电气线路安全条件
家用配电箱
电气线路应满足供电可靠性的要求及经济指标的要求，应满足维护管理方便的要求，还必须满足各项安全要求。本节土要介绍安全要求。应当指出，这些要求对于保证电气线路运行的可靠性及其他要求在不同程度上也很有效。
一、 导电能力
导线的导电能力应符合发热、电压损失和短路电流等三方面的要求。
1、发热
各种导线的最高运行温度都有一定的限制。对于裸线，为防止接头氧化，最高运行温度为70℃；对于橡皮绝缘导线和塑料绝缘导线，为防止绝缘老化，最高运行温度分别为65℃和70℃；对于电缆，为防止绝缘老化，防止热胀冷缩形成气泡，1KV及其以下的铅包或铝包电缆最高运行温度为80℃，聚氯乙烯电缆的最高运行温度为65℃。
根据稳定状态下发热与散热相平衡的原则，可求得导线的安全载流量（许用电流）I为
式中，K为散热系数，W/cm2·℃；F表示散热面积，cm2；和分别是环境温度和导线温度，℃；为导线温度为时的电阻。
由于散热系数难以确定，上式往往不能用于实际计算。
导线的安全载流量决定于导线截面、导线材料、绝缘材料、环境温度、安装方式等因素。常用导线的安全载流量见教材P115-P119。如环境温度不同于规定的数值，则安全系数应按下式修正：
式中，表示实际环境温度，℃。
2、电压损失
为了保证用电设备正常工作，动力线路的电压损失不得招过5%，照明线路不得超过8%-10%。
（1）电压损失计算
对于图1所示的简单线路，相电压损失为
式中，为该相有功功率；为该相无功功率；r为线路电阻；x为线路电抗；为负载端功率因数角。
线电压损失为
式中，表示负载端额定线电压；表示三相有功功率；表示三相无功功率。
对于图2所示的多段线路，电压损失按叠加原理计算，即
经过展开和整理，可求得电压损失为
电压损失值通常用相对值，即用表示。应用上式可得
如果导线截面是均匀的，即有（和为单位长度导线的电阻和电抗），则电压损失可按下式计算：
（2）按允许电压损失计算导线的截面积
线路电压损失看作电阻上的电压损失和两部分之和，即
显然
因为，所以除决定于有功功率、线路长度等因素外，还决定于导线材料和截面积。对于铜线和铝线，与导线截面积关系不大，而且有一定的范围。如明设圆导线的，多在0.3-0.4之间；矩形截面导体的，多在0.2左右；低压电缆的，多在0.050-0.084之间等。因此，在无功功率和线路长度确定的情况下，可视为已知数。
如给定允许的电压损失，对于同一截面的线路，根据，可求得导线的截面积为
对于两段相同材料、不同截面的导线，应有
因为
可求得
那么，全部导线所好用有色金属的体积为
将上式对取导，并令，可得
应用这一关系，可求得
显然， 和都可以求出。
对于一般情况，即对于多段不同截面的导线，可求得第i段和第h段的截面积分别为
3、短路电流
导线的截面应能承受电流的热效应而不致破坏，即保持足够的热稳定性。为此，导线最小截面积为
式中，为导线芯线最小截面积，mm2；I为短路电流有效值，A；t为短路电流可能持续的时间，s；K表示计算系数，按下表确定。
二、 线路绝缘
线路绝缘应满足防电击、防火、耐腐蚀、耐机械损伤等要求，详见下面介绍。
三、机械强度
导线的机械强度应当满足承受自重、温度变化的热应力、短路时的电磁作用力以及风雪、覆冰产生的应力。按照机械强度的要求，低压架空导线的最小截面积如表2所示。低压配电导线的最小截面积如表3所示。
四、线路间距
线路和导线间距应满足防碰撞、防短路、便于操作等的要求，详见下面介绍。
五、线路防护
各种线路对酸、碱、盐、温度、湿度、灰尘】火灾和爆炸等外界因素应有足够的防护能力。为此，不同环境中导线和电缆及其敷设方式的选用可按表4进行。
由上表可知，特别是潮湿环境应采用硬塑料配线或针式绝缘子配线，高温环境应采用电缆管或焊接钢管配线、针式绝缘子配线，多尘（非爆炸性粉尘）环境应采用各种管配线，腐蚀性环境应采用硬塑料管配线，火灾危险环境应采用电线管或焊接钢管配线，爆炸危险环境应采用焊接钢管配线等。
六、导线连接
导线的接头是电气线路的薄弱环节，接头常常是发生故障的地方。接头接触不良或松脱会增大接触电阻，使接头过热而烧毁绝缘，还可能产生火花。严重的会酿成火灾或触电事故。因此，接头务必牢靠、紧密、接头的机械强度不应低于导线机械强度的80%；接头的绝缘强度不应低于导线的绝缘强度；接头部位的电阻不得大于原线段电阻的1.2倍。工作中，应当尽可能减少导线的接头，接头过多的导线不宜使用。对于可移动线路的接头，更应当特别注意。
特别是铜导体与铝导体的连接，如果没有采用铜铝过渡段，经过一段时间使用之后，很容易松动。松动的原因如下：
第一、铝导体在空气中数秒钟之内即能形成厚3-6微米的高电阻氧化膜。氧化膜将大幅度提高接触电阻，使连接部位发热，产生危险温度。接触电阻过大还造成回路阻抗增加，减小短路电流，延长短路保护装置的动作时间，甚至阻碍短路保护装置动作。
第二、铜和铝的线膨胀系数不同，铜的线膨胀系数为16.8×10-6℃-1，铝的线胀系数为23.2×10-6℃-1，即铝的线胀系数较铜的大36%，发热时使铝端子增大而本身受到挤压，冷却后不能完全复原。经多次反复后，连接处逐渐松弛，接触电阻增加；如连接处出现微小裂缝，则遇空气进入，将导致导体表面氧化，接触电阻大大增加；如连接处的缝隙进入水分，将导致铝导体电化学腐蚀，接触状态将急剧恶化。
第三、由于铜和铝的化学活性不同，因此；当有水分进入铜、铝之间的缝隙时，将发生点解，使铝导体腐蚀，必然导致接触状态迅速恶化。
第四、当温度超过75℃，且持续时间较长时，聚氯乙烯绝缘将分级处氯化氢气体。这种气体对铝导体有腐蚀作用，从而增大接触电阻。
正因为如此，在潮湿场所、户外及安全要求高的场所，铝导体与铜导体不能直接连接，必须采用铜铝过渡段。对运行中的铜铝接头，应注意检和加固。
七、线路管理
电气线路应备有必要的资料和文件，如施工图、实验记录等。还应建立巡视、检查、清扫、维修等制度。
对临时线应建立相应的管理制度。例如，安装临时线应有申请、审批手续，临时线应有专人负责管理，应有明确的使用地点和使用期限等。装设临时线必须首先考虑安全问题，应满足基本安全要求。例如，移动式三相临时线必须采用四芯橡套软线，单相临时线必须采用三芯橡套软线，长度一般不超过10m。临时架空线离地面高度不得低于4-5m，离建筑物和树木的距离不得小于2m，长度一般不超过500m，必要的部位应采取屏护措施等。
导线的导电能力应符合发热、电压损失和短路电流等三方面的要求。
1、发热
各种导线的最高运行温度都有一定的限制。对于裸线，为防止接头氧化，最高运行温度为70℃；对于橡皮绝缘导线和塑料绝缘导线，为防止绝缘老化，最高运行温度分别为65℃和70℃；对于电缆，为防止绝缘老化，防止热胀冷缩形成气泡，1KV及其以下的铅包或铝包电缆最高运行温度为80℃，聚氯乙烯电缆的最高运行温度为65℃。
根据稳定状态下发热与散热相平衡的原则，可求得导线的安全载流量（许用电流）I为
式中，K为散热系数，W/cm2·℃；F表示散热面积，cm2；和分别是环境温度和导线温度，℃；为导线温度为时的电阻。
由于散热系数难以确定，上式往往不能用于实际计算。
导线的安全载流量决定于导线截面、导线材料、绝缘材料、环境温度、安装方式等因素。常用导线的安全载流量见教材P115-P119。如环境温度不同于规定的数值，则安全系数应按下式修正：
式中，表示实际环境温度，℃。
2、电压损失
为了保证用电设备正常工作，动力线路的电压损失不得招过5%，照明线路不得超过8%-10%。
（1）电压损失计算
| 图1 简单线路电压损失计算 （a）电路图 （b）相量图 |
式中，为该相有功功率；为该相无功功率；r为线路电阻；x为线路电抗；为负载端功率因数角。
线电压损失为
式中，表示负载端额定线电压；表示三相有功功率；表示三相无功功率。
| 图2 分段线路电压损失计算 |
经过展开和整理，可求得电压损失为
电压损失值通常用相对值，即用表示。应用上式可得
如果导线截面是均匀的，即有（和为单位长度导线的电阻和电抗），则电压损失可按下式计算：
（2）按允许电压损失计算导线的截面积
线路电压损失看作电阻上的电压损失和两部分之和，即
显然
因为，所以除决定于有功功率、线路长度等因素外，还决定于导线材料和截面积。对于铜线和铝线，与导线截面积关系不大，而且有一定的范围。如明设圆导线的，多在0.3-0.4之间；矩形截面导体的，多在0.2左右；低压电缆的，多在0.050-0.084之间等。因此，在无功功率和线路长度确定的情况下，可视为已知数。
如给定允许的电压损失，对于同一截面的线路，根据，可求得导线的截面积为
对于两段相同材料、不同截面的导线，应有
因为
可求得
那么，全部导线所好用有色金属的体积为
将上式对取导，并令，可得
应用这一关系，可求得
显然， 和都可以求出。
对于一般情况，即对于多段不同截面的导线，可求得第i段和第h段的截面积分别为
3、短路电流
导线的截面应能承受电流的热效应而不致破坏，即保持足够的热稳定性。为此，导线最小截面积为
式中，为导线芯线最小截面积，mm2；I为短路电流有效值，A；t为短路电流可能持续的时间，s；K表示计算系数，按下表确定。
表1 热效应验算K值表
| 类别 | 聚氯乙烯 | 丁基橡胶 | 乙丙橡胶 | 油浸纸 |
| 铜芯 | 115 | 131 | 143 | 107 |
| 铝芯 | 76 | 87 | 94 | 71 |
线路绝缘应满足防电击、防火、耐腐蚀、耐机械损伤等要求，详见下面介绍。
三、机械强度
导线的机械强度应当满足承受自重、温度变化的热应力、短路时的电磁作用力以及风雪、覆冰产生的应力。按照机械强度的要求，低压架空导线的最小截面积如表2所示。低压配电导线的最小截面积如表3所示。
表2 低压架空线路导线最小界面剂
| 类别 | 铜 | 铝及铝合金 | 铁 |
| 单股 | 6 | 10 | 6 |
| 多股 | 6 | 16 | 10 |
表3 低压配线最小截面积
| 类别 | 最小截面积 | |||
| 铜芯软线 | 铜线 | 铝线 | ||
| 吊灯引线 | 民用建组，户内 | 0.4 | 0.5 | 1.5 |
| 工业建筑，户内 | 0.5 | 0.8 | 2.5 | |
| 户外 | 1.0 | 1.0 | 2.5 | |
| 移动式设备电缆线 | 生活用 | 0.2 | - | - |
| 生产用 | 1.0 | - | - | |
| 支点间距离为s的支撑件上的绝缘导线 | s<=1m，户外 | - | 1.5 | 2.5 |
| s<=1m，户内 | - | 1.0 | 1.5 | |
| s<=2m，户外 | - | 1.5 | 2.5 | |
| s<=2m，户内 | - | 1.0 | 2.5 | |
| s<=6m，户外 | - | 2.5 | 6 | |
| s<=6m，户内 | - | 2.5 | 4 | |
| 接户线 | 长度<=10m | - | 2.5 | 6 |
| 长度<=25m | - | 4 | 10 | |
| 穿管线 | 1.0 | 1.0 | 2.5 | |
| 户内裸线 | - | 2.5-4 | 4 | |
| 户外裸线 | - | 2.5-4 | 4-16 | |
| 塑料护套线 | - | 1.0 | 1.5 | |
线路和导线间距应满足防碰撞、防短路、便于操作等的要求，详见下面介绍。
五、线路防护
各种线路对酸、碱、盐、温度、湿度、灰尘】火灾和爆炸等外界因素应有足够的防护能力。为此，不同环境中导线和电缆及其敷设方式的选用可按表4进行。
表4 线路敷设方式选择
| 环境特征 | 线路敷设方式 | 常用电缆、电缆型号 |
| 正常干燥环境 | 绝缘线瓷珠、瓷夹板或铝皮卡子明配线 | BBLX, BLV, BLVV |
| 绝缘线、裸线瓷瓶明配线 | BBLX, BLV, LJ,LMJ | |
| 绝缘线穿管明敷或暗敷 | BBLX, BLX | |
| 电缆明敷或暗敷 | ZLL, ZLL11, VLV, YJV, XLV, ZLQ | |
| 潮湿和特别潮湿的环境 | 绝缘线瓷瓶明配线（高度>3.5m） | BBLX, BLV |
| 绝缘线穿塑料管、钢管明敷或暗敷 | BBLX, BLV | |
| 电缆明敷 | ZLL11, VLV, YJV, XLV | |
| 多沉环境（不包括火灾及爆炸危险粉尘） | 绝缘线瓷珠、瓷瓶明配线 | BBLX, BLV, BLVV |
| 绝缘线穿钢管明敷或暗敷 | BBLX, BLV | |
| 电缆明敷或沿电缆沟敷设 | ZLL, ZLL11, VLV, YJV, XLV, ZLQ | |
| 有腐蚀性环境 | 塑料线瓷珠、瓷瓶配线 | BLV , BLVV, |
| 绝缘线穿塑料管明敷或暗敷 | BBLV, BLV, BV | |
| 电缆明敷 | VLV, YJV, ZLL11, XLV | |
| 火灾危险环境 | 绝缘线瓷瓶明配线 | BBLX, BLV |
| 绝缘线穿钢管明敷或暗敷 | BBLX, BLV | |
| 电缆明敷或沿电缆沟敷设 | ZLL ZLQ VLV YJV XLV XLHF | |
| 爆炸危险环境 | 绝缘线穿钢管明敷或暗敷 | BBV BV |
| 电缆明敷 | ZL20 ZQ20 VV20 | |
| 户外配线 | 绝缘线、裸线瓷瓶明配线 | BBLF BLV-1 LJ |
| 绝缘线穿钢管沿外墙明敷 | BBLF BBLX BLV | |
| 电缆埋地 | ZLL11 ZLQ2 VLV VLV-2 YJV YJV2 |
六、导线连接
导线的接头是电气线路的薄弱环节，接头常常是发生故障的地方。接头接触不良或松脱会增大接触电阻，使接头过热而烧毁绝缘，还可能产生火花。严重的会酿成火灾或触电事故。因此，接头务必牢靠、紧密、接头的机械强度不应低于导线机械强度的80%；接头的绝缘强度不应低于导线的绝缘强度；接头部位的电阻不得大于原线段电阻的1.2倍。工作中，应当尽可能减少导线的接头，接头过多的导线不宜使用。对于可移动线路的接头，更应当特别注意。
特别是铜导体与铝导体的连接，如果没有采用铜铝过渡段，经过一段时间使用之后，很容易松动。松动的原因如下：
第一、铝导体在空气中数秒钟之内即能形成厚3-6微米的高电阻氧化膜。氧化膜将大幅度提高接触电阻，使连接部位发热，产生危险温度。接触电阻过大还造成回路阻抗增加，减小短路电流，延长短路保护装置的动作时间，甚至阻碍短路保护装置动作。
第二、铜和铝的线膨胀系数不同，铜的线膨胀系数为16.8×10-6℃-1，铝的线胀系数为23.2×10-6℃-1，即铝的线胀系数较铜的大36%，发热时使铝端子增大而本身受到挤压，冷却后不能完全复原。经多次反复后，连接处逐渐松弛，接触电阻增加；如连接处出现微小裂缝，则遇空气进入，将导致导体表面氧化，接触电阻大大增加；如连接处的缝隙进入水分，将导致铝导体电化学腐蚀，接触状态将急剧恶化。
第三、由于铜和铝的化学活性不同，因此；当有水分进入铜、铝之间的缝隙时，将发生点解，使铝导体腐蚀，必然导致接触状态迅速恶化。
第四、当温度超过75℃，且持续时间较长时，聚氯乙烯绝缘将分级处氯化氢气体。这种气体对铝导体有腐蚀作用，从而增大接触电阻。
正因为如此，在潮湿场所、户外及安全要求高的场所，铝导体与铜导体不能直接连接，必须采用铜铝过渡段。对运行中的铜铝接头，应注意检和加固。
七、线路管理
电气线路应备有必要的资料和文件，如施工图、实验记录等。还应建立巡视、检查、清扫、维修等制度。
对临时线应建立相应的管理制度。例如，安装临时线应有申请、审批手续，临时线应有专人负责管理，应有明确的使用地点和使用期限等。装设临时线必须首先考虑安全问题，应满足基本安全要求。例如，移动式三相临时线必须采用四芯橡套软线，单相临时线必须采用三芯橡套软线，长度一般不超过10m。临时架空线离地面高度不得低于4-5m，离建筑物和树木的距离不得小于2m，长度一般不超过500m，必要的部位应采取屏护措施等。
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