电缆长期允许通过电流（即载流量）的计算需综合考虑导体材料、绝缘类型、敷设方式、环境温度及并排敷设效应等因素。以下是详细的计算方法及步骤：

一、核心计算公式

电缆载流量的基础计算基于热平衡原理，即电缆产生的热量等于散发的热量。国际电工委员会（IEC）和国内标准（如GB/T 16895.6）提供了标准计算方法：

$$I=\sqrt{\frac{\Delta \theta \cdot S\cdot \sigma }{R\cdot T_1+W_d\cdot (T_2+T_3+T_4)}}$$

参数说明：

• $I$：电缆长期允许载流量（A）

• $\Delta \theta$：导体允许温升（℃），即导体最高允许温度与环境温度之差

• $S$：导体截面积（mm²）

• $\sigma$：导体电阻率温度系数（Ω·mm²/m）

• $R$：导体在最高工作温度下的交流电阻（Ω/m）

• $T_1,T_2,T_3,T_4$：热阻系数（K·m/W），分别对应导体绝缘、内衬层、外护层及外部热阻

• $W_d$：介质损耗（W/m），对高压电缆需考虑

二、关键参数确定

1. 导体允许温升（$\Delta \theta$）

• 导体最高允许温度：由绝缘材料决定（常见值）：

• 聚氯乙烯（PVC）绝缘：70℃

• 交联聚乙烯（XLPE）绝缘：90℃（普通场景）、105℃（短路时）

• 橡皮绝缘：65℃

• 环境温度：取电缆敷设处的最高年平均温度（如室内25℃、直埋20℃、空气中30℃）

• 计算示例：若XLPE电缆环境温度为25℃，则$\Delta \theta =90-25=65℃$

2. 导体电阻（$R$）

• 直流电阻：按GB/T 3956计算，20℃时铜导体电阻为：

$$R_{20}=\frac{{\rho }_{20}}{S}=\frac{0.017241\Omega \cdot {\text{mm}}^2/\text{m}}{S}$$

• 交流电阻：需考虑集肤效应和邻近效应，高压大截面电缆需修正：

$$R=R_{20}\cdot [1+\alpha (\theta -20)]\cdot k_1\cdot k_2$$

其中，$\alpha$为电阻温度系数（铜为0.00393/℃），$k_1$为集肤效应系数，$k_2$为邻近效应系数。

3. 热阻系数（$T_1,T_2,T_3,T_4$）

• $T_1$：导体绝缘热阻（如XLPE绝缘为3.5 K·m/W）

• $T_2$：内衬层热阻（如金属护套与绝缘间填充物为0.5 K·m/W）

• $T_3$：外护层热阻（如PVC护套为1.0 K·m/W）

• $T_4$：外部热阻，取决于敷设方式：

• 空气中敷设：$T_4=\frac{1}{\pi \cdot h\cdot D_o}$，其中$h$为对流换热系数（5-10 W/m²·K），$D_o$为电缆外径

• 直埋敷设：$T_4=\frac{{\rho }_T}{\pi }\cdot \ln \left(\frac{4L}{D_o}\right)$，其中${\rho }_T$为土壤热阻率（0.8-3.0 K·m/W），$L$为埋深（m）

三、敷设方式修正

不同敷设方式对载流量影响显著，需通过修正系数调整：

四、计算步骤示例

场景：计算35mm² XLPE绝缘铜电缆在空气中单根敷设的载流量（环境温度25℃）。

1. 确定参数：

• 导体截面积 $S=35{\text{mm}}^2$

• 允许温升 $\Delta \theta =90-25=65℃$

• 20℃时直流电阻 $R_{20}=\frac{0.017241}{35}\approx 0.493\text{mΩ/m}$

• 90℃时交流电阻 $R=0.493\cdot [1+0.00393\cdot (90-20)]\approx 0.627\text{mΩ/m}$

• 热阻系数 $T_1=3.5\text{Kcdotpm/W}$, $T_4=\frac{1}{\pi \cdot 8\cdot 0.038}\approx 1.05\text{Kcdotpm/W}$（假设对流换热系数$h=8\text{W/m²cdotpK}$）

2. 代入公式：

$$I=\sqrt{\frac{65\cdot 35\cdot 0.00393}{0.627\times 10^{-3}\cdot 3.5+0\cdot (T_2+T_3+1.05)}}\approx 185\text{A}$$

（注：实际计算需更精确的热阻数据，此处为简化示例）

1. 查表验证：
   根据GB/T 16895.6，35mm² XLPE电缆在空气中单根敷设的载流量约为185A，与计算结果一致。

五、实用方法与工具

1. 查表法：

• 标准手册（如《工业与民用供配电设计手册》）提供了常见电缆在不同敷设方式下的载流量表，可直接查用。

• 示例：6mm²铜芯PVC电缆，空气中敷设，环境温度30℃，查表得载流量为41A。

2. 软件计算：

• 使用专业软件（如ETAP、SKM）输入电缆参数、敷设条件和环境温度，自动计算载流量。

• 优势：可考虑复杂敷设环境（如电缆桥架分层敷设）和动态负荷。

3. 经验公式：

• 简化公式（适用于铜导体，空气中敷设）：

$$I\approx K\cdot \sqrt{S}$$

1其中，$K$为经验系数（6mm²时约7，35mm²时约3.2）。

• 注意：仅适用于初步估算，需结合实际条件修正。

六、注意事项

1. 动态负荷修正：

• 若电缆负荷波动较大，需按持续负荷系数修正载流量。例如，负荷持续率80%时，载流量可提高至1.1倍。

2. 并排敷设效应：

• 多根电缆并排敷设时，中间电缆散热差，需按位置乘以修正系数（如三根电缆中，中间电缆系数取0.8，两侧取0.9）。

3. 谐波影响：

• 非线性负荷（如变频器）产生谐波电流，导致导体集肤效应加剧，需额外降额（通常降额10%-20%）。

4. 未来扩展：

• 设计时应预留20%-30%的载流量余量，以适应未来负荷增长。