电力电缆的“压降”计算及原因分析

前言

　　对于动力装置，例如发电机、变压器等配置的电力电缆，当传输距离较远时，例如900m，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，而因此造成工程损失。但是如何正确计算电力电缆的压降，却是一个现实的问题；另外，在实际工作中，也遇到过因电缆敷设不当而造成电缆压降超出许可范围的案例。

　　一.电力线路为何会产生“电压降”？

　　　　电力线路的电压降是因为导体存在电阻。正因为此，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损耗，而这种损耗（压降）不大于本身电压的5%时一般是不会对线路的电力驱动产生后果的。例如380V的线路，如果电压降为19V，也即电路电压不低于361V，就不会有很大的问题。当然我们是希望这种压力降越小越好。因为压力间本身是一种电力损耗，虽然是不可避免，但我们总希望压力降是处于一个可接受的范围内。

　　二.在哪些场合需要考虑电压降?

　　一般来说，线路长度不很长的场合，由于电压降非常有限，往往可以忽略“压降”的问题，例如线路只有几十米。但是，在一些较长的电力线路上，有些用户在电力线路配置问题上往往只是很在意如何选用电缆（型号，规格），而往往忽略、忽视了电缆压降的问题。一旦电缆敷设后在启动设备时方才发现：或因电压太低，根本启动不了设备；或设备虽能启动，但处于低电压运行状态。而到这种情况出现时就会显得非常被动。那么在哪些情况下需要事先考虑电压降的问题呢？

　　首先，较长电力线路需要考虑压降的问题。所谓“长线路”一般是指电缆线路大于500米。其次，对电压精度要求较高的场合也要考虑压降。例如，有些电力设备对电压有要求，当压降超过了设备许可范围，设备就无法启动。还有就是电缆用于驱动重要的机械设备，当电压低于某一数值时，设备虽仍可运转，但因是处于“低电压”状态，时间长了会损坏设备。如果设备价格昂贵，或者设备损坏后会造成较大经济损失时，就必须事先关注压降的问题。  

三.如何计算电力线路的压降？

一般来说，计算线路的压降并不复杂，可按以下步骤：
1. 计算线路电流I
公式：I= P/1.732×U×cosθ
其中： P—功率，用“千瓦” U—电压，单位kV cosθ—功率因素，用0.8～0.85
2 .计算线路电阻R
公式：R=ρ×L/S
其中： ρ—导体电阻率，铜芯电缆用0.01740代入，铝导体用0.0283代入
L—线路长度，用“米”代入
S—电缆的标称截面
3.计算线路压降
公式：ΔU=I×R
举例说明：
某电力线路长度为600m，电机功率90kW，工作电压380v，电缆是70mm2铜芯电缆，试求电压降。

解：先求线路电流I
I=P/1.732×U×cosθ=90÷（1.732×0.380×0.85）=161(A)
再求线路电阻R
R=ρ×L/S=0.01740×600÷70=0.149(Ω)
现在可以求线路压降了：
ΔU=I×R =161×0.149=23.99（V）
由于ΔU=23.99V，已经超出电压380V的5%（23.99÷380=6.3%），因此无法满足电压的要求。
解决方案：增大电缆截面或缩短线路长度。读者可以自行计算验正。

　　四.电力线路压降超大的种种原因

　　在电力线路的设计中，明明压降没有超出5%，但为何电缆敷设后会出现压降过大、乃至无法正常启动设备呢？从上面的计算过程中，我们不难发现：电缆截面过小或线路过长都会造成线路压降超大。除此之外，还有没有其它的原因呢？

　　1. 电缆安装过程中或其后，电缆受到外力破坏，绝缘受损，但还不至于立马就造成短路的状态。

　　在这种情况下，因存在“漏电流”现象，线路电压自然受到损失，就好比一根自来水管出现破损，远端的水压显然是下降的；破洞越大，水压下降也越大。要验证是否存在这种情况，验证的方法很简单：测量电缆线芯的绝缘状况。若发现此时的绝缘水平较之安装之前有确认的下降，那么原因也就找到了。真的验证了绝缘水平有所下降，此时的问题就不是“压降”了，而是要想方设法找到电缆受损位置进行处理，不然会因电缆绝缘缺陷的扩大，早晚就会造成电缆“短路”的后果。在笔者实践中就有这样的例子。

　　2. 另一种原因是，电缆敷设后，因余留较多，在靠近开关柜处将余留电缆收成小圆圈所造成。这是笔者亲身经历的一个案例。

　　某台资企业生产一种汽车部件，其加工过程对于环境温度、湿度要求较高，于是生产车间里专门有排气、送湿的空调系统。动力电缆选用4芯240平方铜芯电缆（VV22 0.6/1kV 4×240mm2）。到达现场了解情况。到现场了解到该电力电缆线路长度约420米，单台空调负载为60kW，厂方使用6台这样的大功率空调装置，共配备了二条上述电缆，也即“一拖三”。现场测得变压器输出电压接近400V，但终端电压只有320～340V，根本无法启动空调：不要说拖动3台，就是一台空调也启动不了，生产处于停顿。根据这样的线索，现场计算压降无论如何不会超过3%那么问题出在哪里呢？

　　首先，电缆线路上有很长一段是埋在水泥地下的，会不会是在敷设过程中电缆局部受损，绝缘有所下降造成的呢？经现场测定，电缆绝缘情况良好。于是就排除了这种可能。至此，问题仍未得到解决，这次主要是沿电缆420米路径查看线路情况。由于电缆很大部分是直埋在地下的，我们能看到的只是电缆的变压器始端和开关柜终端。先是查看变压器房，没有发现异常。但接下来来到配电房开关柜处，终于找到问题的症结了：由于电缆采购的长度留有充分余地，电缆敷设后余留有十多米，厂方不舍得截去，就将多余的电缆全部打成直径约1m不到的“圈”，这“圈”就是造成电压降的“罪魁祸首”！因为电缆被过分弯曲后，造成电流事实上的“阻力”（这也是所有电力电缆都规定了最小弯曲半径的道理）。有了这种判断后，要求厂方采取措施“松结”，给电缆“松绑”。厂方也接受了我们的建议。二天后，我们再到现场时，空调已全部能正常工作了，车间恢复了生产。

　　从上面的例子中，我们可以发现，不当的敷设方法也会造成线路“异常压降”。