低压电缆的电压损失和电压降

高 飞

内蒙古自治区产品质量检验研究院

低压电缆的电压损失和电压降

高 飞

内蒙古自治区产品质量检验研究院

低压电网配电在设计选择电缆规格过程中，应考虑电缆通过负载电流时，导体温度不超过绝缘所允许的长期工作温度，即应按温升选择导体截面；并且，经济寿命期内费用最少，即初始投资和经济寿命期内线路损耗费用之和最少，也就是所谓的按经济电流选择导体截面。将两种截面比较，取大者。然后，再根据电缆线路的长短，校验电压损失是否超过规定值。

低压电缆；电压损失；电压降

1 电压降和电压损失

1.1 电压降和电压损失概念

在交流供电系统中，电缆线路存在阻抗。阻抗由电阻、电抗构成。电流通过阻抗时，在阻抗的两端产生的电压差称为电压降。电缆电压损失是指线路始端电压经线路传输后，线路对其的损失或影响大小，是线路两端电压的数值差，常用其同额定电压相比的百分数来表示。低压电缆线路，由于电压低，线路短，电容电流可以忽略，所以，电抗可以只考虑感抗，而中压电缆则不同，还必须考虑电容电流，即容抗的大小。

1.2 电压损失原理

低压配电系统电缆的电压损失是由电缆的阻抗等原因引起的。阻抗是表示电路电性能的物理量，由电缆线路的构造、材质及环境温度等多方面因素所决定，包括电阻、感抗、容抗三个部分，其公式为：

Z=R+j(XL-XC)

其中，R代表电阻，XL代表感抗，XC代表容抗，(XL-XC)代表电抗。

在电流通过电缆线路时，由于阻抗对电流所产生的阻碍作用，一部分电能以热能的形式损耗掉，同时线路的起始点与终端点之间会产生相应的电势差，这个电势差即为该条电缆线路的电压损失。

1.3 电压损失计算公式

线路电压损失的计算公式，其中“三相平衡负荷线路”，终端负荷用电流矩IL(A·km)表示时，线电压损失为：

式中：Δu为线电压损失百分数(%);Un为标称线电压(kV);Ibe为负荷计算电流(A);L为线路长度(km);cosφ为功率因数;R0、X0为三相线路单位长度的电阻和感抗(Ω/km)。根据参考文献：，单位长度电缆的相电压损失值ΔUφ(V)为：

ΔUφ(V)为：

式(2)为相电压损失值，要换算成线电压损失值，应乘以√3。

1.4 电压降和电压损失的关系

长度为l的电缆在三相电流系统中，以电流I(其有效值设为Ibe) (A)工作的一根绝缘线芯，其单位长度有效电阻为R0(Ω/km)和单位长度感抗为X0(Ω/km)。图1是其单相电缆线路的等效电路图。电缆线路的始端电压为Uae，终端电压为Ube。

图1 低压电缆的一相等效电路图

在水平方向作终端电压Ube相量，设其初相为零，作为参考相量。因低压电缆的电容充电电流可忽略，电缆呈感性负荷，电流滞后电压，Φ为电压Ube与负荷电流I的相位差，cosΦ即为负荷的功率因数。电缆有效电阻R0上的两端的电压UR与电流同相，而电抗X两端的电压UL超前电流90°。如图2所示。

图2 三相线路中的一相电压电流矢量图

由图2可知，电压降ΔU=Uae-Ube=UR+UL，而UR=IR0，UL=I·jX0，故，ΔU=I(R0+jX0)，用有效值表示，则单位长度的电压降ΔU为：

将式(3)换算到l(km)长度的线路电压降即为式(1)。

从图2可以看出，电压损失即是电缆的始端电压矢量投影到终端电压矢量上后，终端电压比始端电压的减小量，即图中的BD线段。

由于BD=BC+CD而BC=Ibe·R0·cosΦ，CD=Ibe·X0·sinΦ故电压损失值ΔUф为：

式(3)和式(4)均为每相的电压降和电压损失值，要换算成线电压降和线电压损失值，应乘以√3。将式(4)换算到线电压损失值，再同额定线电压比，并乘以100%，即为线电压损失百分数的式(2)。

2 计算实例

我们以4芯等截面的铝合金电缆为例，将埋地敷设和在空气中敷设时的额定载流量作为负荷最大允许电流，当线电压损失不大于5%时，计算得出最大的允许输电距离见表1。

从表1可以看出，在额定载流量、电压损失不大于5%时，各个规格允许的最大供电距离不一样，空气中最大供电距离158m，埋地敷设约246m。在供电半径分别为100m、200m、300m、400m、500m，线电压损失仍为不大于5%时，计算得最大允许的传输电流，见表2。从表1和表2可知，最大供电半径为500m的说法在没有前提条件时，是不正确的。

从表2可以看出，YJLHV-0.6/14×400电缆在供电500m时，要使线电压损失不大于5%，最大的传输电流只有178A，根本满足不了传输450A的要求;如果传输电流满负荷(450A)时、供电半径仍为500m，则电压损失达到了12.6%;如果传输电流满负荷(450A)时、线电压损失不大于5%，则供电半径只有198m。故建议他们重新修改线路设计方案。

表1 额定载流量时最大允许供电半径

表2 一定供电半径时最大允许电流

结语

电压损失和电压降不是同一概念，电缆电压损失是指线路始端电压经线路传输后，线路对其的损失或影响大小，是线路两端电压的数值差，常用其同额定电压相比的百分数来表示。它的大小除和电缆的物理特性、传输的电流大小、线路长度相关外，还和功率因数有关。而电压降是指在交流电经电缆传输后在其两端产生的电压差，是电压的矢量差，其模的大小只和电缆的物理特性、传输的电流大小、线路长度相关，和功率因数大小无关。通常说的电压损失指的是电压损失的百分数。校验低压配电线路时，一般都按不超过5%为原则，对视觉要求较高的照明电路，则要求不超过2%～3%。

[1]赵德贵.按电压损失校验中低压电缆的截面[J].供用电，2009.

[2]何琳.低压配电系统中按电压损失校验的电缆最小截面探讨[J].化工设计，2011.