母线和电缆的选择的分析介绍

一、母线的选择与校验

1.母线材料、类型和布置方式

母线分为软母线和硬母线，一般采用铝或铝合金材料作为导体材料。

软母线有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线和扩径导线等。

硬母线分为矩形、槽形和管形3种。矩形母线一般用于35kV及以下、电流在4000A及以下的配电装置中。槽形母线一般用在4000～8000A的配电装置中。管形母线用于8000A以上的大电流系统中，或用于110kV及以上的配电装置中。

导体的散热和机械强度与导体布置方式有关。导体的布置方式应根据载流量的大小、短路电流水平和配电装置的具体情况而定。

2.导体截面选择

导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。除配电装置的汇流母线及较短导体按最大长期工作电流选择截面外，其余导体截面一般按经济电流密度来选择。

（1）按最大长期工作电流选择。母线长期发热的允许电流Ia1，应不小于所在回路的最大长期工作电流Imax，即

式中　Ia1——相对于母线允许温度和标准环境条件下导体长期允许电流；

K——与环境温度和海拔有关的综合修正系数。

（2）按经济电流密度选择。按经济电流密度选择母线截面可使年综合费用最低。对于不同的导体种类和不同的最大负荷利用小时数Tmax，将有一个年计算费用最低的电流密度，称为经济电流密度J。表15-8所示为我国目前仍然沿用的经济电流密度值。

表15-8　经济电流密度值

按经济电流密度选择母线截面S按式（15-45）计算，即

式中　Imax——正常工作时的最大持续工作电流。

在选择母线截面时，应尽量接近按式（15-45）计算所得到的截面。当无合适规格的导体时，为节约投资，允许选择小于经济截面的导体，但要求同时满足式（15-44）的要求。

3.母线热稳定校验

按正常电流及经济电流密度选出母线截面后，还应按热稳定校验。按热稳定要求的导体最小截面为

式中　I∞——短路电流稳态值，A；

Ks——集肤效应系数，对于矩形母线截面在100mm2以下，Ks=1；

tdz——热稳定计算时间，s；

C——热稳定系数。

热稳定系数C值与材料及发热温度有关。母线的C值查阅有关手册。

4.母线的动稳定校验

各种形状的母线通常都安装在支持绝缘子上，当冲击电流通过母线时，电动力将使母线产生弯曲应力，因此必须校验母线的动稳定性。

安装在同一平面内的三相母线，其中间相受力最大，即

式中　Kf——母线形状系数，当母线相间距离远大于母线截面周长时，Kf=1，其他情况可由有关手册查得；

l——母线跨距，m；

a——母线相间距，m。

母线通常每隔一定距离由绝缘瓷瓶自由支撑着。因此当母线受到电动力作用时，可以将母线看成一个多跨距载荷均匀分布的梁，当跨距段在两段以上时，其最大弯曲力矩为

若只有两段跨距时，则(www.xing528.com)

式中　Fmax——一个跨距长度母线所受的电动力，N。

母线材料在弯曲时最大相间计算应力为

式中　W——母线对垂直于作用力方向轴的截面系数，又称抗弯矩，m3，其值与母线截面形状及布置方式有关，对常遇到的几种情况的计算式列于图15-5中。

要想保证母线不致弯曲变形而遭到破坏，必须使母线的计算应力不超过母线的允许应力，即母线的动稳定性校验条件为

式中　σal——母线材料的允许应力，对硬铝母线σal=69MPa；对硬铜母线σal=137MPa。

如果在校验时σca≤σal，则必须采取措施减小母线的计算应力。具体措施有：将母线由竖放改为平放；增大母线截面，但会使投资增加；限制短路电流值能使σca大大减小，但需增设电抗器；增大相间距离a；减小母线跨距l的尺寸，此时可以根据母线材料最大允许应力来确定绝缘瓷瓶之间最大允许跨距，即

式中　F1——单位长度母线上所受的电动力，N/m。

图15-5　母线抗弯矩W计算表

当矩形母线水平放置时，为避免导体因自重而过分弯曲，所选取跨距一般不超过1.5～2m。考虑到绝缘子支座及引下线安装方便，常取绝缘子跨距等于配电装置间隔宽度。

二、电缆的选择与校验

电力电缆是根据其结构类型、电压等级和经济电流密度来选择，并需以其最大长期工作电流、正常运行情况下的电压损失以及短路时的热稳定进行校验。

1.电缆型号的选择

根据电缆的用途、电缆敷设的方法和使用场所，选择电缆的芯数、芯线的材料、绝缘的种类、保护层的结构以及电缆的其他特征，最后确定电缆的型号。现代电力系统中一般均采用交联聚氯乙烯电缆、聚氯乙烯电缆或橡皮绝缘电缆等。

2.按额定电压选择

电缆的额定电压UNs不低于敷设地点电网额定电压UN，即

3.电缆截面的选择

一般根据最大长期工作电流选择电缆，但电缆的最大负荷利用小时数超过5000h，且长度超过20m时，应按经济电流密度来选择。电缆截面选择方法与裸导体基本相同，可按式（15-44）和式（15-45）计算。需要注意的是，式（15-44）用于电缆选择时，其修正系数K与敷设方式和环境温度有关，可由有关手册查得。

4.热稳定校验

电缆截面热稳定的校验方法与母线热稳定校验方法相同。满足热稳定要求的最小截面可按式（15-54）求得，即

式中　C——与电缆材料及允许发热有关的系数。

验算电缆热稳定的短路点按下列情况确定：

（1）单根无接头电缆，选电缆末端短路；长度小于200m电缆，可选电缆首端短路。

（2）有接头电缆，短路点选择在第一个中间接头处。

（3）无接头的并列连接电缆，短路点选在并列点后。

5.电压损失校验

对供电距离较远、容量较大电缆线路，电缆电压损失应不大于额定电压的5%，即

式中　S——电缆截面；

L——电缆长度；

ρ——电缆内导体的电阻率，铝芯ρ=0.035Ωmm2/m（50℃）；铜芯ρ=0.0206Ωmm2/m（50℃）。