理论教育 导线、电缆、母线选择优化方法

导线、电缆、母线选择优化方法

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:导线、电缆、母线的选择应先选择材质。第二是电压损失,导线和电缆在通过最大连续负荷电流下产生的电压损失不应超过允许值,否则线路末端电压太低,影响负荷的运行。第三是机械强度,导线和电缆,特别是架空线路,应能承受最恶劣环境下的最大拉力而不致拉断。导线或电缆的允许载流量与环境温度、敷设方式有关,必要时要进行修正。

导线、电缆、母线选择优化方法

导线、电缆、母线的选择应先选择材质。然后按持续工作电流选择其截面积和型号,再按非正常工作条件来进行校验。

1.导线电缆的选择

(1)导体材质的选择 导线电缆一般应采用铝芯线,架空线常采用钢芯铝绞线,低压架空线路常用裸铝导线,海边及有严重盐雾地区架空线路应采用防腐型钢芯铝绞线,低压电气动力设备及照明线路应采用绝缘导线。下列场所宜采用铜芯导线或铜芯电缆:

1)电气系统的操作回路、二次回路及信号检测回路。

2)移动设备的线路及剧烈振动场所的线路。

3)对铝有严重腐蚀而对铜无腐蚀的场所。

4)爆炸危险场所有特殊要求者。

5)电流较大而保护管的截面积又不允许加大的场所。

6)一级负荷的重要场所及重要设备。

7)弱电系统,特别是火灾报警系统、保安系统、微机系统。

(2)绝缘及护套的选择

1)塑料绝缘导线不宜在室外敷设,橡皮绝缘导线可在室外明设,氯丁橡皮绝缘导线可代替橡皮绝缘导线,但机械强度较差。

2)油浸纸绝缘电力电缆耐热耐电压性能好,但弯曲性能差,不能在低温下敷设,电缆头制作工艺复杂。铅包护套韧性较好,不影响弯曲,但价格高,比重大;铝包护套比重小,价格低,但加工复杂。

3)聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆可代替油浸纸绝缘电力电缆,但电气性能差,含三氯乙烯、苯等化工场所不宜采用。

4)橡皮绝缘电缆适用了气候严寒地区和水平高差大或垂直敷设的场所,主要用于移动设备,但耐油性差、耐热性差。

5)交联聚氯乙烯、绝缘聚氯乙烯护套电力电缆性能好、重量轻、电缆头制作简单、敷设不受限制,但延燃性差、价格较贵。

(3)外护层及铠装的选择 在大型建筑物、构筑物附近、土壤可能发生位移的地段直埋电缆时,应选用能承受机械外力的钢丝铠装电缆,各种电缆外护层及铠装的适用敷设场所见表4-24。

表4-24各种电缆外护层及铠装适用敷设场所

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(续)

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注:1.“√”表示适用;“○”表示外被层为玻璃纤维时适用,无标记者不推荐采用。

2.裸金属护套一级防腐外护层由沥青复合物加聚氯乙烯护套组成。

3.铠装一级防腐外护层由衬垫层、铠装层和外被层组成。衬垫层由两个沥青复合物、聚氯乙烯带和浸渍皱纸带的防水组合层组成。外被层由沥青复合物、浸渍电缆麻(或浸渍玻璃纤维)和防止黏合的涂料组成。

4.裸铠装一级防腐外护层的衬垫层与铠装一级外护层的衬垫层相同,但没有外被层。

5.铠装二级防腐外护层的衬垫层与铠装一级外护层的衬垫层相同,钢带及细钢丝铠装的外被层由沥青复合物和聚氯乙烯护套组成。粗钢丝铠装的镀锌钢丝外面挤包一层聚氯乙烯护套或其他同等效能的防腐涂层,以保护钢丝免受外界腐蚀。

6.如需要用于湿热带地区的防霉特种护层可在型号规格后加代号“TH”。

7.单芯钢带铠装电缆不适用于交流线路。

(4)截面积的选择 导线截面积的选择取决于其构造型式、敷设方法和敷设环境温度条件,同类型同截面积的导线在不同的环境温度采用不同的敷设方法时其载流量不同。

截面积的选择必须满足三个条件:

第一是发热条件,导线和电缆在通过最大连续负荷电流时,工作温度不应超过允许值,否则会损坏绝缘层、造成事故。

第二是电压损失,导线和电缆在通过最大连续负荷电流下产生的电压损失不应超过允许值,否则线路末端电压太低,影响负荷的运行。

第三是机械强度,导线和电缆,特别是架空线路,应能承受最恶劣环境下的最大拉力而不致拉断。因此选择截面积时不应小于各种敷设安装条件下规定的最小允许截面积。

根据运行经验,一般低压送电线路,负荷电流大,送电距离较短时(不超过200m)先按发热条件选择截面积,再用电压损失和机械强度来进行校验。送电距离较长时(超过200m)先按允许电压损失选择截面积,再用发热条件和机械强度来进行校验。10kV及以上架空线路一般用经济电流密度选择截面积,再用发热条件、电压损失和机械强度来校验。经校验未能满足校验条件的,再选大一级截面积的导线重新校验,直到满足校验条件。

1)按发热条件选择截面积。按发热条件选择截面积应使导线或电缆长期允许通过的最大电流Iy大于或等于线路的计算电流I30或设备的额定电流IN

导线或电缆的允许载流量与环境温度、敷设方式有关,必要时要进行修正。当敷设环境温度不同于规定数值时,载流量应乘以校正系数KtKt值见表4-25。

穿电线的钢管多根并列时,其载流量应乘以校正系数KgKg值见表4-26。

表4-25不同环境温度时载流量的校正系数Kt

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表4-26穿电线的钢管或塑料管在空气中多根并列敷设时载流量的校正系数Kg

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注:电线穿管敷设时,对于不载流的或正常情况下载流很小的中性线不计入根数。多根电线共管敷设时,若电线同时负荷率为100%,则电线根数为5~8根时的载流量,可按电线明敷载流量乘以修正系数0.6;当电线根数为9~12根时,修正系数为0.45。

电缆直埋时,当土壤热阻系数不同时,其载流量应乘以校正系数KtrKtr值见表4-27。

表4-27不同土壤热阻系数时直埋地电缆载流量的校正系数Ktr

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电缆多根并列敷设时,载流量应乘以表4-28和表4-29的校正系数。

为了使导线和电缆在短路时不致烧坏,通常保护装置动作电流与导线或电缆的允许载流量有一定的倍数关系,其数值见表4-30。

表4-28电缆在空气中多根并列敷设时载流量的校正系数Klk

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注:d为电缆外径,当电缆外径不同时,可取平均值。

2)按电压损失条件选择截面积。按电压损失条件选择截面积S应满足下式(假设cosφ=1),即

表4-29电缆直埋地多根并列敷设时载流量的校正系数Kld

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表4-30保护装置动作电流与导线允许电流的倍数关系

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式中A——导线或电缆截面积,单位为mm2

P——负荷的有功功率,单位为kW;

L——线路长度,单位为m;

ΔU%——线路允许电压损失,见表4-31,一般取5%;

C——电压损失常数,见表4-32。

表4-31 --线路允许电压损失

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表4-32电压损失计算常数C

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3)按导线机械强度选择导线最小允许截面积宜采用表4-33中的数据。

4)按经济电流密度选择截面积。按经济电流密度选择截面积S应满足下式,即

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式中I30——线路计算电流,单位为A;

Ii——经济电流密度,单位为A/mm2

经济电流密度值按表4-34选取。

表4-33按机械强度要求导线最小允许截面积(单位:mm2

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表4-34经济电流密度值(单位:A/mm2

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2.母线的选择

(1)材质的选择 除了有关规程要求和特殊场所必须采用铜母线外,一般应采用铝母线,在负荷很小或正常工作时无电流通过的母线,在校验其电压损失允许的条件下可采用钢母线。

(2)截面积的选择 一般按持续工作电流选择,根据实际通过母线最大长期负载电流并考虑允许过载电流和安装方式、环境温度在表4-35中查找与其相等或稍大的最大允许持续电流值,再看其对应的母线截面积即为所选母线的截面积,同时用表4-36去校正。

对于全年平均负荷较大、母线较长、传输容量大及负荷稳定的回路均应按经济电流密度选择,但对汇流主母线则应按持续工作电流选择。按经济电流密度选择方法与导线的选择相同,根据计算结果再去表4-35中去查找相近或稍大截面积的母线。

表4-35单条矩形母线载流量

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表4-36温度校正系数Kθ

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(3)母线短路稳定度的校验

1)通常按短路时母线受到的最大应力来校验动稳定度,应满足σa1σc(4-72)

式中σa1——母线材料最大允许应力,硬铜σa1为137MPa,硬铝σa1为69MPa;σc——母线通过is(h3)时受到的最大计算应力。

其中σc=M/W

式中M——母线通过ish(3)时受到的弯曲力矩,单位为N·m,当母线的档数为1~2时(即

支持点为2~3),M=F(3)·l/8,F(3)由式(4-69)计算;当档数大于2时,

M=F(3)·l/10,l为档距,单位为m;

W——母线截面系数,单位为m3,当母线水平放置时,不论其截面平放或立放,W=

b2h/6,其中b为母线截面放置时的宽度,h为截面放置时的高度,单位为m。

电缆一般不校验短路动稳定度。

2)通常按导体短路时热稳定度要求的最小允许截面积来校验热稳定度,应满足

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式中C——导体的热稳定系数,由表4-37查出。

表4-37导体在正常和短路时的最高允许温度及热稳定系数

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当选择的母线截面积≥Amin时,即满足短路热稳定度,导线及电缆均可用此校验。

工程中常用估算的方法选择导线,特别是在现场或临时用电选择导线时一般用估算的方法。估算选择导线应注意以下6点:

1)电动机负荷线的选择一般按电动机的额定电流选取,习惯上按“一个千瓦两个电流”计算,即2A/kW,10kW电动机20A电流。电流确定后,按照敷设方式、环境温度、导线材质、绝缘条件等,对照导线长期连续允许最大载流量的表格选取,或者参照电动机起动保护设备及管线选择表直接选取,见表4-38。如10kW电动机可选用4mm2的绝缘铝线。通常10kW以下的电动机一律选用2.5mm2的导线,因为除了载流量这个因素外,还得考虑导线的机械强度。因此,工程上规定了各种用途导线的最小截面积,见表4-39和表4-40。

2)照明装置负荷线的选择同样按装置的额定电流选取,习惯上按“一个千瓦五个电流”计算,即5A/kW,因为照明装置一般为单相设备,电流确定后,同样按电动机选择导线的方法进行选取。但是,一般的照明装置容量较小,因此民用建筑中照明装置的线路都选用2.5~4mm2的导线,只有在每户的进户总线上可选用4~6mm2或10mm2的导线。而工业建筑公共事业的照明线路则选用4~6mm2的导线,总线一般选用10~16mm2的导线,当

表4-38 常用电动机起动保护设备及管线选择表

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(续)

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(续)

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注:>75kW的电动机设备及管线选择请参考相关专著。

表4-39架空裸导线的最小截面积

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表4-40绝缘导线线芯的最小截面积

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然这也要根据实际负荷的大小来选取。

3)一般电器通常指家用电器、电热装置、热水器、空调装置、办公机械设备等,它们一般均由插头插座连接。因此,民用建筑中插座的导线都选用4~6mm2的导线,而工业建筑中插座的导线都选用6~10mm2的导线,甚至使用16mm2的导线,同样也根据实际负荷的大小来确定。

4)支路线路上接有很多动力和照明的负荷,由于它们的通电率不尽相同,因此支路线路的导线采用系数法。通常是把支路上的所有负荷按动力照明分别相加,然后把单相的照明负荷均匀地分配到三相上去,如有6kW单相照明负荷,则在每相上分配2kW,容量还是6kW,然后和动力一起按2A/kW计算负荷,最后仍按1)中的方法算出总支路电流I30z,这时选取一个同时系数KΣP(0.75~0.9),这样

I30z′=KΣPI30z即为支路上的计算电流。用这个电流按1)中的方法再选择支线上的导线。

5)干路线路上的导线选择就是把所有支线上的I30z′相加,选择一个同时系数KΣP′(0.80~0.95),然后按1)中的方法选取。

6)中性线的选择应遵循如下规则:

①单相电路中,中性线的截面积与相线相同。

②三相四线制电路中,中性线的截面积一般为相线的50%。

③保护线一般应选择铜质导线,截面积一般为相线的50%,当相线截面积≤16mm2时,中性线应与相线截面积相同。

④中性线和保护线共用一根线时,应按其最大值选取。

最后说明一点,线路较长时要考虑电压降,可进行导线的校验,如果A≥前述选择值,则可使用;A<前述选择值,则应按A值选择。A可用下式计算:

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式中A——导线截面积,单位为mm2

ΔU%——允许电压损耗百分比

ΣM——线路的所有功率矩之和,M=PLP为功率,单位为kW,L为与路线首端的距

离,单位为m;

C——计算系数,由表4-41查出。

表4-41公式ΔU%=ΣM/CA中的计算系数C

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注:表中线路接线的线数均不含PE线,表中γ为导线电导率

一般条件下,低压线路200m以内,可不做上述电压损耗的验算。

为了读者在选用导线时的方便,这里给出了导线长期连续最大载流量和允许穿管根数及最小管径,见表4-42~表4-46。

表4-42铜芯绝缘导线长期连续允许最大载流量

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(续)

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注:导电线芯最高允许工作温度为+65℃。

表4-43铝芯绝缘导线长期连续允许最大载流量

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(续)

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注:导电线芯最高允许工作温度为+65℃。

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