导体及电缆的设计选择刘凯

电气专业(供配电)设计人员培训讲义技术部刘凯内部培训资料目录

第一章负荷计算及无功功率补偿

第二章供配电系统

第三章35~10（6KV）变配电所

第四章短路电流计算

第五章高低压电器的选择及配电线路

的保护

第六章导体及电缆的设计选择

第七章防雷与接地

第六章导体及电缆的设计选择

一、电线、电缆类型的选择；二、电缆芯数的选择；三、电线、电缆截面的选择；四、电线、电缆敷设设计要求一、电线、电缆类型的选择相关规范规定建筑中,电线电缆的基本功能是为电气负荷输送电力。在输送电力的过程中重点需考虑的问题有:①减少线路损耗,保证供配电系统正常运行;②防止电气火灾;③火灾发生时,应有利于人员的疏散;④发生突发事件,尤其是发生火灾时,应确保防灾设备、消防设备的正常运行。这些问题中,①是属于配电正常运行的问题;②~④则是属于安全问题,它们对于中、低压配电系统均适用。

低压配电导体选择应符合下列规定：

1电缆、电线可选用铜芯或铝芯，民用建筑宜采用铜芯电缆或电线；下列场所应选用铜芯电缆或电线：

1)易燃、易爆场所；

2)重要的公共建筑和居住建筑；

3)特别潮湿场所和对铝有腐蚀的场所；

4)人员聚集较多的场所；

5)重要的资料室、计算机房、重要的库房；

6)移动设备或有剧烈振动的场所；

7)有特殊规定的其他场所。2导体的绝缘类型应按敷设方式及环境条件选择，并应符合下列规定：

1)在一般工程中，在室内正常条件下，可选用聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套的电缆或聚氯乙烯绝缘电线；有条件时，可选用交联聚乙烯绝缘电力电缆和电线；

2)消防设备供电及控制线路选择，应符合下列规定：

a.火灾自动报警系统保护对象分级为特级的建筑物，其消防设备供电干线及分支干线，应采用矿物绝缘电缆；

b.火灾自动报警保护对象分级为一级的建筑物，其消防设备供电干线及分支干线，宜采用矿物绝缘电缆；当线路的敷设保护措施符合防火要求时，可采用有机绝缘耐火类电缆；

c.火灾自动报警保护对象分级为二级的建筑物，其消防设备供电干线及分支干线，应采用有机绝缘耐火类电缆；

d.消防设备的分支线路和控制线路，宜选用与消防供电干线或分支干线耐火等级降一类的电线或电缆。

3)对一类高层建筑以及重要的公共场所等防火要求高的建筑物，应采用阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆、电线或无烟无卤电力电缆、电线。

3绝缘导体应符合工作电压的要求，室内敷设塑料绝缘电线不应低于0.45／0.75kV，电力电缆不应低于0.6／lkV；4.常用的电缆型号及适用的场所1）KYJVPKYJYP2KYJYRP交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯聚乙烯护套铜带铜丝编织屏蔽控制电缆敷设在室内、电缆沟、管道内及地下，电缆具有防干扰能力。2）JKVJKLVJKYJKLYJKYJJKLYJ聚氯乙烯/聚乙烯

交联聚乙烯绝缘架空电缆用于架空电力传输等场所。3）JKTRYJ软铜芯交联聚乙烯绝缘架空电缆用于变压器引下线。4）JKLYJ/Q交联聚乙烯绝缘轻型架空电缆用于架空电力传输等场所。5）JKLGYJJKLGYJ/Q钢芯铝绞线交联聚乙烯绝缘架空电缆用于架空电力传输等场所，并能承受相当的拉力。6）LJLGJ铝绞线及钢芯铝绞线用于架空固定敷设。

7）ZR-X阻燃燃电缆敷敷设设在对阻燃燃有要求的的场所，GZR电缆缆敷设在阻阻燃要求特特别高的场场所。8））WDZR-X低低烟烟无无卤卤阻阻燃燃电电缆缆敷敷设设在在对对低低烟烟无无卤卤和和阻阻燃燃有有要要求求的的场场所所，，GWDZR电电缆缆敷敷设设在在要要求求低低烟烟无无卤卤阻阻燃燃性性能能特特别别高高的的场场所所。。NH-X耐耐火火电电缆缆敷敷设设在在对对耐耐火火有有要要求求的的室室内内、、隧隧道道及及管管道道中中，，GNH电电缆缆除除耐耐火火外外要要求求高高阻阻燃燃的的场场所所。。WDNH-X低低烟烟无无卤卤耐耐火火电电缆缆敷敷设设在在有有低低烟烟无无卤卤耐耐火火要要求求的的室室内内、、隧隧道道及及管管道道中中，，GWDNH电电缆缆除除低低烟烟无无卤卤耐耐火火特特性性要要求求外外，，对对阻阻燃燃性性能能有有更更高高要要求求的的场场所所。。11)FS-X防防水水电电缆缆敷敷设设在在地地下下水水位位常常年年较较高高，，对对防防水水有有较较高高要要求求的的地地区区。。12)H-X耐耐寒寒电电缆缆敷敷设设在在环环境境温温度度常常年年较较低低，，对对抗抗低低温温有有较较高高要要求求的的地地区区。。二、、电电缆缆芯芯数数的的选选择择1kV及及以以下下电电源源中中性性点点直直接接接接地地时时，，三三相相回回路路的的电电缆缆芯芯数数选选择择，，应应符符合合下下列列规规定定：：1.保保护护线线与与受受电电设设备备的的外外露露可可导导电电部部位位连连接接接接地地时时，，应应符符合合下下列列规规定定：：1））保保护护线线与与中中性性线线合合用用同同一一导导体体时时，，应应选选用用四四芯芯电电缆缆。。2））保保护护线线与与中中性性线线各各自自独独立立时时，，宜宜选选用用五五芯芯电电缆缆；；当当满满足足下下列列规规定定时时，，也也可可采采用用四四芯芯电电缆缆与与另另外外的的保保护护线线导导体体组组成成。。1kV以以上上电电源源直直接接接接地地且且配配置置独独立立分分开开的的中中性性线线和和保保护护地地线线构构成成的的系系统统，，采采用用独独立立于于相相芯芯线线和和中中性性线线以以外外的的电电缆缆作作保保护护地地线线时时，，同同一一回回路路的的该该两两部部分分电电缆缆敷敷设设方方式式，，应应符符合合下下列列规规定定：：a.在在爆爆炸炸性性气气体体环环境境中中，，应应敷敷设设在在同同一一路路径径的的同同一一结结构构管管、、沟沟或或盒盒中中。。b.除除上上述述情情况况外外，，宜宜敷敷设设在在同同一一路路径径的的同同一一构构筑筑物物中中。。2.受受电电设设备备外外露露可可导导电电部部位位的的接接地地与与电电源源系系统统接接地地各各自自独独立立时时，，应应选选用用四四芯芯电电缆缆。。3.1kV及及以以下下电电源源中中性性点点直直接接接接地地时时，，单单相相回回路路的的电电缆缆芯芯数数的的选选择择，，应应符符合合下下列列规规定定：：1保保护护线线与与受受电电设设备备的的外外露露可可导导电电部部位位连连接接接接地地时时，，应应符符合合下下列列规规定定：：1））保保护护线线与与中中性性线线合合用用同同一一导导体体时时，，应应选选用用两两芯芯电电缆缆。。2））保保护护线线与与中中性性线线各各自自独独立立时时，，宜宜选选用用三三芯芯电电缆缆。。2受受电电设设备备外外露露可可导导电电部部位位的的接接地地与与电电源源系系统统接接地地各各自自独独立立时时，，应应选选用用两两芯芯电电缆缆。。三、、电电线线、、电电缆缆截截面面的的选选择择电力力电电缆缆截截面面选选择择是是一一个个大大家家十十分分关关心心的的问问题题，，因因为为它它是是电电气气设设计计的的主主要要内内容容之之一一。。传传统统的的电电缆缆截截面面选选择择方方法法是是按按技技术术体体选选择择，，可可分分为为4类类：：①①按按允允许许发发热热条条件件选选择择,也也就就是是按按允允许许载载流流量量选选择择；；②②按按经经济济电电流流密密度度选选择择；；③③按按允允许许电电压压损损失失校校验验；；④④按按短短路路热热稳稳定定校校验验。。⑤⑤按机械械强度度选择择导线线。主主要指指架空空线路路，电电缆不不需要要。1.按长长期允允许载载流量量选择择电缆缆截面面为了保保证电电缆的的使用用寿命命，运运行中中的导导体电电缆温温度应应不超超过规规定的的长期期允许许工作作温度度：聚聚氯乙乙烯绝绝缘电电缆为为70℃，，交联联聚乙乙烯绝绝缘电电缆为为90℃。。根据据这一一原则则，在在选择择电缆缆截面面时，，必须须满足足下列列条件件：Imax≤I0K式中：：Imax——通通过的的最大大连续续负荷荷载流流量（（A））；I0——指指定条条件下下的长长期允允许载载流量量（A），，见附附表1；K————长期期允许许载流流量修修正系系数，，见附附表2.举例：某工工厂主主变压压器容容量S为12000KVA，，若以以直埋埋35KV交联联电缆缆供电电，试试问应应选择择多大大电缆缆截面面？（（土壤壤温度度最高高30℃，，土壤壤热阻阻系数数2.5））解：按按下列列计算算电缆缆线路路应通通过的的电流流值查附表表1-12得：：铜芯芯交联联电缆缆8.7/10KV3×95mm²²，最最大连连续负负荷载载流量量为220A，，25℃。。由于于敷设设土壤壤温度度最高高为30℃℃，应应进行行温度度修正正。查附表表2-2得得修正正系数数为0.96.I修=220（（A））×0.96=211（（A））通过土土壤温温度的的修正正后该该电缆缆的连连续负负荷载载流量量虽只只有211（A），，仍能能满足足电缆缆线路路198（（A））的要要求。。2.按按经济济电流流密度度选择择电缆缆截面面国际电电工委委员会会标准准IEC287-3-2/1995提提出了了电缆缆尺寸寸即导导体截截面经经济最最佳化化的观观点：：电缆缆导体体截面面的选选择，，不仅仅要考考虑电电缆线线路的的初始始成本本，而而且要要同时时考虑虑电缆缆在寿寿命期期间的的电能能损耗耗成本本。因因此要要从经经济电电流密密度来来选择择电缆缆截面面。按按载流流量选选择线线芯截截面时时，只只计算算初始始投资资；按按经济济电流流选择择线芯芯截面面时，，除计计算初初始投投资外外，还还要考考虑经经济寿寿命期期内导导体损损耗费费用，，二者者之和和应最最小。。当减减小线线芯截截面时时，初初始投投资减减少，，但线线路损损耗费费用增增加；；反之之，增增加线线芯截截面时时，线线路损损耗减减少，，但初初始投投资增增加。。某一一截面面区间间内，，二者者之和和总费费用最最少，，就是是我们们追求求的目目标———经经济选选型。。（1）经济济电流流密度度计算算式：：（2））电缆缆经济济电流流截面面计算算式：：Sj=Imax/J式中：：J———经经济电电流密密度（（A/mm²））；Sj——经经济电电流截截面（（mm²））；B=（（1+Yp+Ys））(1+λλ1+λ2)，可可取平平均值值1.0014；P20——————20℃℃时电电缆导导体电电阻率率（ΩΩ·mm2/m））铜芯为为18.4×10-9，，铝芯为为31×10-9，计算算时可可分别别取18.4和和31。d20——————20℃℃时电电缆导导体的的电阻阻温度度系数数（1/℃℃）。。铜芯芯为0.00393，铝铝芯为为0.00403.（3））10KV及以以下电电力电电缆按按经济济电流流密度度选择择电缆缆截面面，宜宜符合合下列列要求求：①按照照工程程条件件、电电价、、电缆缆成本本、贴贴现率率等计计算拟拟选用用的10KV及及以下下铜芯芯或铝铝PVC/XLPE绝缘缘电力力电缆缆的经经济电电流密密度值值。（（详见见GB50217—2007《《电力力工程程电缆缆设计计规范范》附附录B《10KV及及以下下电力力电缆缆经济济电流流截面面选用用方法法》））。②对备备用回回路的的电缆缆，如如备用用的电电动机机回路路等，，宜按按正常常运行行小时时数的的一半半选择择电缆缆截面面。对对一些些长期期不使使用的的回路路，不不宜按按经济济电流流密度度选择择电缆缆截面面。③当电电缆经经济截截面比比按热热稳定定、容容许电电压降降或持持续载载流量量要求求的截截面小小时，，则应应按热热稳定定、容容许电电压降降或持持续截截流量量较大大要求求的截截面选选择。。当电电缆经经济截截面介介于电电缆标标称截截面档档次之之间，，可视视其接接近程程度、、选择择较近近一档档截面面，且且宜偏偏小选选取。。（4））上述述计算算式及及要求求虽然然精确确但比比较繁繁杂。。为方方便起起见，，推荐荐下列列简化化的经经济电电流密密度计计算方方法：：首先应应知道道电缆缆线路路中年年最大大负荷荷利用用时间间，然然后从从下表表中查查得我我国目目前规规定的的电缆缆导体体材料料的经经济电电流密密度，，再按按下式式计算算电缆缆截面面。Sj=Imax/J式中：：Imax——最最大负负荷电电流（（A））；J———经济济电流流密度度（A/mm²²）。。根据计计算所所得的的经济济电流流截面面，通通常选选择不不小于于这个个计算算值并并靠近近这个个值的的电缆缆标称称截面面。我国规规定的的电缆缆经济济电流流密度度3.根据据电网网允许许电压压降选选择电电缆截截面当电流流通过过电线线电缆缆时，，由于于线路路中存存在阻阻抗，，必然然产生生电压压降（（电压压损失失），，线路路越长长，截截面越越小，，电压压损失失越大大。一一般规规定：：照明明线路路中允允许相相对电电压降降不应应超过过2.5~5%，户户内动动力线线路不不应超超过4~6%允允许值值，输输配电电线路路不应应超过过7%。如如果线线路电电压降降超过过允许许值，，供电电品质质将无无法达达到设设计要要求。。应适适当增增大电电缆截截面，，使之之达到到要求求。在低压线线路中，，当给定定了负载载的电功功率P，，送电距距离L，，所允许许的相对对电压降降为ε时时，则电电缆截面面按下式式计算：：式中：P——负负载的电电功率（（KW））；L——送送电线路路距离（（m）;C——根根据导体体材料及及送电电电压确定定的线路路功率系系数（见见下表））ε——允允许的相相对电压压降（%）线路功率率系数C值举例：有有一条380V三相四四线制线线路，总总长2500m，终端端负载功功率为6KW，，线路末末端允许许电压降降为4%，使用用铜芯电电缆，求求电缆截截面。解：已知知L=2500mP=6KWεε=4，表表中查得得C=76.5代入上式式：S=6X2500/76.5X4=49.02mm2该线路电电缆主线线芯应选选50mm²，，三相四四线制电电缆型号号规格应应选择VV0.6/1KV3××50+1×25电力力电缆。。4.按按短路热热稳定条条件计算算电缆导导体允许许最小截截面的方方法1.电缆缆导体允允许最小小截面，，由下列列公式确确定:2.除电动机机馈线回回路外，，均可取取θP＝θH。3.Q值确定定方式，，应符合合下列规规定：1)对对火电厂厂3～10kV厂用电电动机馈馈线回路路，当机机组容量量为100MW及以下下时：2)对对火电厂厂3～10kV厂用电电动机馈馈线回路路，当机机组容量量大于100MW时，，Q的表表达式见见下表。。3).除除火电电厂3～～10kV厂用用电动机机馈线外外的情况况：Q=I2*t式中S―――电缆缆导体截截面(mm2)；J――热热功当量量系数，，取1.0；q――电电缆导体体的单位位体积热热容量（（J/cm3·℃），，铝芯取取2.48，铜铜芯取3.4；；θm――短路路作用时时间内电电缆导体体允许最最高温度度（℃））；θP――短路路发生前前的电缆缆导体最最高工作作温度（（℃）；；θH――电缆缆额定负负荷的电电缆导体体允许最最高工作作温度（（℃）；；θm――电缆缆所处的的环境温温度最高高值（℃℃）；IH――电缆缆的额定定负荷电电流（A）；IP――电缆缆实际最最大工作作电流（（A）；；I――系系统电源源供给短短路电流流的周期期分量起起始有效效值（A）；Id――电动动机供给给反馈电电流的周周期分量量起始有有效值之之和（A）；t――短短路持续续时间（（s）；；Tb――系统统电源非非周期分分量的衰衰减时间间常数（（s）；；α――20℃时时电缆导导体的电电阻温度度系数（（1/℃℃），铜铜芯为0.00393、铝芯芯为0.00403；；ρ――20℃时时电缆导导体的电电阻系数数（Ωcm2/cm）），铜芯芯为0.0148x10-4、铝芯为为0.031x10-4；η――计计入包含含电缆导导体充填填物热容容影响的的校正系系数，对对3～10kV电动机机馈电回回路，宜宜取η＝＝0.93，其其它情况况可按ηη＝1；；K――缆缆芯导体体的交流流电阻与与直流电电阻之比比值，可可由下表表选取。。例题：电电缆截面面选择10kV电动机机采用铜铜芯交联联聚乙烯烯绝缘电电缆供电电，电缆缆穿钢管管明敷，，环境温温度35℃，缆缆芯最90℃经经济电流流密度2.5A/平方方毫米，，YJV最小截截面25平方毫毫米。电电缆热稳稳定系数数c=137，，

Ik

=12kA，0.6s切切除短路路，允许许压降5%，l=200m，，电动机机额定功功率2500kW，cosφφ=0.851.按持持续允许许电流应应选择（（D）A.25平方毫毫米B.35平方毫毫米C.50平平方毫米米D.70平方方毫米2.按经经济电流流密度应应选择（（）A.25平方毫毫米B.35平方毫毫米C.50平平方毫米米D.70平方方毫米3.按热热稳定校校验应选选择（D）A.25平方毫毫米B.35平方毫毫米C.50平平方毫米米D.70平方方毫米4.按校校验电压压降为（D）A.0.05%B.0.10%C.0.15%D.0.20%5.电动机电电缆最终终截面为为（D）A.25平方毫毫米B.35平方毫毫米C.50平平方毫米米D.70平方方毫米解答：1.I=Pe/√3Ue*cos∮∮=2500/1.732*10*0.85=169.8A查表表1-10选选3*70mm22.S=I/J=169.8/2.5=67.9mm2取相邻的的下一档档选3*50mm23.S>√I2*T/C*1000=√√12X12X0.6/137*1000=67.8mm2选3*70mm24.U=U0%*Pe*L=0.373*2.5*0.2=0.18选选D案例：按按经济济条件选选择与按按技术条条件选择择截面的的比较举例说明明：一台台水泵电电动机三三相380V，37KW，额定定电流IN=71.4A,启动动电流Iq=469A，，不频繁繁启动。。馈线断断路器整整定电流流85A，瞬瞬动电流流850A，，年运行行时间T=6000h,当当地电价价P=0.5元/kWh,由变电电所直配配,采用用VV-13+1芯芯电缆单单根架空空明敷，，电缆长长度L=160m，，环境温温度30℃，变变电所低低压母线线短路电电流有效效值Ik=24kA。(1)按按允许许发热条条件选截截面：IN=71.4A，查表表1-1S=3×25+1×16mm2（对应允允许电流流95A）。。(2)按按允许许电压损损失校验验：设启启动时cosΦ=0.3，Iq=469AL=160m，若若按不不频繁启启动允许许启动电电压偏移移-15%计，，需选择择S=3×25+1×16mm2，电流矩矩为0.143/A-km（查表表）对应应Δu=10.76%同同法，，求得正正常运行行时电流流矩为0.317/A-km，(查表表),ΔΔu=△ua*I*L=0.317*71.4*0.2=3.62%，满足足要求。。（3）按按经济电电流选择择截面：：根据IN=71.4A，T=6000h，P=0.5元/kWh,查0.6/1kV低压电电缆经济济电流范范围表得得Sec=3×70+1×35mm2。（4）按按短路热热稳定条条件校验验，设短短路切除除时间t=0.2s，，Smin=Iz×(t)0.5/C式式中中,Iz为短路电电流周期期分量有有效值，，A；t为短路切除除时间；C为热稳定系系数，对PVC电缆缆C=114，，将数值代代入上式Smin=24000×0.20.5/114=94.1mm2，选取S=3×95+1×50mm2。(5)低压压TN系统统接地故障障保护灵敏敏度校验：：当S=3×16+1×10时，单单相接地故故障电流约约300A，断路路器不动作作。当S=3×70+1×35时，单单相接地故故障电流约约1100A，，断路器动动作，灵敏敏度为1100A/850A=130，，大于125的要求求。最终决定截截面大小的的条件，仍仍然是短路路热稳定条条件。通通过对以上上例子的分分析，我们们可以得出出以下结论论：①①通常，，按经济电电流选择的的线芯截面面大于按载载流量选择择的截面。。大多数情情况，二者者仅相差2级。换言言之，大多多数情况下下，按载流流量选择的的截面，放放大1～2级，会比比较接近经经济电流值值。②②有时，，按技术条条件选择的的截面会大大于按经济济电流条件件所选择的的截面。因因此，“经经济条件””是必要条条件，但还还不是充分分条件，必必须同时满满足“技术术条件”。。③③电缆的经经济电流范范围表可见见，Tmax愈大，经济济电流值愈愈小。按此此条件选择择的线芯截截面愈大，，反则反之之。附表1：电电力电缆载载流量表1.1聚聚氯乙烯绝绝缘电力电电缆载流量量连续负荷载载流量见表表1-1表表1-3。ρW和ρD的（水分迁迁移）为热热阻系数。。表1-1单单芯非铠铠装聚氯乙乙烯绝缘电电力电缆连连续负荷载载流量（A）1.2交交流聚乙烯烯绝缘电力力电缆载流流量连续负荷载载流量见表表1-4表表1-11。ρw和ρD(水分迁移移)为热阻阻系数。表1-4单单芯交交联聚乙烯烯绝缘电力力电缆连续续负荷载流流量（A））四、电线、、电缆敷设设设计要求求1.金属导管布布线1）明敷于于潮湿场所所或埋地敷敷设的金属属导管，应应采用管壁壁厚度不小小于2.0mm的钢钢导管。明明敷或暗敷敷于干燥场场所的金属属导管宜采采用管壁厚厚度不小于于1．5mm的电线线管。2）穿导管管的绝缘电电线(两根根除外)，，其总截面面积(包括括外护层)不应超过过导管内截截面积的40％。3）穿金属属导管的交交流线路，，应将同一一回路的所所有相导体体和中性导导体穿于同同一根导管管内。4）当电线线管与热水水管、蒸汽汽管同侧敷敷设时，宜宜敷设在热热水管、蒸蒸汽管的下下面；当有有困难时，，也可敷设设在其上面面。相互间间的净距宜宜符合下列列规定：1当当电线管路路平行敷设设在热水管管下面时，，净距不宜宜小于200mm；；当电线管管路平行敷敷设在热水水管上面时时，净距不不宜小于300mm；交叉敷敷设时，净净距不宜小小于100mm；2当电电线管路敷敷设在蒸汽汽管下面时时净距不宜宜小于500mm；；当电线管管路敷设在在蒸汽管上上面时，净净距不宜小小于1000mm；；交叉敷设设时，净距距不宜小于于300mm。当当不能符合合上述要求求时，应采采取隔热措措施。当蒸蒸汽管有保保温措施时时，电线管管与蒸汽管管间的净距距可减至200mm。

电线线管与其他他管道(不不包括可燃燃气体及易易燃、可燃燃液体管道道)的平行行净距不应应小于100mm；；交叉净距距不应小于于50mm。2、金属线槽布布线1）金属线槽布布线宜用于于正常环境境的室内场场所明敷，，有严重腐腐蚀的场所所不宜采用用金属线槽槽。

具有有槽盖的封封闭式金属属线槽，可可在建筑顶顶棚内敷设设。2）同一路路径无电磁磁兼容要求求的配电线线路，可敷敷设于同一一金属线槽槽内。线槽槽内电线或或电缆的总总截面(包包括外护层层)不应超超过线槽内内截面的20％，载载流导体不不宜超过30根。控控制和信信号线路的的电线或电电缆的总截截面不应超超过线槽内内截面的50％，电电线或电缆缆