摘要：低压380V配电系统中，合理选择配电变压器低压侧出线电缆的最小截面，满足热稳定要求，使得出线电缆在变压器低压三相短路电流故障情况下，不至于因过流而损坏。合理选择配电变压器出线电缆截面，防止选择过大，以取得良好的经济效益。
关键词：低压380V；配电变压器；电缆出线；电缆热稳定性
一、 引言
在日常的电缆选用过程中，经常遇到如何更合理的选择变压器低压侧出线电缆截面的问题。若已知负荷情况，按照发热条件选择电缆截面，可能会出现所选的电缆截面积过小问题。《低压配电设计规范》GB50054-2011第3.2.2条选择导体截面中规定，导体应满足动稳定与热稳定的要求，《电力工程电缆设计标准》GB50217-2018，第3.6.7条，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，并应按照本标准附录 E 的规定计算，并且该公式与《工业与民用供配电设计手册》第四版，11.2.3.2中公式11.2-4原理一致。
附录E中，按短路热稳定条件计算电缆导体允许最小截面的方法，E.1固体绝缘电缆导体允许最小截面，E.1.1电缆导体允许最小截面应按公式：
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（1）
式中：S：电缆导体截面（mm²）
C：计算系数；取决于导体材料的电阻率、温度系数和热容量以及短路时初始和最终温度。
Q：短路电流的热效应（KA²•S）
按照上述规范的规定，选择变压器出线电缆除考虑负荷情况，还要满足短路热稳定的要求，并列出了计算热稳定的公式，需要说明的是，此公式适用于短路持续时间不超过5s的短路，而对于持续时间小于0.1s的短路，应该计入短路电流非周期分量对热作用的影响。
二、 选择短路电流值
配电变压器的低压侧母线短路故障时，故障电流并未流过低压侧电缆，但对于长度小于200m的低压电缆，仍然可以按照短路电流发生在首端进行热稳定选择校验，短路点选择在电缆的首端，通过电缆回路电流达最大值。
1、短路电流计算：短路前三相系统是正常运行情况下的接线方式，不考虑仅在切换过程中短时出线的接线方式。设定短路线路各元件的磁路系统为不饱和状态，即认为这个元件的感抗为一常数。在短路持续时间内，短路相数不变。具有分接开关的变压器，其开关位置视为在主开关位置。用电单位的电源一般来自地区大中型电力系统，配电用的变压器容量远小于系统的容量，因此短路电流可按照远离发电机，即无限大电源容量的网络短路进行计算，短路电流周期分量不衰减。
2、选择短路电流计算条件：系统接线应采用正常运行方式。短路点选取在通过电缆回路最大短路电流发生处。按三相短路和单相接地短路计算，取最大值。短路电流的作用时间取保护动作时间与断路器开断时间之和。
3、当短路保护电器为断路器时，被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。
4、短路计算时要求计入短路电路各元件的有效电阻。计算有效电阻时，导体计算的温度取20℃；若短路点计算得到的单相短路电流较三相短路电流大，应取单相短路电流值。在计算有效电阻时，假设的计算温度要比计算三相最大短路电流时，导体的计算温度提高些，电阻值要增大，其值在计算时取20℃时计算电阻的1.5倍。
按照我国的低压系统的允许电压偏差，计算三相短路电流时，计算电压cUn取电压系数c=1.05，计算单相接地故障电流时，c=1.0。
低压网络的三相起始短路电流交流分量有效值按照以下公式计算：
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（2）
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式中：Un：网络标称电压（V），220/380V网络为380V；
c：电压系数
ZK、RK、XK：短路电路总阻抗、总电阻、总电抗（mΩ）
Rs、Xs：变压器高压侧系统的电阻、电抗（mΩ），归算到低压侧
RT、XT：变压器的电阻、电抗（mΩ）
Rm、Xm：变压器低压侧母线段的电阻、电抗（mΩ）
I”：三相短路电流的初始值。
该公式即是求低压侧三相短路时的短路电流交流分量值，配电用的变压器容量远小于电源侧的系统容量，短路电流视为远离发电机端，短路电流周期分量不衰减，在满足变压器阻抗值不小于电源侧系统阻抗值的2倍条件下，该交流分量不会衰减。
举例说明：变压器容量为630kVA，10kV高压侧系统短路容量为100MVA，查阅《工业与民用配电设计手册》第四版表4.3-2，S11系列10/0.4kV变压器低压侧短路电流值，忽略母线阻抗，三相短路电路总计算电阻取2.77mΩ，计算总电抗取12.42mΩ，带入公式（2）求得三相短路电流为：
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计算单相接地短路时，提出了序阻抗和相保阻抗的概念，短路电流交流分量初始值按照以下公式计算：
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（3）
式中：
Un：网络标称电压（V），220/380V网络为380V；
c：电压系数，取1.0；
Rphp、Xphp：短路电路相保电阻、相保电抗（mΩ）
举例说明：变压器容量为630kVA，10kV高压侧系统短路容量为100MVA，单相接地相保计算电阻取2.72mΩ，计算电抗取11.64mΩ，带入公式（3）求得单相接地短路电流为：.png)
三、电缆截面最小值的选择
1、不考虑开关限流作用
不考虑开关的限流作用，变压器容量取800kVA，单相接地短路电流取26.66kA，短路电流持续时间t=0.1s，低压侧电缆型号为交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆，查《工业与民用供配电设计手册》，表11.2-2，C=143，带入公式得：
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显然，若照此选择电缆，当所带负荷很小时，电缆截面积选取的过大。
2、使用限流断路器，校验电缆热稳定
对于持续时间小于0.1s范围内的短路，此时应计入非周期分量的影响，保证保护电气分断短路电流前，导体承受包括非周期短路电流在内的短路电流的作用。在这种情况下，公式如下：
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（4）
式中：k：计算系数；
S：导体截面积，（mm2）
I2t：保护电器允许通过的能量值，由产品标准或制造厂提供。
由于配电变压器的容量大，短路持续时间若小于0.1s，低压侧出线电缆需要按照公式（4）校验。使用该公式是因为发生短路时，若短路持续时间很短（小于0.1s），保护电器断开短路电流的时间不容易确定，公式（1）不再适用。这时候按照公式（4）计算，先查曲线，找到限流开关的允通能量，要求电缆承受的热量大于等于该能量值，即可算出满足热效应的电缆截面。
参考文献
[1]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用供配电设计手册[M]. 第4版.北京：中国计划出版社，2016.
[2]中机中电设计研究院有限公司GB50054-2011低压配电设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012
[3]中国电力企业联合会中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司GB50217-2018电力工程电缆设计规范[S].北京：中国计划出版社，2018
论文作者:刘明智
论文发表刊物:《电力设备》2019年第24期
论文发表时间:2020/5/6