

导线输送最大负荷电流在AB 段，其值IAB=114A；查附表 2 － 3，得 LJ－70 型导线在 40 °C 条件下的载流量为215A ，大于导线所载最大负荷电流，故满足发热条件。

例 3 －3 已知图 3 － 25 配电线路，额定电压为10kV ，导线每千米电阻为0.64 Ω，电抗为 0.36 Ω，各支线路负荷为p1 ＝50kW ， p2=100kW，p3＝30kW，所有用电设备功率因数为 0.8 ，试求 AB 线路的电压损失。

解：由公式（3－12）可得全线路总的电压损失为 0.282 ％ UN 。

3).均匀分布负荷线路的电压损失图 3 －26 所示为均匀分布负荷线路，设单位导线长度0 流过负荷电流为i0 ，则该电流通过长度线路产生的电压损失为图 3 － 26 均匀分布负荷的线路示意图a）整条线路负荷均匀分布b ）某段线路负荷均匀分布线路 L 负荷整条均匀分布时产生的电压损失为（3 －15 ）式中r0 单位长度导线电阻（Ω/km ）；P 沿线路均匀分布的有功负荷（kW ）；L 导线长度（ km ）；由上可知，计算均匀分布载荷的线路电压损失时，可将均匀分布负荷集中在分布线段的中点，而后按集中负荷方法计算电压损失。

当负荷均匀分布于某一段线路时，如图 3 －26b ），电压损失可以表达为：（3 －16 ）式中：L0 为载荷线路长度（km ）。

例 3 －4 某 TN － C 型 220/380V线路如图3－27 所示。

线路拟采用BV 型导线明敷，环境温度为35 °C，允许电压损耗为 5 ％ UN 。