浅析电缆的损耗和电压降

韩玉勋冯宇博

（国网河南登封市供电公司河南登封452470）

摘要：电力电缆在使用的过程中很多时候会出现电压降低，启动不了设备，电缆发烫等等现象，其实好多时候是因为电缆使用不当。当传输距离较远时，就应考虑电缆电压的“压降”问题。

关键词：电缆；损耗;电压降

根据以往的经验来选用电缆的占多数，在使用的过程中很多时候会出现电压降低，启动不了设备，电缆发烫，进而出现短路“放炮”等等现象，这些好多时候是因为电缆使用不当。对于动力装置，例如发电机、电动机、变压器等配置的电力电缆，当传输距离较远时，就应考虑电缆电压的“压降”问题，否则电缆采购、安装以后，方才发觉因未考虑压降，导致设备无法正常启动。

在刚刚开始施工的时候，大家在使用电源时，可能不会有电压低的感觉，因为那个时候负荷运行的太少。还有电力线路导体存在阻抗，阻抗又由电阻和电抗的组成，而输电线路作用的电抗主要是感抗。所以电压降的计算，只考虑到电阻是不全面的（有的电压降计算是用公式U降=IR）。而且交流电路因为线路上使用的大量的电感性负载的存在，像交流电动机功率因数会在0.85以上，电焊机的功率因数太低，只有0.6左右。正因为这些，所以不管导体采用哪种材料（铜，铝）都会造成线路一定的电压降和功率损耗。

1.电缆电压降

计算电压降公式U降=√3I(RcosΦ+XsinΦ)

U降---线电压压降I—是负荷的线电流cosΦ---负荷功率因数

X---线路的电抗R---线路电阻R=ρ×L/S

其中：ρ—导体电阻率，铜芯电缆用0.0175代入，铝导体用0.0283代入这个电阻率是常温200C来计算，但是随着温度的升高（环境温度和电流变大导体也会发热），电阻也会发生变化。而且现在的电缆截面大多要比标称的要小些，还有我们使用的电缆如果是绞线，实际的长度要比导线长度的要长2%--3%，综合因素很多。这里以此数据估算，要比实际损耗偏小点，即选择电缆的线径或是长度要留有适当的裕度。

L—线路长度，用“米”代入S—电缆的标称截面（mm2）

X电抗的数据需要是电缆厂家提供，我们用的低压电缆（380V/220v）以0.06*10-3Ω/M来估算

比如说，其中一个项目配电箱计算好负荷大小之后，就要求选用电缆。如果负荷是400A，根据电缆载流量表，我们可以选用铜芯电缆3*185+2*95的电缆，若是选用铝芯电缆则需要3*240+2*120，即选用铝芯电缆要比铜芯电缆大一个型号。如果我们用的负荷额定电压是380V，变压器空载电压（选用在中间档位）是400V。现在选用是铝芯电缆，线路长度以1000米来计算，在满负荷运行的情况下（满足高峰期施工），则线路末端的电压降：（平均功率因数以0.8估算）

U降=√3I(RcosΦ+XsinΦ)

=√3*400*（0.0283*1000*0.8/240+0.06*10-3*1000*0.6）≈90.27，可见配电箱端电压是400-90.27=309.27V，根本是满足不了负载使用要求。如果要求线路电压在5%内上下浮动，即线路末端电压是380-380*5%=361V，则线路压降是400—361=39V，根据以上公式，

即U降=√3I(RcosΦ+XsinΦ)=√3I(ρ*cosΦ*L/S+0.06*10-3*L*sinΦ),则可知L=U降/√3I*（ρ*cosΦ/s+0.06*10-3*sinΦ）

=39/√3*400*(0.0283*0.8/240+0.06*10-3*0.6)≈432米即电缆在432米以内，电压降≧39V，满足361V电压的要求。

2.电缆的损耗

在三相四线路输送线路中，三相平衡时线路损耗较小，相反三相电流不平衡时会使线损增大。因为在三相负载均衡的情况下，中性线电流基本是零，零线上的损耗基本上就会很小。其实电力电缆的损耗计算，还要考虑集肤效应和邻近效应的影响。当然还有电缆的阻值也会随着负荷的增多，温度升高，电阻变大。三相四线电缆线路有功损耗（当然还有无功损耗）计算如下：

P损=3I2R+I02R0

I—线电流R—每相电阻I0—零线电流R0---零线电阻

上述公式，当线路负荷不均等时，也可以分相来计算。

还以上述数据例子，通过选用电缆的长短和不同材质电缆的几种情况来分析线路的损耗：

1）I--线路均等线电流400A(简化计算，设三相负荷平衡，I0=0)，选用电缆长度L=250米的铝芯电缆3*240+2*120，则线损P铝损=3I2R+I02R0=3*4002*0.0283*250/240≈14.15KW①。改用电缆长度400米，P铝损=3I2R+I02R0=3*4002*0.0283*400/240≈22.64KW②

以此项目使用时间一年，每天10小时，每度1元来计算，则长度400米比250米的损耗增加是365*10*(22.64-14.15)*1≈3.1万元。

2）将以上事例中的电缆改用铜芯的，其他数据不变，比较损耗的变化。

即P铜损=3I2R+I02R=3*4002*0.0175*250/240≈8.75KW③再将电缆长度变为400米，则P铜损=3I2R+I02R=3*4002*0.0175*400/240≈14KW④

计算使用铜质电缆一年的损耗量（14-8.75）*365*10*1≈1.9万元。

3）若是使用电缆长度不变，观察使用材质不同时一年的电费差别：

250米时：（○

1-○

3）*365*10*1≈2.1万元，

400米时：（○

2-○

4）*365*10*1≈3.2万元

而实际消耗的有功功率P=√3UIcosΦ=1.732*0.38*400*0.8=210.61KW

一年使用电费：210.61*365*10*1≈76.9万元

3.结束语

其实现场电缆线路使用和分布的情况错综复杂，远远不止于一条线路（线路愈多，损耗越多，而固有消耗的功率是不变的），多个几条线路损耗就可能会很多。可见电缆越长、电缆越小（电阻大），负荷越多（电流大），压降和损耗都会增大很多。