电缆截面怎么选：载流量、电压降、短路热稳定三算

读者假设：会看铭牌、会算电流（不会的话先看三相电那篇）。 读完你应该能：给一条具体回路选出经得起三次校验的截面，并说得出为什么。

一、先看一个现场问题

泵房要装一台水泵：

功率 45 kW，380 V，cosφ = 0.85，效率 0.92
配电室到泵房电缆长度 200 m
上级变压器 1000 kVA，出口短路电流约 25 kA

老师傅说："35 平方的铜电缆，够用。"

这句话对不对？我们一项一项验。

先用上一篇的公式算电流：

输入功率 P1 = 45 ÷ 0.92 = 48.9 kW
I = P1 / (√3 × U × cosφ)
  = 48900 / (1.732 × 380 × 0.85)
  ≈ 87.4 A

好，87.4 A。接下来三个校验，每一个都可能把它推翻。

二、第一条：载流量（会不会发热）

载流量就是"这根线在特定敷设条件下，长期通过多大电流不会把绝缘烤坏"。

关键认知：它不是一个固定数字

同一根 35 mm² 铜缆，在不同条件下能带的电流完全不同：

同一根线，能带的电流差 40%。所以必须按你现场的实际条件查表。

查表去哪儿查

• 国家标准：GB 50217《电力工程电缆设计标准》的附录，给了不同绝缘、不同敷设方式的载流量表
• 厂家样本：电缆厂的产品手册，数据更细（还带校正系数）
• 口诀（只适合估算，不能用于设计）：老电工常说的"十下五、百上二"，是铝芯绝缘线的粗略估算

校正系数别忘

查到基准载流量后，还要乘一串系数：

实际载流量 = 基准载流量 × K_温度 × K_敷设 × K_并列 × K_穿管

• 温度校正：环境 40 ℃ 时，载流量要打折（XLPE 约 0.91，PVC 约 0.87）
• 并列校正：多根并排散热变差，4 根并列可能只有 0.8
• 穿管：管内散热差，通常再打 0.8–0.9

新手最容易漏的是温度和并列，一漏就选小一档。

本例

87.4 A 的负载，按空气中明敷 35 mm²（约 130 A）足够；但如果是穿管埋地（约 100 A），乘完温度系数可能只剩 85 A —— 刚好不够。

所以这里先记一笔：35 mm² 在载流量上属于"擦边过"。

三、第二条：电压降（末端还够不够电压）

这条最容易被忽略，而且长距离时它往往才是决定性的。

公式

三相回路的电压降：

ΔU = √3 × I × L × (R·cosφ + X·sinφ)

ΔU% = ΔU / U_n × 100%

其中：

• I：计算电流（A）
• L：线路长度（km，注意单位！）
• R：电缆单位长度电阻（Ω/km）
• X：电缆单位长度电抗（Ω/km），低压电缆一般取 0.07–0.08
• U_n：额定线电压（380 V）

电阻值从哪来

铜芯电缆 20 ℃ 直流电阻（GB/T 3956 规定值，单位 Ω/km）：

这些是标准里给的 20 ℃ 直流电阻。实际运行温度高，电阻会上升（铜的温度系数约 0.0039/℃），工程上有时按工作温度修正，本文用 20 ℃ 值做保守估算。

本例算一算

方案一：35 mm²

√3 × 87.4 × 0.2 = 30.27
R·cosφ = 0.524 × 0.85 = 0.4454
X·sinφ = 0.08 × 0.5268 = 0.0421
ΔU = 30.27 × (0.4454 + 0.0421) = 14.76 V
ΔU% = 14.76 / 380 = 3.88%

方案二：25 mm²

ΔU = 30.27 × (0.727×0.85 + 0.0421) = 30.27 × 0.6601 = 19.98 V
ΔU% = 5.26%

判据

• 一般动力回路：末端电压偏差不超过 ±5%
• 电动机启动时：末端电压不低于额定的 80%（频繁启动 85%），这个要求比稳态更严

所以：25 mm² 稳态就 5.26%，超标；35 mm² 的 3.88% 合格。

到这里 35 mm² 好像赢了。但还有第三条。

四、第三条：短路热稳定（短路时会不会烧穿）

这条最容易被跳过，因为它需要短路电流数据——但它决定了"事故时电缆能不能撑到断路器跳闸"。

公式

S ≥ (I_k × √t) / k

• S：导体截面（mm²）
• I_k：短路电流有效值（A）
• t：保护动作时间（s，不是你希望的，是断路器实际分断时间）
• k：与导体材料和绝缘有关的系数

k 取值（IEC 60364-5-54 / GB 50217）

本例：t 到底取多少

这是全文最关键的一句话：t 取错，截面差好几倍。

情况 A：上级只装了没有瞬动功能的保护，动作时间 0.2 s

S ≥ 25000 × √0.2 / 143
  = 25000 × 0.4472 / 143
  = 78.2 mm²

35 mm² 直接不合格，要上 95 mm²。

情况 B：断路器带瞬时保护，分断时间 0.02 s

S ≥ 25000 × √0.02 / 143
  = 25000 × 0.1414 / 143
  = 24.7 mm²

35 mm² 通过。

所以真实结论

35 mm² 能不能用，取决于保护电器的动作时间。 没有快速保护时，要 95 mm²；有瞬时保护时，35 mm² 才勉强够（压降 3.88%，也留了余量）。

这就是为什么"老师傅说 35 平方够用"这句话，在不知道保护配置的情况下是不完整的。

五、把三算写成一段可跑的代码

参数全部外部输入，不内置规范表——因为载流量必须按现场查表，写死数字才是害人。

import math

def cable_check(p_kw, u_v, cos_phi, eta, length_km, r_ohm_km, x_ohm_km,
                ik_ka, t_s, k, allow_drop_pct=5.0):
    """三相动力回路三项校验"""

    # 1) 计算电流
    p_in_kw = p_kw / eta
    i = p_in_kw * 1000 / (math.sqrt(3) * u_v * cos_phi)

    # 2) 电压降
    sin_phi = math.sqrt(1 - cos_phi ** 2)
    du = math.sqrt(3) * i * length_km * (r_ohm_km * cos_phi + x_ohm_km * sin_phi)
    du_pct = du / u_v * 100

    # 3) 短路热稳定最小截面
    s_thermal = (ik_ka * 1000) * math.sqrt(t_s) / k

    print(f"计算电流      : {i:8.1f} A")
    print(f"电压降        : {du:8.2f} V  ({du_pct:.2f}%)  限值 {allow_drop_pct}%  -> "
          + ("合格" if du_pct <= allow_drop_pct else "超标"))
    print(f"热稳定最小截面: {s_thermal:8.1f} mm²")
    print()

    return i, du_pct, s_thermal


# 算例：45 kW 水泵，200 m，铜芯 XLPE
print("=== 方案 A：25 mm² ===")
cable_check(45, 380, 0.85, 0.92, 0.2, 0.727, 0.08, 25, 0.2, 143)

print("=== 方案 B：35 mm² ===")
cable_check(45, 380, 0.85, 0.92, 0.2, 0.524, 0.08, 25, 0.2, 143)

print("=== 方案 C：95 mm² ===")
cable_check(45, 380, 0.85, 0.92, 0.2, 0.193, 0.08, 25, 0.2, 143)

print("=== 方案 D：35 mm²，但断路器瞬时动作 t=0.02 s ===")
cable_check(45, 380, 0.85, 0.92, 0.2, 0.524, 0.08, 25, 0.02, 143)

# 批量扫一遍：哪个截面同时满足压降和热稳定
print("=== 扫描：满足压降 5% 与热稳定的最小截面 ===")
table = {16: 1.15, 25: 0.727, 35: 0.524, 50: 0.387, 70: 0.268, 95: 0.193, 120: 0.153}
for s, r in table.items():
    p_in = 45 / 0.92
    i = p_in * 1000 / (math.sqrt(3) * 380 * 0.85)
    sin_phi = math.sqrt(1 - 0.85 ** 2)
    du_pct = (math.sqrt(3) * i * 0.2 * (r * 0.85 + 0.08 * sin_phi)) / 380 * 100
    ok_drop = du_pct <= 5.0
    ok_thermal = s >= (25000 * math.sqrt(0.2) / 143)
    print(f"{s:4d} mm²  压降 {du_pct:5.2f}% [{'✓' if ok_drop else '×'}]   "
          f"热稳定 {'✓' if ok_thermal else '×'}")

你应该看到（核心数字）

方案 B（35 mm²）：
计算电流      :     87.4 A
电压降        :    14.76 V  (3.88%)  限值 5.0%  -> 合格
热稳定最小截面:     78.2 mm²

方案 D（35 mm²，t=0.02 s）：
热稳定最小截面:     24.7 mm²

看到 78.2 这个数字，就该明白为什么不能只查载流量了。

六、最终选择怎么定

把三条一起看，取最大值：

所以正确流程是：

1. 算电流
2. 按载流量初选（查表 + 校正）
3. 校验电压降，不够就加大
4. 校验短路热稳定，不够就加大
5. 再回头复核：截面变了，载流量和压降都变了，重算一遍
6. 最后定：取三者最大，并向上取标准规格

别忘了第五步的"回头复核"——加大截面会改善压降，但也可能改变并列根数；很多人算完热稳定就直接下单，结果选了 95 mm² 却还是按单根敷设算的载流量，白选大了。

七、六个常见错误

八、下一步

截面定了，接着是断路器整定和保护配合：过载长延时、短路瞬动、上下级选择性，这三件事决定"故障时该谁跳"。站内这篇可以接着看：pandapower 短路计算与保护整定。

九、出处与参考

• GB 50217-2018《电力工程电缆设计标准》：载流量表、敷设方式、校正系数、热稳定校验的国内依据
• GB/T 3956-2008《电缆的导体》：本文电阻值的来源（20 ℃ 直流电阻）
• IEC 60364-5-54：保护导体与热稳定系数 k 的取值依据（表 54.2 系列）
• GB 50054《低压配电设计规范》：电压偏差、中性线截面等要求
• GB/T 12325《电能质量 供电电压偏差》：380 V 三相供电电压偏差 ±7%，220 V 单相 +7%/−10%（本文用 ±5% 作为更严的工程自控值，具体以设计任务书为准）

本文所有公式可直接代入复算。载流量必须查你所用电缆的厂家数据或规范表——不同绝缘、不同敷设方式差异极大，任何"通用数字"都只能当参考。