4 电流与导体的材料及截面积的关系

电力线选型的计算方法

——根据欧姆定律，直流供电回路中，某段电力线上的直流压降为

——式中：U——电力线上的压降（V）

—————I——流过电力线的电流（A）

—————R——电力线的直流电阻（Ω）

—————ρ——电力线的电阻率（Ω.mm2／m）

—————L——电力线的长度（m）

—————S——电力线的截面面积（mm2）

—————γ——电力线的电导率（m／Ω.mm2））

——在通信电源设备安装工程设计中，直流供电回路的总压降ΔU总可表示为

式中：

——ΔUi——电池到通信设备全程中各压降段的电压值（V）

——Si——电力线的截面积（mm2）

——从式（2）中可以看出，ΔUi和Si都是未知数，只要确定其中一个值就可以算出另一个值；传统的方法都是先计算ΔUi值，然后计算出Si值，并检验其合理性。本文是借助计算机，将各压降段上所有可供选择的电力线（含并接）的压降都计算出来，按如下约束条件来筛选出符合条件的电力线。

——约束条件为

式中：

——I’——电力线允许的最大载流量（A）

————直流供电回路所允许的最大全程压降（V）

——ζ——允许的最大全程压降的安全冗余（V），取0.1V～0.2V

——Ui——蓄电池到直流屏段的线缆压降（V)

——需要说明的是，电力线的标称截面积有：10、16、25、35、50、70、95、120、150，185、200、240、250、300mm214种，由上述14种电缆并接而得到的常用截面积还有：370（2×185）、400（2×200）、480（2×240）、500（2×250）、600（2×300）、720（3×240）、750（3×250）、800（4×200）、900（3×300）960（4×240）、1000（4×250）、1200（4×300）、1250（5×250）、1500（5×300）、1800mm2（6×300mm2）。此外，式（3）中的约束条件U1＜l是工程实际经验得出的结果，主要是为了在计算机进行动态压降分配时，不会出现蓄电池到直流屏段的线缆压降风偏大，而直流屏后的线缆压降偏小的情况（该情况会出现在直流屏后线缆的电流矩大于蓄电池到直流屏段线缆的电流矩时），这会给今后的扩容工程的电力线选择带来很大麻烦。经上述三个约束条件筛选后，可供选择的线缆组合己大大减少了，根据式（4）计算出各组合的金属用量，选取金属用量最少的一组合即为较理想的电力线选配结果。这种用离散的数据来计算最小金属用量，与传统的利用连续函数求导来计算最小金属用量相比，不仅方便编程，而且计算量也小。

式中：

——M——金属用量（kg）

——Li——电力线的长度（mm）

——d——金属的密度（kg／mm3）

——从实际应用这个角度出发，并非金属用量最小的就一定是最佳的选配方案，所以在选配直流电力线时除应该考虑施工及备料的方便程度等因素外，还应遵循如下原则：

——①在金属用量差不太大的情况下，尽量减少选配直流电力线的种类。

——②选易购买的铜接线端子。常见的DT系列铜接线端子的型号有：DT－10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240、300、40013种。

——③若厂家配有通信设备专用配电柜和直流电力线，则工程设计时应预留0.5V～0.7V的压降给专用配电柜后的电力线。

——总之，上述计算方法的特点在于直接利用标称截面积值（包括并接）进行计算，以最小金属用量等原则作为判决条件，对各段压降进行动态分配，方便了计算机查找和选择。程序流程图见图1。

电力线载流量的计算

——从式（3）可以看出，I’的确定是非常重要的，它直接关系到计算机选择的正确性。I’的计算主要包含以下两个方面的问题：

——（1）各标称截面积的电力线所对应的载流量的计算。

——（2）并接使用电力线的载流量的计算。

——对于第一个问题，根据厂家提供的一些标称截面积电力线的载流量数据，采用曲线拟合的方法，用公式表示出载流量I’和截面积S的关系，具体算法过程可参阅参考文献[2]的第九章。图2给出了根据厂家提供的载流量数据（35℃）绘出的散点分布关系曲线；图3是用回归分析法拟合出的曲线；图4是两曲线的比较图。拟合曲线的方程式为

——为了保证设计的安全性，还必须对式（5）进行调整，以确保计算出的电力线载流量有一定的安全冗余。可将式（5）变为

式中：

——k1——安全系数（0.75＜k1＜1）

——对于第二个问题，借助计算机可以非常方便地计算出并联使用电力线的载流量，其计算公式只需对式（6）做进一步调整。

式中：

——K2——并列敷设情况下的温度校正系数

——x——单根电力线的截面