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1、電纜載流量及電纜的選擇 范銘印 目 錄1、按發(fā)熱選擇導(dǎo)線截面2、按容許電壓損失選擇導(dǎo)線截面3、按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面4、常用電力電纜的載流量劃1、按發(fā)熱選擇導(dǎo)線截面(一) 按正常發(fā)熱選擇導(dǎo)線截面 導(dǎo)體通過電流則發(fā)熱而使其溫度升高,當(dāng)周圍介質(zhì)溫度為某一定值時(shí),假定發(fā)熱及散熱達(dá)到平衡,則導(dǎo)體溫度維持在定值不繼續(xù)升高。單位時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體散出的熱量為P1=kF(2-1),而發(fā)出的熱量為P2=I2R2 當(dāng)P1=P2時(shí)(1-1)式中 k 散熱系數(shù) (W/cm2); F 散熱面積 (cm2); 2 導(dǎo)體的溫度 (); 1 周圍介質(zhì)的溫度 (); R2 當(dāng)導(dǎo)體溫度為2時(shí),導(dǎo)體的電阻 ()。劃 由式(1-1)可
2、以看出,當(dāng)周圍介質(zhì)溫度一定時(shí),在某一允許溫度2的條件下,某一種材料的導(dǎo)線,其截面與一定的最大容許電流Iux相對(duì)應(yīng)??紤]到無法用理論分析的有關(guān)因素,這一電流都是用實(shí)驗(yàn)求出的。 對(duì)導(dǎo)線的允許溫度規(guī)定如下: 裸線 2=70是從導(dǎo)線接頭容易氧化損壞的角度出發(fā)規(guī)定的; 絕緣線 2=70是從絕緣老化的角度出發(fā)的; 電纜 不同電壓的電纜對(duì)最大允許溫度有不同的要求,其原因?yàn)椋航^緣的老化;紙絕緣電纜在不同電壓等級(jí)下有不同的穩(wěn)定性。這是因?yàn)殡娎|內(nèi)部通過電流后發(fā)生熱脹冷縮現(xiàn)象而形成氣隙后,其內(nèi)部的氣化致使絕緣材料由于電離而擊穿。 不同電壓電纜的容許溫度,詳見表1-1 周圍介質(zhì)溫度是根據(jù)下述條件規(guī)定的:空氣溫度 按最
3、熱月份下午十三點(diǎn)的平均溫度確定。地下溫度 按0.8米深的土壤月平均最高溫度確定,如電纜穿過鋼管則應(yīng)按空氣溫度考慮。 因此,當(dāng)介質(zhì)溫度不同于原來規(guī)定的數(shù)值時(shí),則應(yīng)根據(jù)下式,對(duì)電纜所能通過的容許電流進(jìn)行修正式中 Iux在介質(zhì)溫度為1時(shí),電纜容許通過的電流(A); Iux在介質(zhì)溫度為1時(shí),電纜容許通過的電流,即從手冊(cè)上查出的電流(A); 2不同電壓等級(jí)電纜的最高容許溫度。(二) 按短路電流的熱效應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn),其最小截面為式中 I 短路電流的穩(wěn)定電流值(A); c 與導(dǎo)體材料有關(guān)的系數(shù); tj 通過短路電流的假想時(shí)間(s);但在下列情況下,對(duì)電纜的截面可以不進(jìn)行短路校驗(yàn):用熔斷器作為短路保護(hù)的電纜線路;
4、對(duì)不重要負(fù)荷的單獨(dú)用電設(shè)備或小型配電所的電纜線路,當(dāng)電纜故障損壞時(shí),不致引起爆炸、火災(zāi)或損壞附近其他線路和設(shè)備,且容易更換;對(duì)重要負(fù)荷的單獨(dú)用電設(shè)備除上述要求外,尚須具備備用設(shè)備而不致影響正常生產(chǎn)者。劃注:對(duì)發(fā)電廠、變電所以及大型聯(lián)合企業(yè)等重要回路鋁芯電纜,短路最高允許溫度為200。 含有膝焊中間接頭的電纜,短路最高允許溫度為160。常用電力電纜的最高允許溫度 表1-1電纜類型 電壓(kV)最高允許溫度()額定負(fù)荷時(shí)短路時(shí)粘性浸漬紙絕緣138025066510603550175不滴流紙絕緣168025010653562175交聯(lián)聚乙烯絕緣10902501080聚氯乙烯絕緣70160自容式充油6
5、350075160附錄A 常用電力電纜的最高允許溫度2、按容許電壓損失選擇導(dǎo)線截面(一)、供電網(wǎng)路的電阻和電抗電阻 在交流電路中,由于集膚效應(yīng)和近距離效應(yīng),其電阻是以有效電阻來計(jì)算的,如果采用有色金屬導(dǎo)線,在50Hz的情況下,集膚效應(yīng)并不大,導(dǎo)線的電阻可以用下式來計(jì)算:式中 導(dǎo)線材料的電阻系數(shù)(-mm2/m)。 在國(guó)際單位制中(-mm2/m)被稱為西門子/米(S/m); l 導(dǎo)線長(zhǎng)度(m); s 導(dǎo)線截面(mm2)。 在進(jìn)行網(wǎng)路計(jì)算時(shí),不是用各種導(dǎo)線材料原有的電阻系數(shù),通常是用修正了以后的電阻系數(shù),其原因如下: (1)在電網(wǎng)中所用的導(dǎo)線和電纜大都是由絞線制成,絞線中線股的實(shí)際長(zhǎng)度要較導(dǎo)線長(zhǎng)度大
6、23%; (2)在進(jìn)行電網(wǎng)計(jì)算時(shí),所用的導(dǎo)線和電纜截面是額定截面,但是導(dǎo)線和電纜的實(shí)際截面與額定截面并不相同,通常是略小于額定截面; (3)通常所用的電阻系數(shù)都是對(duì)應(yīng)20的情況,當(dāng)溫度改變時(shí),電阻系數(shù)的大小也跟著改變。所以計(jì)算時(shí),需根據(jù)導(dǎo)線工作地點(diǎn)的環(huán)境溫度和導(dǎo)線中電流密度的大小取一平均溫度。 考慮以上因素后,導(dǎo)線材料的電阻系數(shù)和電導(dǎo)系數(shù)列于下表:2.電抗 導(dǎo)線電抗的大小,與導(dǎo)線的幾何尺寸,三相導(dǎo)線的排列方法和相間距離有關(guān)。導(dǎo)線的電抗可以用下式計(jì)算: (/km) 式中 f 交流電頻率(Hz); Dpf 三相導(dǎo)線的幾何平均距離,如三相導(dǎo)線間的距離分別為D1,D2及D3,則 r 導(dǎo)線的外半徑(mm
7、); 導(dǎo)線材料的相對(duì)導(dǎo)磁率,對(duì)于有色金屬=1。導(dǎo)線材料電阻率的計(jì)算值(m)電導(dǎo)率的計(jì)算值(S/m)銅1.88x10-85.3x106鋁3.17x10-83.15x106劃(二)、電網(wǎng)中的電壓損失1、集中負(fù)荷的三相線路電壓損耗計(jì)算線電壓損耗U式中 ia為負(fù)荷電流的有功分量;ir為負(fù)荷電流的無功分量;R為線路首端至各負(fù)荷點(diǎn)每相電阻;X為線路首端至各負(fù)荷點(diǎn)每相電抗;p為負(fù)荷有功功率;q為負(fù)荷無功功率;P為線段有功功率;Q為線段無功功率;r為線段每相電阻;x為線段每相電抗。對(duì)于“無感”線路,即線路感抗可略去不計(jì)或負(fù)荷cos1的線路,其電壓損耗為式中 p為負(fù)荷功率; R為為線路首端至各負(fù)荷點(diǎn)每相電阻;
8、P為線段有功功率;r為各線段的每相電阻; UN為線路的額定電壓。對(duì)于“均一無感”線路,即全線路的導(dǎo)線型號(hào)規(guī)格一致且可不計(jì)感抗或負(fù)荷cos1的線路,則電壓損耗為式中 為導(dǎo)線的電導(dǎo)率; A為導(dǎo)線截面; M為線路的所有功率矩之和; UN為線路的額定電壓。線路電壓損耗的百分比值為“均一無感”的三相線路電壓損耗百分比值為式中 C為計(jì)算系數(shù),如下表所示。劃注:表中C值是導(dǎo)線工作溫度為50、功率矩M的單位為kWm,導(dǎo)線截面A的單位為mm2時(shí)的數(shù)值。 對(duì)于均一無感的單相交流線路和直流線路,由于其負(fù)荷(或功率)要通過來回兩根導(dǎo)線,所以總的電壓損耗因?yàn)橐桓鶎?dǎo)線上電壓損耗的2倍,二三相線路的電壓損耗實(shí)際上只是一相(
9、即一根相線)導(dǎo)線的電壓損耗,所以單相和直流線路的電壓損耗百分比值為線路額定電壓V線路類型C的計(jì)算式計(jì)算系數(shù)C/(kWmmm2)銅線鋁線220/380三相四線76.546.2兩相三線34.020.5220單相及直流12.87.741103.211.94劃 均一無感線路按允許電壓損耗選擇導(dǎo)線截面的公式為:上式常用于照明線路導(dǎo)線截面的選擇。2、均勻分布負(fù)荷的三相線路電壓損耗計(jì)算式中 I為各線段的電流;R0為導(dǎo)線的電阻率,單位為/km;X0為導(dǎo)線的電抗率,單位為/km;L1為線路首端至均布負(fù)荷第一個(gè)點(diǎn)位置的長(zhǎng)度;L2為均布負(fù)荷段的長(zhǎng)度。 上式說明帶有均勻分布的線路,在計(jì)算其電壓損耗時(shí),可將其分布負(fù)荷集
10、中于分布線段的中點(diǎn),按集中負(fù)荷來計(jì)算。劃3、按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面 在建設(shè)電網(wǎng)時(shí),從經(jīng)濟(jì)上考慮兩個(gè)方面的問題,一是要注意減少建設(shè)的初期投資,另一方面也要考慮如火如何減少以后每年所支付的運(yùn)行費(fèi)用。 導(dǎo)線(或電纜)的截面越大,電能損耗越小,但是線路投資、維修管理費(fèi)用和有色金屬消耗量都要增加。 從全面的經(jīng)濟(jì)效益來考慮,即使線路的年運(yùn)行費(fèi)用接近于最小而又適當(dāng)考慮有色金屬節(jié)約的導(dǎo)線截面,稱為經(jīng)濟(jì)截面(economic section),用符號(hào)Aec表示。我國(guó)現(xiàn)行的經(jīng)濟(jì)電流密度規(guī)定如下表所示。導(dǎo)線和電纜的經(jīng)濟(jì)電流密度線路類別導(dǎo)線材質(zhì)年最大有功負(fù)荷利用小時(shí)3000h以下30003000h5000h以上裸導(dǎo)線
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