105导线和电缆截面的选择计算

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I al 不小于通过相线的计算电流 I30 ，即
Ial I30
(5-1)
所谓导线的允许载流量（allowable current-carrying capacity），就是在规定的环境温度条件下，导线能够连续承受而 不致使其稳定温度超过允许值的最大电流。如果导线敷设地点的环境温度与导线允许载流量所采取的环境温度不同时，则导
解：(1) 选择经济截面
I30
P30

3U N cos
2500kW 58.9 A 3 35kV 0.7
由表5-4查得 jec 1.15A / mm2 ，故
Aec
58.9A 1.15A / mm2
51.2mm2
选标准截面50mm2，即选LGJ-50型钢芯铝线。
(2) 校验发热条件 查附录表16得LGJ-50的允许载流量（室外温度40℃）Ial 178A I30 58.9A ，因此满足发热条件。 (3) 校验机械强度 查附录表14得35kV架空钢芯铝线的最小截面 Amin 35mm2 A 50mm2 。因此所选LGJ-50也满足机械强度要求。
作上述相量图的步骤如下（为阅读方便，再将图5-30b示于右方）：
(1) 在水平方向作矢量 oa U 2 ； (2) 由o点绘负荷电流 i1 和 i 2 ，分别滞后U 2 相位角1 和 2 ；
(3) 由a点作矢量 ห้องสมุดไป่ตู้b i2r2 ，平行于 i2 ； (4) 由b点作矢量 bc i2 x2 ，超前于 i290 ； (5) 连 oc ，即得 U1 ；
下面分别介绍按发热条件、经济电流密度和电压损耗选择计算导线和电缆截面的问题。关于机械强度，对于工厂电力线 路，一般只需按其最小允许截面（附录表14、15）校验就行了，因此不再赘述。
二. 按发热条件选择导线和电缆的截面 (一) 三相系统相线截面的选择 电流通过导线（包括电缆、母线，下同）时，要产生电能损耗，使导线发热。裸导线的温度过高时，会使其接头处的氧 化加剧，增大接触电阻，使之进一步氧化，如此恶性循环，最终可发展到断线。而绝缘导线和电缆的温度过高时，还可使其 绝缘加速老化甚至烧毁，或引发火灾事故。因此，导线的正常发热温度一般不得超过附录表13所列的额定负荷时的最高允 许温度。
年最大有功负荷利用小时 3000～5000h 2.25 1.15 2.25 1.73
5000h以上 1.75 0.90 2.00 1.54
例5-3 有一条用LGJ型铝绞线架设的5km长的35kV架空线路，计算负荷为2500kW，cos 0.7，T max= 4800h。试 选择其经济截面，并校验其发热条件和机械强度。
图5-29 线路年运行费用与导线截面的关系曲线
各国根据其具体国情特别是其有色金属资源的情况，规定了导线和电缆的经济电流密度。我国现行的经济电流密度 规定如表5-4所示。
表5-4 导线和电缆的经济电流密度 （单位：A / mm2 ）
线路类别 架空线路 电缆线路
导线材质
铜 铝 铜 铝
3000h以下 3.00 1.65 2.50 1.92
按发热条件选择的导线和电缆截面，还必须用后面的式（6-4）或式（6-15）来校验它与其相应的保护装置（熔断器或 低压断路器的过流脱扣器）是否配合得当。如果配合不当，则可能发生导线或电缆因过电流而发热起燃但保护装置不动作的 情况，这当然是不允许的。
(二) 中性线和保护线截面的选择 1. 中性线（N线）截面的选择 三相四线制中的中性线，要通过系统的不平衡电流和零序电流，因此中性线的允许载流量，不应小于三相系统的最大
三. 按经济电流密度选择导线截面和电缆的截面 导线（包括电缆，下同）的截面越大，电能损耗越小，但是线路投资、维修管理费用和有色金属消耗量都要增加。因此 从经济方面考虑，可选择一个比较合理的导线截面，既使电能损耗小，又不致过分增加线路投资、维修管理费用和有色金属 消耗量。 图5-29是线路年运行费用C与导线截面A的关系曲线。其中曲线1表示线路的年折旧费（即线路投资除以折旧年限之值） 和线路的年维修管理费之和与导线截面的关系曲线。曲线2表示线路的年电能损耗费与导线截面的关系曲线。曲线3为曲线1 与曲线2的叠加，表示线路的年运行费用（包括线路的年折旧费、维修管理费和电能损耗费）与导线截面的关系曲线。由曲 线3可以看出，与年运行费最小值Ca（a点）相对应的导线截面Aa 不一定是很经济合理的导线截面，因为a点附近，曲线比较 平坦，如果将导线再选小一些，例如选为Ab（b点），年运行费Cb比Ca增加不多，但Ab却比Aa减小很多，从而使有色金属消 耗量显著减少。因此从全面的经济效益考虑，导线截面选为Ab看来比选为Aa更为经济合理。这种从全面的经济效益考虑， 既使线路的年运行费用接近于最小又适当考虑有色金属节约的导线截面，称为经济截面（economic section），用符号Aec 表示。
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，则取当地最热月地下0.8～1m的土壤平均温度，亦 可近似地取为当地最热月平均气温。
附录表16列出了LJ型铝绞线和LGJ型钢芯铝绞线的允许载流量，附录表17列出了LMY型矩形硬铝母线的允许载流量， 附录表18列出了10kV常用三相电缆的允许载流量及校正系数，附录表19列出了绝缘导线明敷、穿钢管和穿塑料管时的允许 载流量，供参考。
(5-4)
(3) 三次谐波电流突出的三相四线制线路的中性线截面A0 由于各相的三次谐波电流都要通过中性线，使得中性线电 流可能甚至超过相线电流，因此中性线截面 A0 宜等于或大于相线截面 A ，即
2. 保护线（PE线）截面的选择
A0 A
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。
不平衡电流，同时应考虑系统中谐波电流的影响。 (1) 一般三相四线制系统中的中性线截面 A0 它不应小于相线截面A 的50%，即
(2) 两相三线线路及单相线路的中性线截面A0 面 A 相同，即
A0 0.5 A
(5-3)
由于其中性线电流与相线电流相等，因此其中性线截面 A0 应与相线截
A0 A
线的允许载流量应乘以以下温度校正系数：
K
al


' 0
al 0
(5-2)
式中 al
为导线额定负荷时的最高允许温度； 0
为导线的允许载流量所采用的环境温度；
' 0
为导线敷设地点实际的环境温度。
这里所说的“环境温度”，是按发热条件选择导线所采用的特定温度：在室外，环境温度一般取当地最热月平均最高气
第三节 导线和电缆截面的选择计算
一. 概 述 为保证供电系统安全、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 导线和电缆在通过正常最大负荷电流即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计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正 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35kV以下的长距离、大电流线路例如较长的电源进线和电 弧炉的短网等线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年运行费用支出最小。按经济 电流密度选择的导线（含电缆）截面，称为“经济截面”。工厂内的10kV及以下线路，通常不按经济电流 密度选择。 (4) 机械强度 导线（含裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面，如附录表14和表15所列。对 于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线则应校验其短路的动稳定度和热稳定度。 对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。 根据设计经验，一般10kV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件来选择导线和电缆截 面，再校验其电压损耗和机械强度。低压照明线路，因它对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进 行选择，再校验其发热条件和机械强度。对长距离大电流线路和35kV及以上的高压线路，则可先按经济电 流密度确定经济截面，再校验其他条件。按上述经验来选择计算，通常容易满足要求，较少返工。
四. 线路电压损耗的计算 由于线路存在着阻抗，所以线路通过负荷电流时要产生电压损耗。一般线路的允许电压损耗不超过5%（对线路额定电 压）。如果线路的电压损耗超过了允许值，则应适当加大导线截面，使之满足允许电压损耗的要求。
(一) 集中负荷的三相线路电压损耗的计算 以图5-30a所示带两个集中负荷的三相线路为例。线路图中的负荷电流都用小写 i 表示，各线段电流都用大写I 表示； 各线段的长度、每相电阻和电抗分别用小写 、 和l r 表示x ，线路首端至各负荷点的长度、每相电阻和电抗则分别用大写L、 R 和X 表示。 以线路末端的相电压U 2【1】作参考轴，绘制线路电压降相量图，如图5-30b所示。由于线路上的电压降相对于线路电
压来说很小，U1 与 U 2 间的相位差 实际上小到可以忽略不计，因此负荷电流 i1 与电压U1 间的相位差1 可以近似地绘成 i1
与电压U 2 间的相位差。
a)
b)
图5-30 带有两个集中负荷的三相线路 a) 单线电路图 b) 线路电压降相量图
【1】为简化起见，这里将相量 U 简写为U，省略了符号上边的 “ ·”，其他相量符号亦同。
(2) 中性线截面的选择 按 A0 0.5A ，选 A0 25mm2 。
(3) 保护线截面的选择 由于 A 35mm2 ，故选 APE 0.5A 25mm2 。 所选导线型号可表示为：BLX-500-（3×50+1×25+PE25）。 例5-2 上例所示TN-S线路，如果采用BLV-500型铝芯塑料线穿硬塑料管埋地敷设，当地最热月平均气温为+25℃。试按 发热条件选择此线路导线截面及穿线管内径。 解：查附录表19-3得+25℃时5根单芯线穿硬塑料管（PC）的BLV-500型截面为120mm2 的导线允许载流量 Ial 160 A I30 150 A 。 因此按发热条件，相线截面选为120mm2。 中性线截面按 A0 0.5A ，选为70mm2。 保护线截面按 APE 0.5A ，选为70mm2。 穿线的硬塑料管内径，查附录表19-3中5根导线穿管管径为80mm。 选择结果可表示为：BLV-500-（3×120+1×70+PE70）-PC80。
(5-6) (5-7) (5-8)
注意：GB50054-1995还规定：当PE线采用单芯绝缘导线时，按机械强度要求，有机械保护的PE线，不应小于 2.5mm2；无机械保护的PE线，不应小于4mm2。
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，因此保护中性线截面选择应同时满足上述保护线和中性线的要求，取其中 的最大截面。 注意：按GB5004-1995规定：当采用单芯导线作PEN线干线时，铜芯截面不应小于10mm2，铝芯截面不应小于16mm2； 采用多芯电缆芯线作PEN线干线时，其截面不应小于4mm2。 例5-1 有一条BLX-500型铝芯橡皮线明敷的220/380V的TN-S线路，线路计算电流为150A，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。 解：(1) 相线截面的选择 查附录表19-1得环境温度为30℃时明敷的BLX-500型截面为50mm2 的铝芯橡皮线的 Ial 163A I30 150A，满足发热条 件。因此相线截面选为 A 50mm2 。
一般三相四线制系统中的中性线截面它不应小于相线截面的50即两相三线线路及单相线路的中性线截面由于其中性线电流与相线电流相等因此其中性线截面应与相线截三次谐波电流突出的三相四线制线路的中性线截面由于各相的三次谐波电流都要通过中性线使得中性线电流可能甚至超过相线电流因此中性线截面宜等于或大于相线截面保护线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
o (6) 由c点作矢量cd i2r1，平行于 i2 ；
(7) 由d点作矢量 de i2 x1，超前于 i290 ； (8) 由e点作矢量 ef i1r1 ，平行于 i1 ；
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：
(5-5)
(1) 当 A 16 mm2 时 (2) 当16mm2 < A ≤35mm2 时 (3) 当 A > 35mm2 时
APE A APE 16mm 2 APE 0.5 A