导线的导电能力应符合发热、电压损失和短路电流等三方面的要求。
1、发热
各种导线的最高运行温度都有一定的限制。对于裸线,为防止接头氧化,最高运行温度为70℃;对于橡皮绝缘导线和塑料绝缘导线,为防止绝缘老化,最高运行温度分别为65℃和70℃;对于电缆,为防止绝缘老化,防止热胀冷缩形成气泡,1KV及其以下的铅包或铝包电缆最高运行温度为80℃,聚氯乙烯电缆的最高运行温度为65℃。
根据稳定状态下发热与散热相平衡的原则,可求得导线的安全载流量(许用电流)I为
式中,K为散热系数,W/cm2·℃;F表示散热面积,cm2;和分别是环境温度和导线温度,℃;为导线温度为时的电阻。
由于散热系数难以确定,上式往往不能用于实际计算。
导线的安全载流量决定于导线截面、导线材料、绝缘材料、环境温度、安装方式等因素。常用导线的安全载流量见教材P115-P119。如环境温度不同于规定的数值,则安全系数应按下式修正:
式中,表示实际环境温度,℃。
2、电压损失
为了保证用电设备正常工作,动力线路的电压损失不得招过5%,照明线路不得超过8%-10%。
(1)电压损失计算
图1简单线路电压损失计算 (a)电路图(b)相量图 |
式中,为该相有功功率;为该相无功功率;r为线路电阻;x为线路电抗;为负载端功率因数角。
线电压损失为
式中,表示负载端额定线电压;表示三相有功功率;表示三相无功功率。
图2分段线路电压损失计算 |
经过展开和整理,可求得电压损失为
电压损失值通常用相对值,即用表示。应用上式可得
如果导线截面是均匀的,即有(和为单位长度导线的电阻和电抗),则电压损失可按下式计算:
(2)按允许电压损失计算导线的截面积
线路电压损失看作电阻上的电压损失和两部分之和,即
显然
因为,所以除决定于有功功率、线路长度等因素外,还决定于导线材料和截面积。对于铜线和铝线,与导线截面积关系不大,而且有一定的范围。如明设圆导线的,多在0.3-0.4之间;矩形截面导体的,多在0.2左右;低压电缆的,多在0.050-0.084之间等。因此,在无功功率和线路长度确定的情况下,可视为已知数。
如给定允许的电压损失,对于同一截面的线路,根据,可求得导线的截面积为
对于两段相同材料、不同截面的导线,应有
因为
可求得
那么,全部导线所好用有色金属的体积为
将上式对取导,并令,可得
应用这一关系,可求得
显然,和都可以求出。
对于一般情况,即对于多段不同截面的导线,可求得第i段和第h段的截面积分别为
3、短路电流
导线的截面应能承受电流的热效应而不致破坏,即保持足够的热稳定性。为此,导线最小截面积为
式中,为导线芯线最小截面积,mm2;I为短路电流有效值,A;t为短路电流可能持续的时间,s;K表示计算系数,按下表确定。
表1热效应验算K值表
类别 | 聚氯乙烯 | 丁基橡胶 | 乙丙橡胶 | 油浸纸 |
铜芯 | 115 | 131 | 143 | 107 |
铝芯 | 76 | 87 | 94 | 71 |
线路绝缘应满足防电击、防火、耐腐蚀、耐机械损伤等要求,详见下面介绍。
三、机械强度
导线的机械强度应当满足承受自重、温度变化的热应力、短路时的电磁作用力以及风雪、覆冰产生的应力。按照机械强度的要求,低压架空导线的最小截面积如表2所示。低压配电导线的最小截面积如表3所示。
表2低压架空线路导线最小界面剂
类别 | 铜 | 铝及铝合金 | 铁 |
单股 | 6 | 10 | 6 |
多股 | 6 | 16 | 10 |
表3 低压配线最小截面积
类别 | 最小截面积 | |||
铜芯软线 | 铜线 | 铝线 | ||
吊灯引线 | 民用建组,户内 | 0.4 | 0.5 | 1.5 |
工业建筑,户内 | 0.5 | 0.8 | 2.5 | |
户外 | 1.0 | 1.0 | 2.5 | |
移动式设备电缆线 | 生活用 | 0.2 | - | - |
生产用 | 1.0 | - | - | |
支点间距离为s的支撑件上的绝缘导线 | s<=1m,户外 | - | 1.5 | 2.5 |
s<=1m,户内 | - | 1.0 | 1.5 | |
s<=2m,户外 | - | 1.5 | 2.5 | |
s<=2m,户内 | - | 1.0 | 2.5 | |
s<=6m,户外 | - | 2.5 | 6 | |
s<=6m,户内 | - | 2.5 | 4 | |
接户线 | 长度<=10m | - | 2.5 | 6 |
长度<=25m | - | 4 | 10 | |
穿管线 | 1.0 | 1.0 | 2.5 | |
户内裸线 | - | 2.5-4 | 4 | |
户外裸线 | - | 2.5-4 | 4-16 | |
塑料护套线 | - | 1.0 | 1.5 |
线路和导线间距应满足防碰撞、防短路、便于操作等的要求,详见下面介绍。
五、线路防护
各种线路对酸、碱、盐、温度、湿度、灰尘】火灾和爆炸等外界因素应有足够的防护能力。为此,不同环境中导线和电缆及其敷设方式的选用可按表4进行。
表4 线路敷设方式选择
环境特征 | 线路敷设方式 | 常用电缆、电缆型号 |
正常干燥环境 | 绝缘线瓷珠、瓷夹板或铝皮卡子明配线 | BBLX,BLV,BLVV |
绝缘线、裸线瓷瓶明配线 | BBLX,BLV,LJ,LMJ | |
绝缘线穿管明敷或暗敷 | BBLX,BLX | |
电缆明敷或暗敷 | ZLL,ZLL11,VLV,YJV,XLV,ZLQ | |
潮湿和特别潮湿的环境 | 绝缘线瓷瓶明配线(高度>3.5m) | BBLX,BLV |
绝缘线穿塑料管、钢管明敷或暗敷 | BBLX,BLV | |
电缆明敷 | ZLL11,VLV,YJV,XLV | |
多沉环境(不包括火灾及爆炸危险粉尘) | 绝缘线瓷珠、瓷瓶明配线 | BBLX,BLV,BLVV |
绝缘线穿钢管明敷或暗敷 | BBLX,BLV | |
电缆明敷或沿电缆沟敷设 | ZLL,ZLL11,VLV,YJV,XLV,ZLQ | |
有腐蚀性环境 | 塑料线瓷珠、瓷瓶配线 | BLV,BLVV, |
绝缘线穿塑料管明敷或暗敷 | BBLV,BLV,BV | |
电缆明敷 | VLV,YJV,ZLL11,XLV | |
火灾危险环境 | 绝缘线瓷瓶明配线 | BBLX,BLV |
绝缘线穿钢管明敷或暗敷 | BBLX,BLV | |
电缆明敷或沿电缆沟敷设 | ZLLZLQVLVYJVXLVXLHF | |
爆炸危险环境 | 绝缘线穿钢管明敷或暗敷 | BBVBV |
电缆明敷 | ZL20ZQ20VV20 | |
户外配线 | 绝缘线、裸线瓷瓶明配线 | BBLFBLV-1LJ |
绝缘线穿钢管沿外墙明敷 | BBLFBBLXBLV | |
电缆埋地 | ZLL11ZLQ2VLVVLV-2YJVYJV2 |
六、导线连接
导线的接头是电气线路的薄弱环节,接头常常是发生故障的地方。接头接触不良或松脱会增大接触电阻,使接头过热而烧毁绝缘,还可能产生火花。严重的会酿成火灾或触电事故。因此,接头务必牢靠、紧密、接头的机械强度不应低于导线机械强度的80%;接头的绝缘强度不应低于导线的绝缘强度;接头部位的电阻不得大于原线段电阻的1.2倍。工作中,应当尽可能减少导线的接头,接头过多的导线不宜使用。对于可移动线路的接头,更应当特别注意。
特别是铜导体与铝导体的连接,如果没有采用铜铝过渡段,经过一段时间使用之后,很容易松动。松动的原因如下:
第一、铝导体在空气中数秒钟之内即能形成厚3-6微米的高电阻氧化膜。氧化膜将大幅度提高接触电阻,使连接部位发热,产生危险温度。接触电阻过大还造成回路阻抗增加,减小短路电流,延长短路保护装置的动作时间,甚至阻碍短路保护装置动作。
第二、铜和铝的线膨胀系数不同,铜的线膨胀系数为16.8×10-6℃-1,铝的线胀系数为23.2×10-6℃-1,即铝的线胀系数较铜的大36%,发热时使铝端子增大而本身受到挤压,冷却后不能完全复原。经多次反复后,连接处逐渐松弛,接触电阻增加;如连接处出现微小裂缝,则遇空气进入,将导致导体表面氧化,接触电阻大大增加;如连接处的缝隙进入水分,将导致铝导体电化学腐蚀,接触状态将急剧恶化。
第三、由于铜和铝的化学活性不同,因此;当有水分进入铜、铝之间的缝隙时,将发生点解,使铝导体腐蚀,必然导致接触状态迅速恶化。
第四、当温度超过75℃,且持续时间较长时,聚氯乙烯绝缘将分级处氯化氢气体。这种气体对铝导体有腐蚀作用,从而增大接触电阻。
正因为如此,在潮湿场所、户外及安全要求高的场所,铝导体与铜导体不能直接连接,必须采用铜铝过渡段。对运行中的铜铝接头,应注意检和加固。
七、线路管理
电气线路应备有必要的资料和文件,如施工图、实验记录等。还应建立巡视、检查、清扫、维修等制度。
对临时线应建立相应的管理制度。例如,安装临时线应有申请、审批手续,临时线应有专人负责管理,应有明确的使用地点和使用期限等。装设临时线必须首先考虑安全问题,应满足基本安全要求。例如,移动式三相临时线必须采用四芯橡套软线,单相临时线必须采用三芯橡套软线,长度一般不超过10m。临时架空线离地面高度不得低于4-5m,离建筑物和树木的距离不得小于2m,长度一般不超过500m,必要的部位应采取屏护措施等。