低壓電纜的電壓損失和電壓降

高 飛

內(nèi)蒙古自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院

低壓電纜的電壓損失和電壓降

高 飛

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低壓電網(wǎng)配電在設(shè)計選擇電纜規(guī)格過程中，應(yīng)考慮電纜通過負(fù)載電流時，導(dǎo)體溫度不超過絕緣所允許的長期工作溫度，即應(yīng)按溫升選擇導(dǎo)體截面；并且，經(jīng)濟壽命期內(nèi)費用最少，即初始投資和經(jīng)濟壽命期內(nèi)線路損耗費用之和最少，也就是所謂的按經(jīng)濟電流選擇導(dǎo)體截面。將兩種截面比較，取大者。然后，再根據(jù)電纜線路的長短，校驗電壓損失是否超過規(guī)定值。

低壓電纜；電壓損失；電壓降

1 電壓降和電壓損失

1.1 電壓降和電壓損失概念

在交流供電系統(tǒng)中，電纜線路存在阻抗。阻抗由電阻、電抗構(gòu)成。電流通過阻抗時，在阻抗的兩端產(chǎn)生的電壓差稱為電壓降。電纜電壓損失是指線路始端電壓經(jīng)線路傳輸后，線路對其的損失或影響大小，是線路兩端電壓的數(shù)值差，常用其同額定電壓相比的百分?jǐn)?shù)來表示。低壓電纜線路，由于電壓低，線路短，電容電流可以忽略，所以，電抗可以只考慮感抗，而中壓電纜則不同，還必須考慮電容電流，即容抗的大小。

1.2 電壓損失原理

低壓配電系統(tǒng)電纜的電壓損失是由電纜的阻抗等原因引起的。阻抗是表示電路電性能的物理量，由電纜線路的構(gòu)造、材質(zhì)及環(huán)境溫度等多方面因素所決定，包括電阻、感抗、容抗三個部分，其公式為：

Z=R+j(XL-XC)

其中，R代表電阻，XL代表感抗，XC代表容抗，(XL-XC)代表電抗。

在電流通過電纜線路時，由于阻抗對電流所產(chǎn)生的阻礙作用，一部分電能以熱能的形式損耗掉，同時線路的起始點與終端點之間會產(chǎn)生相應(yīng)的電勢差，這個電勢差即為該條電纜線路的電壓損失。

1.3 電壓損失計算公式

線路電壓損失的計算公式，其中“三相平衡負(fù)荷線路”，終端負(fù)荷用電流矩IL(A·km)表示時，線電壓損失為：

式中：Δu為線電壓損失百分?jǐn)?shù)(%);Un為標(biāo)稱線電壓(kV);Ibe為負(fù)荷計算電流(A);L為線路長度(km);cosφ為功率因數(shù);R0、X0為三相線路單位長度的電阻和感抗(Ω/km)。根據(jù)參考文獻(xiàn)：，單位長度電纜的相電壓損失值ΔUφ(V)為：

ΔUφ(V)為：

式(2)為相電壓損失值，要換算成線電壓損失值，應(yīng)乘以√3。

1.4 電壓降和電壓損失的關(guān)系

長度為l的電纜在三相電流系統(tǒng)中，以電流I(其有效值設(shè)為Ibe) (A)工作的一根絕緣線芯，其單位長度有效電阻為R0(Ω/km)和單位長度感抗為X0(Ω/km)。圖1是其單相電纜線路的等效電路圖。電纜線路的始端電壓為Uae，終端電壓為Ube。

圖1 低壓電纜的一相等效電路圖

在水平方向作終端電壓Ube相量，設(shè)其初相為零，作為參考相量。因低壓電纜的電容充電電流可忽略，電纜呈感性負(fù)荷，電流滯后電壓，Φ為電壓Ube與負(fù)荷電流I的相位差，cosΦ即為負(fù)荷的功率因數(shù)。電纜有效電阻R0上的兩端的電壓UR與電流同相，而電抗X兩端的電壓UL超前電流90°。如圖2所示。

圖2 三相線路中的一相電壓電流矢量圖

由圖2可知，電壓降ΔU=Uae-Ube=UR+UL，而UR=IR0，UL=I·jX0，故，ΔU=I(R0+jX0)，用有效值表示，則單位長度的電壓降ΔU為：

將式(3)換算到l(km)長度的線路電壓降即為式(1)。

從圖2可以看出，電壓損失即是電纜的始端電壓矢量投影到終端電壓矢量上后，終端電壓比始端電壓的減小量，即圖中的BD線段。

由于BD=BC+CD而BC=Ibe·R0·cosΦ，CD=Ibe·X0·sinΦ故電壓損失值ΔUф為：

式(3)和式(4)均為每相的電壓降和電壓損失值，要換算成線電壓降和線電壓損失值，應(yīng)乘以√3。將式(4)換算到線電壓損失值，再同額定線電壓比，并乘以100%，即為線電壓損失百分?jǐn)?shù)的式(2)。

2 計算實例

我們以4芯等截面的鋁合金電纜為例，將埋地敷設(shè)和在空氣中敷設(shè)時的額定載流量作為負(fù)荷最大允許電流，當(dāng)線電壓損失不大于5%時，計算得出最大的允許輸電距離見表1。

從表1可以看出，在額定載流量、電壓損失不大于5%時，各個規(guī)格允許的最大供電距離不一樣，空氣中最大供電距離158m，埋地敷設(shè)約246m。在供電半徑分別為100m、200m、300m、400m、500m，線電壓損失仍為不大于5%時，計算得最大允許的傳輸電流，見表2。從表1和表2可知，最大供電半徑為500m的說法在沒有前提條件時，是不正確的。

從表2可以看出，YJLHV-0.6/14×400電纜在供電500m時，要使線電壓損失不大于5%，最大的傳輸電流只有178A，根本滿足不了傳輸450A的要求;如果傳輸電流滿負(fù)荷(450A)時、供電半徑仍為500m，則電壓損失達(dá)到了12.6%;如果傳輸電流滿負(fù)荷(450A)時、線電壓損失不大于5%，則供電半徑只有198m。故建議他們重新修改線路設(shè)計方案。

表1 額定載流量時最大允許供電半徑

表2 一定供電半徑時最大允許電流

結(jié)語

電壓損失和電壓降不是同一概念，電纜電壓損失是指線路始端電壓經(jīng)線路傳輸后，線路對其的損失或影響大小，是線路兩端電壓的數(shù)值差，常用其同額定電壓相比的百分?jǐn)?shù)來表示。它的大小除和電纜的物理特性、傳輸?shù)碾娏鞔笮　⒕€路長度相關(guān)外，還和功率因數(shù)有關(guān)。而電壓降是指在交流電經(jīng)電纜傳輸后在其兩端產(chǎn)生的電壓差，是電壓的矢量差，其模的大小只和電纜的物理特性、傳輸?shù)碾娏鞔笮　⒕€路長度相關(guān)，和功率因數(shù)大小無關(guān)。通常說的電壓損失指的是電壓損失的百分?jǐn)?shù)。校驗低壓配電線路時，一般都按不超過5%為原則，對視覺要求較高的照明電路，則要求不超過2%～3%。

[1]趙德貴.按電壓損失校驗中低壓電纜的截面[J].供用電，2009.

[2]何琳.低壓配電系統(tǒng)中按電壓損失校驗的電纜最小截面探討[J].化工設(shè)計，2011.