4.3 载流导体的选择

导体的选择主要是选择其截面，以保证导体在正常运行时可以通过一定的电流而发热不会超过其限值，在发生故障时可以满足热稳定要求，对于硬导体还需要校验其动稳定和共振情况。

导体截面选择的基本条件有发热条件、电压损失条件、机械强度条件、经济电流密度条件、电晕条件等。本节重点按发热条件、允许电压损失条件、经济电流密度条件来分析、选择导线截面。

各种形状的硬导体通常都安装在支柱绝缘子上，短路冲击电流产生的电动力将使导体发生弯曲，因此，硬导体的动稳定校验应按弯曲情况进行应力计算。软导体不必进行动稳定校验。

当选用非定型封闭母线时，应进行导体和外壳发热、应力及绝缘子抗弯的计算，并进行共振校验。

4.3.1 导体的一般选择

1．导体的材料

导体的材料主要采用铝和铜。铜的电阻率低，机械强度高，耐腐蚀性比铝强，但储量少，价格高。铝的电阻率比铜高，机械强度低，耐腐蚀性比铜差，但储量高，价格低。一般优先采用铝导体，在工作电流大、地方窄的场所和其他不合适用铝导线的地方采用铜导体。

2．导体选型

硬导体截面常用的有矩形、槽形和管形。矩形单条截面最大不超过1250mm2，以减小集肤效应，大电流使用时可将2～4条矩形导体并列使用，矩形导体一般只用于35kV及以下、电流在4000A及以下的配电装置中；槽形导体机械强度好，载流量大，集肤效应系数较小，一般用于4000～8000A的配电装置中；管形导体集肤效应系数较小、机械强度高，用于8000A以上的大电流母线或要求电晕放电电压高的110kV及以上的配电装置中。

软导线常用的有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线和扩径导线，后者多用于330kV及以上输配电装置。

3．导体的布置方式

矩形导体的散热和机械强度与导体布置方式有关。三相系统平行布置时，若矩形导体的长边垂直布置（竖直），则散热较好、载流量大，但机械强度较低；若矩形导体的长边呈水平布置（平放），与前者相反。因此，导体的布置方式应根据载流量的大小、短路电流水平和配电装置的具体情况而定。

4.3.2 导体截面的选择与校验

导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。对年负荷利用小时数大（通常指Tmax＞5000h）、传输容量大、长度在20m以上的导体，如发电机、变压器的连接导体其截面一般按经济电流密度选择。而配电装置的汇流母线通常在正常运行方式下，传输容量不大，故可按长期工作电流选择。

1．按长期允许工作电流选择

汇流母线及长度在20m以下的导体等，一般按长期发热允许电流选择其截面，则

式中 Imax——导体的最大持续工作电流；

Ia1——对应于所选导体的长期发热允许最高温度θa1和额定环境温度θ0的长期允许电流；

K——实际环境温度为θ时的综合修正系数，不计日照等影响时。

2．按经济电流密度选择

按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低。不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数Tmax将有一个年计算费用最低的电流密度，称为经济电流密度J。导体的经济截面SJ为

式中 Imax——导体的最大持续工作电流，A；

J——经济电流密度，A/mm2；

SJ——导体的经济截面，mm2。

按经济电流密度选择的导体截面应尽量接近式（4-33）计算的经济截面积，当无合适规格的导体时，允许选用小于但接近经济截面的导体。按经济电流密度选择的导体截面还需要按式（4-32）进行长期发热条件校验，此时计算Imax需考虑过负荷和事故时转移过来的负荷。由于汇流母线各段工作电流大小不相同，且差别较大，故汇流母线不按经济电流密度选择截面。

3．电晕电压校验

导体的电晕放电会产生电能损耗、噪声、无线电干扰和金属腐蚀等不良影响。为了防止发生全面电晕，要求110kV及以上裸导体的电晕临界电压Ucr应大于其最高工作电压Umax，即Ucr＞Umax。

不进行电晕电压校验的最小导体型号及外径可从相关资料中获得。

4．热稳定校验

在校验导体热稳定时，若计及集肤效应系数Kf的影响，短路时负荷短时间快速变化，温度θ由θw升高到θk发热的计算公式可得到短路热稳定决定的导体最小截面Smin为

其中

式中 C——热稳定系数；

Qk——短路电流热效应，A2·s；

ρm——导体材料密度，kg/m3；

ρ0——0℃时导体的电阻率，Ω·m；

αt——导体电阻的温度系数，1/℃；

C0——0℃时导体比热容，J/（kg·℃）；

β——导体的比热容温度系数，1/℃。

5．硬导体的动稳定校验

固定在支柱绝缘子上的硬导体，在短路电流产生的电动力作用下会发生弯曲，承受很大的应力，可能使导体变形或折断。为了保证硬导体的动稳定，必须进行应力计算与校验。硬导体的动稳定校验条件为最大计算应力σmax不大于导体的最大允许应力σa1，即

硬导体的最大允许应力为：硬铝70×106Pa，硬铜140×106Pa。

由于相间距离较大，无论什么形状的导体和组合，计算单位长度导体所受相间电动力fph时，可不考虑形状的影响，其值为

式中 ish——三相短路冲击电流，A；

a——相间距离，m；

β——动态应力系数；

fph——单位长度导体所受相间电动力，N/m。

（1）每相为单条矩形导体母线的应力计算与校验。单条矩形导体最大相间计算应力σph为

式中 σph——单条矩形导体最大相间计算应力，N/m2；

M——最大弯矩，N·m；

L——支柱绝缘子跨距，m；

W——导体的截面系数，m3，即导体对垂直于电动力作用方向轴的抗弯矩，与导体尺寸和布置方式有关。

满足动稳定的条件为

不满足动稳定要求时，可以适当减小支柱绝缘子跨距L，重新计算应力σph。为了避免重复计算，常用绝缘子间最大允许跨距Lmax校验动稳定。令式（4-38）中的σmax=σph=σa1，得

只要支柱绝缘子跨距L≤Lmax，即可满足动稳定要求。为了避免导体因自重而过分弯曲，所选支柱绝缘子跨距L不得超过1.5～2m。

（2）每相为多条矩形导体母线的应力计算与校验。同相母线由多条矩形导体组成时，母线中最大机械应力由相间应力σph和同相条间应力σb叠加而成，则母线满足动稳定的条件为

多条矩形导体的相间计算应力σph与每相单条导体时的相同，按式（4-37）计算。条间应力σb为

其中

式中 Mb——边条导体所受弯矩，N·m；

W——导体的截面系数，m3，即导体对垂直于电动力作用方向轴的抗弯矩，与导体尺寸和布置方式有关。

4.3.3 电缆的选择与校验

电缆的基本结构包括导电芯、绝缘层、铅包（或铝包）和保护层几个部分。按其缆芯材料分为铜芯和铝芯两大类。按其采用的绝缘介质分油浸纸绝缘、塑料绝缘等。

电缆制造成本高，投资大，但是具有运行可靠、不易受外界影响、不需架设电杆、不占地面、不碍观瞻等优点。

1．按结构类型选择电缆（即选择电缆的型号）

根据电缆的用途、电缆敷设的方法和场所，选择电缆的芯数、芯线的材料、绝缘的种类、保护层的结构以及电缆的其他特征，最后确定电缆的型号。常用的电力电缆有油浸纸绝缘电缆、塑料绝缘电缆和橡胶电缆等。

2．按额定电压选择

电缆的额定电压UN可按其不低于敷设地点电网额定电压UNs的条件选择，即

3．电缆截面的选择

一般根据最大长期工作电流选择，但是对有些回路，如发电机、变压器回路，其年最大负荷利用小时数超过5000h，且长度超过20m时，应按经济电流密度来选择。

（1）按最大长期工作电流选择。电缆长期发热的允许电流Ial，应不小于所在回路的最大长期工作电流Imax，即

式中 Ial——相对于电缆允许温度和标准环境条件下导体长期允许电流；

K——综合修正系数。

（2）按经济电流密度选择。按经济电流密度选择电缆截面的方法与按经济电流密度选择母线截面的方法相同，即

按经济电流密度选出的电缆，还必须按最大长期工作电流校验。

按经济电流密度选出的电缆，还应决定经济合理的电缆根数，截面S≤150mm2时，其经济根数为一根。当截面大于150mm2时，其经济根数可按S/150决定。例如计算出Sec为200mm2，选择两根截面为120mm2的电缆为宜。

为了不损伤电缆的绝缘和保护层，电缆弯曲的曲率半径不应小于一定值（例如，三芯纸绝缘电缆的曲率半径不应小于电缆外径的15倍）。为此，一般避免采用芯线截面大于185mm2的电缆。

4．热稳定校验

电缆截面热稳定的校验方法与母线热稳定校验方法相同。满足热稳定要求的最小截面为

式中 tdz——短路切除时间，s；

I∞——短路电流周期分量的有效值，kA；

C——与电缆材料及允许发热有关的系数。

验算电缆热稳定的短路点按下列情况确定：

（1）单根无中间接头电缆，选电缆末端短路；长度小于200m的电缆，可选电缆首端短路。

（2）有中间接头的电缆，短路点选择在第一个中间接头处。

（3）无中间接头的并列连接电缆，短路点选在并列点后。

5．电压损失校验

正常运行时，电缆的电压损失应不大于额定电压的5%，即

式中 S——电缆截面，mm2；

ρ——电缆导体的电阻率，Ω·mm2/m，铝芯ρ=0.035Ω·mm2/m（50℃），铜芯ρ=0.0206Ω·mm2/m（50℃）。