电线、电缆截面如何选择？看完此文竟变得如此简单！ / 开普饭

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电力电缆截面选择是一个大家十分关心的问题，因为它是电气设计的主要内容之一。传统的电缆截面选择方法是按技术体选择，可分为4类：

①按允许发热条件选择,也就是按允许载流量选择；

②按经济电流密度选择；

③按允许电压损失校验；

④按短路热稳定校验。

⑤按机械强度选择导线。主要指架空线路，电缆不需要。

1 .按长期允许载流量选择电缆截面

为了保证电缆的使用寿命，运行中的导体电缆温度应不超过规定的长期允许工作温度：聚氯乙烯绝缘电缆为70℃，交联聚乙烯绝缘电缆为90℃。根据这一原则，在选择电缆截面时，必须满足下列条件： Imax≤I0K

式中：Imax——通过的最大连续负荷载流量（A）；

I0 —指定条件下的长期允许载流量（A），见附表1；

K —长期允许载流量修正系数，见附表2.

举例：某工厂主变压器容量S为12000KVA，若以直埋35KV交联电缆供电，试问应选择多大电缆截面？（土壤温度最高30℃，土壤热阻系数2.5）

解：按下列计算电缆线路应通过的电流值

查附表1-12得：

1.铜芯交联电缆8.7/10KV 3×95mm²，最大连续负荷载流量为220A，25℃。

2.由于敷设土壤温度最高为30℃，应进行温度修正，查附表2-2得修正系数为0.96. I修=220（A）×0.96=211（A）

3.通过土壤温度的修正后该电缆的连续负荷载流量虽只有211（A），仍能满足电缆线路198（A）的要求。

2.按经济电流密度选择电缆截面

国际电工委员会标准IEC287-3-2/1995提出了电缆尺寸即导体截面经济最佳化的观点：电缆导体截面的选择，不仅要考虑电缆线路的初始成本，而且要同时考虑电缆在寿命期间的电能损耗成本。因此要从经济电流密度来选择电缆截面。按载流量选择线芯截面时，只计算初始投资；按经济电流选择线芯截面时，除计算初始投资外，还要考虑经济寿命期内导体损耗费用，二者之和应最小。当减小线芯截面时，初始投资减少，但线路损耗费用增加；反之，增加线芯截面时，线路损耗减少，但初始投资增加。某一截面区间内，二者之和总费用最少，就是我们追求的目标——经济选型。

（1）经济电流密度计算式：

（2）电缆经济电流截面计算式：

Sj=Imax/J

式中：J——经济电流密度（A/mm²）；

Sj——经济电流截面（mm²）；

B=（1+Yp+Ys）(1+λ1+λ2)，可取平均值1.0014；

P20—20℃时电缆导体电阻率（Ω·mm2/m）铜芯为18.4×10-9，铝芯为31×10-9，计算时可分别取18.4和31。

d20—20℃时电缆导体的电阻温度系数（1/℃）。铜芯为0.00393，铝芯为0.00403.

（3）10KV及以下电力电缆按经济电流密度选择电缆截面，宜符合下列要求：

①按照工程条件、电价、电缆成本、贴现率等计算拟选用的10KV及以下铜芯或铝PVC/XLPE绝缘电力电缆的经济电流密度值。（详见GB 50217《电力工程电缆设计规范》附录B《10KV及以下电力电缆经济电流截面选用方法》）。

②对备用回路的电缆，如备用的电动机回路等，宜按正常运行小时数的一半选择电缆截面。对一些长期不使用的回路，不宜按经济电流密度选择电缆截面。

③当电缆经济截面比按热稳定、容许电压降或持续载流量要求的截面小时，则应按热稳定、容许电压降或持续截流量较大要求的截面选择。当电缆经济截面介于电缆标称截面档次之间，可视其接近程度、选择较近一档截面，且宜偏小选取。

（4）上述计算式及要求虽然精确但比较繁杂。为方便起见，推荐下列简化的经济电流密度计算方法：

首先应知道电缆线路中年最大负荷利用时间，然后从下表中查得我国目前规定的电缆导体材料的经济电流密度，再按下式计算电缆截面。

Sj= Imax/J

式中：Imax——最大负荷电流（A）；

J——经济电流密度（A/mm²）。

根据计算所得的经济电流截面，通常选择不小于这个计算值并靠近这个值的电缆标称截面。

我国规定的电缆经济电流密度：

3 .根据电网允许电压降选择电缆截面

当电流通过电线电缆时，由于线路中存在阻抗，必然产生电压降（电压损失），线路越长，截面越小，电压损失越大。

一般规定：照明线路中允许相对电压降不应超过2.5~5%，户内动力线路不应超过4~6%允许值，输配电线路不应超过7%。如果线路电压降超过允许值，供电品质将无法达到设计要求。应适当增大电缆截面，使之达到要求。

在低压线路中，当给定了负载的电功率P，送电距离L，所允许的相对电压降为ε时，则电缆截面按下式计算：

式中：P——负载的电功率（KW）；

L——送电线路距离（m）;

C——根据导体材料及送电电压确定的线路功率系数（见下表）

ε——允许的相对电压降（%）

线路功率系数C值

举例：有一条380V三相四线制线路，总长2500m，终端负载功率为6KW，线路末端允许电压降为4%，使用铜芯电缆，求电缆截面。

解：已知L=2500m P=6KW ε=4，表中查得C=76.5

代入上式：S=6X2500/76.5X4=49.02mm2

所以：该线路电缆主线芯应选50mm²，三相四线制电缆型号规格应选择VV 0.6/1KV 3×50+1×25电力电缆。

4. 按短路热稳定条件计算电缆导体允许最小截面的方法

1.电缆导体允许最小截面，由下列公式确定:

2. 除电动机馈线回路外，均可取θP＝θH。

3. Q值确定方式，应符合下列规定：

1 )对火电厂3～10kV厂用电动机馈线回路，当机组容量为100MW及以下时：

2 )对火电厂3～10kV厂用电动机馈线回路，当机组容量大于100MW时，Q的表达式见下表。

3). 除火电厂3～10kV厂用电动机馈线外的情况：

Q=I2*t

式中S――电缆导体截面(mm2)；

J――热功当量系数，取1.0；

q――电缆导体的单位体积热容量（J/cm3·℃），铝芯取2.48，铜芯取3.4；

θm――短路作用时间内电缆导体允许最高温度（℃）；

θP――短路发生前的电缆导体最高工作温度（℃）；

θH――电缆额定负荷的电缆导体允许最高工作温度（℃）；

θm――电缆所处的环境温度最高值（℃）；

IH――电缆的额定负荷电流（A）；

IP――电缆实际最大工作电流（A）；

I――系统电源供给短路电流的周期分量起始有效值（A）；

Id――电动机供给反馈电流的周期分量起始有效值之和（A）；

t――短路持续时间（s）；

Tb――系统电源非周期分量的衰减时间常数（s）；

α――20℃时电缆导体的电阻温度系数（1/℃），铜芯为0.00393、铝芯为0.00403；

ρ――20℃时电缆导体的电阻系数（Ωcm2/cm），铜芯为0.0148x10-4、铝芯为0.031x10-4；

η――计入包含电缆导体充填物热容影响的校正系数，对3～10kV电动机馈电回路，宜取η＝0.93，其它情况可按η＝1；

K――缆芯导体的交流电阻与直流电阻之比值，可由下表选取。

例题：电缆截面选择

10kV电动机采用铜芯交联聚乙烯绝缘电缆供电，电缆穿钢管明敷，环境温度35℃，缆芯最90℃经济电流密度2.5A/平方毫米，YJV最小截面25平方毫米。电缆热稳定系数c=137， Ik =12kA，0.6s切除短路，允许压降5%，l=200m，电动机额定功率2500kW，cosφ=0.85

1.按持续允许电流应选择（）

A.25平方毫米 B. 35平方毫米 C. 50平方毫米 D. 70平方毫米

2.按经济电流密度应选择（）

A.25平方毫米 B. 35平方毫米 C. 50平方毫米 D. 70平方毫米

3.按热稳定校验应选择（）

A.25平方毫米 B. 35平方毫米 C. 50平方毫米 D. 70平方毫米

解答：

1. I=Pe/√3Ue*cos∮=2500/1.732*10*0.85=169.8A 查表1-10 选3*70mm2

2. S=I/J=169.8/2.5=67.9mm2取相邻的下一档选3*50mm2

3. S> √ I2*T/C*1000= √ 12X12X0.6/137*1000=67.8mm2选3*70mm2

4. U=U0%*Pe*L=0.373*2.5*0.2=0.18 选D

案例：按经济条件选择与按技术条件选择截面的比较　

举例说明：一台水泵电动机三相380 V，37K W，额定电流IN=71.4 A,启动电流Iq=469 A，不频繁启动。馈线断路器整定电流85 A，瞬动电流850 A，年运行时间T=6 000 h,当地电价P=0.5元/kWh,由变电所直配,采用VV-1 3+1芯电缆单根架空明敷，电缆长度L=160 m，环境温度30℃，变电所低压母线短路电流有效值Ik=24kA。

(1) 按允许发热条件选截面：IN=71.4 A，查表1-1 S=3×25+1×16mm2（对应允许电流95 A）。

(2) 按允许电压损失校验：设启动时cosΦ=0.3，Iq=469 A L=160m，若按不频繁启动允许启动电压偏移-15%计，需选择S=3×25+1×16 mm2，电流矩为0.143/ A-km（查表）对应Δu=10.76%　　

同法，求得正常运行时电流矩为0.317/A-km，(查表),Δu= △ ua*I*L=0.317*71.4*0.2=3.62%，满足要求。

(3)按经济电流选择截面：根据IN=71.4 A，T=6 000 h，P=0.5元/kWh,查0.6/1 kV低压电缆经济电流范围表得Sec=3×70+1×35 mm2。

(4)按短路热稳定条件校验，设短路切除时间t=0.2 s，Smin=Iz×(t)0.5/C　式中,Iz为短路电流周期分量有效值，A；t为短路切除时间；C为热稳定系数，对PVC电缆C=114，将数值代入上式Smin=24 000×0.20.5/114=94.1 mm2，选取S=3×95+1×50 mm2。

(5)低压TN系统接地故障保护灵敏度校验：当S=3×16+1×10时，单相接地故障电流约300 A，断路器不动作。当S=3×70+1×35时，单相接地故障电流约1 100 A，断路器动作，灵敏度为1 100 A/850 A=130，大于125的要求。

最终决定截面大小的条件，仍然是短路热稳定条件。通过对以上例子的分析，我们可以得出以下结论：

　①通常，按经济电流选择的线芯截面大于按载流量选择的截面。大多数情况，二者仅相差2级。换言之，大多数情况下，按载流量选择的截面，放大1～2级，会比较接近经济电流值。

　②有时，按技术条件选择的截面会大于按经济电流条件所选择的截面。因此，“经济条件”是必要条件，但还不是充分条件，必须同时满足“技术条件”。　③电缆的经济电流范围表可见，Tmax愈大，经济电流值愈小。按此条件选择的线芯截面愈大，反则反之。