电力电缆载流研究

【摘 要】 工程设计中，电缆截面选择至关重要，截面选择不当，导致其发热过大，绝缘老化，载流能力下降，压降过大，导致用电设备将无法正常运行。本文针对影响电缆载流量的各种因素进行分析；通过各种校验方法选取电缆，高压电缆需满足热稳定性校验选截面，往往比载流量选截面大；选电缆截面需考虑电压降，压降和电缆截面及长度有密切关联；按载流量选电缆时，载流量表中仅表示单回路电缆载流量，根据多根电缆不同敷设方式及不同环境温度等有对应的修正系数，选电缆截面需要考虑各种修正。

【关键词】 电缆截面 载流量 热稳定性 压降 敷设方式 环境温度

1 电力电缆结构

常用10kV高压电力电缆额定电压为8.7/15kV，低压电力电缆额定电压为0.6/1kV，电力电缆从内至外一般分为导体-->绝缘-->内护层-->铠装型-->外护层，内外护套材料一样时，省写内护套材料（非铠装电缆可以无内护套）。电力电缆结构表1所示。

例：VV22-铜芯聚氯乙烯绝缘双层钢带铠装聚氯乙烯护套（第2个V表示内护套材质，第2个2表示外护套材质）电力电缆，YJLV-铝芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套（V表示外护套，若有内护套则也为聚氯乙烯材质）电力电缆。YJV-铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套（V表示外护套，若有内护套则也为聚氯乙烯材质）电力电缆，YJV23-铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯内护套双层钢带铠装聚乙烯外护套电力电缆。电力电缆导体通常采用铜和铝两种，实际应用中往往采用铜，铜导电率高电阻率低，铝导电率较铜低，铝电阻率较铜高，在同等载流量下，铝导体电缆截面大概是铜导体电缆截面的1.5倍。铜芯电力电缆电损耗较铝导体电力电缆低，机械性能比铝材优越，铜芯比铝芯抗疲劳约1.7倍。往往工程实际应用中采用的是铜芯电力电缆。

电缆芯之间的额定电压必须大于等于系统标称电压，比如标称电压380V，那么选择电缆额定电压1kV就满足要求，电缆芯之间能承受的最高工频电压必须大于等于系统的最高工作电压。

绝缘材料工程中一般选用交联聚乙烯，少用聚氯乙烯，因为交联聚乙烯性价比高，允许长期工作温度90℃，短路热稳定允许温度250℃，而聚氯乙烯允许长期工作温度70℃，短路热稳定允许温度约140～160℃。还有其他比如橡皮绝缘电缆允许长期工作温度60℃，短路热稳定允许温度200℃，等。工程中火灾报警一般采用耐火电缆，普通工程采用阻燃电缆。耐火电缆就是在火焰中被燃烧一定时间内能保持正常运行特征的电缆。耐火电缆按绝缘材质分为有机和无机型，有机型式采用耐高温800℃的云母带以50%重叠搭概率包覆两层作为耐火层，外护采用聚氯乙烯或交联聚乙烯为绝缘，耐火主要依赖于云母层的保护。无机型就是矿物绝缘电缆（MI电缆），采用氧化镁作为绝缘材料，铜管作为护套的电缆，这是真正意义上的耐火电缆，只要火焰温度不超过铜的熔点1083℃，电缆就安然无恙。阻燃电缆就是在绝缘及护套里添加无卤及含卤阻燃剂。含卤型有聚氯乙烯等，无卤型有交联聚乙烯等，含卤价格低但是燃烧时烟雾浓、酸雾及毒气大，阻燃剂分为有机和无机两类，最常用的是无机类无卤材料氢氧化铝。

2 电缆、导体、电器载流修正因素

采用热稳定性校验或电流密度法选截面，不用再考虑其它修正了，电缆按载流量选截面需要按各种因素修正，比如环境温度，敷设方式等。所谓的负荷计算电流就是在实际环境中所得的真实负荷电流。电缆与导体有区别，电缆分很多层，每层都有相对应的作用，导体包括母线及一般的导线，比如架空线、硬母线，裸导体需要按实际环境温度和海拔高度修正其载流量，电缆载流量无海拔修正，高压电器载流量有环境温度修正无海拔修正，海拔因素用来修正其外绝缘强度。

例如，某一负荷计算电流，（三班制），当地电价P=0.4元/kWh，电缆6根无间距并排敷设在梯架上，梯架两层，环境温度℃；选用YJV-0.6/1kV-4芯电缆，求截面。

（1）按电缆载流量来选择电缆截面。电缆敷设方式为6根无间距并排梯架敷设，梯架两层，查配三P504续表9-24，得到修正系数 0.76，修正后负荷电流为，查配三P515表9-34得到电缆截面S=35mm2。（2）按经济电流来选择电缆截面。根据，，P=0.4元/kWh，查配三P533表9-58，S=70mm2。

3 10kV高压电缆热稳定性校验

10kV高压电缆需要校验的项目有额定电压、额定电流、热稳定性等，例如2000kVA的干式变压器所需多大型号的电缆，10kV标称电压，选择8.7/15kV额定电压电缆，2000kVA变压器额定电流约115A，选25mm2铜芯电缆，25mm2铜芯电缆空气中载流量129A，满足额定电流要求，但是需要进一步校验热稳定性，热稳定性校验采用以下公式。

（1）

其中是电缆要求最小截面积，c是热稳定系数。

（2）

其中是短路电流热效应，最大短路电流有效值，是短路电流持续时间。假如高压母线处短路容量为100MVA，可得短路电流为5.5kA，带入公式可得：

（3）

选择70mm2交联聚乙烯绝缘电缆。

综合以上校验，最终电缆选择70mm2可以满足以上要求。

4 电力电缆压降校验

无论高压还是低压电缆都存在压降，电缆导体无论是铜还是铝，都存在电阻，电阻流过电流一定会发热，有电阻和电流就会有电压差，也就是所说的电缆电压降，电压降必须要有效控制。国家标准限制了各种用电设备正常运行的电压范围，如电动机，要求正常运行情况下，电动机端子处电压偏差允许值宜为±5%，那么就要根据电缆截面，长度，电机额定电流等等来计算电压损失，当然也可以根据电压损失要求反算最多能敷设多长电缆。

（1）例如45kW，额定90A，380V，功率因数0.9电动机，电缆敷设200m；假如选用50mm2电缆，查配三手册P551表9-78，对应50mm2电缆，电压损失0.194%/（A.km），得到总电压损失为（90x0.194x 0.2）%，即3.5%，满足要求。（2）例如45kW，额定90A，380V，功率因数0.9电动机；假如选用50mm2电缆，电压损失5%，查配三手册P551表9-78，对应50mm2电缆，电压损失0.194%/（A.km），可以敷设电缆长度为（5÷0.194÷90）=0.285km，为满足电动机正常运行，电缆最长可以敷设285米。

5 电力电缆按敷设方式及环境修正载流

无论高压还是低压电力电缆均需按敷设方式及环境校验载流，也就是按载流量选电缆，按载流量选电缆需要依据环境和敷设方式这两条核心因素。在不同环境温度（空气中或埋地）下需要乘以修正系数。

（4）

其中，表示电力电缆线芯允许长期工作温度，YJV为90℃，表示敷设处环境温度，表示现载流量对应的温度。

例如16平0.6/1kV YJV电缆，桥架敷设，30℃时载流量100A，敷设处环境温度40℃，通过式（4）计算可知，修正系数为0.91，得到敷设处实际载流量为91A。埋地敷设时环境温度不等于基准温度时也需要按式（4）修正，埋地时，不同土壤热阻系数的载流量也需要修正。在此就不再分析。

电缆敷设方式各种各样，通常采用直埋、穿管埋地、电缆沟、电缆桥架、电缆隧道、排管、墙体楼板内敷设等，载流量表中均为单回路或单根电缆的载流量，在不同敷设方式下，多回路电缆有不同的排列方式，多回路的排列方式对应不同修正系数，这些修正系数是假定各回路电缆截面相等且都是在额定载流量的情况下计算而得的数字，实际情况会有所不同，计算方法十分繁琐，工程设计时，可应用这些数字，当负荷率小于100%时，实际修正系数可提高一些。

例如：YJV-0.6/1kV-（3x70+1x35），环境温度30℃，敷设方式E，单回路电缆载流量246A；敷设方式D（直埋或穿管埋地），单回路电缆载流量166A。

（1）成束，明敷穿管靠墙，共6根，查得载流量校正系数为0.57，得载流量为246x0.57=140A。（2）6回路直埋地电缆，埋深0.7m，土壤热阻系数2.5（K.m）/W，电缆相互接触，查得载流量校正系数为0.5，得载流量为166x0.5=83A。（3）6回路穿钢管埋地电缆，埋深0.7m，土壤热阻系数2.5（K.m）/W，电缆相互接触，查得载流量校正系数为0.6，得载流量为166x0.6=100A。（4）3层梯架，每层梯架单层电缆6根，无间距布置，查得载流量校正系数为0.73，得载流量为246x0.73=180A。（5）每层梯架电缆层数2层，紧靠排列，查得校正系数0.65，得载流量为246x0.65=160A.每层梯架电缆层数3层，紧靠排列，查得校正系数0.55，得载流量为246x0.55=135A。

如果电缆是在户外敷设，且无遮阳时，除了以上修正外，还要乘以一个电缆户外敷设无遮阳时载流量校正系数，仍以以上示例为例，查得校正系数为0.99。电缆在电缆沟内敷设时，电缆的长期允许载流量比空气可以自由流动的地方小，也就是说电缆沟敷设电缆载流量类似于空气中敷设电缆的载流量，只是资料表明，电缆沟敷设电缆的载流量需要按照空气中敷设的环境温度提高约5℃来修正。当电缆数量较多，采用电缆隧道敷设电缆时，一般电缆隧道采用自然通风，当隧道内气温达到50℃时，须采取机械通风。

关于环境温度的选取，可按下列取值。裸导体屋外安装，最热月平均最高温度；裸导体室内安装，该处通风设计温度，当无资料时，可取最热月平均最高温度加5℃。电缆屋外电缆沟敷设，最热月平均最高温度；电缆屋内电缆沟敷设，屋内通风设计温度，当无资料时，可取最热月平均最高温度加5℃。电缆电缆隧道敷设，有机械通风时取该处通风设计温度，无机械通风时，可取最热月的日最高温度平均值加5℃。电缆土中直埋，最热月的平均地温。

高压电器屋外安装，年最高温度；高压电器之屋内电抗器，该处通风设计最高排风温度；高压电器之屋内其它处，该处通风设计温度，当无资料时，可取最热月平均最高温度加5℃。年最高温度为多年所测得的最高温度平均值；最热月平均最高温度为最热月每日最高温度的月平均值，取多年平均值。

6 结语

为了保证电缆及设备正常运行，必须根据敷设环境、敷设方式等对电缆载流进行修正，根据各种校验方法对电缆截面进行校验，通过修正及校验后选得的电缆才能符合现场实际情况，才能运用于实际工程。

参考文献：

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