輸電線路中電線電纜載流量的研究

單 禹，徐光鹽

（1.中國能源建設(shè)集團(tuán)黑龍江省電力設(shè)計院有限公司，哈爾濱 150078；2.黑龍江科技大學(xué)，哈爾濱 150022）

引言

高壓輸電線路承載著我們工業(yè)生產(chǎn)和日常生活所不可缺少的電能，載流量指在規(guī)定工況下，導(dǎo)體能夠連續(xù)穩(wěn)定承載而不會使溫度超過額定值的最大電流。一般來說，導(dǎo)線的載流量是根據(jù)所允許的線芯最高溫度、冷卻條件和敷設(shè)環(huán)境所制定的。通常情況下，銅導(dǎo)線的安全載流量為5～8 A/mm2，鋁導(dǎo)線的安全載流量為3～5 A/mm2。

1 電線、電纜的載流量決定因素

1.1 電線、電纜的材質(zhì)

線芯允許長期工作溫度詳見表1。環(huán)境溫度對載流量的影響很大?？諝庵蟹笤O(shè)環(huán)境溫度一般取30℃，而埋地敷設(shè)溫度一般取20℃。在極端氣候和環(huán)境下，如果溫差較大需要將電線、電纜的允許載流量值乘以相應(yīng)的校正系數(shù)K，其計算式如式（1）所示。

表1 電線電纜線芯允許長期工作溫度

式中：tn為電線、電纜線芯允許長期工作溫度，℃；ta為輻射處的環(huán)境溫度；tc為已知的載流量相對應(yīng)溫度。

埋地敷設(shè)時，環(huán)境溫度與對應(yīng)K值如表2所示。

表2 埋地敷設(shè)時溫度與對應(yīng)的K值

1.2 敷設(shè)方式

敷設(shè)方式有很多種，詳見國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16895.15—2002。

1.3 土壤熱阻系數(shù)

土壤與電纜表面的熱阻就是土壤熱阻，它和土壤的材質(zhì)、密度、濕度息息相關(guān)。通常來說，敷設(shè)一段距離的電纜會經(jīng)過不同材質(zhì)的土壤，干燥的沙土熱阻系數(shù)較高，一般在2.5～3之間，通常取2.5作為參考量。

1.4 多芯管線結(jié)構(gòu)對載流量的影響

表3為單回路多芯管線電纜的校正系數(shù)。電纜在結(jié)構(gòu)上分為多芯電纜和單芯電纜，若多回路敷設(shè)時應(yīng)乘以表3的校正系數(shù)。

表3 單回路多芯管線電纜的校正系數(shù)

1.5 常用電線、電纜的載流量

因電纜的絕緣材質(zhì)種類較多，多芯電纜內(nèi)芯排布方式較多，常用電線中的裸鋁絞線（IJ型）和裸銅絞線（TJ型）的載流量如表4所示。

表4 裸鋁絞線（IJ型）的載流量

表5 裸銅絞線（TJ型）的載流量

2 電線、電纜載流量算法

通常導(dǎo)線的截流量與導(dǎo)線的截面關(guān)系最為密切，也與導(dǎo)線的材料（鋁、銅等）、型號（絕緣材料或裸線等）、敷設(shè)方法（明敷、埋地、穿管等）以及環(huán)境溫度（25℃～30℃或更大）等有關(guān)，因影響結(jié)果的因素較多，計算也較復(fù)雜。

根據(jù)制造商的制式熟悉導(dǎo)線截面（mm2）的排列，即1、1.5、2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185…鋁芯絕緣線的截面通常以2.5 mm2開始，銅芯絕緣線則從1 mm2開始；裸鋁線從16 mm2開始，裸銅線則從10 mm2開始。為此從以往經(jīng)驗和計算結(jié)果對比，可以得到相近的簡化算法。

2.1 鋁芯絕緣線截面積與載流量關(guān)系的化簡算法

算法口訣：十下五，百上二，二五三五四三界，七零九五兩倍半。以上算法的解釋為：10 mm2以下的鋁導(dǎo)線載流量通過圖表對照，大致按5 A/mm2計算；100 mm2以上的鋁導(dǎo)線載流量通過圖表對照，大致按2 A/mm2計算；而25 mm2的鋁導(dǎo)線載流量大致可按4 A/mm2計算；35 mm2的鋁導(dǎo)線載流量大致可按3 A/mm2計算；70 mm2、95 mm2的鋁導(dǎo)線載流量大致可按2.5 A/mm2計算。另外在相同截面積裸鋁線與鋁芯絕緣線經(jīng)查找國標(biāo)圖表對比，載流量大致可加大一半。例如，在計算裸鋁線載流量時：當(dāng)截面積為25 mm2時，載流量為25×4×1.5=150 A，若溫度為35℃時，參考圖表計算可知，載流量減小，為25×4×1.5×0.9=135 A。

2.2 銅芯絕緣線載流量與截面積關(guān)系的簡化算法

將銅導(dǎo)線按照截面積規(guī)格排列順序向下計算一級，再對照相應(yīng)的鋁線條件計算。例如，截面積為25 mm2裸銅線，環(huán)境溫度為25℃，載流量的計算則為：升級為35 mm2裸鋁線即得35×3×1.5=157.5 A。從以上計算內(nèi)容中可以發(fā)現(xiàn)，個別情況下，導(dǎo)線載流量隨截面積的增大而減小，尤其是在倍數(shù)轉(zhuǎn)變的交界處，經(jīng)過對比圖表發(fā)現(xiàn)誤差稍微大一些。例如截面積為25 mm2和35 mm2鋁芯線材是4倍與3倍的分界處，25 mm2屬4倍的范圍，按照簡易算法結(jié)果為100 A，但經(jīng)查詢國標(biāo)圖表則為97 A；而35 mm2則相反，按照簡易算法結(jié)果為105 A，但經(jīng)查表為117 A。在非精密工作中，以上計算對線材的選擇干擾性十分有限，因此以上規(guī)律仍可適用。

2.3 一般銅導(dǎo)線的安全載流量

一般銅導(dǎo)線的安全載流量主要依據(jù)穩(wěn)定供電時線芯所允許的最高溫度、敷設(shè)條件以及冷卻條件來確定。一般銅導(dǎo)線的安全載流量為5～8 A/mm2，鋁導(dǎo)線的安全載流量為3～5 A/mm2。如：3.5 mm2銅導(dǎo)線經(jīng)查表可知安全載流量大約為3.5×8 A/mm2=28 A。

2.4 計算銅導(dǎo)線截面積

利用銅導(dǎo)線的安全載流量的推薦值5～8 A/mm2，計算出所選取銅導(dǎo)線截面積S的上下范圍：S=[I/（5～8）]=0.125I～0.2I（mm2），S為銅導(dǎo)線截面積（mm2）I為負(fù)載電流(A)

2.5 選擇不同載流量導(dǎo)體的注意事項

根據(jù)查找公式可知導(dǎo)體的溫升與電流的平方成正比，與導(dǎo)線的截面周長成反比，與線芯截面積成反比，故考慮導(dǎo)體載流量的同時也要將最可能引起導(dǎo)體溫升變化的條件考慮在內(nèi)。除導(dǎo)體截面積、環(huán)境溫度、敷設(shè)方式等因素外，還有電流這個重要的參考因素。當(dāng)電路短路時，經(jīng)過導(dǎo)體的電流最大，因此在選擇線材時，還要考慮導(dǎo)體在短路條件下的承受能力。且這個承受時間范圍是從短路至短路保護(hù)動作結(jié)束的時間為基準(zhǔn)。在高壓電氣工作中，常用電纜的熱穩(wěn)定性校驗來判定導(dǎo)體是否具有合格的短路電流承載能力。

3 結(jié)語

電線、電纜的載流量運算是非常復(fù)雜的過程，其中要考慮的因素眾多，本研究提供了簡化的算法和參考值，便于在極小誤差下減少了計算時間。