輸電線路中電線電纜載流量的研究

單 禹，徐光鹽

（1.中國能源建設集團黑龍江省電力設計院有限公司，哈爾濱 150078；2.黑龍江科技大學，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、冷卻條件和敷設環(huán)境所制定的。通常情況下，銅導線的安全載流量為5～8 A/mm2，鋁導線的安全載流量為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

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。空氣中敷設環(huán)境溫度一般取30℃，而埋地敷設溫度一般取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溫度。

埋地敷設時，環(huán)境溫度與對應K值如表2所示。

表2 埋地敷設時溫度與對應的K值

1.2 敷設方式

敷設方式有很多種，詳見國家標準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、密度、濕度息息相關。通常來說，敷設一段距離的電纜會經(jīng)過不同材質的土壤，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 多芯管線結構對載流量的影響

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

因電纜的絕緣材質種類較多，多芯電纜內芯排布方式較多，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

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

根據(jù)制造商的制式熟悉導線截面（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以上的鋁導線載流量通過圖表對照，大致按2 A/mm2計算；而25 mm2的鋁導線載流量大致可按4 A/mm2計算；35 mm2的鋁導線載流量大致可按3 A/mm2計算；70 mm2、95 mm2的鋁導線載流量大致可按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系的簡化算法

將銅導線按照截面積規(guī)格排列順序向下計算一級，再對照相應的鋁線條件計算。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。從以上計算內容中可以發(fā)現(xiàn)，個別情況下，導線載流量隨截面積的增大而減小，尤其是在倍數(shù)轉變的交界處，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，按照簡易算法結果為100 A，但經(jīng)查詢國標圖表則為97 A；而35 mm2則相反，按照簡易算法結果為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 一般銅導線的安全載流量

一般銅導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、敷設條件以及冷卻條件來確定。一般銅導線的安全載流量為5～8 A/mm2，鋁導線的安全載流量為3～5 A/mm2。如：3.5 mm2銅導線經(jīng)查表可知安全載流量大約為3.5×8 A/mm2=28 A。

2.4 計算銅導線截面積

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

2.5 選擇不同載流量導體的注意事項

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

3 結語

電線、電纜的載流量運算是非常復雜的過程，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。