低压电缆的电压损失和电压降

王国忠， 潘齐旺

(1.江苏通光强能输电线科技有限公司，江苏 海门226100;2.浙江省温州市电力局，浙江温州325028)

0 前言

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。将两种选择的截面比较，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。

在光纤复合低压电缆和铝合金电缆使用过程中，常有客户问到电缆线路的电压损失问题，也有客户提到线路的电压降。电缆线路的电压损失和电压降究竟是不是同一概念，两者都有什么规定呢?

笔者查阅了有关资料，没有找到关于电缆线路电压降的规定。关于电压损失，在GBJ 54—1983《低压配电装置及线路设计规范》的第二章第二节导体截面选择中规定:“……从变压器低压侧母线至用电设备受电端的线路电压损失，一般不超过用电设备额定电压的5%”［1］。1996年6月1日实施的GB 50054—1995《低压配电设计规范》，废止了原国家标准GBJ 54—1983，现在，GB 50054—1995又被GB 50054—2011所取代，然而，在1995年和2011年的GB 50054两版标准中，都没有像1983版的标准那样对电压损失作详细的规定。只是在GB 50054—2011标准的第3.2.2条，“选择导体截面，应符合下列规定”:“……线路电压损失应满足用电设备正常工作及启动时端电压的要求”［2］。目前，一般校验低压配电线路的电压损失，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 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 电压降和电压损失公式

参照文献［3］，电缆的电压降ΔU为:

式中:Ibe为导体电流(A);Z为电缆的阻抗为三相线路单位长度的电阻和感抗(Ω/km);l为线路长度(km)。

参照文献［4］表9-63给出的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(A·km)表示时，电压损失为:

式中:Δu%为线路电压损失百分数;Un为标称线电压(kV);l为线路长度(km);cosΦ为功率因数;R0、X0的意义同式(1)。

1.3 电压降和电压损失的关系

式(1)和式(2)有什么联系和区别呢?下面以低压电缆的电路图和矢量图来说明。

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，应乘以槡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

表1、表2分别是计算的1kV铝芯、铜芯交联聚乙烯绝缘电力电缆几个常用的规格用于三相380 V系统的线电压损失值和线电压降。这里用线电压损失值，以区别于通常讲的所谓“线电压损失”，即线电压损失百分数。

从表1和表2可以看出，在功率因数为0.9时，电压降比电压损失值略大，对于大的电缆规格，差值较小，但最大也不到9%。

3 结论

(1)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。

(2)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%。

(3)在功率因数为0.9时，对于常用规格的低压电缆，用电压降来估算电压损失，误差不大于9%。

表11 kV铝芯交联聚乙烯绝缘电力电缆用于三相380 V系统的线电压损失值、电压降及相差的百分数

表21 kV铜芯交联聚乙烯绝缘电力电缆用于三相380 V系统的线电压损失值、电压降及相差的百分数

［1］GBJ 54—1983 低压配电装置及线路设计规范［S］.

［2］GB 50054—2011 低压配电设计规范［S］.

［3］王春江主编.电线电缆手册·第1册［M］.北京:机械工业出版社，2001.

［4］中国航空工业规划设计研究院等编.工业与民用配电设计手册［M］.北京:中国电力出版社，2005:538-544.