电力工程电缆设计规范 GB50217-2007

3.7.1 电力电缆导体截面的选择，应符合下列规定：
    1 最大工作电流作用下的电缆导体温度，不得超过电缆使用寿命的允许值。持续工作回路的电缆导体工作温度,应符合本规范附录A的规定。
    2 最大短路电流和短路时间作用下的电缆导体温度，应符合本规范附录A的规定。
    3 最大工作电流作用下连接回路的电压降，不得超过该回路允许值。
    4 10kV及以下电力电缆截面除应符合上述1～3款的要求外，尚宜按电缆的初始投资与使用寿命期间的运行费用综合经济的原则选择。10kV及以下电力电缆经济电流截面选用方法宜符合本规范附录B的规定。
    5 多芯电力电缆导体最小截面，铜导体不宜小于2.5mm²，铝导体不宜小于4mm²。
    6 敷设于水下的电缆，当需要导体承受拉力且较合理时，可按抗拉要求选择截面。

3.7.2 10kV及以下常用电缆按100％持续工作电流确定电缆导体允许最小截面，宜符合本规范附录C和附录D的规定，其载流量按照下列使用条件差异影响计入校正系数后的实际允许值应大于回路的工作电流。
    1 环境温度差异。
    2 直埋敷设时土壤热阻系数差异。
    3 电缆多根并列的影响。
    4 户外架空敷设无遮阳时的日照影响。

3.7.3 除本规范第3.7.2条规定的情况外，电缆按100％持续工作电流确定电缆导体允许最小截面时，应经计算或测试验证，计算内容或参数选择应符合下列规定：
    1 含有高次谐波负荷的供电回路电缆或中频负荷回路使用的非同轴电缆，应计入集肤效应和邻近效应增大等附加发热的影响。
    2 交叉互联接地的单芯高压电缆，单元系统中三个区段不等长时，应计入金属层的附加损耗发热的影响。
    3 敷设于保护管中的电缆，应计入热阻影响；排管中不同孔位的电缆还应分别计入互热因素的影响。
    4 敷设于封闭、半封闭或透气式耐火槽盒中的电缆，应计入包含该型材质及其盒体厚度、尺寸等因素对热阻增大的影响。
    5 施加在电缆上的防火涂料、包带等覆盖层厚度大于1.5mm时，应计入其热阻影响。
    6 沟内电缆埋砂且无经常性水份补充时，应按砂质情况选取大于2.0K·m/W的热阻系数计入对电缆热阻增大的影响。

3.7.4 电缆导体工作温度大于70℃的电缆，计算持续允许载流量时，应符合下列规定：
    1 数量较多的该类电缆敷设于未装机械通风的隧道、竖井时，应计入对环境温升的影响。
    2 电缆直埋敷设在干燥或潮湿土壤中，除实施换土处理等能避免水份迁移的情况外，土壤热阻系数取值不宜小于2.0K·m/W。

3.7.5电缆持续允许载流量的环境温度，应按使用地区的气象温度多年平均值确定,并应符合表3.7.5的规定。

表3.7.5 电缆持续允许载流量的环境温度（℃）　

注：当*属于本规范第3.7.4条1款的情况时，不能直接采取仅加5℃。

3.7.6 通过不同散热区段的电缆导体截面的选择，应符合下列规定：
    1 回路总长未超过电缆制造长度时，应符合下列规定：
      1）重要回路，全长宜按其中散热较差区段条件选择同一截面。
      2）非重要回路，可对大于10m区段散热条件按段选择截面，但每回路不宜多于3种规格。
      3）水下电缆敷设有机械强度要求需增大截面时，回路全长可选同一截面。
    2 回路总长超过电缆制造长度时，宜按区段选择电缆导体截面。

3.7.7 对非熔断器保护回路，应按满足短路热稳定条件确定电缆导体允许最小截面，并应按照本规范附录E的规定计算。

3.7.8 选择短路计算条件，应符合下列规定：
    1 计算用系统接线，应采用正常运行方式，且宜按工程建成后5～10年发展规划。
    2 短路点应选取在通过电缆回路最大短路电流可能发生处。
    3 宜按三相短路计算。
    4 短路电流作用时间，应取保护动作时间与断路器开断时间之和。对电动机等直馈线，保护动作时间应取主保护时间；其他情况，宜取后备保护时间。

3.7.9 1kV以下电源中性点直接接地时，三相四线制系统的电缆中性线截面，不得小于按线路最大不平衡电流持续工作所需最小截面；有谐波电流影响的回路，尚宜符合下列规定：
    1 气体放电灯为主要负荷的回路，中性线截面不宜小于相芯线截面。
    2 除上述情况外，中性线截面不宜小于50%的相芯线截面。

3.7.10 1kV以下电源中性点直接接地时，配置保护接地线、中性线或保护接地中性线系统的电缆导体截面的选择，应符合下列规定：
    1 中性线、保护接地中性线的截面，应符合本规范第3.7.9条的规定；配电干线采用单芯电缆作保护接地中性线时，截面应符合下列规定：
      1）铜导体，不小于10mm²。
      2）铝导体，不小于16mm²。
    2 保护地线的截面，应满足回路保护电器可靠动作的要求，并应符合表3.7.10的规定。

表3.7.10 按热稳定要求的保护地线允许最小截面（mm²）　

注：S为电缆相芯线截面。

    3 采用多芯电缆的干线，其中性线和保护地线合一的导体，截面不应小于4mm²。

3.7.11 交流供电回路由多根电缆并联组成时，各电缆宜等长，并应采用相同材质、相同截面的导体；具有金属套的电缆，金属材质和构造截面也应相同。

3.7.12 电力电缆金属屏蔽层的有效截面，应满足在可能的短路电流作用下温升值不超过绝缘与外护层的短路允许最高温度平均值。

条文说明

3.7 电力电缆导体截面

3.7.1 系原条文3.7.1修改条文。
    1 电缆导体的持续容许最高温度(θ_m)，对应绝缘耐热使用寿命约40年，明确最大工作电流(I_R)需满足不得超过θ_m，是实现电缆预期使用寿命的要素。直接取θ_m求算I_R时，需把所有涉及发热的因素计全才符合上述原则，否则，客观存在的发热因素未完全计入，I_R计算值就会偏大，运行中导体实际温度将超出θ_m。
    I_R的算法标准IEC 287(1982)或IEC 60287-1-1(1995)，不再像1968年初版时示出各类电缆的θ_m值，而提示θ_m。值确定需留有安全裕度。不妨就高压单芯电缆 I_R求算时θ_m值的择取作一辨析：1993年IEC 287-1-2首次公布双回并列电缆的涡流损耗率λ"_1d算式，此前只有单回电缆涡流损耗率λ"₁的算式，而λ"_1d>λ"₁，可认为双回并列电缆在依照λ"_1d与θ_m计算的I_R，与仅依λ"₁(即未计入并行回路引起涡流损耗增大的影响)求算I_R时，要使两者相同或相近,就需对后者采取低θ_m的θ＇_m值。这也昭示了IEC 287并非是所有的算式一次性制订完备，因而它不硬性规定单一θ_m值，以不失科学严谨性。藉此还需指出，IEC 60287-1-2(1993)只适合两回单芯电缆并列配置,它主要反映直埋或穿管埋地敷设电缆方式，但我国多以隧道、沟或排管敷设电缆方式，并行两回电缆为层叠配置情况,其λ"_1d算式在该标准中却未给出，也没有说明可略而不计。然而，在日本电线工业协会标准JCS第168号E(1995)《电力电缆的容许电流(之一)》中，却示明包含2层及其以上层叠配置单芯电缆的λ"_1d算式，经按一般电缆使用条件计算分析，其λ"_1d与λ"₁值差异明显而不能忽视(可参见《广东电缆技术》200l，No.3)。因此，在并非所有发热因素计全时，求算I_R若仍依固定的θ_m值计，就满足不了本条款要求。
    美国爱迪生照明公司联合会(AEIC)制订的AEIC CS7(1993)《额定电压69kV至138kV XLPE屏蔽电力电缆技术要求》标准中载明：“当I_R计算涉及电缆存在的全部热性数据充分已知，确保θ_m不致超过时，可按θ_m为90℃，否则应采取比该温度降低10℃或其他适当值”。这对于辨析地择取θ_m值的理解，可供参考。
    2 关于条款4，电力电缆截面最佳经济性算法IEC 1959标准于1991年首次公示，后又纳入电缆额定电流计算标准系列IEC 60287-3-2(1995；1996修订)。其算法是基于电缆线路初始投资与今后运行期间的能量损耗综合最小。
    多年来我国经济持续高速增长，发供电随着用电需求虽在不断迅猛发展，但一些地区仍感电力不足。分析认为，以任一般只按载流量紧凑地选择电缆截面，导致线损较大，这一影响不可忽视：现今地球“温室效应”愈益严重，尤因火力发电的CO₂排放影响占有相当大成分，在这一形势下，需着眼于努力降低损耗、减少电源增长(火电厂一直占有较大份额)带来温室效应的加剧，就需要考虑电缆的经济截面。至于经济截面比按载流量选择截面增大后，降低年损耗的同时会引起初投资的增加，从我国宏观经济条件来看，现已能适应。
    由于电缆经济电流密度受电缆成本、贴现率、电价、使用寿命、最大负荷利用小时数等诸多因素影响，难以给出固定不变的电缆经济电流密度曲线或数据，需要时，可按照本规范附录B的方法计算。
    3 条款5在原条文基础上新增铜芯电缆最小截面的规定。
3.7.2 系原条文3.7.2修改条文。
    IEC等标准关于电缆的持续容许工作电流算法分两类：①负荷为100％持续(100％Load factor)，即常年持续具有日负荷率(L_f)为1时的I_R1，如发电厂中持续满发机组及其辅机，或工矿主要用电器具等供电回路的负荷电流；②负荷虽持续但并非100％恒定最大,而是周期性变化，即常年持续具有L_f<1时的I_R2，如城网供电电缆线路等公用负荷电流。
    IEC 60287(以往称IEC 287)为I_R1算法标准，IEC 60851(原IEC 851)为I_R2＝M·I_R1的M算法标准，日本电线工业协会JCS第168号E(1994)、美国电子电气工程师学会IEEE Std 853(1995)标准均同时含I_R1、I_R2。在空气中敷设的电缆，I_R1＝I_R2，直埋或穿管埋地(包括排管)敷设的电缆，I_R1<I_R2；当L_f约为0.7左右时，一般I_R2比I_R1增大约20％以上。我国长期以来工程实践只计I_R1且一般遵循IEC 60287，至于IEC 851-1、IEC 853-2虽早于1985、1989年公示，但国内迄今几乎末在工程中运用，或缘于该算法需按日负荷曲线分时计算感到繁琐，而日、美标准只需计入L_f求算工I_R2，适合工程设计阶段(可参见《广东电缆技术》，2001，No.4，P.2～12)。在我国由于尚未广为知晓而缺乏应用，故此次修改标准就没有直接示出I_R2，只在持续工作电流之首增加100％，这虽是沿袭原规范基本内容，但冠以100％的持续工作电流不仅示明归属I_R1，也意味着对于I_R2和短时应急过载I_E(参见《广东电缆技术》2002，No.4)以及提高载流量的途径(参见《广东电缆技术》，2003，No.4)，都留有另行考虑的空间，显然不应被误解为I_R2、I_E均排斥或拒绝。从这一意义不妨强调，本规范现仅规定电缆载流能力中属于I_R1的基本要求。
    此外，100％持续工作电流之称谓，既与IEC 60287标准名称一致，又与本规范附录C内容能相呼应。
3.7.3 系原条文3.7.3修改条文。
    l 因为含变流、电子电压调整等装置的负荷有高次谐波，诸如变频空调、电气化铁道等。在香港的低压配电电缆、东北某电铁牵引变电站的220kV供电电缆工程实践，都已显示了计入高次谐波的影响。
    2 条款3去掉“塑料”。因为电缆保护管并不局限塑料材质，如复合式玻纤增强塑料、陶瓷等管材，均有应用。
3.7.4～3.7.7 系原条文3.7.4～3.7.7保留条文。
3.7.8 系原条文3.7.8修改条文。
    1 工程建成后5～10年取代原条文的5年以上，可与较多的工程实际相结合，利于安全，也与《导体和电器选择设计技术规定》DL／T 5222-2005中的规定一致。
    2 将原条文中“保护切除时间”和“断路器全分闸时间”分别改为“保护动作时间”和“断路器开断时间”，使概念更清晰。
3.7.9 系原条文3.7.9保留条文。
3.7.10 系原条文3.7.10修改条文。
    l 补充“配电干线采用单芯电缆作保护接地中性线时”的前提条件，以与《低压配电设计规范》GB 50054-95协调一致。
    2 补充主芯截面400mm²<S≤800mm²和S＞800mm²的保护地线允许最小截面选择要求。
    3 新增条款3。
    因多芯电缆的中性线和保护地线合一时的芯线要求，原规范中没有叙及，而实际已较多采用。
3.7.11 系原条文3.7.11修改条文。大电流负荷的供电回路，往往由多根单芯大截面电缆并联组成，运行时屡因电流分配不均，其中有电缆出现过热乃至影响继续供电。
    交流供电回路多根电缆并联时的电流分配，主要依赖于导体阻抗，同时还受金属层(有环流时)阻抗的影响。并联各电缆的长度以及导体、金属层截面均等，是使电流能均匀分配的必要条件，在应用单芯电缆时，各电缆在空间上几何配置的相互关系，常难使各阻抗值均等；而各电缆的相序排列关系，也影响电流分配。故应以计算方式确定各电流分配的电流值，较为复杂繁琐。近年，首次公布的IEC 60287-3-1(2002)《多根单芯电缆并联电流分配及其金属层环流损耗的计算》标准，是按照并联电缆的各导体阻抗、金属层阻抗均等的前提下，建立联立方程导出，其算法具有公认的可行性。需要指出的是，该算法从工程实用意义上已并不简单，可推论若不具备并联电缆各导体阻抗、金属层阻抗均等的条件，计算各电缆的电流分配必将更繁琐复杂。
    现今，供电回路由多根并列组成的电缆采取相同截面，既不存在条件不许可的情况，而基于上述考虑，故需对原条文用词的“宜”改为“应”，且补增电缆长度尽量相等的要求。
3.7.12 系原条文3.7.12保留条文。