第四节电缆以及架空导线截面选doc.docx

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第四节电缆以及架空导线截面选doc

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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

Ⅰ

35～110一级和二级

35～110三级

Ⅱ

1～20所有各级

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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

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

铜

10mm2

6mm2

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

。

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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：

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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：

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（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。

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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：

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（3－2）

式中I’al实际介质温度下导线允许通

过的电流；

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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。

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例3－1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

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；

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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3－22a），图b）为相应电压相量图：

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电压降落（）：

表示线路始端电压

与末端电压

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的几何差（矢量）为

，其值为

（3－3）

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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）

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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）

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由于实际运算时，负荷一般用功率表示，

，即

；由式（3－5）得：

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（3－6）

式中pBB点的三相有功功率（kW）；

qBB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；

UBB点相电压（kV）；

UX单相相电压损失（V）；

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线电压的损失U=UX，即

式中pB点的三相有功功率（kW）；

qB点的三相无功功率（kvar）；

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（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。

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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

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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

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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

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（3－9）

依次可以推得n个集中负荷线路的电压损失表达式

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（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：

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（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）；

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、

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，

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（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）；

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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、

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、

时，则

（mm或cm）；

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由3－14式知，的计算值是变化不大

的，对于架空线一般＝0.4Ω/km，电缆线6～

10KV一般=0.08Ω/km，35KV电缆线路

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＝0.12Ω/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）

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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

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（3－16）

又；而

；也即对于同一截面导线的s可以表达为：

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（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＝0.4Ω/km，则由式（3

－9）

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＝

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可得

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选取LJ－70铝绞线，查附表4－2可得：

，

。

将参数代入式（3－9）可得

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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0.64Ω，电

抗为0.36Ω，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。

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解：

由公式（3－12）可得

全线路总的电压损失为0.282％UN。

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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

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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

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（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）。

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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。

试按同一截面法选择导线截面。

解：

1.线路负荷等效变换

将图3－27a）所示线路的均匀分布负荷等效变换成集中负荷如图3－27b）所示。

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图3-27a）中，集中负荷p1＝20kW，

＝0.8，＝0.75，故q1＝

p1·＝20×0.75kvar＝15kvar，将分布负荷

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变换成集中负荷p2＝0.5kW/m×60m＝30kW，

＝0.7，

＝1，故q2＝

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p2·＝30×1kvar＝30kvar负荷重构分布见

图3-27b）

2.按发热条件选择导线截面

线路中的最大计算负荷为

P＝p1＋p2＝20kW＋30kW＝50kW

Q＝q1＋q2＝15kvar＋30kvar＝45kvar

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按计算得的电流值查附录表2－4，可得BV型导线S＝25mm2,在环境温度35°C时的

允许载流Ial＝110A＝102A；考虑近期扩容及其它因素，可选BV－500－1×35型导线三

根作相线及BV－500－1×25型导线一根作保护中性线（PEN线）,通常保护线截面为相线

截面的二分之一左右。

3.校验机械强度

据表3－2知，机械强度要求导线截面大于10mm2，可知所选的相线和保护中性线满

足机械强度要求。

4.校验电压损失

S＝35mm2明敷，设铜导线的R0＝0.524Ω/km，X0＝0.187Ω/km，线路的电压损

失为

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所选导线也满足电压损失要求。

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