10.3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){zd0}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){zd0}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{zd0}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{zd1}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{zd0}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xx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{zd0}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{zg}温度，是基于电缆允许短时超过{zg}工作温度，具有过负荷能力，而极端{zg}与最热月的日{zg}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{zg}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)

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

注：L为绝缘子支持间距。

10.3.3按导线安全载流量选择截面

导线必需能够承受负载电流长期通过所引起的温升，不能因过热而损坏导线的绝缘。导线所允许长时间通过的{zd0}电流称为该截面的安全载流量。同一导线截面不同的敷设条件下的安全载流量是不一样的。例如同一截面的导线作架空线敷设比穿管敷设的安全载流量大。穿管线所用的管材、穿管线的根数等都影响安全载流量。表10-12是塑料绝缘线的安全载流量。表10-13是橡皮绝缘线的安全载流量。计算方法是先求出负载实际电流，再按电流查安全载流量表即可得导线截面。

表10-12BV绝缘电线明敷及穿管持续载流量

环境温度℃	30	35	40	30				35				40
导线根数	1	1	1	2~4	5~8	9~12	>12	2~4	5~8	9~12	>12	2~4	5~8	9~12	>12
标称截面mm2	明敷载流量A			导线穿管载流量A
1.5	23	22	20	3	9	8	7	12	9	7	6	11	8	7	6
2.5	31	29	27	17	13	11	10	16	12	10	9	15	11	9	8
4	41	39	36	24	18	15	13	22	17	14	12	21	15	13	11
6	53	50	46	31	23	19	17	29	21	18	16	30	20	16	15
10	74	69	64	44	33	28	25	41	31	26	23	38	29	24	21
16	99	93	86	60	45	38	34	57	42	35	32	52	39	32	29
25	132	124	115	83	62	52	47	77	57	48	43	70	53	44	39
35	161	151	140	103	77	64	58	96	72	60	54	88	66	55	49
50	201	189	175	127	95	79	71	117	88	73	66	108	81	67	60
70	259	243	225	165	123	103	92	152	114	95	85	140	105	87	78
95	316	297	275	207	155	129	116	192	144	120	108	176	132	110	99
120	374	351	325	245	184	153	138	226	170	141	127	208	156	130	117
150	426	400	370	288	216	180	162	265	199	166	149	244	183	152	137
185	495	464	430	335	251	209	188	309	232	193	174	284	213	177	159
240	592	556	515	396	297	247	222	366	275	229	206	336	252	210	189

注：额定电压0.75kV，导体工作温度70℃。

表10-13BX绝缘电线明敷及穿管持续载流量

环境温度℃	30	35	40	30				35				40
导线根数	1	1	1	2~4	5~8	9~12	>12	2~4	5~8	9~12	>12	2~4	5~8	9~12	>12
标称截面mm2	明敷载流量A			导线穿管载流量A
1.5	24	22	20	13	9	8	7	12	9	7	6	11	8	7	6
2.5	31	28	26	17	13	11	10	16	12	10	9	15	11	9	8
4	41	38	35	23	17	14	13	21	16	13	12	20	15	12	11
6	53	49	45	29	22	18	16	28	21	17	15	25	19	16	15
10	73	68	62	43	32	27	24	40	40	25	22	37	27	23	20
16	98	90	83	58	44	36	33	53	55	33	30	49	37	31	28
25	130	120	110	80	60	50	45	73	68	46	40	68	51	42	38
35	165	153	140	99	74	62	56	91	84	57	51	84	63	52	47
50	201	185	170	122	92	76	69	112	108	70	63	104	78	65	58
70	254	234	215	155	116	97	87	144	114	90	81	132	99	82	74
95	313	289	265	198	149	124	111	193	144	120	108	168	126	105	94
120	366	338	310	231	173	144	130	213	160	133	120	196	147	122	110
150	419	387	355	269	201	168	151	248	186	155	139	228	171	142	128
185	484	447	410	311	233	194	175	287	215	179	161	264	198	165	148
240	584	540	495	373	279	233	209	344	258	215	193	316	237	197	177

额定电压0.75kV，导体工作温度65℃。

负载的计算电流为：Ijs＝KxΣP/√3Ulcosφ(A)    （公式10-1)

式中Kx是需要系数，因为许多负载不一定同时使用，也不一定同时满载，还要考虑电机效率η不等于1，所以需要打个折扣，称作需要系数；U1-线电压；ΣP-各负载铭牌功率的总和，如电动机是指机械功率；cosφ-是负载的平均功率因数。

【例10-1】有一个钢筋加工场，负载总功率为176kW，平均cosφ=0.8，需要系数Kx为0.5，电源线电压380V，用BX线，请用安全载流量求导线的截面。

解：Ij＝KxΣP/√3Ulcosφ＝0.5176×1000/3×380×0.8＝166(A)

查得25℃时导线明敷设可得截面为35mm2。它的安全载流量为170(A)，大于实际电流166(A)。室内穿管线安全载流量和管内导线根数有关。

表10-14室内BV绝缘线穿钢管敷设时的安全载流量及钢管(SC)管径(mm)对照表

截面 mm2	二根					三根					四根
	25℃	30℃	35℃	40℃	SC	25℃	30℃	35℃	40℃	SC	25℃	30℃	35℃	40℃	SC
1.0	14	13	12	11	15	13	12	11	10	15	11	10	9	8	15
1.5	19	17	16	15	15	17	15	14	13	15	16	14	13	12	15
2.5	26	24	22	20	15	24	22	20	18	15	22	20	19	17	15
4.0	35	32	30	27	15	31	28	26	24	15	28	26	24	22	15
6.0	47	43	40	37	15	41	38	35	32	15	37	34	32	29	20
10	65	60	56	51	20	57	53	49	45	20	50	46	43	39	25
16	82	76	70	64	25	73	68	63	57	25	65	60	56	51	25
25	107	100	92	84	25	95	88	82	75	32	85	79	73	67	32
35	133	124	116	105	32	115	107	99	90	32	105	98	90	83	32
50	165	154	142	130	32	146	136	126	115	40	130	121	112	102	50
70	205	191	177	162	50	183	171	158	144	50	165	154	142	130	50
95	250	233	216	197	50	225	210	194	177	50	200	187	173	158	70
120	290	271	250	229	50	260	243	224	205	50	230	215	198	181	70
150	330	308	285	261	70	300	280	259	237	70	265	247	229	209	70
185	380	355	328	300	70	340	317	294	268	70	300	280	259	237	80

表10-15塑料绝缘电线空气中敷设长期负载下的载流量

(电线型号为BLV、BV、BVR、RVB、RVS、RFB、RFS，线芯允许温度为+65℃)

标称截面mm2	铝芯(A)	铜芯(A)	标称截面mm2	铝芯(A)	铜芯(A)
0.4	─	7	10	62	85
0.5	─	9	16	85	110
0.6	─	11	20	100	130
0.7	─	14	25	110	150
0.8	─	17	35	140	180
1	15	20	50	175	230
1.5	19	25	70	225	290
2	22	29	95	270	350
2.5	26	34	120	330	430
3	28	36	150	380	500
4	34	45	185	450	580
5	38	50	240	540	710
6	44	57	300	630	820
8	54	70	400	770	1000

照明线路敷设中，相线与中性线宜采用不同的颜色：中性线应采用淡蓝色，保护地线采用绿、黄双色绝缘导线。

10.3.4按允许电压降选择导线截面

当供电线路很长时，线路上的电压降就比较大，如果供电线路允许电压降为额定电压的ΔU％，需要系数为Kx，按导线材料等因素推导出公式如下：

S＝KxΣ(PL)/C·ΔU(mm2)             (10-2)

式中Σ(PL)称为负荷力矩的总和，单位是kW·m。C是计算系数，三相四线制供电线路时，铜线的计算系数CCU=77，铝线的计算系数为CAL=46.3；在单相220V供电时，铜线的计算系数CCU=12.8，铝线的计算系数为CAL＝7.75。公用电网用电一般规定允许电压降为额定电压的±5％，单位自用电源可降到6％，临时供电线路可降到8％。

【例10-2】有一建筑工地配电箱动力用电P1为20kW，距离变压器200m，P2为18kW，距离变压器300m。ΔU＝5％，Kx＝0.8，按允许电压降计算铝导线截面。

图10-7例10-2用图

解：S＝KxΣ(PL)/C.ΔU＝0.8×20×200＋18×300/46.3×5≈32.48mm2，选35mm2。

【例10-3】有一建筑工地配电箱动力用电P1为66kW，P2为28kW，如图(10-8)所示，杆距均为30m。用BBLX导线，ΔU％＝5％，Kx＝0.6，平均cosφ＝0.76，计算AB段的BBLX导线截面。

图10-8例10-3用图

表10-16BBLX导线安全载流量

解：Ijs＝KxΣP/√3Ulcosφ＝0.6(28＋66)×1000/√3×380×0.76＝112.75A

查书可得截面为35mm2。它的安全载流量为138(A)，大于实际电流112.75(A)

再按电压降计算：S＝KxΣ(PL)/C.ΔU＝0.6×66×90＋28×120/46.3×5≈24.15mm2

按电压可选BBLX-25mm2，但是按电流应选35mm2，说明电流是主要矛盾。

答：{zh1}确定为BBLX(3×35＋1×25)。

电缆线路的实际允许载流量还须考虑下述三个因素：电缆周围的环境温度；电缆并列敷设的根数；电缆周围环境的热阻系数。

（2）电缆截面积的选择：根据电缆持续允许载流量选择；根据经济电流密度选择；根据电缆在短时热稳定性及敷设方式校核；根据配电网中允许电压校核；根据负荷发展，适当留有裕度；所选定电缆截面积要符合当地电力部门的有关设备规范化的要求。

表10-17 35kV及以下电压电缆在不同环境温度下载流量的校正系数

表10-18电缆直接埋地多根并列敷设时载流量的校正系数

表10-19不同土壤热阻系数时电缆持续载流量的校正系数

表10-20各种电压选用电缆截面积参考表

10.3.5电缆的截面选择要点

1.最小截面考虑因素。10kV及以下常用电缆按持续工作电流确定允许最小缆芯截面时，宜满足环境温度差异、直埋敷设时土壤热阻系数差异、电缆多根并列的影响及户外架空敷设无遮阳的日照影响。实施中因为差异比较大，酌情调整之。

2.参数选择。电缆按持续工作电流确定允许最小缆芯截面时，应经计算或测试验证：(1)中频供电回路使用非同轴电缆，应计入非工频情况下集肤效应和邻近效应增大损耗发热的影响。(2)单芯高压电缆以交叉互联接地当单元系统中三个区段不等长时，应计入金属护层的附加损耗发热影响。(3)敷设于塑料保护管中的电缆，应计入热阻影响；排管中不同孔位的电缆还应分别计入互热因素的影响。(4)敷设于封闭、半封闭或透气式耐火槽盒中的电缆，应计入包含该型材质及其盒体厚度、尺寸等因素对热阻增大的影响。(5)施加在电缆上的防火涂料、包带等覆盖层厚度大于1.5mm时，应计入其热阻影响。(6)沟内电缆埋砂且无经常性水份补充时，应按砂质情况选取大于2.0℃.m/W的热阻系数计入对电缆热阻增大的影响。

3.缆芯工作温度大于70℃的电缆，计算持续允许载流量时考虑因素。数量较多的该类电缆敷设于未装机械通风的隧道、竖井时，应计入对环境温升的影响。电缆直埋敷设在干燥或潮湿土壤中，除实施换土处理等能避免水份迁移的情况外，土壤热阻系数宜选取小于2.0℃.m/W。