导线和电缆截面的选择计算ppt课件

1、 一一. 概概 述述 为保证供电系统平安、可靠、优质、经济地运转，选择导线和电缆截面时必需满足以下条件：为保证供电系统平安、可靠、优质、经济地运转，选择导线和电缆截面时必需满足以下条件： (1) 发热条件发热条件 导线和电缆在经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越其正常运转导线和电缆在经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越其正常运转时的最高允许温度。时的最高允许温度。 (2) 电压损耗条件电压损耗条件 导线和电缆在经过正常最大负荷电流即计算电流时产生的电压损耗，不应超越其正导线和电缆在经过正常最大负荷电流即计算电流时产生的电压损耗，不应超越其正常运转时允许的电压

2、损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进展电压损耗校验。常运转时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进展电压损耗校验。 (3) 经济电流密度经济电流密度 35kV及以上的高压线路及及以上的高压线路及35kV以下的长间隔、大电流线路例如较长的电源进线和以下的长间隔、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，以使线路的年运转费用支出最小。按经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，以使线路的年运转费用支出最小。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。工厂内的经济截面。工厂内的10

3、kV及以下线路，通常不按经济电及以下线路，通常不按经济电流密度选择。流密度选择。 (4) 机械强度机械强度 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和表和表15所列。对所列。对于电缆，不用校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线那么应校验其短路的动稳定度和热稳定度。于电缆，不用校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线那么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，还应满足任务电压的要求。对于绝缘导线和电缆，还应满足任务电压的要求。 根据设计阅历，普通根据设计阅历，普通10kV及以下的高压线路和低压动

4、力线路，通常先按发热条件来选择导线和电缆截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，因它对电压程度要求较高，通常先按允许电压损耗进面，再校验其电压损耗和机械强度。低压照明线路，因它对电压程度要求较高，通常先按允许电压损耗进展选择，再校验其发热条件和机械强度。对长间隔大电流线路和展选择，再校验其发热条件和机械强度。对长间隔大电流线路和35kV及以上的高压线路，那么可先按经济及以上的高压线路，那么可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其他条件。按上述阅历来选择计算，通常容易满足要求，较少返工。电流密度确定经济截面，再校验其他条件

5、。按上述阅历来选择计算，通常容易满足要求，较少返工。 第三节 导线和电缆截面的选择计算 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，导线可以延续接受而不致使其稳定温度超越允许值的最大电流。假设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，那么导线的允许载流量应乘以以下温度校正系数： 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

6、许载流量，供参考。 按发热条件选择的导线和电缆截面，还必需用后面的式6-4或式6-15来校验它与其相应的维护安装熔断器或低压断路器的过流脱扣器能否配合得当。假设配合不当，那么能够发生导线或电缆因过电流而发热起燃但维护安装不动作的情况，这当然是不允许的。 下面分别引见按发热条件、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，普通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 电流经过导线包括电缆、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

7、加剧，增大接触电阻，使之进一步氧化，如此恶性循环，最终可开展到断线。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普通不得超越附录表13所列的额定负荷时的最高允许温度。 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 不小于经过相线的计算电流 ，即alI30I30alII(5-1)00alalK(5-2) 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，环境温度普通取当地最热月平均最高气温；在室内，那么取当地最热月平均最高气温加5。对土中直埋的电缆，那么取当地最热月地下0.81m的土壤平均温度，亦可近似地取为当地

8、最热月平均气温。式中 为导线额定负荷时的最高允许温度； 为导线的允许载流量所采用的环境温度； 为导线敷设地点实践的环境温度。al00(二) 中性线和维护线截面的选择 1. 中性线N线截面的选择 三相四线制中的中性线，要经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不平衡电流，同时应思索系统中谐波电流的影响。 (1) 普通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0AA00.5AA(5-3)0AA(5-4) (2) 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 应与相线截面 一样，即0A0AA (3) 三

9、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经过中性线，使得中性线电流能够甚至超越相线电流，因此中性线截面 宜等于或大于相线截面 ，即0A0AA0AA(5-5) 2. 维护线PE线截面的选择 维护线要思索三相系统发生单相短路缺点时单相短路电流经过时的短路热稳定度。 根据短路热稳定度的要求，维护线PE线的截面APE，按GB50054-1995规定： (1) 当 mm2 时16APEAA(5-6) (2) 当16mm2 35mm2 时A0.5PEAA(5-8) 留意：GB50054-1995还规定：当PE线采用单芯绝缘导线时，按机械强度要求，有机械维护的PE线，不应小于2

10、.5mm2；无机械维护的PE线，不应小于4mm2。 3. 维护中性线PEN线截面的选择 维护中性线兼有维护线和中性线的双重功能，因此维护中性线截面选择应同时满足上述维护线和中性线的要求，取其中的最大截面。 留意：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1

11、9-1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 ，满足发热条件。因此相线截面选为 。30163150alIAIA250Amm (2) 中性线截面的选择 按 ，选 。00.5AA2025Amm (3) 维护线截面的选择 由于 ，应选 。 所选导线型号可表示为：BLX-500-350+125+PE25。235Amm20.525PEAAmm 例例5-2 上例所示上例所示TN-S线路，假设采用线路，假设采用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。试按发热条件选择此线路导线截面及穿线

12、管内径。按发热条件选择此线路导线截面及穿线管内径。 解：查附录表解：查附录表19-3得得+25时时5根单芯线穿硬塑料管根单芯线穿硬塑料管PC的的BLV-500型截面为型截面为120mm2 的导线允许载流量的导线允许载流量 。30160150alIAIA 因此按发热条件，相线截面选为120mm2。 中性线截面按 ，选为70mm2。 维护线截面按 ，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-500-3120+170+PE70-PC80。00.5AA0.5PEAA 三三. 按经济电流密度选择导线截面和电缆的截面按经济电流密度选择导

13、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耗费量都要添加。因导线包括电缆，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耗费量都要添加。因此从经济方面思索，可选择一个比较合理的导线截面，既使电能损耗小，又不致过分添加线路投资、维修管理费用和有色此从经济方面思索，可选择一个比较合理的导线截面，既使电能损耗小，又不致过分添加线路投资、维修管理费用和有色金属耗费量。金属耗费量。 图图5-29是线路年运转费用是线路年运转费用C与导线截面与导线截面A的关系曲线。其中曲线的关系曲线。其中曲线1表示线路的年折旧费即线路投资除以折旧

14、年限之值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为曲线为曲线1与曲线与曲线2的叠加，表示线路的年运转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。由曲的叠加，表示线路的年运转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。由曲线线3可以看出，与年运转费最小值可以看出，与年运转费最小值Caa点相对应的导线截面点相对应的导线截面Aa 不一定是很经济合理的导

15、线截面，由于不一定是很经济合理的导线截面，由于a点附近，曲线比点附近，曲线比较平坦，假设将导线再选小一些，例如选为较平坦，假设将导线再选小一些，例如选为Abb点，年运转费点，年运转费Cb比比Ca添加不多，但添加不多，但Ab却比却比Aa减小很多，从而使有色减小很多，从而使有色金属耗费量显著减少。因此从全面的经济效益思索，导线截面选为金属耗费量显著减少。因此从全面的经济效益思索，导线截面选为Ab看来比选为看来比选为Aa更为经济合理。这种从全面的经济效益更为经济合理。这种从全面的经济效益思索，既使线路的年运转费用接近于最小又适当思索有色金属节约的导线截面，称为经济截面思索，既使线路的年运转费用接近于

16、最小又适当思索有色金属节约的导线截面，称为经济截面economic section，用，用符号符号Aec表示。表示。图5-29 线路年运转费用与导线截面的关系曲线 各国根据其详细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 1.54 1.73 1.92铝 2.00 2.25 2.50铜电缆线路 0.90 1.15 1.65铝 1.75 2.25 3.00铜架空线路5000h以上30005000h3000h以下年 最 大 有 功 负 荷 利 用 小 时导线材质线路类别 例例5-3

17、 有一条用有一条用LGJ型铝绞线架设的型铝绞线架设的5km长的长的35kV架空线路，计算负荷为架空线路，计算负荷为2500kW， ，T max= 4800h。试选择其经济截面，并校验其发热条件和机械强度。试选择其经济截面，并校验其发热条件和机械强度。 解：解：(1) 选择经济截面选择经济截面7 . 0cos 选规范截面50mm2，即选LGJ-50型钢芯铝线。A3030250058.93cos3 350.7NPkWIUkV由表5-4查得 ，故21.15/ecjA mm2258.951.21.15/ecAAmmA mm (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 ，因

18、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 。因此所选LGJ-50也满足机械强度要求。3017858.9alIAIA22min3550AmmAmm 四四. 线路电压损耗的计算线路电压损耗的计算 由于线路存在着阻抗，所以线路经过负荷电流时要产生电压损耗。普通线路的允许电压损耗不超越由于线路存在着阻抗，所以线路经过负荷电流时要产生电压损耗。普通线路的允许电压损耗不超越5%对线路额定电对线路额定电压。假设线路的电压损耗超越了允许值，那么应适当加大导线截面，使之满足允许电压损耗的要求。压。假设线路的电压损耗超越了允许值，那么应适当加大导线截面，使之满足允许电压

19、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 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 表示，线路首端至各负荷点的长度、每相电阻和电抗那么分别用大写L、R 和X 表示。 以线路末端的相电压 【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， 与 间的相位差 实践上小到可以忽略不计，因此负荷电流 与电压 间的相位差 可以近似地绘成 与电压 间的相位差。rx1i2U1U2U1U1il1i2U 【1】为简化起见，这里将相量 简

20、写为U，省略了符号上边的 “ ，其他相量符号亦同。U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 a)b) (3) 由a点作矢量 ，平行于 ； (4) 由b点作矢量 ，超前于 ； (5) 连 ，即得 ； (6) 由c点作矢量 ，平行于 ；2i290i1U2i图5-30 带两个集中负荷的三相线路b)电压电流相量图 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) 在程度方向作矢量 ； (2) 由o点绘负荷电流 和 ，分别滞后 相位角 和 ；1i2i2U12(7) 由d点作矢量 ，超前于 ；(8) 由e点作矢量 ，平行于 ；(9) 由f点作矢

21、量 ，超前于 ；(10) 连 ，即得 ；(11) 以O点为圆心、og为半径作圆弧，交参考轴 的延伸线于h点；(12) 连 、g 得 ，此即全线路的电压降，而 那么为全线路的电压损耗。290i1i190iaah0U 线路电压降的定义是：线路首端电压与末端电压的相量差。 线路电压损耗的定义是：线路首端电压与末端电压的代数差。 电压降在参考轴纵轴上的投影如图5-30b上的 ，称为电压降的纵分量，用 表示。 相应地，电压降在参考轴的垂直方向横轴上的投影如图5-30b上的 ，称为电压降的横分量，用 表示。 在地方电网和工厂供电系统中，由于线路的电压降相对于线路电压来说很小图5-30b的电压降相量图是大大

22、放大了的，因此可近似地以为电压降纵分量 就是电压损耗。agUggUU2Uoa 22riab22xibc oc12ricd 12xide11rief 11xifg ogoaago 图5-30a所示线路的相电压损耗可按下式近似计算：Uabbccdd ee ff g2 222222 12cossincosi ri xi r2121 111 11sincossini xi ri x21222122()cos()sini rri xx1 111 11cossini ri x222222111111cossincossini Ri Xi Ri X 将上式的相电压损耗 换算为线电压损耗 ，并以带恣意个集中负

23、荷的普通式来表示，即得电压损耗计算公式为 UU假设用各线段中的负荷电流来计算，那么电压损耗计算公式为式中 为负荷电流的有功分量； 为负荷电流的无功分量。airi3 (cossin )3 ()arUiRiXi Ri X(5-10)3 (cossin )3 ()arUIrIxI rI x(5-11)式中 为线段电流的有功分量； 为线段电流的无功分量。aIrI 假设用负荷功率p 、q【1】来计算，那么利用 代入式5-10，即可得电压损耗计算公式：/( 3cos )/( 3sin )NNipUqU()NpRqXUU(5-12) 假设用线段功率P、Q 来计算，那么利用 代入式5-11，即可得电压损耗计算

24、公式：/( 3cos )/( 3sin )NNIPUQU(Pr)NQxUU(5-13) 对于“无感线路，即线路感抗可略去不计或负荷 的线路，其电压损耗为cos1()(Pr)3 ()3 ()NNpRUiRIrUU(5-14) 【1】感性负荷的功率可表示为p+jq 或P+jQ 的方式，而容性负荷的功率那么表示为p-jq 或P-jQ 的方式。 对于“均一无感线路，即全线的导线型号规格一致、且可不计感抗或负荷 的线路，那么其电压损耗为cos1()()NNNpLPlMUAUAUAU(5-15)式中 为导线的电导率；A为导线的截面；M为线路的一切功率矩之和；UN 为线路的额定电压。线路电压损耗的百分值为%

25、100NUUU(5-16) “均一无感的三相线路电压损耗百分值为2100%NMMUAUCA(5-17)式中C 为计算系数，如表5-5所示。表表5-5 公式公式 中的计算系数中的计算系数C 值值 %/UM CA1.943.211107.7412.8 单相 及直流22020.534.0两相三线46.276.5三相四线220/380铝 线铜 线计算系数C / kWmmm-2C 的计算式线路类别线路额定电压 / V2/100NU2/225NU2/200NU注：表中注：表中C 值是导线任务温度为值是导线任务温度为50， 功率矩功率矩M 的单位为的单位为kWm，导线截面，导线截面A的单位为的单位为mm2

26、时的数值。时的数值。 改写为普通式，即为 对于均一无感的两相三线线路见图5-31a，由其相量图见图5-31b可知， ，这里P为线路负荷，假设它平均分配于A-N和B-N之间。该线路总的电压降应为相线与中性线电压降的相量和，而该线路总的电压损耗，那么可以为是此电压降在以相线电压降或中性线电压降为参考轴上的投影。由图5-31b的相量图可知，其线路电压降为 对于均一无感的单相交流线路和直流线路，由于其负荷电流或功率要经过来回两根导线，所以总的电压损耗应为一根导线上电压损耗的2倍，而三相线路的电压损耗实践上是一相即一根相线导线上的电压损耗，所以这种单相和直流线路的电压损耗百分值为2200%NMMUAUC

27、A(5-18)00.5/ABIIIP U图5-31 两相三线线路a) 电路图 b) 线路电压降相量图 00.51.5AUI RI RIR0.50.751.5PlPlUAUA(5-19)式中R、 分别为一根导线的电阻和长度。l 因此两相三线线路的电压损耗百分值为275%PlUAU2275225(/3)NNPlMAUA U2225%NMMUAUCA(5-20) 根据式5-17、式5-18和式5-19可得均一无感线路按允许电压损耗选择导线截面的公式为 上式常用于照明线路导线截面的选择参看第十章第四节。%alMAC U(5-21) 解：查表解：查表5-5得得 ，而，而 例例5-5 某某220/380V

28、线路，采用线路，采用BLX-500-325+116mm2 的四根导线明敷，在距首端的四根导线明敷，在距首端50m处，接有处，接有7kW电阻性电阻性负荷，在线路末端线路全长负荷，在线路末端线路全长75m接有接有28kW电阻性负荷。试计算该线路的电压损耗百分值。电阻性负荷。试计算该线路的电压损耗百分值。故线路的电压损耗为 例例5-4 实验算例实验算例5-3所选所选LGJ-50型钢芯铝线能否满足允许电压损耗型钢芯铝线能否满足允许电压损耗5%的要求。知该线路导线为程度等距陈列，相邻的要求。知该线路导线为程度等距陈列，相邻线距为线距为1.6m。线路的电压损耗百分值为因此所选LGJ-50型钢芯铝线满足电压

29、损耗要求。解：由例解：由例5-35-3知，知， ，因此，因此 ，302500,cos0.7PkW30tan1,2500 varQk又利用 LGJ截面和 查附录表6，得 。 250Amm1.26 1.62avamm000.68/,0.39/Rkm Xkm2500(5 0.68)2500 var (5 0.39)38235kWkUVkV100 382%1.09%5%35000alVUUV 246.2/CkW m mm75028752450MkWmkWmkW m2450%2.12%46.2 25MUCA (二) 均匀分布负荷的三相线路电压损耗计算 设线路有一段均匀分布负荷，如图5-32所示。单位长度

30、上的负荷电流为 ，那么微小线段 的负荷电流为 。 这一负荷电流 流过线路长度为 ，电阻为R0 产生的电压损耗为0il00()3dUi dlR l 图5-32 有一段均匀分布负荷的线路dldli0dli0l 因此整个线路由分布负荷产生的电压损耗为1212110000()33LLLLLLUdUi R ldli Rldl121200332LLLli R232)2(2120021200LLLRiLLlRi令 为与均匀分布负荷等效的集中负荷，那么得02i LI20132LUIRL(5-22) 上式阐明，带有均匀分布负荷的线路，在计算其电压损耗时，可将分布负荷集中于分布线段的中点，按集中负荷来计算。 (2) 按发热条件选择导线截面 线路中的最大负荷计算负荷为 例5-6 某220/380V的TN-C线路，如图5-33a所示。线路拟采用BX-500型铜芯橡皮绝缘线明敷，环境温度为30，允许电压损耗为5%。试选择该线路的导线截面。 解：(1) 线路的等效变换 将图5-33a所示带均匀分布负荷的线路，等效变换为图5-33b所示集中负荷的线路。原集中负荷 故 。 11120,cos0.8,tan0.75,pkW1200.7515 varqkWk原分别负荷 ，故 。 2220.4(/) 5020,cos0.8,tan0.75pk