电气专业 ( 供配电 ) 设计人员培训讲义

中建五局工业设备安装有限公司

目 录第一 章 负荷计算及无功功率补偿第二章 供配电系统第三章 35~10 （ 6KV ）变配电所第四章 短路电流计算第五章 高低压电器的选择及配电线路 的保护第六章 导体及电缆的设计选择第七章 防雷与接地

第六章 导体及电缆的设计选择

一、电线、电缆类型的选择；二、 电缆芯数的选择；三、电线、电缆截面的选择；四、电线、电缆敷设设计要求

• 一、 电线、电缆类型的选择 相关规范规定建筑中 , 电线电缆的基本功能是

为电气负荷输送电力。在输送电力的过程中重点需考虑的问题有 :① 减少线路损耗 , 保证供配电系统正常运行 ;② 防止电气火灾 ;③ 火灾发生时 ,应有利于人员的疏散 ;④ 发生突发事件 , 尤其是发生火灾时 , 应确保防灾设备、消防设备的正常运行。这些问题中 ,① 是属于配电正常运行的问题 ;②~④ 则是属于安全问题 , 它们对于中、低压配电系统均适用。

• 低压配电导体选择应符合下列规定：1 电缆、电线可选用铜芯或铝芯，民用建筑宜采用铜芯电缆或电线；下列场所应选用铜芯电缆或电线：1) 易燃、易爆场所；2) 重要的公共建筑和居住建筑；3) 特别潮湿场所和对铝有腐蚀的场所；4) 人员聚集较多的场所；5) 重要的资料室、计算机房、重要的库房；6) 移动设备或有剧烈振动的场所；7) 有特殊规定的其他场所。

• 2 导体的绝缘类型应按敷设方式及环境条件选择，并应符合下列规定：1) 在一般工程中，在室内正常条件下，可选用聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套的电缆或聚氯乙烯绝缘电线；有条件时，可选用交联聚乙烯绝缘电力电缆和电线；2) 消防设备供电及控制线路选择，应符合下列规定：a. 火灾自动报警系统保护对象分级为特级的建筑物，其消防设备供电干线及分支干线，应采用矿物绝缘电缆；b. 火灾自动报警保护对象分级为一级的建筑物，其消防设备供电干线及分支干线，宜采用矿物绝缘电缆；当线路的敷设保护措施符合防火要求时，可采用有机绝缘耐火类电缆；c. 火灾自动报警保护对象分级为二级的建筑物，其消防设备供电干线及分支干线，应采用有机绝缘耐火类电缆；

• d. 消防设备的分支线路和控制线路，宜选用与消防供电干线或分支干线耐火等级降一类的电线或电缆。3) 对一类高层建筑以及重要的公共场所等防火要求高的建筑物，应采用阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆、电线或无烟无卤电力电缆、电线。3 绝缘导体应符合工作电压的要求，室内敷设塑料绝缘电线不应低于 0.45 ／ 0.75kV ，电力电缆不应低于 0.6 ／ lkV ；

• 4. 常用的电缆型号及适用的场所1 ） KYJVP KYJYP2 KYJYRP 交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯聚乙烯护套铜

带铜丝编织屏蔽控制电缆 敷设在室内、电缆沟、管道内及地下，电缆具有防干扰能力。

2 ） JKV JKLV JKY JKLY JKYJ JKLYJ 聚氯乙烯 / 聚乙烯交联聚乙烯绝缘架空电缆 用于架空电力传输等场所。

3 ） JKTRYJ 软铜芯交联聚乙烯绝缘架空电缆 用于变压器引下线。4 ） JKLYJ/Q 交联聚乙烯绝缘轻型架空电缆 用于架空电力传输

等场所。5 ） JKLGYJ JKLGYJ/Q 钢芯铝绞线交联聚乙烯绝缘架空电缆 用于

架空电力传输等场所，并能承受相当的拉力。6 ） LJ LGJ 铝绞线及钢芯铝绞线 用于架空固定敷设。

7）ZR-X 阻燃电缆 敷设在对阻燃有要求的场所，GZR电缆敷设在阻燃要求特别高的场所。

8）WDZR-X 低烟无卤阻燃电缆 敷设在对低烟无卤和阻燃有要求的场所，GWDZR电缆敷设在要求低烟无卤阻燃性能特别高的场所。

9) NH-X 耐火电缆 敷设在对耐火有要求的室内 、隧道及管道中，GNH电缆除耐火外要求高阻燃的场所。

10) WDNH-X 低烟无卤耐火电缆 敷设在有低烟无卤耐火要求的室内、隧道及管道中，GWDNH电缆除低烟无卤耐火特性要求外， 对阻燃性能有更高要求的场所。

11) FS-X 防水电缆 敷设在地下水位常年较高， 对防水有较高要求的地区。

12) H-X 耐寒电缆 敷设在环境温度常年较低，对抗低温有较高要求的地区。

• 二、 电缆芯数的选择 1kV 及以下电源中性点直接接地时，三相回路的电缆芯数

选择，应符合下列规定：1 . 保护线与受电设备的外露可导电部位连接接地时，应符合

下列规定：1 ）保护线与中性线合用同一导体时，应选用四芯电缆。2 ）保护线与中性线各自独立时，宜选用五芯电缆；当满足

下列规定时，也可采用四芯电缆与另外的保护线导体组成。 1kV 以上电源直接接地且配置独立分开的中性线和保护地线构成的系统，采用独立于相芯线和中性线以外的电缆作保护地线时，同一回路的该两部分电缆敷设方式，应符合下列规定：

a. 在爆炸性气体环境中，应敷设在同一路径的同一结构管、沟或盒中。

b. 除上述情况外，宜敷设在同一路径的同一构筑物中。

2 . 受电设备外露可导电部位的接地与电源系统接地各自独立时，应选用四芯电缆。

3 .1kV 及以下电源中性点直接接地时，单相回路的电缆芯数的选择，应符合下列规定：

• 1 保护线与受电设备的外露可导电部位连接接地时，应符合下列规定：

• 1 ）保护线与中性线合用同一导体时，应选用两芯电缆。• 2 ）保护线与中性线各自独立时，宜选用三芯电缆。• 2 受电设备外露可导电部位的接地与电源系统接地各

自独立时，应选用两芯电缆。

• 三、电线、电缆截面的选择 电力电缆截面选择是一个大家十分关心的问题，因

为它是电气设计的主要内容之一。传统的电缆截面选择方法是按技术体选择，可分为 4 类：①按允许发热条件选择 ,也就是按允许载流量选择；②按经济电流密度选择；③按允许电压损失校验；④按短路热稳定校验。 ⑤按机械强度选择导线。主要指架空线路，电缆不需要。

• 1 . 按长期允许载流量选择电缆截面 为了保证电缆的使用寿命，运行中的导体电缆温度应不超过规定的长期允许工作温度：聚氯乙烯绝缘电缆为 70℃ ，交联聚乙烯绝缘电缆为90℃ 。根据这一原则，在选择电缆截面时，必须满足下列条件：

Imax≤I0K

式中： Imax——通过的最大连续负荷载流量（ A ）； I0 ——指定条件下的长期允许载流量（ A ），见附表 1 ；

K ——长期允许载流量修正系数，见附表 2.

• 举例：某工厂主变压器容量 S 为12000KVA ，若以直埋 35KV 交联电缆供电，试问应选择多大电缆截面？（土壤温度最高 30℃ ，土壤热阻系数 2.5 ）

• 解：按下列计算电缆线路应通过的电流值

• 查附表 1-12得：铜芯交联电缆 8.7/10KV 3×95mm² ，最大连续负荷载流量为 220A ，25℃ 。由于敷设土壤温度最高为 30℃ ，应进行温度修正。

• 查附表 2-2得修正系数为 0.96. I 修=220 （ A ） ×0.96=211 （ A ）

• 通过土壤温度的修正后该电缆的连续负荷载流量虽只有 211 （ A ），仍能满足电缆线路198 （ A ）的要求。

• 2. 按经济电流密度选择电缆截面 国际电工委员会标准 IEC287-3-2/1995提出了电缆尺寸即导体截面经济最佳化的观点：电缆导体截面的选择，不仅要考虑电缆线路的初始成本，而且要同时考虑电缆在寿命期间的电能损耗成本。因此要从经济电流密度来选择电缆截面。按载流量选择线芯截面时，只计算初始投资；按经济电流选择线芯截面时，除计算初始投资外，还要考虑经济寿命期内导体损耗费用，二者之和应最小。当减小线芯截面时，初始投资减少，但线路损耗费用增加；反之，增加线芯截面时，线路损耗减少，但初始投资增加。某一截面区间内，二者之和总费用最少，就是我们追求的目标——经济选型。

（ 1 ）经济电流密度计算式：

（ 2 ）电缆经济电流截面计算式： Sj=Imax/J

式中： J——经济电流密度（ A/mm² ）； Sj——经济电流截面（ mm² ）； B= （ 1+Yp+Ys ） (1+λ1+λ2) ，可取平均值 1.0014 ； P20

————20℃ 时电缆导体电阻率（ Ω·mm2/m ） 铜芯为 18.4×10-9 ，，铝芯为 31×10-9 ，计算时可分别取

18.4 和 31 。 d20————20℃ 时电缆导体的电阻温度系数（ 1/℃ ）。铜芯为

0.00393 ，铝芯为 0.00403.

（ 3 ） 10KV 及以下电力电缆按经济电流密度选择电缆截面，宜符合下列要求：①按照工程条件、电价、电缆成本、贴现率等计算拟

选用的 10KV 及以下铜芯或铝 PVC/XLPE 绝缘电力电缆的经济电流密度值。（详见 GB 50217—2007《电力工程电缆设计规范》附录 B《 10KV 及以下电力电缆经济电流截面选用方法》）。②对备用回路的电缆，如备用的电动机回路等，宜按

正常运行小时数的一半选择电缆截面。对一些长期不使用的回路，不宜按经济电流密度选择电缆截面。

③当电缆经济截面比按热稳定、容许电压降或持续载流量要求的截面小时，则应按热稳定、容许电压降或持续截流量较大要求的截面选择。当电缆经济截面介于电缆标称截面档次之间，可视其接近程度、选择较近一档截面，且宜偏小选取。

（ 4 ）上述计算式及要求虽然精确但比较繁杂。为方便起见，推荐下列简化的经济电流密度计算方法：

首先应知道电缆线路中年最大负荷利用时间，然后从下表中查得我国目前规定的电缆导体材料的经济电流密度，再按下式计算电缆截面。

Sj= Imax/J

式中： Imax——最大负荷电流（ A ）； J——经济电流密度（ A/mm² ）。 根据计算所得的经济电流截面，通常选择不小于这个计算值并靠近这个值的电缆标称截面。

我国规定的电缆经济电流密度

3 . 根据电网允许电压降选择电缆截面 当电流通过电线电缆时，由于线路中存在阻抗，必然产生电压降（电压损失），线路越长，截面越小，电压损失越大。一般规定：照明线路中允许相对电压降不应超过 2.5~5% ，户内动力线路不应超过 4~6%允许值，输配电线路不应超过 7% 。如果线路电压降超过允许值，供电品质将无法达到设计要求。应适当增大电缆截面，使之达到要求。

在低压线路中，当给定了负载的电功率 P ，送电距离L ，所允许的相对电压降为 ε 时，则电缆截面按下式计算：

式中： P—— 负载的电功率（ KW ）；

L—— 送电线路距离（ m ） ; C——根据导体材料及送电电压确定的线路功率系数

（见下表） ε——允许的相对电压降（ % ）线路功率系数 C值

• 举例：有一条 380V 三相四线制线路，总长2500m ，终端负载功率为 6KW ，线路末端允许电压降为 4% ，使用铜芯电缆，求电缆截面。

• 解：已知 L=2500m P=6KW ε=4 ，表中查得C=76.5

• 代入上式： S=6X2500/76.5X4=49.02mm2

• 该线路电缆主线芯应选 50mm² ，三相四线制电缆型号规格应选择 VV 0.6/1KV 3×50+1×25 电力电缆。

• 4. 按短路热稳定条件计算电缆导体允许最小截面的方法

1. 电缆导体允许最小截面，由下列公式确定 :

2. 除电动机馈线回路外，均可取 θP＝ θH 。 3. Q值确定方式，应符合下列规定：1 ) 对火电厂 3～ 10kV厂用电动机馈线回路，当机组容量为 100MW 及以下时：

2 ) 对火电厂 3～ 10kV厂用电动机馈线回路，当机组容量大于 100MW 时， Q 的表达式见下表。

• 3). 除火电厂 3～ 10kV厂用电动机馈线外的情况： Q=I2*t式中 S―― 电缆导体截面 (mm2) ；J――热功当量系数，取 1.0 ；q―― 电缆导体的单位体积热容量（ J/cm3·℃），铝芯取

2.48 ，铜芯取 3.4 ；θm―― 短路作用时间内电缆导体允许最高温度（℃）；θP―― 短路发生前的电缆导体最高工作温度（℃）；θH―― 电缆额定负荷的电缆导体允许最高工作温度

（℃）；θm―― 电缆所处的环境温度最高值（℃）；

IH―― 电缆的额定负荷电流（ A ）；IP―― 电缆实际最大工作电流（ A ）；I―― 系统电源供给短路电流的周期分量起始有效值（ A ）；Id―― 电动机供给反馈电流的周期分量起始有效值之和（ A ）；t―― 短路持续时间（ s ）；Tb―― 系统电源非周期分量的衰减时间常数（ s ）；α――20℃时电缆导体的电阻温度系数（ 1/℃），铜芯为

0.00393 、铝芯为 0.00403 ；ρ――20℃时电缆导体的电阻系数（ Ωcm2/cm ），铜芯为

0.0148x10-4、铝芯为 0.031x10-4；η―― 计入包含电缆导体充填物热容影响的校正系数，对 3～

10kV 电动机馈电回路，宜取η＝0.93 ，其它情况可按 η＝1 ；

K―― 缆芯导体的交流电阻与直流电阻之比值，可由下表选取。

• 例题：电缆截面选择• 10kV 电动机采用铜芯交联聚乙烯绝缘电缆

供电，电缆穿钢管明敷，环境温度 35℃ ，缆芯最 90℃经济电流密度 2.5A/平方毫米，YJV最小截面 25平方毫米。电缆热稳定系数 c=137 ， Ik =12kA ， 0.6s切除短路，允许压降 5% ， l=200m ，电动机额定功率2500kW ， cosφ=0.85

1. 按持续允许电流应选择（ D ）A.25平方毫米 B. 35平方毫米 C. 50平方毫米 D. 70平方毫米 2. 按经济电流密度应选择（）A.25平方毫米 B. 35平方毫米 C. 50平方毫米 D. 70平方毫米 3. 按热稳定校验应选择（ D ）A.25平方毫米 B. 35平方毫米 C. 50平方毫米 D. 70平方毫米

4. 按校验电压降为（ D ）A.0.05% B. 0.10% C. 0.15% D. 0.20%5. 电动机电缆最终截面为（ D ）A.25平方毫米 B. 35平方毫米 C. 50平方毫米 D. 70平方毫米

• 解答：1.I=Pe/√3Ue*cos =2500/1.732*10*0.85∮ =169.8A 查表 1-10 选 3*70mm2

2.S=I/J=169.8/2.5=67.9mm2

取相邻的下一档 选 3*50mm2

3.S> √ I2*T/C*1000= √ 12X12X0.6/137*1000=67.8mm2

选 3*70mm2

4.U=U0%*Pe*L=0.373*2.5*0.2=0.18 选 D

• 案例：　按经济条件选择与按技术条件选择截面的比较　　举例说明：一台水泵电动机三相 380 V ， 37K W ，额定电流 IN=71.4 A,启动电流 Iq=469 A ，不频繁启动。馈线断路器整定电流 85 A ，瞬动电流 850 A ，年运行时间 T=6 000 h, 当地电价 P=0.5元 /kWh,由变电所直配 , 采用 VV-1 3+1 芯电缆单根架空明敷，电缆长度 L=160 m ，环境温度30℃ ，变电所低压母线短路电流有效值 Ik=24kA 。

(1) 按允许发热条件选截面： IN=71.4 A ，查表 1-1 S=3×25+1×16mm2 （对应允许电流 95 A ）。

(2) 按允许电压损失校验：设启动时 cosΦ=0.3 ， Iq=469 A L=160m ， 　　若按不频繁启动允许启动电压偏移 -15% 计，需选择　　　　 S=3×25+1×16 mm2 ，电流矩为 0.143/ A-km （查表）对应Δu=10.76%　　同法，求得正常运行时电流矩为 0.317/ A-km ， (查表 ),Δu=

ua*I*L=0.317*71.4*0.2=3.62%△ ，满足要求。（ 3 ）按经济电流选择截面：根据 IN=71.4 A ， T=6 000 h ， P=0.5元 /kWh,查 0.6/1 kV 低压电缆经济电流范围表得 Sec=3×70+1×35 mm2 。

（ 4 ）按短路热稳定条件校验，设短路切除时间 t=0.2 s ， Smin=Iz×(t)0.5/C　　式中 ,Iz 为短路电流周期分量有效值， A ； t为短路切除时间；C为热稳定系数，对 PVC 电缆 C=114 ，将数值代入上式　　 Smin=24 000×0.20.5/114=94.1 mm2 ，选取 S=3×95+1×50 mm2 。

　 (5) 低压 TN 系统接地故障保护灵敏度校验：当 S=3×16+1×10 时，单相接地故障电流约 300 A ，断路器不动作。当 S=3×70+1×35 时，单相接地故障电流约 1 100 A ，断路器动作，灵敏度为 1 100 A/850 A=130 ，大于 125 的要求。

• 最终决定截面大小的条件，仍然是短路热稳定条件。 通过对以上例子的分析，我们可以得出以下结论：　　①通常，按经济电流选择的线芯截面大于按载流量选择的截面。大多数情况，二者仅相差 2 级。换言之，大多数情况下，按载流量选择的截面，放大 1～ 2 级，会比较接近经济电流值。　　②有时，按技术条件选择的截面会大于按经济电流条件所选择的截面。因此，“经济条件”是必要条件，但还不是充分条件，必须同时满足“技术条件”。　　③电缆的经济电流范围表可见， Tmax愈大，经济电流值愈小。按此条件选择的线芯截面愈大，反则反之。

• 附表 1 ：电力电缆载流量表• 1.1 聚氯乙烯绝缘电力电缆载流量• 连续负荷载流量见表 1-1 表 1-3 。 ρW 和 ρD 的

（水分迁移）为热阻系数。 • 表 1-1 单芯非铠装聚氯乙烯绝缘电力电缆连续负荷

载流量（ A ）

1.2 交流聚乙烯绝缘电力电缆载流量 连续负荷载流量见表 1-4 表 1-11 。 ρw 和

ρD(水分迁移 ) 为热阻系数。 表 1-4 单芯交联聚乙烯绝缘电力电缆连续负

荷载流量（ A ）

• 四、电线、电缆敷设设计要求1.金属导管布线1 ）明敷于潮湿场所或埋地敷设的金属导管，应采用

管壁厚度不小于 2.0mm 的钢导管。明敷或暗敷于干燥场所的金属导管宜采用管壁厚度不小于 1． 5mm的电线管。

2 ）穿导管的绝缘电线 (两根除外 ) ，其总截面积 (包括外护层 ) 不应超过导管内截面积的 40％。

3 ）穿金属导管的交流线路，应将同一回路的所有相导体和中性导体穿于同一根导管内。

4 ）当电线管与热水管、蒸汽管同侧敷设时，宜敷设在热水管、蒸汽管的下面；当有困难时，也可敷设在其上面。相互间的净距宜符合下列规定： 1 当电线管路平行敷设在热水管下面时，净距不宜小于200mm ；当电线管路平行敷设在热水管上面时，净距不宜小于 300mm ；交叉敷设时，净距不宜小于 100mm ；2 当电线管路敷设在蒸汽管下面时净距不宜小于 500mm ；当电线管路敷设在蒸汽管上面时，净距不宜小于 1000mm ；交叉敷设时，净距不宜小于 300mm 。当不能符合上述要求时，应采取隔热措施。当蒸汽管有保温措施时，电线管与蒸汽管间的净距可减至 200mm 。电线管与其他管道 ( 不包括可燃气体及易燃、可燃液体管道 )的平行净距不应小于 100mm ；交叉净距不应小于 50mm 。

• 2 、金属线槽布线1 ）金属线槽布线宜用于正常环境的室内场所明敷，

有严重腐蚀的场所不宜采用金属线槽。具有槽盖的封闭式金属线槽，可在建筑顶棚内敷设。

2 ）同一路径无电磁兼容要求的配电线路，可敷设于同一金属线槽内。线槽内电线或电缆的总截面(包括外护层 ) 不应超过线槽内截面的 20％，载流导体不宜超过 30根。控制和信号线路的电线或电缆的总截面不应超过线槽内截面的 50％，电线或电缆根数不限。

• 注： 1 控制、信号等线路可视为非载流导体；2 三根以上载流电线或电缆在线槽内敷设，当乘以本规范第 7 章所规定的载流量校正系数时，可不限电线或电缆根数，其在线槽内的总截面不应超过线槽内截面的 20％。

• 3. 电力电缆布线 电缆敷设时，任何弯曲部位都应满足允许弯曲半径

的要求。电缆的最小允许弯曲半径，不应小于下表的规定。

• 4. 电缆桥架布线1 ） 电缆桥架布线适用于电缆数量较多或较集中的场

所。2 ）电缆桥架水平敷设时的距地高度不宜低于

2． 5m ，垂直敷设时距地高度不宜低于 1． 8m 。除敷设在电气专用房间内外，当不能满足要求时，应加金属盖板保护。

3 ）电缆桥架多层敷设时，其层间距离应符合下列规定：

a. 电力电缆桥架间不应小于 0.3m ； b. 电信电缆与电力电缆桥架问不宜小于 0.5m ，当有屏蔽板时

可减少到 0.3m ； c. 控制电缆桥架间不应小于 0.2m ； d. 桥架上部距顶棚、楼板或梁等障碍物不宜小于 0.3m 。4) 下列不同电压、不同用途的电缆，不宜敷设在同一层桥架上：

a. lkV 以上和 lkV 以下的电缆；b. 向同一负荷供电的两回路电源电缆；c. 应急照明和其他照明的电缆；d. 电力和电信电缆。当受条件限制需安装在同一层桥架上时，应用隔板隔开。

5. 封闭式母线布线1)封闭式母线水平敷设时，底边至地面的距离不应小于 2.2m 。除敷设在电气专用房间内外，垂直敷设时，距地面 1． 8m 以下部分应采取防止机械损伤措施。

2) 当封闭式母线直线敷设长度超过 80m 时，每 50—60m 宜设置膨胀节。

3 ）封闭式母线外壳及支架应可靠接地，全长不应少于 2 处与接地保护导体 (PE) 相连。

4 ）封闭式母线随线路长度的增加和负荷的减少而需要变截面时，应采用变容量接头。

• 6 电气竖井内布线1 ）电气竖井内布线适用于多层和高层建筑内强电及弱电垂直干线的敷设。可采用金属导管、金属线槽、电缆、电缆桥架及封闭式母线等布线方式。

2 ）竖井内高压、低压和应急电源的电气线路之间应保持不小于 0． 3m 的距离或采取隔离措施，并且高压线路应设有明显标志。

3 ）电力和电信线路，宜分别设置竖井。当受条件限制必须合用时，电力与电信线路应分别布置在竖井两侧或采取隔离措施。

线路敷设方式的标注表示