高压线路导线截面选择与电晕问题

一、选择导线截面的一般条件

为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线（包括电缆）截面时必须满足下列条件。

1.发热条件

导线在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。一般10kV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗和机械强度。

2.电压损耗条件

导线和电缆在通过正常最大负荷电流时产生的电压损耗，不应超过正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。低压照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件和机械强度。

3.经济电流密度

35kV及以上的高压线路，以及电压在35kV以下但距离长、电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，可使线路的“年费用支出”最小。所选截面称为“经济截面”。

4.机械强度

导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其机械强度最小允许截面。对于工厂的电力线路，只需按其最小截面（表5-1、表5-2）校验就行了。对于电缆，不必校验其机械强度。

表5-1 架空裸导线的最小截面

表5-2 绝缘导线芯线的最小截面

5.电晕条件

对于60kV以上电压的架空线路，为了防止电晕损耗和对无线电波的干扰，在正常运行情况下不允许出现全面电晕。因此，避免电晕的发生已成为高压与超高压线路选择导线截面的重要技术条件。对一定电压的导体，影响其会否出现电晕的主要因素，是导线的半径或截面。在选择导线截面时，要求线路导线在晴天不出现全面电晕的导线最小直径或相应的导线型号，列于表5-3中。

表5-3 可不必验算电晕的导线最小直径或相应导线型号

注 1.对于330kV及以上电压的超高压线路，表中所列供参考。
2.分裂导线次导线间距（即同一相各条导线之间距离）为40cm。

二、导线截面的选择方法

传输容量小且长度较短的导体，以及配电装置的汇流母线，可按长期发热允许电流选择；而对于年负荷利用小时数大，传输容量大，长度在20m以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。

（一）按经济电流密度选择导线截面

按经济电流密度选择导线截面，适用于各级电压的线路导线。为了降低线路运行中的电能损耗，导线截面越大越有利；但为了降低线路造价及折旧维修费，导线截面则越小越有利。国家综合考虑各方面的因素，制定出符合国家整体经济利益的导线截面，称为经济截面。对应于经济截面中的电流密度，称为经济电流密度。按经济电流密度选择导线截面的公式为：

式中 I——计算年限内导线长期通过的最大电流，A；

J——经济电流密度，A/mm2。

计算年限内导线长期通过的最大电流，一般应考虑电力线路投运后5～10年的发展远景。因为，根据运行经验，电网负荷是逐年增长的，如果把计算年限选择得太短，则电网在建成后不久，传输电流或功率就可能超过计算值，造成以后长时间的不经济运行。相反，如果把计算年限选择得过长，则会增加电力网建设的初投资，同样也是不经济的。通常，计算年限按5～10年考虑。

经济电流密度，与线路的投资、发电成本、输电成本、电能损耗、计算电价、返本年限、投资利率、维护管理费用等多种因素有关，一般由国家制定。并视各地区、各时期的经济条件和发展情况而修订。我国现行的经济电流密度见表5-4和图5-1、图5-2。表5-4所列数值与图5-1中曲线是对应的。

表5-4 经济电流密度J（对应于图5-1曲线） 单位：A/mm2

图5-1 线路经济电流密度（平原和丘陵地区）

1—导线为LJ型，10kV及以下电压线路；2—导线LGJ型，10kV及以下电压线路；3—导线为LGJ、LGJQ型，35～220kV电压线路

图5-2 变电所用电缆、工矿企业用电缆及电缆线路经济电流密度（10kV及以下）

1—铝芯纸绝缘铅包，分相铅包，铝包，干绝缘铅包，橡皮绝缘聚氯乙烯护套，聚氯乙烯绝缘护套（包括铠装）；2—铝芯橡皮绝缘铅包及各种铠装电缆；3—铜芯纸绝缘铅包和铝包，干绝缘铅包，聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套（包括各种铠装）；4—铜芯纸绝缘分相铅包，橡皮绝缘铝包，橡皮绝缘聚氯乙烯护套（包括各种铠装）；5—铜芯橡皮绝缘，非燃性橡皮护套

对于330kV及以上超高压线路，目前常用的导线截面的选择方法是：

（1）根据工程技术要求，目前常用的分裂组合，一般330kV线路，多采用双分裂；500kV线路多采用3～4分裂；750kV线路则采用4～5分裂。

（2）参考国内外超高压线路经济电流密度或经济负荷范围，结合工程具体情况，进行技术经济分析论证，最后选出导线截面及每相分裂导线的根数。

表5-5列出了前苏联于1964年提出的超高压线路导线经济电流密度，仅供参考。

表5-5 前苏联超高压线路的经济电流密度（Tmax=5000h/年）

（二）按长期发热条件选择导线和电缆的截面

1.三相系统相线截面的选择

电流通过导线（或电缆、母线）时，要产生能耗，使导线发热。裸导线的温度过高时，会使接头处的氧化加剧，增大接触电阻，使之进一步氧化、发热，如此恶性循环，最后可发展到断线。而绝缘导线和电缆的温度过高时，可使绝缘加速老化甚至烧毁，甚至引发火灾。因此，导线的正常发热温度不得超过表5-6所列的最高允许温度。

表5-6 导体在正常和短路时的最高允许温度及热稳定系数

注 1.表中“油浸纸绝缘电缆”中加括号的数字，适于“不滴流纸绝缘电缆”。
2.表中“交联聚乙烯绝缘电缆”中加括号的数字，适于10kV以上电压。

导线允许载流量Ial应不小于通过导线的计算电流I30，即：

所谓导线的允许载流量，就是在规定的环境温度条件下，导线能够连续承受而不致使其稳定温度超过允许值的最大电流。如果导线敷设地点的环境温度与导线允许载流量所采用的环境温度不同时，则导线的允许载流量应乘以温度校正系数，即：

式中 θal——导线额定负荷时的最高允许温度（见表5-6）；

θ0——导线允许载流量所对应的标准环境温度；

θ′0——导线敷设地点的实际环境温度。

这里所说的“实际环境温度”，是按发热条件选择导线和电缆时的特定温度。在室外，实际环境温度一般取当地最热月平均最高温度。在室内，则取当地最热月平均最高气温加5℃。对土中直埋的电缆，则取当地最热月地下0.8～1m的土壤平均温度，亦可近似地取为当地最热月平均气温。温度校正系数也可由表5-7查得。

表5-7 LJ型铝绞线允许载流量的温度校正系数（导体最高允许温度为70℃）

表5-8列出了LJ型铝绞线在环境温度为+25℃时的允许载流量；表5-9列出了10kV常用铝芯电缆的允许载流量。对应的铜线或铜芯电缆、铜芯绝缘线的允许载流量，可按相同截面的铝线或铝芯电缆、铝芯绝缘线允许载流量的1.29倍计。其他导线和电缆的允许载流量，可查本书附录及其他有关设计手册。

表5-8 LJ型铝绞线的主要技术数据

注 1.TJ型铜绞线的允许载流量约为同截面的LJ型铝绞线允许载流量的1.29倍。
2.如当地环境温度不是25℃，则导体的允许载流量应按表5-7所列系数进行校正。

按发热条件选择导线截面时所用的计算电流I30，对降压变压器高压侧的导线，应取为变压器额定一次电流I1N•T。对电容器的引入线，由于充电时有较大的涌流，I30应取为电容器额定电流IN•C的1.35倍。(https://www.xing528.com)

2.380/220V低压线路中性线和保护线的截面选择

（1）中性线（N线）截面的选择。380V三相四线制系统中的中性线，会有不平衡电流和零序电流通过，因此中性线的允许载流量，不应小于三相系统的最大不平衡电流，并应计及谐波电流的影响。

一般三相四线制线路的中性线截面A0，应不小于相线截面Aφ的50%，即：

而由三相四线线路引出的单相线路，由于其中性线电流与相线电流相等，因此它们的中性线截面A0应与相线截面Aφ相同，即：

表5-9 10kV常用三芯电缆的允许载流量

注 1.本表系铝芯电缆数值。铜芯电缆的允许载流量可乘以1.29。
2.本表据GB50217—1994《电力工程电缆设计规范》编制。

对于三次谐波电流相当突出的三相四线制线路，由于各相的三次谐波电流都要通过中性线，使得中性线电流可能接近甚至超过相电流，因此这种情况下，中性线截面A0宜等于或大于相线截面Aφ，即：

（2）保护线（PE线）截面的选择。要考虑系统发生单相短路故障时，单相短路电流通过PE线时的短路热稳定度。按GB50054—1995《低压配电设计规范》的规定，根据短路热稳定度的要求，保护PE线的截面APE必须满足以下条件：

（3）保护中性线（PEN线）截面的选择。保护中性线兼有保护线和中性线的双重功能，因此其截面选择应同时满足上述保护线和中性线的要求，取其中的最大值。

（三）选择导线时对电晕的校验

对于110kV及以上裸导体，可按晴天不发生全面电晕条件校验，必须使裸导体开始发生电晕的临界电压Ucr大于导体最高工作电压Umax，即：

当所选导线型号和外径大于表5-3中数值时，可不进行电晕校验。

（四）选择导体时的短路热稳定校验

可反求由短路热稳定决定的导体最小截面Smin，所选截面必须不小于Smin。当计及集肤效应系数Ks的影响时，导体最小截面Smin的公式为：

式中 C——热稳定系数，C值与导体材料及工作温度有关，参见表5-6和表5-10。

表5-10 不同工作温度下裸导体的C值

I∞——稳态短路电流有效值，见第七章。

tK——短路电流存在时间，见第七章。

（五）选择导体时的短路动稳定校验

软导体不必进行动稳定校验。硬导体通常安装在支柱绝缘子上，短路冲击电流产生巨大的电动力，可能使导体发生弯曲甚至损坏。硬导体短路动稳定校验详见65页。

三、电力电缆的选择方法

电力电缆应按下列条件选择和校验：①电缆芯线材料及型号；②额定电压；③截面选择；④允许电压降校验；⑤热稳定校验。电缆的动稳定由厂家保证，可不必校验。

1.电缆芯线材料及型号选择

电缆芯线有铜芯和铝芯，国内工程一般选用铝芯电缆。电缆的型号很多，应根据其用途、敷设方式和使用条件进行选择。例如：厂用高压电缆一般选用纸绝缘铅包电缆；除110kV及以上采用单相充油电缆外，一般采用三相铝芯电缆；低压动力电缆通常采用三芯或四芯（三相四线）；高温场所宜用耐热电缆；重要直流回路或保安电源宜选用阻燃型电缆；直埋地下一般选用钢带铠装电缆；潮湿或腐蚀地区应选用塑料护套电缆；敷设在高差大的地点，应采用不滴流或塑料电缆。

2.电缆的电压选择

电缆的额定电压UN应不小于所在电网的额定电压UNs。

3.电缆的截面选择

较短电力电缆截面一般按长期发热允许电流选择；而当电缆的最大负荷利用小时数Tmax＞5000h，且长度超过20m时，则应按经济电流密度选择。

电缆截面选择方法与裸导体基本相同。值得指出的是，其允许载流量修正系数K与环境温度和敷设方式都有关，即：

式中 Kθ——温度修正系数，可由式（5-3）计算或直接查表，但电缆芯线长期发热最高允许温度θal与电压等级、绝缘材料和结构有关；

K1——空气中多根电缆并列敷设时的修正系数；

K2——当UN≤10kV，截面≤95mm2，K2取0.9；截面为120～185mm2，K2取0.85；

K3——直埋电缆因土壤热阻不同的修正系数；

K4——土壤中多根并列修正系数。

Kθ、K1、K3、K4值可查表5-11、表5-12、表5-13、表5-14。

表5-11 不同环境温度时载流量的校正系数Kθ

表5-12 电线电缆在空气中多根并列敷设时载流量的校正系数K1

注 表内为线缆外径d相同时的载流量校正系数，若外径不相同时，建议d取平均值。

表5-13 不同土壤热阻系数时载流量的校正系数K3

注 土壤热阻系数的选取：潮湿土壤取60～80（指沿海、湖、河畔地带等雨量较多地区），普通土壤取120（指平原地区）；干燥土壤取160～200（如高原地区、少雨的山区、丘陵）。

表5-14 电缆直接埋地多根并列敷设时载流量的校正系数K4

4.电缆允许电压降校验

对供电距离较远、容量较大的电缆线路，应校验电压损失ΔU%。一般应满足：

ΔU%≤5%

5.电缆短路热稳定校验

由于电缆芯线一般系多股绞线构成（截面在400mm2以下时，集肤效应KS≈1）满足电缆短路热稳定的最小截面为：

式中 C——电缆的热稳定系数，C值与导体材料及工作温度有关，见表5-6。