选择导线和电力电缆截面的可靠性计算

【摘要】随着我国经济的不断深入发展，人们的生活条件不断提高，导致对电力的需求量日益增大。导线和电力电缆的选择是电力企业供电网络设计的一个重要组成部分，为了保证电力供电线路的安全、可靠及经济地运行就要选择导线和电力电缆的最佳经济截面，从而减少投资费用。本文从允许的发热条件、电压损失、机械强度、经济运行及热稳定性等角度探讨了导线和电力电缆截面选择的原则，同时介绍了导线和电力电缆截面选择的计算方法。

【关键词】导线;电力电缆;导线截面;电流

一、引言

导线和电力电缆的选择是电力企业供电系统设计中的一个重要组成部分，由于其是构成供电网络的主要设备元件，电力输送只能依靠导线和电力电缆来进行。因此，在选择导线和电力电缆的截面时，就必须在满足供电输送能力的同时保证供电线路的运行安全。此外，导线和电力电缆生产所需的有色金属是国家经济建设需求量很大的原材料，因此，如何经济合理地选择导线和电力电缆的截面，对节约有色金属的使用具有重大的意义。

二、导线和电缆选择应具备的资料

导线和电缆的截面选择通常是趋向于最小可采用的截面。即減少导线和电缆的初始投资费用，这其中并不包括导线电缆的使用寿命等条件。为了选择合适的导线和电缆的截面，电力企业就要向电缆生产制造厂提供尽可能多的必要资料。

（一）系统额定电压

任意两根导体之间的工作平率电压的均方根值。

（二）三相系统的最高电压

在正常的运行条件下相间电压的最高均方根值。

（三）雷电过电压

（四）系统的运行频率

（五）导线和电缆的接地方式以及在中性点未有效接地的情况下，任意一次接地故障下的最大允许持续时间和年总持续时间

（六）最大额定电流

导线和电缆连续运行、周期运行及紧急运行或过载运行等情况下的额定电流。

（七）当发生短路时，电流的最大持续时间

三、导线和电力电缆截面的选择原则

为了保证供电系统的安全可靠及经济合理地运行，就必须按照选择导线和电力电缆截面安全、经济的原则进行。

（一）发热问题

由于电流具有的热效应，因此当电流通过量超过导线和电缆的允许电流时，就会出现导线和电缆发热的现象，加速绝缘导线和电缆的绝缘老化。

表1

此外，还会拉伸导线的距离加大电力电缆对地及交叉跨越的危险，甚至出现烧毁导线和电缆的问题，导致危险事故的发生。为了保证供电的安全性，在选择导线和电力电缆截面时，首先，必须要充分考虑到发热的问题。其次，导线和电缆长期通过的最大恒定的电流不能超过导线和电缆生产标准规定的允许值，就是要按照导线和电缆的允许通过量来选择截面。

（二）电压损失的问题

由于导线和电缆上有电阻和电抗的存在，当电流通过导线和电缆时，通常情况下除产生一定的电能损耗外，还会产生电压的损失，从而影响电压质量。电压损失超过一定范围后，就会造成用电设备的电压不足，影响用电设备的正常工作，损害用电设备。因此，为了保证用电设备的正常运行，在选择导线和电缆截面时，首先要考虑导线和电缆上的电压损失问题。其次，导线和电缆线路的电压损失不能超过国家相关规定，根据线路允许的电压损失来选择导线和电缆截面。

（三）经济运行问题

保证经济的运行主要体现在对高压线路和特大电流的低压线路上，应该按照规定的经济电流密度来选择导线和电缆的截面，使电能损耗降到最低。而对于长距离的输送的电缆来说，应该按最佳的经济截面来选择电缆的载流量，最大程度上的保证电缆的使用寿命周期。

（四）机械强度问题

在电力运输的架空线路中，为了尽量满足线路架设施工时的机械强度以及线路运行时遭受的风、雨、气温等外力变化的对线路造成的威胁，就要保证导线和电缆要有足够的机械强度，保证线路运行的安全性。如在10kV线路中最小截面不应小于16mm²。如表2所示为最小截面Smin 的值。

表2

（五）热稳定性的问题

为了减少电缆发生热稳定性故障的机率，在导线和电缆截面的选择时，就要保证导线和电缆在发生故障时按照热稳定性校验选择的截面必须大于热稳定性最小的截面。

四、选择导线和电力电缆截面的计算

为了保证输电线路的安全、可靠、经济地运行，在选择导线和电力电缆截面时，一方面要满足正常运行时的最高允许温度，另一方面要考虑到正常运行时的电压损耗、经济电流密度以及机械强度等。

（一）按发热条件的计算选择导线和电缆的截面

当电路通过导线时，就会产生电能损耗从而使导线发热。当导线温度过高时，就会导致绝缘体的损坏，从而引发事故。因此导线和电缆的发热温度不能超过规定的允许值，即允许的导线电缆的载流量Iyx不小于通过导线和电缆的最大负荷电流Ijs，用公式表示为：

Iyx≥Ijs

此外，还要考虑到导线和电缆的电流允许载流量与环境温度有关，因此，当架设地点的环境温度与导线和电缆的允许载流量对应的黄金温度不同时，导线和电缆的允许载流量应该乘以温度校正系数，即：

K=[（tyx-t0"）/（tyx-t0）]b

tyx指导线正常工作时的最高允许温度

t0指导线的允许载流量对应的环境温度

t0"指导线敷设地的实际环境温度

而在中性线截面的选择中，一般在正常情况下，中性线通过的电流都比较小，只是三相平衡电流零序电流，因此在选择时中性线截面不得小于相线截面的50%。即：

S0≥0.5Sφ

（二）按经济电流密度的计算选择导线和电缆截面

通常来说，导线和电缆的截面越大，电能的损耗就越小，相对应就是线路投资、后期维修管理费用等的增加。因此，从经济学的观点来看，导线和电缆就要选择一个经济合理的截面，既要保证电能损耗小，又要保证不过分增加线路投资及后期维修管理费用。

表3

如表3所示为导线和电缆经济密度的关系，而经济截面与电流密度的公式为：

Sji=Ijs/jji

Ijs指计算电流

（三）导线选择和电缆敷设地的环境温度

目前，通常用的電缆敷设方式主要有：穿钢管或塑料管敷设，直接埋入地下敷设，敷设于电缆地沟内，敷设于电缆隧道内，沿厂房或土建构筑物敷设。从技术上来将，敷设于电缆隧道内和敷设于电缆地沟内的方式是最佳的，因为便于电缆的施工、维护及检修。时间证明公用隧道的运行效果也是最好的，这达到减少了投资。避免反复开挖路面，耽误工期，但是高哦公用隧道的初期投资较大。相对而言，电缆地沟敷设和直接埋入地下敷设是最经济的方式，但是其不利于电缆的后期维护和检修。

表4

无论选择何种敷设方式，要保证导线和电缆的运行安全就必须要考虑敷设地的环境温度。首先，对架空输电线路来说，要计算出当地是十年来的最热月份最高气温平均值或十年以上的总平均值。其次，对电力电缆来说，若周围介质为空气，就要计算出十年来的昼夜平均空气温度中最高的三天及最低的一个昼夜平均温度或十年以上的昼夜平均值;若周围介质为土壤，就要计算出每年最热月份土壤的全月平均温度。最后，对绝缘导线来说，就要计算出十年来最热月的昼夜平均空气温度及月平均值或十年以上的平均值。表4所示为我国规定的经济电流密度。

五、结语

导线和电力电缆截面的选择直接影响了供电网络的投资费用以及电能损耗的大小。当导线和电力电缆的截面选小些时，可以减少供电网络建设的投资，但是却会造成电能损耗的增大;而当导线和电力电缆的截面选大些时，供电网络的投资就会增加，但是电能损耗就会减少。因此，使供电网络中导线和电缆找到一个最理想的截面使年运行费用要最小化，就必须按照我国规定的经济电流密度选择导线和电力电缆的截面。

参考文献

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[4]王大刚等.电力电缆截面选择方法的发展与应用[J].电力设备，2004（09）.

作者简介：夏炜（1980—），男，江西九江人，大学本科，现供职于广州供电电缆设计有限公司，主要从事输电线路设计等工作。