4.3 載流導體的選擇

導體的選擇主要是選擇其截面，以保證導體在正常運行時可以通過一定的電流而發熱不會超過其限值，在發生故障時可以滿足熱穩定要求，對于硬導體還需要校驗其動穩定和共振情況。

導體截面選擇的基本條件有發熱條件、電壓損失條件、機械強度條件、經濟電流密度條件、電暈條件等。本節重點按發熱條件、允許電壓損失條件、經濟電流密度條件來分析、選擇導線截面。

各種形狀的硬導體通常都安裝在支柱絕緣子上，短路沖擊電流產生的電動力將使導體發生彎曲，因此，硬導體的動穩定校驗應按彎曲情況進行應力計算。軟導體不必進行動穩定校驗。

當選用非定型封閉母線時，應進行導體和外殼發熱、應力及絕緣子抗彎的計算，并進行共振校驗。

4.3.1 導體的一般選擇

1．導體的材料

導體的材料主要采用鋁和銅。銅的電阻率低，機械強度高，耐腐蝕性比鋁強，但儲量少，價格高。鋁的電阻率比銅高，機械強度低，耐腐蝕性比銅差，但儲量高，價格低。一般優先采用鋁導體，在工作電流大、地方窄的場所和其他不合適用鋁導線的地方采用銅導體。

2．導體選型

硬導體截面常用的有矩形、槽形和管形。矩形單條截面最大不超過1250mm2，以減小集膚效應，大電流使用時可將2～4條矩形導體并列使用，矩形導體一般只用于35kV及以下、電流在4000A及以下的配電裝置中；槽形導體機械強度好，載流量大，集膚效應系數較小，一般用于4000～8000A的配電裝置中；管形導體集膚效應系數較小、機械強度高，用于8000A以上的大電流母線或要求電暈放電電壓高的110kV及以上的配電裝置中。

軟導線常用的有鋼芯鋁絞線、組合導線、分裂導線和擴徑導線，后者多用于330kV及以上輸配電裝置。

3．導體的布置方式

矩形導體的散熱和機械強度與導體布置方式有關。三相系統平行布置時，若矩形導體的長邊垂直布置（豎直），則散熱較好、載流量大，但機械強度較低；若矩形導體的長邊呈水平布置（平放），與前者相反。因此，導體的布置方式應根據載流量的大小、短路電流水平和配電裝置的具體情況而定。

4.3.2 導體截面的選擇與校驗

導體截面可按長期發熱允許電流或經濟電流密度選擇。對年負荷利用小時數大（通常指Tmax＞5000h）、傳輸容量大、長度在20m以上的導體，如發電機、變壓器的連接導體其截面一般按經濟電流密度選擇。而配電裝置的匯流母線通常在正常運行方式下，傳輸容量不大，故可按長期工作電流選擇。

1．按長期允許工作電流選擇

匯流母線及長度在20m以下的導體等，一般按長期發熱允許電流選擇其截面，則

式中 Imax——導體的最大持續工作電流；

Ia1——對應于所選導體的長期發熱允許最高溫度θa1和額定環境溫度θ0的長期允許電流；

K——實際環境溫度為θ時的綜合修正系數，不計日照等影響時。

2．按經濟電流密度選擇

按經濟電流密度選擇導體截面可使年計算費用最低。不同種類的導體和不同的最大負荷利用小時數Tmax將有一個年計算費用最低的電流密度，稱為經濟電流密度J。導體的經濟截面SJ為

式中 Imax——導體的最大持續工作電流，A；

J——經濟電流密度，A/mm2；

SJ——導體的經濟截面，mm2。

按經濟電流密度選擇的導體截面應盡量接近式（4-33）計算的經濟截面積，當無合適規格的導體時，允許選用小于但接近經濟截面的導體。按經濟電流密度選擇的導體截面還需要按式（4-32）進行長期發熱條件校驗，此時計算Imax需考慮過負荷和事故時轉移過來的負荷。由于匯流母線各段工作電流大小不相同，且差別較大，故匯流母線不按經濟電流密度選擇截面。

3．電暈電壓校驗

導體的電暈放電會產生電能損耗、噪聲、無線電干擾和金屬腐蝕等不良影響。為了防止發生全面電暈，要求110kV及以上裸導體的電暈臨界電壓Ucr應大于其最高工作電壓Umax，即Ucr＞Umax。

不進行電暈電壓校驗的最小導體型號及外徑可從相關資料中獲得。

4．熱穩定校驗

在校驗導體熱穩定時，若計及集膚效應系數Kf的影響，短路時負荷短時間快速變化，溫度θ由θw升高到θk發熱的計算公式可得到短路熱穩定決定的導體最小截面Smin為

其中

式中 C——熱穩定系數；

Qk——短路電流熱效應，A2·s；

ρm——導體材料密度，kg/m3；

ρ0——0℃時導體的電阻率，Ω·m；

αt——導體電阻的溫度系數，1/℃；

C0——0℃時導體比熱容，J/（kg·℃）；

β——導體的比熱容溫度系數，1/℃。

5．硬導體的動穩定校驗

固定在支柱絕緣子上的硬導體，在短路電流產生的電動力作用下會發生彎曲，承受很大的應力，可能使導體變形或折斷。為了保證硬導體的動穩定，必須進行應力計算與校驗。硬導體的動穩定校驗條件為最大計算應力σmax不大于導體的最大允許應力σa1，即

硬導體的最大允許應力為：硬鋁70×106Pa，硬銅140×106Pa。

由于相間距離較大，無論什么形狀的導體和組合，計算單位長度導體所受相間電動力fph時，可不考慮形狀的影響，其值為

式中 ish——三相短路沖擊電流，A；

a——相間距離，m；

β——動態應力系數；

fph——單位長度導體所受相間電動力，N/m。

（1）每相為單條矩形導體母線的應力計算與校驗。單條矩形導體最大相間計算應力σph為

式中 σph——單條矩形導體最大相間計算應力，N/m2；

M——最大彎矩，N·m；

L——支柱絕緣子跨距，m；

W——導體的截面系數，m3，即導體對垂直于電動力作用方向軸的抗彎矩，與導體尺寸和布置方式有關。

滿足動穩定的條件為

不滿足動穩定要求時，可以適當減小支柱絕緣子跨距L，重新計算應力σph。為了避免重復計算，常用絕緣子間最大允許跨距Lmax校驗動穩定。令式（4-38）中的σmax=σph=σa1，得

只要支柱絕緣子跨距L≤Lmax，即可滿足動穩定要求。為了避免導體因自重而過分彎曲，所選支柱絕緣子跨距L不得超過1.5～2m。

（2）每相為多條矩形導體母線的應力計算與校驗。同相母線由多條矩形導體組成時，母線中最大機械應力由相間應力σph和同相條間應力σb疊加而成，則母線滿足動穩定的條件為

多條矩形導體的相間計算應力σph與每相單條導體時的相同，按式（4-37）計算。條間應力σb為

其中

式中 Mb——邊條導體所受彎矩，N·m；

W——導體的截面系數，m3，即導體對垂直于電動力作用方向軸的抗彎矩，與導體尺寸和布置方式有關。

4.3.3 電纜的選擇與校驗

電纜的基本結構包括導電芯、絕緣層、鉛包（或鋁包）和保護層幾個部分。按其纜芯材料分為銅芯和鋁芯兩大類。按其采用的絕緣介質分油浸紙絕緣、塑料絕緣等。

電纜制造成本高，投資大，但是具有運行可靠、不易受外界影響、不需架設電桿、不占地面、不礙觀瞻等優點。

1．按結構類型選擇電纜（即選擇電纜的型號）

根據電纜的用途、電纜敷設的方法和場所，選擇電纜的芯數、芯線的材料、絕緣的種類、保護層的結構以及電纜的其他特征，最后確定電纜的型號。常用的電力電纜有油浸紙絕緣電纜、塑料絕緣電纜和橡膠電纜等。

2．按額定電壓選擇

電纜的額定電壓UN可按其不低于敷設地點電網額定電壓UNs的條件選擇，即

3．電纜截面的選擇

一般根據最大長期工作電流選擇，但是對有些回路，如發電機、變壓器回路，其年最大負荷利用小時數超過5000h，且長度超過20m時，應按經濟電流密度來選擇。

（1）按最大長期工作電流選擇。電纜長期發熱的允許電流Ial，應不小于所在回路的最大長期工作電流Imax，即

式中 Ial——相對于電纜允許溫度和標準環境條件下導體長期允許電流；

K——綜合修正系數。

（2）按經濟電流密度選擇。按經濟電流密度選擇電纜截面的方法與按經濟電流密度選擇母線截面的方法相同，即

按經濟電流密度選出的電纜，還必須按最大長期工作電流校驗。

按經濟電流密度選出的電纜，還應決定經濟合理的電纜根數，截面S≤150mm2時，其經濟根數為一根。當截面大于150mm2時，其經濟根數可按S/150決定。例如計算出Sec為200mm2，選擇兩根截面為120mm2的電纜為宜。

為了不損傷電纜的絕緣和保護層，電纜彎曲的曲率半徑不應小于一定值（例如，三芯紙絕緣電纜的曲率半徑不應小于電纜外徑的15倍）。為此，一般避免采用芯線截面大于185mm2的電纜。

4．熱穩定校驗

電纜截面熱穩定的校驗方法與母線熱穩定校驗方法相同。滿足熱穩定要求的最小截面為

式中 tdz——短路切除時間，s；

I∞——短路電流周期分量的有效值，kA；

C——與電纜材料及允許發熱有關的系數。

驗算電纜熱穩定的短路點按下列情況確定：

（1）單根無中間接頭電纜，選電纜末端短路；長度小于200m的電纜，可選電纜首端短路。

（2）有中間接頭的電纜，短路點選擇在第一個中間接頭處。

（3）無中間接頭的并列連接電纜，短路點選在并列點后。

5．電壓損失校驗

正常運行時，電纜的電壓損失應不大于額定電壓的5%，即

式中 S——電纜截面，mm2；

ρ——電纜導體的電阻率，Ω·mm2/m，鋁芯ρ=0.035Ω·mm2/m（50℃），銅芯ρ=0.0206Ω·mm2/m（50℃）。