导线截面选择1
导线截面选择
从配电变压器到用电负荷的线路有架空线路和电缆线路两种形式。无论室内或室外的配电导线及电缆截面的选择方法是一样的。
10.3.1选择导线截面的原则
1.电力电缆缆芯截面选择的基本要求
(1)最大工作电流作用下的缆芯温度，不得超过按电缆使用寿命确定的允许值。
(2)最大短路电流作用时间产生的热效应，应满足热稳定条件。
(3)连接回路在最大工作电流作用下的电压降，不得超过该回路允许值。
(4)较长距离的大电流回路或35kV以上高压电缆，当符合上述条件时，宜选择经济截面，可按“年费用支出最小”原则。
(5)铝芯电缆截面，不宜小于4mm2。
(6)水下电缆敷设当需缆芯承受拉力且较合理时，可按抗拉要求选用截面。
导线截面的选择应同时满足机械强度、工作电流和允许电压降的要求。其中导线承受最低的机械强度的要求是指诸如导线的自重、风、雪、冰封等而不致于断线；导线应能满足负载长时间通过正常工作最大电流的需要；及导线上的电压降应不超过规定的允许电压降。一般公用电网电压降不得超过额定电压的5％。电力电缆芯截面选择不当时，造成影响可靠运行、缩短使用寿命、危害安全、带来经济损失等弊病，不容忽视。电缆缆芯持续工作温度，关系着电缆绝缘的耐热寿命，一般按30～40年使用寿命，并依据不同绝缘材料特性确定工作温度允许值。当工作温度比允许值大时，相应的使用寿命缩短，如交联聚乙烯工作温度较允许值增加约8℃，对应载流量增加7％，则使用寿命降低一半。电缆缆芯持续工作温度，还涉及影响缆芯导体连接的可靠性，需考虑工程实际可能的导体连接工艺条件来拟定。
短路电流作用于缆芯产生的热效应，满足不影响电缆绝缘的暂态物理性能维持继续正常使用，且使含有电缆接头的导体连接能可靠工作，以及对分相统包电缆在电动力作用下不致危及电缆构造的正常运行，这就统称为符合热稳定条件。否则会出现了油纸绝缘铅包被炸裂、绝缘纸烧焦、电缆芯被弹出、电缆端部冒烟等故障。
“年费用支出最小”原则的评定方法，是参照原水电部82电计字第44号文颁发“电力工程经济分析暂行条例”，该文件推荐的年费用支出B的表达式如下：B＝0.11Z＋1.11N。式中Z－投资；N－年运行费。
系数是基于取经济使用年限为25年和施工年数按一年来计算的。限制铝芯小截面的使用，是基于过去工程实践中采用小于4～6mm2易出现损伤折断的缘故。对35kV以上高压单芯电缆、电缆使用方式造成附加发热、散热变差的情况，一般宜直接用计算或测试方式来确定允许载流量。
2.电缆载流量的测试
测试应具有科学性的主要特征是：电缆在稳定地持续电流作用下，反映测试特点的条件，应足以等效实际工况的有关影响因素，包含其环境温度应基本稳定。以400～500Hz中频励磁系统自动调节回路用的电缆为例，计入中频情况比工频时邻近效应与集肤效应较为增大影响，要比同截面在工频时的载流量降低至0.68～0.99倍；截面大时降低程度较显。单芯高压电缆交叉互联接地方式，其单元系统的三个区段，在工程实践中往往难以均等，一般可按下列公式计入金属护层的附加损耗影响。
Ps＝ΔWs(ΔL/L)2
式中：Ps——电缆金属护层的附加损耗率；ΔWs——电缆金属护层两端完全接地时的金属护层环流损耗占缆芯导体损耗的比值；ΔL——该单元系统划分三区段中最大与最小长度之差；L——该单元系统三个区段长度之和。
塑料管较金属管的管材热阻系数大，且表面散热性差，用作电缆保护管时，对截流量的影响不容忽视。槽盒内电缆载流量校正系数K随盒体材料导热性、 壁厚、电缆占积率和结构特征等因素而异。料包带用于阻止电缆延燃时，覆盖层厚度一般在1.5mm以内，涂料、包带用作耐火防护时，或者采用石棉泥、防火包等构成较厚实的耐火层情况，伴随的热阻增大影响则不容忽视。电缆沟内埋砂时，砂的热阻系数不仅与砂粒的粗细以及其中土、细石等含量有关，还受含水量影响，但含水量不能只按初始条件，应考虑运行温度较高时的水份迁移影响。
3.环境温度的影响
国内外工程实践都曾显示，缆芯工作温度大于70℃的电缆直埋敷设运行一段时间后，由于电缆表皮温度在约50℃情况下，电缆近旁水份将逐渐迁移而呈干燥状态，导致热阻增大，出现缆芯工作温度超过额定值的恶性循环，影响电缆绝缘老化加速，以致发生绝缘击穿事故。
直埋敷设路由位于水泥或石板的路面下，其保水性对防止土壤水份迁移有相当作用。但沿通道近旁若有植树时，树根的吸水因素又易造成土壤干燥。一般对缺乏保水覆盖层情况的防止水份迁移对策，可采取经常性浇水或并行设置冷却水管，但经济上不一定合算；也可实施换土即选用恰当比例的砂与水泥等拌合进行回填方式。由于气象温度的历年变化有分散性，宜以不少于10年左右的统计值表征。环境温度不取极端最高温度，是基于电缆允许短时超过最高工作温度，具有过负荷能力，而极端最高与最热月的日最高温度平均值相差在5～8℃以内，极端高温持续多不超过数小时，累积所占使用总时数的比例更微小。
因为土壤的热容性，使日温度变化显著小于气温。实测显示地面-0.6m以下的日温变化就不大，故对直埋时环境温度的择取，不同于空气中的要求。直埋敷设时环境温度不同埋深温度差别较大。如某地20年气象记录的平均值有：最热月的地下-0.5m、-1.0m、-2.0m处最高月平均温度，分别比同一地面月平均气温低3℃、4℃、7℃。 在环境温度基础上要求计入实际工程环境温升的影响，非常重要。电缆线路通过不同散热条件区段时，同一缆芯截面下各区段的缆芯工作温度可能出现差异。实践中靠近高温管道、锅炉的电缆因过热而导致局部绝缘老化或烧坏的事例不少。照明负荷为主的供电线路，不平衡电流往往较大，应在设计中予以平衡。尤其是换流设备和电弧炉等非线性用电设备、无功补偿装置等接人电网后，产生谐波电流，其电流不平衡率往往不可忽视。交流回路并联的电流分配，不仅与阻抗相关，还依赖于有功与无功负荷。当供电线路含有多种受电设备时，其所含有功与无功负荷的变化，在设计阶段难以把握，难以同步，若并联电缆截面不等，则难望实现合理分配。如果从安全计放大截面，投资过大，如果偏于紧凑，就难免出现过负荷。电缆金属屏蔽层截面如果偏大，固然较可靠，但投资增加；如果偏小，则不安全。工程实践中，已发生屏蔽层被电流烧坏的事例；通过对中性点非直接接地系统不同地点两相接地时接地电流作用烧坏屏蔽层的事故分析，建议对10kV、35kV级，宜分别按500A、2500A作用3s条件来选择。
4.电缆芯线材质
控制和信号电缆导体截面一般较小，使用铝芯在安装时的弯折常有损伤，与铜导体或端子的连接往往出现接触电阻过大，且铝材具有蠕动属性，连接的可靠性较差，故控制和信号电缆导体统一明确采用铜芯。电力电缆导体材质的选择，既需考虑其较大截面特点和包含连接部位的可靠安全性，又要统筹兼顾经济性，宜区别对待。同样条件下铜与铜导体比铝与铜导体连接的接触电阻要小约10～30倍，据美国消费品安全委员会CPCS统计的火灾事故率，铜芯线缆与铝芯线缆故障率之比为1：55。电源回路一般电流较大，同一回路往往需多根电缆，采用铝芯更增加电缆数量，造成柜、盘内连接拥挤，曾多次回连接处发生故障导致严重事故。现明确重要的电源回路需用铜芯，可提高电缆回路的整体安全可靠性。耐火电缆需具有在经受750～1000℃作用下维持通电的功能。铝的熔融温度为660℃，而铜可达1080℃。水下敷设比陆上的费用高许多，采用铜芯有助于减少电缆根数时，一般从经济性和加快工程来看将显然有利。
5.电力电缆芯数
交流1kV及以下电源中性点直接接地系统，按设有中性线、保护接地线， 中性线与保护接地线独立分开或功能合一等不同接线方式，在供电系统中已客观存在着不同类别。故需相应明确电缆芯数的选择要求。大电流回路采用单芯电缆，较三芯电缆可改善柜、盘内密集的终端连接部位电气安全间距；对长线路情况可减免接头，利于提高线路工作可靠性。多年电缆运行实践显示了接头故障率占电缆事故中相当高的比例，基于电缆密集汇聚于柜、盘中因电气间距等因素容易导致事故的经验教训，因而在综合评价时，不应只注意单芯与三芯的投资差异，还要注重技术安全性。
10.3.2按械强度选择的方法
1.架空导线截面不得小于表10-10要求。
表10-10架空导线截面按械强度选择导线截面(mm2)
铜线
铝线
绝缘线
裸线
绝缘线
铝绞线
钢芯铝绞线
室外
6
10
10
25
16
接户线必须用绝缘线，铜线用截面不小于4mm2，铝线用截面不小于6mm2。
2.固定敷设的导线最小线芯截面应符合表10-11的规定。
表10-11固定敷设的导线最小线芯截面
敷设方式
最小线芯截面mm2
铜芯
铝芯
裸导线敷设于绝缘子上
10
10
绝缘导线敷设于绝缘子上
室外L≥2m
1.0
2.5
室内L≥2m
1.5
2.5
室内、外
2〈L≥6m
2.5
4
6〈L≥16m
4
6
16〈L≥25m
6
10
绝缘导线穿管、板敷设
1.0
2.5
绝缘导线线槽敷设
0.75
2.5
塑料绝缘护套导线扎头直敷
1.0
2.5
注：L为绝缘子支持间距。
