浅谈影响低压配电线路相导体截面选择的因素

浅谈影响低压配电线路相导体截面选择的因素

王丹丹

身份证号码：33025519821206xxxx汉嘉设计集团股份有限公司浙江省318000

摘要：本文主要从低压配电线路设计的思路出发，阐明影响低压配电线路相导体截面选择的因素。分析在不同因素的影响下如何选择相导体截面。

关键词：低压配电线路；相导体；截面选择

引言

在我国交流系统中低压配电线路通常是指配电电压为380V/220V、频率为50Hz的配电线路。一根配电线路是由保护电器以及配电导体组成，根据导体的作用及功能可分为相导体、中性线导体、接地导体，本文就配电系统设计时影响低压配电线路相导体截面选择的因素进行分析和探讨。

1三次谐波的危害

在三相四线供电线路中，相线与中性线之间的非线性负荷产生三次谐波电流，并在中性线上进行叠加。由于三次谐波及其整数倍次谐波呈零序特征，因此中性线上的三次谐波电流是三相中三次谐波电流的代数和，会引起过载风险，使电流和电压波形畸变，还会形成150Hz的电磁场，对其周围的控制、保护及通信设备和系统产生干扰。三次谐波对低压电网的危害主要有功率损耗增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、电网过热等；对配电站会造成电子器件误动作、电容器损坏、附加磁场、中性线过载和电缆着火等。

2影响低压配电线路相导体截面选择的因素

2.1载流量

载流量是指一条线缆线路在输送电能时所通过的电流量。即在热稳定条件下，当导体达到长期允许工作温度时的载流量。导体的载流量取决于导体的材质、敷设方式、环境温度以及导体的截面。在其他条件不变的情况下，导体的载流量将随着导体截面增大而增大，但非线性增长。配电线路设计时，要求导体长期允许载流量不小于线路计算电流，即Iz≥Ic。所以在明确导体的材质、敷设方式、环境温度后，相导体截面的选择会受线路计算电流大小的影响。

2.2线路保护

配电线路保护主要是在电气故障情况下，防止因间接接触带电体而导致人身电击，因线路故障导致过热造成损坏、甚至导致电气火灾。根据《GB50054-2011低压配电设计规范》中6.1.1要求，配电线路应装设过负荷保护和短路保护。

1）过负荷保护

过负荷保护是指当配电线路电流超过过负荷保护装置预设值时，过负荷保护装置自动断开电流回路，起到保护有效负载的作用。过负荷保护电器的动作特性满足下列公式要求：Ic≤In≤Iz式中Iz为导体长期允许载流量、In为线路保护电器额定电流或整定电流，Ic为线路计算电流，根据公式可以看出导体长期允许载流量应不小于线路保护电器额定电流或整定电流。

2）短路保护

《GB50054-2011低压配电设计规范》中6.2.4要求：当短路保护电器为断路器时，被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。

2.3配电电缆选择

电缆通过负载电流时，电缆发热的温度不能超过电缆绝缘层所能承受的长期允许的最高工作温度。供配电中常用的交联聚乙烯绝缘电力电缆长期允许的最高的工作温度是90℃，一般情况下选取最热月的日最高温度平均值再加5℃来确定电缆载流量的环境温度。按照电缆实际通过的电流小于允许载流量来选择电缆截面，同时与环境温度关系密切，一般根据设计手册中所列载流量乘以相应的校正系数Kt，Kt=。其中，θn为导体长期允许最高工作温度；θa为实际环境温度；θc为载流量表中的温度。

结合电缆成本，电价和贴现率等因素，及总拥有费用的概念，国际电工委员会IEC给出了电缆经济电流密度法来选择电缆截面，经济电流截面面积计算公式如下：S=Imax·J其中，Imax为最大工作电流；J为经济电流密度（可查表和查曲线）。

中性导体截面的选择合理，也直接影响安全可靠性及经济指标。一般情况下，三相四线制的系统中，中性线的允许载流量应该不小于线路中最大的不平衡电流与谐波电流之和。对于铜导体相导体截面不大于16mm2或者铝导体相导体截面不大于25mm2的电缆，相导体与中性线截面相等。对于铜导体相导体截面大于16mm2或者铝导体相导体截面大于25mm2的电缆，中性线截面可选为相导体截面的一半相等，但是当谐波电流含量大于15%时，在选择电缆截面时应计入其影响。

2.4架空线选择

在项目开展初期往往需要对外电线缆做一个预估，以免造成漏项。同样，在进行10kV架空线线缆预估计算时，我们也要综合技术条件和环境因素选择。架空线的路由选择，要尽量减少与其他设施交叉，避免跨越储存易爆易燃危险品的仓库区域。架空线路的持续载流量也要按照空气温度（依据当地10年或者10年以上最热月的每天最高温度的月平均值）进行调整。一般规定10kV架空线的最小截面如下：在居民区，铝绞线和铝合金绞线是35mm2，钢芯铝绞线是25mm2，铜绞线是16mm2；在非居民区，铝绞线和铝合金绞线是25mm2，钢芯铝绞线是16mm2，铜绞线是16mm2。

3三相四线制线路三次谐波不同含量时导体截面积的选择

3.1三相平衡导体截面积的选择

GB50054—2011《低压配电设计规范》第3.2.9条中规定，在三相四线制线路中存在谐波电流时，计算中性导体的电流应计入谐波电流的效应。当中性导体电流大于相导体电流时，电缆相导体截面积应按中性导体电流选择。当三相平衡系统中存在谐波电流，四芯或五芯电缆内中性导体与相导体材料相同且截面积相等时，电缆载流量的降低系数应按规定确定。由于谐波的影响，电缆载流量需要考虑降低系数。应根据谐波含量，特别是三次谐波含量进行相应的计算，以选择合适的导体截面积。

3.2三相不平衡导体截面积的选择

传统的三相四线制线路，由于是单、三相混合用电，现实中很难做到三相负荷平衡。即使三相平衡，线路中各种非线性负荷产生的三次谐波电流在中性线上叠加，也有可能使中性线电流超过工频相电流。如果电工在接线时随心所欲形成人为三相不平衡，此时中性线上的谐波电流加上不平衡电流，就会导致中性线过负荷，甚至被烧坏。如果预计中性线电流超过相电流，那么电缆截面积应按中性线电流来选择。假如中性线电流大于相电流的45%，而且按中性线电流选择电缆截面积，那么，三根相导体的载流量不需要使用任何降低系数。三相四线制线路存在三次谐波时中性线电流按3×线路相导体计算电流（不计入谐波时）×三次谐波电流占基波电流的百分比计算。

结语

影响相导体截面的因素有载流量、电压偏差、机械强度、热稳定、线路保护以及经济电流。就如本文中所介绍的，在同一条件下（即相同材质、敷设方式、敷设环境），按不同因素选择的截面不尽相同。通常配电线路设计时，需对线路各因素下的导体截面要求进行计算，最终选择导体截面要求最大者进行设计。

参考文献：

[1]王国忠1，潘齐旺2.低压电缆的电压损失和电压降［J］.电线电缆，2014（1）.

[2]覃旭伟．浅谈电缆截面选择的几种依据［J］．中国新技术新产品，2014（4）：42．

[3]中机中电设计研究院有限公司.GB50054-2011低压配电设计规范［S］.中国计划出版社，2012.