閆光啟 潘世全 王琳琳 程曉東 王 立 楊勇偉 慎建軍 高國防

河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司（450002）

電力電纜截面選擇是一個大家十分關(guān)心的問題，是電氣（供配電）設(shè)計的主要內(nèi)容之一。電力供配電線路在電力供配電系統(tǒng)中,既是傳輸電能的介質(zhì)、又是消耗電能的設(shè)備。配電網(wǎng)的線損有很大的危害，發(fā)熱是線損造成的最突出問題，發(fā)熱的過程就是把電能轉(zhuǎn)化為熱能的過程,造成了電能的損失，電廠發(fā)出的電能有數(shù)千萬千瓦白白地消耗在各級電網(wǎng)中。發(fā)熱使導(dǎo)體溫度升高，促使絕緣材料加速老化，壽命縮短，絕緣程度降低，出現(xiàn)熱擊穿，引發(fā)配電系統(tǒng)事故，也是造成電氣火災(zāi)的直接原因。

配電系統(tǒng)的線損造成能源的大量浪費配電系統(tǒng)的線損沒有轉(zhuǎn)化為有用的能量而白白浪費，而且還要通過如通風(fēng)、冷卻等方式對熱量進行散發(fā),也需要電能。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，配電網(wǎng)的線損率嚴(yán)重者可達到10%甚至更高。這不僅意味著電能的損失，更表現(xiàn)在一次能源的大量浪費以及對環(huán)境造成更多的污染。因此，配電系統(tǒng)的線損產(chǎn)生的經(jīng)濟損失，體現(xiàn)在發(fā)、供、用電的各個環(huán)節(jié)。如果不采取措施降低配電系統(tǒng)的線損率，必然對國家能源利用、環(huán)境保護和企業(yè)的經(jīng)濟效益產(chǎn)生不良影響，而且隨著電力需求的不斷增長，電量損失也會越來越大。根據(jù)中國國情,如能全面推行按經(jīng)濟電流選擇電線、電纜截面的方法,將可減少35%～42%的線路損耗,節(jié)能效果、經(jīng)濟效益明顯。

按載流量選擇線芯截面時,只計算初始投資；按經(jīng)濟電流選擇線芯截面時,除計算初始投資外，還要考慮經(jīng)濟壽命期內(nèi)導(dǎo)體損耗費用,二者之和應(yīng)最小。當(dāng)減小線芯截面時，初始投資減少，但線路損耗費用增加；反之，增加線芯截面時，線路損耗減少，但初始投資增加。某一截面區(qū)間內(nèi)，二者之和總費用最少，就是我們追求的目標(biāo)——經(jīng)濟選型。

1 輸電導(dǎo)線電線、電纜型號的選擇

選擇依據(jù)∶輸電導(dǎo)線電線、電纜所處的電壓等級和適用場所。見表1，選擇電纜應(yīng)具備的資料。

2 選擇導(dǎo)線截面的條件

表1 選擇電纜應(yīng)具備的資料

為了供電系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)濟合理地運行，應(yīng)以安全、經(jīng)濟、質(zhì)量和動態(tài)作為導(dǎo)體截面一般原則，并滿足下列條件∶1）按長時允許電流選擇∶導(dǎo)線和電纜長期通過最大恒定電流（計算電流）時導(dǎo)體工作溫度不應(yīng)超過產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的允許最高工作溫度。2）按允許電壓損失選擇∶導(dǎo)線和電纜長期通過最大恒定電流時線路中的電壓損失不應(yīng)超過標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的正常運行時電壓損失。3）按機械強度選擇∶導(dǎo)線和電纜的截面不應(yīng)小于某一敷設(shè)條件下規(guī)定的最小截面，以滿足機械強度的要求。4）按短路時的熱穩(wěn)定性的條件選擇∶電纜發(fā)生故障時按熱穩(wěn)定性校驗選擇的截面應(yīng)大于熱穩(wěn)定性最小截面。

3 利用償還年限法選擇電纜最佳經(jīng)濟截面

償還年限法就是直接比較兩個技術(shù)上可行的方案,在多長時間內(nèi)可以通過其年運行費的節(jié)省，將多支出的投資收回來,它的目的就是找出最佳方案。

如果方案P1的投資L1低于方案P2的投資L2，而方案P1的年運行費C1高于方案P2的年運行費C2。這時就要正確權(quán)衡投資和年運行費兩個方面的因素，即應(yīng)計算選擇投資高的方案的償還年限N。

N=（L2-L1）/（C1-C2）年（該估算公式未考慮利息影響）

如果年值較小，如只有二、三年，則顯然初投資高的方案經(jīng)濟。若N值較大，如十年左右，那就償還年限太長，投資長期積壓，初投資高的方案就不經(jīng)濟了。

因此，償還年限法的關(guān)鍵在于合理地確定標(biāo)準(zhǔn)的償還年限NH。一般我國的電力設(shè)計通常取5～6年。在方案比較時，把計算的償還年限N與標(biāo)準(zhǔn)償還年限NH作比較，若N=NH，則認為兩個方案均可；若N＜NH，則認為投資高的方案優(yōu)于投資低的方案，若N＞NH，則相反。

單學(xué)科服務(wù)產(chǎn)品在加工力度上普遍要高于全學(xué)科資源服務(wù)產(chǎn)品，一般會從期刊、圖書、工具書、專利中抽取出圖片、表格數(shù)據(jù)、化合物/材料名稱/藥品、化學(xué)反應(yīng)/工程方程式等，以支持對用戶更為準(zhǔn)確的服務(wù)。

“IEC標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于導(dǎo)體經(jīng)濟電流和經(jīng)濟截面選擇的總費用最小法則原理和方法”不再詳細介紹，有興趣的讀者可以參考相關(guān)文獻資料。

4 電力電纜截面經(jīng)濟電流選擇的工程案例

現(xiàn)以380 V動力配電電纜為例,取一些典型情況進行計算。

設(shè)回路負荷 P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7 的線路長度都為100 m，計算電流（即線路長期通過的最大負荷電流）分別為 40 A、80 A、150 A、250 A、400 A，選用YJV電力電纜沿橋架敷設(shè)，影響系數(shù)取0.78。

按發(fā)熱條件選擇電纜截面，并校驗電壓損失滿足小于5%的要求，其初選結(jié)果如表2所示。

表2 電纜截面初選結(jié)果

2）表中負荷壓降數(shù)據(jù)引自第三版《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊 表9-78》功率因數(shù)取0.8。

在電纜截面初選結(jié)果的基礎(chǔ)上，加大一、二級后，分別計算其初投資、年運行電耗和年運行費用的三個電纜截面選擇方案費用的比較結(jié)果，見表3。

表3 電纜截面三個選擇方案費用的比較

因此，從表三的選型結(jié)果可以得到如下結(jié)論∶1）按發(fā)熱條件初步選出電纜截面后,再人為加大一級，或采用多并電纜，從經(jīng)濟學(xué)的角度看是明顯有效益的；從技術(shù)角度看，增大電纜截面，線路壓降減小，從而提高了供電質(zhì)量，同時截面加大后溫升和無功損耗也會有所下降，而且截面的增大也為系統(tǒng)將來的增容創(chuàng)造了有利的條件。2）經(jīng)過計算后，可以知道，電纜線路的長短與償還年限無關(guān)。3）當(dāng)電纜截面大于150mm2后，可以考慮電纜的雙并或多并使用。但由于不同型號、規(guī)格電纜的電阻、電感等參數(shù)不同，連接處存在的接觸電阻不同,其結(jié)果會造成多并電纜的電流分配不平衡,因此，采用多并電纜時要選擇同型號、同規(guī)格的電纜。4）經(jīng)濟效益與電價成正比、經(jīng)濟效益與銅價成反比。

從前面的分析過程中，可以看出:電價越高償還年限越短，也就是節(jié)能后的經(jīng)濟效益越明顯。而銅價越高償還年限越長，也就是銅價上漲后，放大截面的經(jīng)濟效益會下降。因此在選用期間要對當(dāng)期的電價和電纜價格經(jīng)過詳細的測算、比對后，再確定電纜的選擇。

5 輸電導(dǎo)線截面的選擇原則

5.1 輸電導(dǎo)線型號的選擇

選擇依據(jù)∶輸電導(dǎo)線所處的電壓等級和適用場所。

5.2 選擇導(dǎo)線截面的條件

5.2.1 選擇導(dǎo)線截面的一般原則

1）按長時允許電流選擇。2）按允許電壓損失選擇。3）按機械強度選擇。4）按短路時的熱穩(wěn)定性的條件選擇。

5.2.2 各種導(dǎo)線截面的選擇條件

1）高壓架空線路,不必考慮短路時的熱穩(wěn)定性。2）高壓電纜，不考慮機械強度。必須考慮短路時的熱穩(wěn)定性。3）低壓導(dǎo)線和電纜，對裸導(dǎo)線不校驗短路時的熱穩(wěn)定性。但對于干線電纜，不必校驗其機械強度。

在選擇各種導(dǎo)線的截面時，應(yīng)在其諸多的選擇條件中,確定一個有可能選擇出最大截面的條件。首先選其截面，其后在按其條件校驗，這樣可使選擇計算簡便，避免返工。

6 結(jié)論

企業(yè)在工程材料采購期間，應(yīng)根據(jù)當(dāng)期銅材的價格，結(jié)合今后對電價增長趨勢的測算,從而采取最合適的方案比較后,企業(yè)將會獲得更高的效益。尤其是對經(jīng)常在尖峰時段運行的設(shè)備，效果更為顯著。企業(yè)向內(nèi)控制成本節(jié)約一分，所取得的效益，遠勝于市場銷售業(yè)績增加十份的努力。

[1]馬國棟.電線電纜載流量[M].中國電力出版社,2003.

[2]中國航空規(guī)劃設(shè)計研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊(第三版)[M].中國電力出版社,2005.