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1、武警学院本科毕业论文（设计） 导线电缆允许载流量的确定及选择第 1 页 共 15 页导线电缆允许载流量的确定及选择导线电缆允许载流量的确定及选择【 【摘摘 要要】 】本文介绍了导体允许载流量的计算方法和国际确定导体允许载流的标准，分析了 影响导体允许载流量的主要因素，提出了提高导体允许载流的方法及实际工程 应注意的问题。 【 【关关键词键词】 】 导线电缆允许载流量 电缆结构 应用条件 敷设条件 1.引言引言据有关资料统计表明：在我国每年的电气火灾中电气线路所引起的火灾占 4060，而其中导线电缆火灾一直占居首位。导线电缆引发火灾的具体原因是多方面的但主要原因在于：一是电的需求量的迅速增长和电
2、力改造及电气设计规范修订的相对滞后的矛盾造成电气线路的原来的设计容量不能满足要求，电气线路超负荷运转，从而加速绝缘的老化甚至失效而发生短路引发火灾。再则，我国的电气防火规范与标准还不是很健全，如有些建筑电气设计规范不适应当今社会的需要。再如目前还没有从消防安全的角度对电气工程的设计，施工，检查，验收等进行规范的标准。在电气线路设计时，线路敷设以及载流量的选择不科学不合理，检查验收时无章可循，造成火灾隐患。电气线路过负荷导致的电气设施的温升和电气绝缘的燃点是引发火灾的主要矛盾。在设计、施工、检测、维护等方面都必须保证线缆的实际工作温度不超过允许工作温度也就是须保证线缆的允许长期工作电流(简称载流
3、量)不应小于线路的工作电流。因此可以说：导线电缆允许载流量的确定及选择是否合适，是整武警学院本科毕业论文（设计） 导线电缆允许载流量的确定及选择第 2 页 共 15 页个电气线路能否安全运行最重要的决定性因素，它直接影响着导体和绝缘的寿命，也是电气安全设计的重要内容之一。本文主要是在讨论在正常工作条件下，以导线、电缆所承载的电流的热效应为依据的载流量的确定和选择的过程中，以本人所学及参考资料提出个人的一些想法。2.导线电缆导线电缆允允许载许载流量理流量理论计论计算（算（ 100负载负载率）及国家率）及国家 IEC-364-5-523 标标准准2.1.基本机理基本机理电线及电缆均为匀质导体全长截
4、面和材料相同，在计算电线电缆的载流量时，可以取单位长度的导体进行研究。在导体未通电流时，其温度与周围介质的温度相等；当电流通过时，由于导体电流的热效应使导体发热。其热量一部分使导体温度升高，另一部分则由于导体温度高于周围介质的温度而散发到介质中。在导体温度未达稳定时，其热平衡方程式可以写成：dtFKmCddtFKmCdRdtIzhzh )(02（1） 式中：I-通过导体的电流(A)； Kzh-导体的总放热系数W(m2)；R-导体的电阻()； ，0-导体及周围环境的温度()；m导体的质量(Kg)； C-导体材料的比热J/Kg； r-导体对周围环境的温升，r=-0；F-导体的散热面积(m2)。武警
5、学院本科毕业论文（设计） 导线电缆允许载流量的确定及选择第 3 页 共 15 页图 1 均均质导质导体温升曲体温升曲线线上式为常系数线性非齐次一阶微分方程。解之得：FKRIh22；)1 (2mcFthKe（2）可看出均质导体的温升是按时间指数函数增长,如图 1 曲线所示。当 t=(3-4)T 时，导体温升即趋于稳定温升 w；其中 T 是发热时间常数，FkcmT zh且有wzhFKRI2（3）此式为牛顿公式。由（3）式可知，在稳定发热状态下，导体中产生的全部热量都散失到周围环境中。2.2、理、理论论上上导导体的允体的允许载许载流量流量设导体长期允许电流(导体载流量)为 Iy，导体长期发热允许温度
6、为 y，由(3)式可得RFKIyzhy)(0（4）武警学院本科毕业论文（设计） 导线电缆允许载流量的确定及选择第 4 页 共 15 页式中 0yry，是导体长期发热允许温升（）在已知 Iy的情况，用(4)式可计算出导体正常发热温度 y，或计算出对应导体的截面 S；这表明，当环境温度 0一定时，在 y条件下，对于不同截面的导体，有一个允许载流量值与之对应。根据国家规定一般环境温度 025。尽管该公式可以用于任何情况，任何导体的允许载流量的计算，但由于在各种具体条件下，对载流量影响的主导因素差别较大；又该公式没有考虑带有绝缘的电线电缆的绝缘损耗;另外，Kzh是一个综合考虑几种散热形式的中散热系数，
7、尽管使用起来方便，但由于影响它因素多而且随不同使用条件，随时间的变化性大，准确地确定其值比较困难且误差较大。 所以该公式可操作性较差(除去对于裸导体的载流量的计算)。在电气工程设计中，国家标准 JB/T101812000 给出了一定条件下电缆额定载流量计算公式，其充分考虑了介质损耗，并对各种因素的影响进行了量化，可操作性极大提高。2.3. 我国我国标标准准给给出的出的电线电缆额电线电缆额定定载载流量流量计计算方法算方法在工程设计中，电缆载流量的选择和确定必须计及载流导体的负载特性(持续、短时、周期性的负载)，其中持续负载下的载流量是各类负载下载流量的计算基础，其它负载特性下的载流量只要用相应的
8、系数加以校正即可。我国电线电缆额定载流量计算标准(JB/T101812000)等同于 IEC-287 标准适合于所有交流电压及直流电压 5Kv 及以下,直接埋于土壤、地沟、电缆槽或管道内有或无局部土壤变干以及在武警学院本科毕业论文（设计） 导线电缆允许载流量的确定及选择第 5 页 共 15 页空气中敷设的各种电缆稳态运行的情况。利用等值热路和热流场概念, 由热流场富氏定律, 可导出热流与温升、热阻的关系, 即热流与温度成正比, 与热阻成反比。得出电缆连续允许载流量的计算公式如下（100负载率）:（5）21432121432121)(1 ()1 ()( TTnRTnRRTTTTnTWdI式中：I
9、-通过某一导电线芯的电流, A; -导电线芯相对环境的温度, K；R-最高工作温度下,单位长度导电线芯的交流电阻,/m； Wd-单位长度导电线芯外面绝缘的介质损耗,w/m；T1-单位长度电缆导体和护套间的绝缘热阻,Km/w；T2-单位长度电缆护套和铠装间的衬垫热阻,Km/w；T3-单位长度电缆外护层热阻, Km/w；T4-单位长度电缆和周围媒质间的热阻,Km/w；n-电缆中载流导电线芯数；2-铠装损耗与导电线芯总损耗之比；1-金属护套损耗与导电线芯总损耗之比； 其中ftgCUWd2,20为介质损耗，在交流电压作用下，电介质中的部分电能将转化成热能，是电场角频率，C是电介质电容，tg是介质损耗因
10、数。，C由所选电缆绝缘和输送电的性质决定，一般可认为是定量。影响tg的因素有：在温度一定时，tg在某一频率处1出现高峰，Wd增长最快，低频时 Wd与频率无关,高频区时tg迅速减小，但f很大，Wd 仍很大；f一定时，tg在某一温度处（1）出现峰值，Wd增长最快；湿度，电场强度，辐射强度增加，也使tg增加，损耗增加。 武警学院本科毕业论文（设计） 导线电缆允许载流量的确定及选择第 6 页 共 15 页该式校正了由介质损耗而导致的温升，)(432121TTTnTWd也就是说除了导体的电流热效应外，电介质的损耗也是一个热源，从而导致允许载流量变小。由公式，可表征)( 432121TTTnTWd电介质损
11、耗对载流量影响大小，从而在电气工程设计中决定电介质的损耗能否忽略。计算电缆允许载流量, 必须知道电缆导体允许最高温度。根据电缆绝缘材料性能、运行和使用经验,对于不同型式、不同电压等级的电缆, 分别规定了长期和短时最高允许工作温度（可查阅电缆说明或有关标准）。在电缆允许载流量的计算中, 求取电缆各部分热阻T 1、T 2、T 3、T 4 和护套铠装损耗系数K1、K2, 需进行一系列比较复杂的数学运算。现在, 一般应用计算机进行电缆载流量的辅助计算, 现举一计算35kV 分相铅包油纸绝缘电缆的允许载流量的实例如下。已知条件为:铜芯电缆、铅套、钢带铠装,3120mm2,导体直径14mm，绝缘厚度9mm
12、 ,铅套厚度1.7mm ,铠装厚度20.5 mm ,内衬垫厚1.5mm ,纤维外被层厚2.0mm,电缆外径91.6mm,埋设深度1.0m,土壤热阻系数1.0k.m/W.=50, 0 =25按IEC287 推荐公式算出（参考资料给出）, 50时,导体电阻R = 1.710-4/m ,T 1= 0.271 k.m/W , T 2= 0.44 k.m/W , T 3= 0.0352k.m/W；1= 01021, 2=-0.0075 ,k.m/W6 . 0lnlnT6 .9110004 20 . 1424 eT Dl代入公式计算武警学院本科毕业论文（设计） 导线电缆允许载流量的确定及选择第 7 页 共
13、 15 页AITTTTR189)6 . 00352. 0)(0075. 021. 01 (44. 0)021. 01 (271. 0107 . 132550)(1 ()1 (3443212110此公式适用于直接埋地辐射,管道内敷设,沟道或钢管敷设,以及空气中敷设的各种电压等级的电缆。在运用公式进行计算时，关键是参数的选定。据有关资料计算表明：计计算载流量的环境条件,我国与 IEC 推荐的计算参数不尽一致,用 IEC 参数计算载流量将增加 20 %左右,因此需要我们进一步做工作,以得到符合国情的合理的计算参数。尤其是一些重大工程更须在设计完成后，做必要的检测工作，以确保线路运行的安全性。2.4
14、建筑物中建筑物中电缆电缆的的载载量量 IEC-364-5-523 标标准准本标准是 IEC-TC64 依据 IEC-287 标准计算方法对 IEC-502“额定电压 1kV5kV 挤包固体绝缘电力电缆中 0.6/1kV 及以下非铠装电缆载流量计算整理后而得。要求在正常工作情况下以持续时间承受电流热效应为条件提供导体和绝缘的合理寿命。其它影响导体截面选择的方面诸如电击穿保护、热效应保护、过电流和电压降等均不在本标准之列。本标准适用于额定电压 1kV(直流电压 1.5kV及以下无铠装绝缘（包括 PVC、XLPE、 EPR 和矿物绝缘）导线和电缆 。 单回路包括导体根数如下：(1)两根绝缘导线或两根单芯电缆或一根两芯电缆（单相系统）。 (2)三根绝缘导线或三根单芯电缆，或一根三芯电缆（三相系统）。武警学院本科毕业论文（设计） 导线电缆允许载流量的确定及选择第 8 页 共 15 页构成单回路的相同绝缘导线或电缆自成一组，所有电缆都具有相同允许工作温度。
