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導線截面的選擇

一、導線截面選擇的要求

在選擇架空線路導線時，應以選擇鋼芯鋁絞線、鋁絞線、鋁合金線為主；相同條件下，宜選用鋼芯鋁絞線；低壓配電線路則以選擇絕緣導線為宜。導線截面選擇的要求是：

1．導線截面應符合配電網(wǎng)絡發(fā)展規(guī)劃的要求，應考慮5～10年用電負荷的增長情況，不會因負荷的增加而更換導線截面。在城市電網(wǎng)中低壓配電網(wǎng)改造技術導則中規(guī)定：中壓配電網(wǎng)主干線截面應按長期規(guī)劃(一般為20年)一次選定，多年不變。

2．導線的機械強度應符合規(guī)定，不能因為各種不利條件的組合而造成斷線事故。

3．導線中的最大負荷電流不得超過有關規(guī)程所規(guī)定的數(shù)值，要小于導線的安全工作電流，不能因為電流太大而造成導線溫升過高。我國規(guī)程中規(guī)定：鋼芯鋁絞線的最高允許溫度一般采用＋70℃（大跨越可采用＋90℃），鋼絞線的最高允許溫度一般采用＋120℃。

4．電壓損耗不能超過規(guī)定的允許值，允許進行其校驗所選導線截面是否滿足供電電壓要求。例如，在架空配電線路設計技術規(guī)程中規(guī)定：①中壓配電線路，自供電的變電所二次側出口至線路末端變壓器或末端受電變電所一次側入口的允許電壓降為變電所二次側額定電壓（lOkV）的5％；②低壓配電線路，自配電變壓器二次出口至線路末端（不包括接戶線）的允許電壓降為額定低壓配電電壓(220、380V)的4％。

5．導線截面的確定應符合表GYPD00101007-1～表GYPD00101007-4的規(guī)定。

表GYPD00101007-1 導線截面

導線種類

10kV配電線路

380/220V線路

主干線

分干線

分支線

主干線

分干線

分支線

裸導線

鋁絞線、鋁合金線

185

120

185

120

鋼芯鋁絞線

185

120

185

120

銅絞線

120

絕緣線

鋁絞線

240

185

銅絞線

185

120

表GYPD00101007-2 零線截面

導線種類

零線截面

鋁絞線及鋼芯鋁絞線

與相線截面同

銅絞線

與相線截面同

表GYPD00101007-3 保護線(PE線)的最小截面表GYPD00101007-4 導線設計的最小安全系數(shù)

相線截面S（mm2）

零線截面

導線種類

多股

S≤16

一般地區(qū)

重要地區(qū)

16＜S≤35

鋁絞線、鋼芯鋁絞線

2．5

3．0

S＞35

S/2

銅絞線

2．0

2．5

注：重要地區(qū)指大、中城市的主要街道及人門稠密的地方。

二、導線截面選擇的方法

1．按經(jīng)濟電流密度選擇導線截面

采用經(jīng)濟電流密度選擇導線截面時，可以使線路運行有最好的經(jīng)濟效益。對于各種電壓等級的電力線路，一般都可按經(jīng)濟電流密度選擇其導線的截面。我國規(guī)定的經(jīng)濟電流密度J（A/mm2）見表GYPD00101007-5。當已知線路在正常運行方式下的最大負荷電流Imax（A）和相應的最大負荷利用小時數(shù)Tmax（h）后，即可從表GYPD00101007-5中查出導線經(jīng)濟電流密度J值（A/mm2），按下式（GYPD00101007-01）計算出導線的經(jīng)濟截面S（mm2），并根據(jù)計算的導線截面選取適當?shù)臉朔Q導線截面。

表GYPD00101007-5 我國規(guī)定的經(jīng)濟電流密度J（A/mm2）

導線材料

年最大負荷利用小時數(shù)Tmax（h）

3000以下

3000～5000

5000以上

裸鋁、鋼芯鋁線

1.65

1.15

0.90

裸銅線

3.00

2.25

1.75

2．按允許的電壓損耗選擇導線截面

電壓損耗ΔU的計算公式見式（GYPD00101007-2）。如果按式（GYPD00101007-2）計算出的電壓損耗ΔU不超過規(guī)定的允許值，則所選截面滿足要求；如果所選截面的電壓損耗ΔU大于規(guī)定要求，則需按下式（GYPD00101007-3）計算出導線截面后，再根據(jù)計算的導線截面選取適當?shù)臉朔Q導線截面。按允許電壓損耗選擇導線截面的計算公式為

線路中的電壓損耗△U的計算公式為

式中：

P—線路上通過的有功功率，kW；

Q—線路上通過的無功功率，kvar；

R—線路電阻，Ω；

X—線路電抗，Ω；

UN—線路的額定電壓，kV。

式中：

S—導線截面，mm2；

cosφ—各段線路負荷功率因數(shù)；

r—導線的外半徑，mm；

ΔUL—線路線電壓的變化量，V；

P—各負荷的有功功率，kW；

γ—導線材料的導電系數(shù)，m/（Ω·mm2），銅為53，鋁為32；

UN—線路的額定電壓，V；

l、L—各段線路長度和負荷點到電源的線路長度，km。

3．按發(fā)熱條件選擇導線截面

電流通過導線時，由于導線電阻的作用而發(fā)熱，從而導致導線傳送電流時溫度上升。溫升過高（超過其最高允許溫度）將會加速導線連接處的氧化，增加接觸電阻、溫升更高，如此循環(huán)將會導致導線燒斷造成事故。另外，導線弧垂會因溫升而加大，可能造成對地距離不夠而發(fā)生事故。為保證線路安全運行，對用經(jīng)濟電流密度所選的導線截面，應該根據(jù)不同的運行方式及事故情況下的線路電流按發(fā)熱條件進行驗算。在熱平衡條件（電流產(chǎn)生的熱量與導線散出的熱量相等）下，通過導線的電流與溫升的關系式為

式中：

I—導線長期允許電流，A；

R—導線在溫度為θmax時的電阻，Ω；

K—散熱系數(shù)，W／(cm2·℃)，等于當導線和周圍介質(zhì)溫差為1℃時，由1cm2導線截面上所散發(fā)的熱流量值；

F—導線的散熱截面積，cm2；

θmax、θ0—導線允許的最高溫度和導線周圍介質(zhì)的溫度，℃。

為方便起見，工程上在按發(fā)熱條件選擇導線截面時，通常是根據(jù)導線允許的長期工作的最高溫度70℃和周圍環(huán)境溫度25℃的條件，計算出各類導線的允許電流值。按在環(huán)境溫度為25℃時的導線的載流量來選擇導線截面。當環(huán)境溫度高于25℃時應適度降低載流量，到40℃載流量降到81％。

4．按機械強度選擇導線截面

架空線路導線懸掛于桿塔上，不但要承受導線自身重力作用，而且要承受外界氣候的各種不利條件的影響。為保證線路安全運行，所選導線必須有足夠的機械強度，以免在不利的氣象條件下，不發(fā)生斷線事故。規(guī)程中規(guī)定了按線路電壓劃分為不同等級、不同類型導線的最小允許截面，見表GYPD00101007-6。在選擇導線截面時，應遵守表GYPD00101007-6中的規(guī)定。對于一般大檔距導線截面的選擇，也主要考慮導線的機械強度。

表GYPD00101007-6 導線最小截面

導線種類

中壓配電線路

低壓配電線路

居民區(qū)

非居民區(qū)

鋁絞線

鋼芯鋁絞線

5．按電暈損耗條件選擇導線截面

電暈主要發(fā)生在110kV以上的高壓線路運行中，因此，對于高壓線路應當按電暈損耗條件選擇導線截面。為減少電暈影響，導線截面應滿足規(guī)程規(guī)定的最小直徑要求。

以上討論了幾種可供選擇的導線截面選擇的常用方法，但對不同電壓等級的線路，在用這些方法選擇時，其決定條件是有所不同的：對35kV及以下的線路，按電壓損耗決定導線截面是其首要條件，再按經(jīng)濟電流密度、發(fā)熱條件、機械強度進行校核即可；對35kV以上的架空線路，導線截面主要按經(jīng)濟電流密度決定，同樣按其他方法校核即可。

【例GYPD00101007-1】有一條10kV架空線路用LJ型鋁絞線，末端負荷三相1600kVA，功率因數(shù)cosφ＝0.9，年最大負荷利用小時Tmax=4300h，供電距離為6km，導線三角排列，線間幾何均距為lm。試按經(jīng)濟電流密度選擇導線截面積，并按電壓損耗、發(fā)熱條件和機械強度進行驗算。

解：（1）選擇經(jīng)濟截面。根據(jù)電壓UN=10kV，負荷Smax=1600kVA，得負荷電流為