输电线路中电线电缆载流量的研究

2021-09-09徐光盐

电工材料 2021年4期

单禹，徐光盐

（1.中国能源建设集团黑龙江省电力设计院有限公司，哈尔滨 150078；2.黑龙江科技大学，哈尔滨 150022）

引言

高压输电线路承载着我们工业生产和日常生活所不可缺少的电能，载流量指在规定工况下，导体能够连续稳定承载而不会使温度超过额定值的最大电流。一般来说，导线的载流量是根据所允许的线芯最高温度、冷却条件和敷设环境所制定的。通常情况下，铜导线的安全载流量为5～8 A/mm2，铝导线的安全载流量为3～5 A/mm2。

1 电线、电缆的载流量决定因素

1.1 电线、电缆的材质

线芯允许长期工作温度详见表1。环境温度对载流量的影响很大。空气中敷设环境温度一般取30℃，而埋地敷设温度一般取20℃。在极端气候和环境下，如果温差较大需要将电线、电缆的允许载流量值乘以相应的校正系数K，其计算式如式（1）所示。

表1 电线电缆线芯允许长期工作温度

式中：tn为电线、电缆线芯允许长期工作温度，℃；ta为辐射处的环境温度；tc为已知的载流量相对应温度。

埋地敷设时，环境温度与对应K值如表2所示。

表2 埋地敷设时温度与对应的K值

1.2 敷设方式

敷设方式有很多种，详见国家标准GB/T 16895.15—2002。

1.3 土壤热阻系数

土壤与电缆表面的热阻就是土壤热阻，它和土壤的材质、密度、湿度息息相关。通常来说，敷设一段距离的电缆会经过不同材质的土壤，干燥的沙土热阻系数较高，一般在2.5～3之间，通常取2.5作为参考量。

1.4 多芯管线结构对载流量的影响

表3为单回路多芯管线电缆的校正系数。电缆在结构上分为多芯电缆和单芯电缆，若多回路敷设时应乘以表3的校正系数。

表3 单回路多芯管线电缆的校正系数

1.5 常用电线、电缆的载流量

因电缆的绝缘材质种类较多，多芯电缆内芯排布方式较多，常用电线中的裸铝绞线（IJ型）和裸铜绞线（TJ型）的载流量如表4所示。

表4 裸铝绞线（IJ型）的载流量

表5 裸铜绞线（TJ型）的载流量

2 电线、电缆载流量算法

通常导线的截流量与导线的截面关系最为密切，也与导线的材料（铝、铜等）、型号（绝缘材料或裸线等）、敷设方法（明敷、埋地、穿管等）以及环境温度（25℃～30℃或更大）等有关，因影响结果的因素较多，计算也较复杂。

根据制造商的制式熟悉导线截面（mm2）的排列，即1、1.5、2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185…铝芯绝缘线的截面通常以2.5 mm2开始，铜芯绝缘线则从1 mm2开始；裸铝线从16 mm2开始，裸铜线则从10 mm2开始。为此从以往经验和计算结果对比，可以得到相近的简化算法。

2.1 铝芯绝缘线截面积与载流量关系的化简算法

算法口诀：十下五，百上二，二五三五四三界，七零九五两倍半。以上算法的解释为：10 mm2以下的铝导线载流量通过图表对照，大致按5 A/mm2计算；100 mm2以上的铝导线载流量通过图表对照，大致按2 A/mm2计算；而25 mm2的铝导线载流量大致可按4 A/mm2计算；35 mm2的铝导线载流量大致可按3 A/mm2计算；70 mm2、95 mm2的铝导线载流量大致可按2.5 A/mm2计算。另外在相同截面积裸铝线与铝芯绝缘线经查找国标图表对比，载流量大致可加大一半。例如，在计算裸铝线载流量时：当截面积为25 mm2时，载流量为25×4×1.5=150 A，若温度为35℃时，参考图表计算可知，载流量减小，为25×4×1.5×0.9=135 A。

2.2 铜芯绝缘线载流量与截面积关系的简化算法

将铜导线按照截面积规格排列顺序向下计算一级，再对照相应的铝线条件计算。例如，截面积为25 mm2裸铜线，环境温度为25℃，载流量的计算则为：升级为35 mm2裸铝线即得35×3×1.5=157.5 A。从以上计算内容中可以发现，个别情况下，导线载流量随截面积的增大而减小，尤其是在倍数转变的交界处，经过对比图表发现误差稍微大一些。例如截面积为25 mm2和35 mm2铝芯线材是4倍与3倍的分界处，25 mm2属4倍的范围，按照简易算法结果为100 A，但经查询国标图表则为97 A；而35 mm2则相反，按照简易算法结果为105 A，但经查表为117 A。在非精密工作中，以上计算对线材的选择干扰性十分有限，因此以上规律仍可适用。

2.3 一般铜导线的安全载流量

一般铜导线的安全载流量主要依据稳定供电时线芯所允许的最高温度、敷设条件以及冷却条件来确定。一般铜导线的安全载流量为5～8 A/mm²，铝导线的安全载流量为3～5 A/mm²。如：3.5 mm²铜导线经查表可知安全载流量大约为3.5×8 A/mm²=28 A。

2.4 计算铜导线截面积

利用铜导线的安全载流量的推荐值5～8 A/mm²，计算出所选取铜导线截面积S的上下范围：S=[I/（5～8）]=0.125I～0.2I（mm²），S为铜导线截面积（mm²）I为负载电流(A)

2.5 选择不同载流量导体的注意事项

根据查找公式可知导体的温升与电流的平方成正比，与导线的截面周长成反比，与线芯截面积成反比，故考虑导体载流量的同时也要将最可能引起导体温升变化的条件考虑在内。除导体截面积、环境温度、敷设方式等因素外，还有电流这个重要的参考因素。当电路短路时，经过导体的电流最大，因此在选择线材时，还要考虑导体在短路条件下的承受能力。且这个承受时间范围是从短路至短路保护动作结束的时间为基准。在高压电气工作中，常用电缆的热稳定性校验来判定导体是否具有合格的短路电流承载能力。