低壓電纜的電壓損失和電壓降

王國(guó)忠， 潘齊旺

(1.江蘇通光強(qiáng)能輸電線科技有限公司，江蘇 海門226100;2.浙江省溫州市電力局，浙江溫州325028)

0 前言

低壓電網(wǎng)配電在設(shè)計(jì)選擇電纜規(guī)格過(guò)程中，應(yīng)考慮電纜通過(guò)負(fù)載電流時(shí)，導(dǎo)體溫度不超過(guò)絕緣所允許的長(zhǎng)期工作溫度，即應(yīng)按溫升選擇導(dǎo)體截面;并且，經(jīng)濟(jì)壽命期內(nèi)費(fèi)用最少，即初始投資和經(jīng)濟(jì)壽命期內(nèi)線路損耗費(fèi)用之和最少，也就是所謂的按經(jīng)濟(jì)電流選擇導(dǎo)體截面。將兩種選擇的截面比較，取大者。然后，再根據(jù)電纜線路的長(zhǎng)短，校驗(yàn)電壓損失是否超過(guò)規(guī)定值。

在光纖復(fù)合低壓電纜和鋁合金電纜使用過(guò)程中，常有客戶問(wèn)到電纜線路的電壓損失問(wèn)題，也有客戶提到線路的電壓降。電纜線路的電壓損失和電壓降究竟是不是同一概念，兩者都有什么規(guī)定呢?

筆者查閱了有關(guān)資料，沒(méi)有找到關(guān)于電纜線路電壓降的規(guī)定。關(guān)于電壓損失，在GBJ 54—1983《低壓配電裝置及線路設(shè)計(jì)規(guī)范》的第二章第二節(jié)導(dǎo)體截面選擇中規(guī)定:“……從變壓器低壓側(cè)母線至用電設(shè)備受電端的線路電壓損失，一般不超過(guò)用電設(shè)備額定電壓的5%”［1］。1996年6月1日實(shí)施的GB 50054—1995《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》，廢止了原國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBJ 54—1983，現(xiàn)在，GB 50054—1995又被GB 50054—2011所取代，然而，在1995年和2011年的GB 50054兩版標(biāo)準(zhǔn)中，都沒(méi)有像1983版的標(biāo)準(zhǔn)那樣對(duì)電壓損失作詳細(xì)的規(guī)定。只是在GB 50054—2011標(biāo)準(zhǔn)的第3.2.2條，“選擇導(dǎo)體截面，應(yīng)符合下列規(guī)定”:“……線路電壓損失應(yīng)滿足用電設(shè)備正常工作及啟動(dòng)時(shí)端電壓的要求”［2］。目前，一般校驗(yàn)低壓配電線路的電壓損失，都按不超過(guò)5%為原則，對(duì)視覺(jué)要求較高的照明電路，則要求不超過(guò)2%～3%。

1 電壓降和電壓損失

1.1 電壓降和電壓損失概念

在交流供電系統(tǒng)中，電纜線路存在阻抗。阻抗由電阻、電抗構(gòu)成。電流通過(guò)阻抗時(shí)，在阻抗的兩端產(chǎn)生的電壓差稱為電壓降。電纜電壓損失是指線路始端電壓經(jīng)線路傳輸后，線路對(duì)其的損失或影響大小，是線路兩端電壓的數(shù)值差，常用其同額定電壓相比的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。低壓電纜線路，由于電壓低，線路短，電容電流可以忽略，所以，電抗可以只考慮感抗，而中壓電纜則不同，還必須考慮電容電流，即容抗的大小。

1.2 電壓降和電壓損失公式

參照文獻(xiàn)［3］，電纜的電壓降ΔU為:

式中:Ibe為導(dǎo)體電流(A);Z為電纜的阻抗為三相線路單位長(zhǎng)度的電阻和感抗(Ω/km);l為線路長(zhǎng)度(km)。

參照文獻(xiàn)［4］表9-63給出的線路電壓損失的計(jì)算公式，其中“三相平衡負(fù)荷線路”，終端負(fù)荷用電流矩(A·km)表示時(shí)，電壓損失為:

式中:Δu%為線路電壓損失百分?jǐn)?shù);Un為標(biāo)稱線電壓(kV);l為線路長(zhǎng)度(km);cosΦ為功率因數(shù);R0、X0的意義同式(1)。

1.3 電壓降和電壓損失的關(guān)系

式(1)和式(2)有什么聯(lián)系和區(qū)別呢?下面以低壓電纜的電路圖和矢量圖來(lái)說(shuō)明。

長(zhǎng)度為l的電纜在三相電流系統(tǒng)中，以電流I(其有效值設(shè)為Ibe)(A)工作的一根絕緣線芯，其單位長(zhǎng)度有效電阻為R0(Ω/km)和單位長(zhǎng)度感抗為X0(Ω/km)。圖1是其單相電纜線路的等效電路圖。電纜線路的始端電壓為Uae，終端電壓為Ube。

圖1 低壓電纜的一相等效電路圖

在水平方向作終端電壓Ube相量，設(shè)其初相為零，作為參考相量。因低壓電纜的電容充電電流可忽略，電纜呈感性負(fù)荷，電流滯后電壓，Φ為電壓Ube與負(fù)荷電流I的相位差，cosΦ即為負(fù)荷的功率因數(shù)。電纜有效電阻R0上的兩端的電壓UR與電流同相，而電抗X兩端的電壓UL超前電流90°。如圖2所示。

圖2 三相線路中的一相電壓電流矢量圖

由圖2可知，電壓降ΔU=Uae－Ube=UR+UL，而 UR=IR0，UL=I·jX0，故，ΔU=I(R0+jX0)，用有效值表示，則單位長(zhǎng)度的電壓降ΔU為:

將式(3)換算到l(km)長(zhǎng)度的線路電壓降即為式(1)。

從圖2可以看出，電壓損失即是電纜的始端電壓矢量投影到終端電壓矢量上后，終端電壓比始端電壓的減小量，即圖中的BD線段。

由于BD=BC+CD

而 BC=Ibe·R0·cosΦ，CD=Ibe·X0·sinΦ

故電壓損失值ΔUф為:

式(3)和式(4)均為每相的電壓降和電壓損失值，要換算成線電壓降和線電壓損失值，應(yīng)乘以槡3。

將式(4)換算到線電壓損失值，再同額定線電壓比，并乘以100%，即為線電壓損失百分?jǐn)?shù)的式(2)。

2 計(jì)算實(shí)例

表1、表2分別是計(jì)算的1kV鋁芯、銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜幾個(gè)常用的規(guī)格用于三相380 V系統(tǒng)的線電壓損失值和線電壓降。這里用線電壓損失值，以區(qū)別于通常講的所謂“線電壓損失”，即線電壓損失百分?jǐn)?shù)。

從表1和表2可以看出，在功率因數(shù)為0.9時(shí)，電壓降比電壓損失值略大，對(duì)于大的電纜規(guī)格，差值較小，但最大也不到9%。

3 結(jié)論

(1)電壓損失和電壓降不是同一概念。電纜電壓損失是指線路始端電壓經(jīng)線路傳輸后，線路對(duì)其的損失或影響大小，是線路兩端電壓的數(shù)值差，常用其同額定電壓相比的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。它的大小除和電纜的物理特性、傳輸?shù)碾娏鞔笮?、線路長(zhǎng)度相關(guān)外，還和功率因數(shù)有關(guān)。而電壓降是指在交流電經(jīng)電纜傳輸后在其兩端產(chǎn)生的電壓差，是電壓的矢量差，其模的大小只和電纜的物理特性、傳輸?shù)碾娏鞔笮?、線路長(zhǎng)度相關(guān)，和功率因數(shù)大小無(wú)關(guān)。

(2)通常說(shuō)的電壓損失指的是電壓損失的百分?jǐn)?shù)。校驗(yàn)低壓配電線路時(shí)，一般都按不超過(guò)5%為原則，對(duì)視覺(jué)要求較高的照明電路，則要求不超過(guò)2% ～3%。

(3)在功率因數(shù)為0.9時(shí)，對(duì)于常用規(guī)格的低壓電纜，用電壓降來(lái)估算電壓損失，誤差不大于9%。

表11 kV鋁芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜用于三相380 V系統(tǒng)的線電壓損失值、電壓降及相差的百分?jǐn)?shù)

表21 kV銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜用于三相380 V系統(tǒng)的線電壓損失值、電壓降及相差的百分?jǐn)?shù)

［1］GBJ 54—1983 低壓配電裝置及線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］GB 50054—2011 低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］王春江主編.電線電纜手冊(cè)·第1冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［4］中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院等編.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2005:538-544.