電線允許載流量計算

導線載流量的近似計算在輸配電線路的設計過程中，按載流量選擇或校驗導線截面是一項重要內容。導線的載流量是按導線的發(fā)熱條件計算的最大持續(xù)電流。所選的最大容許持續(xù)電流應當大于該線路在正?；蚬收虾罂赡芴峁┑淖畲蟪掷m(xù)電流。影響導線載流量的因素有多種，如架空裸導線的載流量就與導線的電阻、直徑、表面狀況、溫升和環(huán)境溫度、日照強度、風速等因素有關，絕緣電線和電纜的載流量的影響因素除導線的電阻和敷設環(huán)境的散熱條件外，還要考慮絕緣層、外護層等的各種損耗和熱阻。因此，導線的載流量的計算過程是比較復雜的。為了應用方便，通常都是根據不同型號和規(guī)格的導線的最高允許運行溫度，選定一些環(huán)境條件，按照相關的計算公式計算制作成相應的載流量表，以供需要時查用。比較全面的導線載流量表通常載于大型專業(yè)手冊中，為了減少備用資料的數量，可以用相對簡單的近似公式來計算導線的載流量。下面就從架空裸導線的載流量計算公式入手來尋找近似公式的基本形式。一、架空裸導線的載流量計算公式架空裸導線的載流量計算公式為（A）（1）/RFSTIP式中PR單位長度導線的輻射散熱功率，W/M；44856727310AADE（2）DD，D分別為以M和MM為單位計量的導線外徑；E導線表面的輻射散熱系數，光亮的新線為023040，舊線或涂黑色防腐劑的線為09095；導線表面的平均溫升，；ATA環(huán)境溫度，；導線允許最高工作溫度，；TPF對流散熱功率，W/M；（3）04857FFEPR導線表面空氣層的傳熱系數，W/M；2511FAE雷諾數，R3/0/ERVDDV垂直于導線的風速，M/S；導線表面空氣層的運動粘度，M/S；25813961APS日照吸熱功率，W/M；PSSJSDSJSD103（4）S導線表面的吸熱系數，光亮的新線為035046，舊線或涂黑色防腐劑的線為09095；S日光對導線的日照強度，W/M。當天晴、日光直射導線時，可采用1000W/M。JT每米導線的交流電阻，/M；R（5）12TRT每米導線的直流電阻，/M；2020MTTA20導電金屬線在20時的電阻系數，硬鋁線為0029MM/M；20導電金屬線在20時的電阻溫度系數，硬鋁線為0004031/；M平均絞入系數，硬鋁絞線7股為1012，19股為10205，37股為1022，61股為10245。鋼芯鋁絞線以鋁部計，6股為1014，7股為10154，24股為10235，28股為10247，30股為10251，54股為10245；A導電金屬線總截面，MM；2R1集膚效應和鄰近效應增大的電阻，/M；R1YSRTYS集膚效應系數，導線截面為400MM及以下時取00025，導線截面大于400MM時取001；R2磁滯損耗和渦流損耗增大的電阻，/M；2272180/MSFANTG頻率，HZ；AS鋼芯線總截面，M；鋼芯的綜合磁導率；磁損耗角，TG為磁損耗角正切；導電金屬絞線的總根數；NM單位長度內第M層導電金屬絞線的總圈數，MM/M；NLM第M層導電金屬線的根數；NM第M層導電金屬線的扭絞節(jié)距，M。L各層導電金屬線對鋼芯產生的磁場強度H可按下式計算1MIN式中H磁場強度，A/M；I導線上通過的電流，載流量的計算結果應與該電流相等，A；I/N每根導電金屬線通過的平均電流，A；單位長度內導電金屬線對鋼芯產生磁場強度的有效總圈數，因為絞線中各相1MN鄰層的絞向相反，在鋼芯上產生的磁場的方向也是相反的，故該有效總圈數為奇數層與偶數層導電金屬絞線的總圈數之差的絕對值。計算出磁場強度H值后，可從圖1的曲線上查得相應的TG值。（圖1根據電機工程手冊1982年版中的圖26114改制）。二、鋁絞線的載流量計算從上述載流量的計算公式可以看出，鋼芯鋁絞線可能需要多次反復計算才能得出正確結果。比較電氣設計手冊中鋁絞線和鋼芯鋁絞線的載流量表可以發(fā)現，在其它條件都相同時，如果鋁線部分截面積相同，二者的載流量相差也不大。這點可以用上列計算載流量的公式來解釋，雖然鋼芯鋁絞線增加了磁滯損耗和渦流損耗增大的電阻，而在截面積相同時其直徑比鋁絞線大，散熱面積相應增加。因此，在驗算鋼芯鋁絞線的允許載流量時，為了減少磁滯損耗和渦流損耗增大的電阻的計算，可以用相同截面積的鋁絞線的允許載流量作為其近似值。當環(huán)境溫度為40，導線的吸熱系數和散熱系數都為09，日照強度為1000W/M，風速為05M/S，導線的允許溫度為70時，4415672730RAAPDE80927362D325048551191FAAV3250485530005734732642D745983D0485PSSJSD103091000103D09D將上述計算結果代入式（1）可得（6）0485793217/TIDR截面積400MM及以下硬鋁絞線的交流電阻為2（7）130349MMTRAA將式（7）代入式（6）并整理之，得（8）048523629/MID7股硬鋁絞線的外徑D與其截面積A的關系為，而1012，將這兩個條件代05431279DM入式（8），整理后得（9）1245153879IA如果已知電流I要從式（9）解出截面積A，可用切線法公式迭代求解（10）1245152100NNNI即先假設一個不等于零的數作為A0，將計算結果作為A1代入式（10）計算，重復這個計算過程直到計算結果的變化在允許范圍內時，就以最后的結果作為所求的截面積A。按載流量選擇或校驗導線截面所遇到的問題通常是已知電流I求解截面積A，如果用式（10）進行迭代計算，雖然能得到比較精確的結果，但計算工作量大。為了在保證有一定精度的條件下簡化計算，需要找出一個近似公式?？疾焓剑?）可以看出電流I與截面積A的小數次方呈正相關，因此設近似公式為BIA為了求得參數A和B，根據7股鋁絞線的標稱截面積為1695MM，將16和95分別代入式（9），求得當2A16時，I8333；當A95時，I24657。由此列出方程組8316BA2459LN6L09B017/3A所求近似公式為或（11）06153IA164035I19股硬鋁絞線（標稱截面積120240MM）的外徑D與其截面積A的關系為，20545129AD而10205，將這兩個條件代入式（4），整理后得M124515370976IA已知電流I用切線法迭代求解截面積的公式為12451521003NNNIA其近似公式為或（12）6I167937股硬鋁絞線（標稱截面積300400MM）的外徑D與其截面積A的關系為，205471293AD而1022，將這兩個條件代入式（4），整理后得M1245153793IA已知電流I用切線法迭代求解截面積的公式為124515210076NNNIA其近似公式為或（13）I16798由近似計算公式（11）（12）（13）的計算結果與原式比較，誤差絕對值不超過1MM或1A。因其形2式簡單，可以用普通的函數計算器根據已知條件迅速得出結果。驗算鋼芯鋁絞線在大跨越的載流量時，取環(huán)境溫度為40，導線的吸熱系數和散熱系數都為09，日照強度為1000W/M，風速為06M/S，導線的允許溫度為90時，將相應的數據分別代入式（2）（4）2求出結果后可得到（14）048534872/TIDR當D的單位用MM并用D表示時，式（14）變成（15）0485013/TI截面積400MM及以下硬鋁絞線的交流電阻為2（16）91592037MMTRAA將式（16）代入式（15）并整理之，得（17）04852376/MID對7股硬鋁絞線，1012，將這兩個條件代入式（17），整理后得19（18）51245408IA如果已知電流I從式（18）解出截面積A，可用切線法公式迭代求解（19）15124510069796NNNI其近似公式為或（20）48I對19股硬鋁絞線，10205，將這兩個條件代入式（17），整理后得052DM1512457307IA已知電流I用切線法迭代求解截面積的公式NNIA其近似公式為或（21）639I1579A對37股硬鋁絞線，1022，將這兩個條件代入式（17），整理后得05DM1124578IA已知電流I用切線法迭代求解截面積的公式為1512451006363428NNNIA其近似公式為或（22）9I15729表1導線載流量近似計算公式的計算誤差比較表導線牌號鋁部截面積AMM載流量IAI16A06AIIAI（）A00096I167MMAAMMA（）LJ16LJ50LJ95LJ150LJ240LJ300LJ400LGJ16LGJ50LGJ95LGJ150LGJ240LGJ300LGJ4001594959331481236429763978153483942140822803175382483166244323427490583821612483154205115708411663243232104249487958078221639244731144158507256711103082021212302293336423829133018033095049043039024180133114100074051154490932148823722985399015146595714272307320138420505010708091202181519272618314101011047034030030131373159135118082047一般情況下，選擇導線都要留有余地，故截面積不大于400MM的鋁絞線和鋼芯鋁絞線的載流量，2可統(tǒng)一用下列近似公式計算導線的溫度達到70時或（23）061IA16709I導線的溫度達到90時或（24）34985式中I導線的載流量，A，A導線的鋁部截面積，MM。2為了考察近似計算公式的誤差，以式（23）和1982年版電機工程手冊的導線載流量表為例，選用部分牌號的導線計算結果如表1。從表1可以看出，用近似計算公式計算的載流量相對誤差不超過2，導線截面積相對誤差不超過4。以計算結果與導線的標稱截面比較，很容易判斷出應該選擇的導線牌號。因此，上列近似計算公式完全適用于工程計算。三、絕緣電線和電纜載流量的近似計算對于絕緣電線和電纜，若按上列計算程序用相關公式來求近似計算公式，計算過程更加繁復。因為導線的發(fā)熱主要是電阻消耗的電能，而其電阻與導線的截面積的05次方成正比，故其近似計算公式的基本形式仍為和。根據載流量表的數據求參數A、B和C、D的計算公式為BIAADCI25LNMNIBA/BMAIA26LLNMDI/DCI式中，IM和IN是與線芯截面積AM和AN對應的載流量。按照式（25）和（26），據一些資料所載的標稱截面240MM及以下的電線電纜載流量表求得如下一些近似計算公式在空氣中明敷設，計算環(huán)境溫度C40絕緣線BLX型I118A064（E65）（27）156302IBX型I155A064（E65）（28）8ABLV型I106A064（E65）（29）BV型I137SA064（E65）（30）15637I護套線BLVV型二芯I80A07（E65）（31）429BVV型二芯I109A067（E65）（32）0BLVV型三芯I65A068（E65）（33）17IBVV型三芯I82A07（E65）（34）4295A電纜VLV型13KV三或四芯I90A063（E70）（35）5836VV型13KV三或四芯I116A063（E70）（36）17IYJLV型13KV三芯I108A061（E90）（37）90YJV型13KV三芯I161A062（E90）（38）63YJLV型10KV三芯I150A059（E90）（39）152IYJV型10KV三芯I194A059（E90）（40）9A有鋼鎧裝護套電纜在土中直埋，計算環(huán)境溫度C25VLV型13KV二芯I157A057（E70）（41）175408IVV型13KV二芯I202A057（E70）（42）VLV型13KV三或四芯I134A057（E70）（43）6VV型13KV三或四芯I173A057（E70）（44）1754IYJLV型13KV三芯I127A056（E90）（45）8AYJV型13KV三芯I192A056（E90）（46）602YJLV型10KV三芯I169A052（E90）（47）193IYJV型10KV三芯I218A052（E90）（48）7式中I按發(fā)熱條件計算的載流量，（A）；A導電線芯的截面積，（MM）；E導電線芯允許最高溫度，（）。當已知計算用環(huán)境溫度C為，要求設計用環(huán)境溫度A時的載流量時，需將載流量乘以校正系數KT（49）EATCK當電線或電纜穿塑料管時，載流量還應乘一校正系數，一管內穿二線為067，一管內穿三線為061，一管內穿四線為055。在土中直埋的電纜的載流量，還要根據不同土壤熱阻系數乘以相應的校正系數。原載流量表中所用土壤熱阻系數為聚氯乙烯電纜（VLV、VV）12M/W，交聯聚乙烯電纜（YJLV、YJV）20M/W。對于聚氯乙烯電纜，當土壤熱阻系數不等于12M/W時，其載流量校正系數可按表2選用。表2不同土壤熱阻系數時的載流量校正系數土壤熱阻系數（M/W）分類特征（土壤特性和雨量）校正系數08土壤很潮濕，經常下雨，如濕度大于9的沙土；濕度大于10的沙泥土等10512土壤潮濕，規(guī)律性下雨，如濕度7但4但7的沙土；濕度為48的沙泥土等08730多石地帶，非