欒家斌

(中昊(大連)化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧大連 116023)

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探討低壓電纜的電壓損失校驗(yàn)及優(yōu)化

欒家斌

(中昊(大連)化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧大連 116023)

分析了工業(yè)項(xiàng)目中低壓動(dòng)力電纜的電壓損失校驗(yàn)方法、標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出滿足電壓損失允許值(△μ%≤5%)條件下的電纜最小截面，針對投資成本控制的相關(guān)要求，在保證用電運(yùn)行可靠性的前提下，對低壓動(dòng)力電纜的截面進(jìn)行一定程度上的優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低投資成本，保證工程項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

低壓電纜；電壓損失；電纜截面；優(yōu)化；成本控制

工程項(xiàng)目在實(shí)施過程中，投資成本控制是其中的重要環(huán)節(jié)，項(xiàng)目的相關(guān)參與方可通過施工圖的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在滿足有關(guān)規(guī)范要求的前提下，適當(dāng)降低裕量，從而達(dá)到功能、安全和投資成本控制的有機(jī)統(tǒng)一。

從現(xiàn)場實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中得知，關(guān)于施工圖的優(yōu)化設(shè)計(jì)范圍，在滿足電壓損失允許值的前提下，低壓動(dòng)力電纜的截面優(yōu)化可謂投資成本控制的重要一環(huán)。低壓動(dòng)力電纜的導(dǎo)體材質(zhì)一般為金屬銅，電纜截面的優(yōu)化實(shí)際上就是金屬銅使用量的優(yōu)化。因此，優(yōu)化低壓動(dòng)力電纜的截面，將對降低工程項(xiàng)目的投資成本具有一定的積極作用。

1 電壓損失原理

低壓配電系統(tǒng)電纜的電壓損失是由電纜的阻抗等原因引起的。阻抗是表示電路電性能的物理量，由電纜線路的構(gòu)造、材質(zhì)及環(huán)境溫度等多方面因素所決定，包括電阻、感抗、容抗三個(gè)部分，其公式為：

Z=R+j(XL-XC)

其中，R代表電阻，XL代表感抗，XC代表容抗，(XL-XC)代表電抗。

在電流通過電纜線路時(shí)，由于阻抗對電流所產(chǎn)生的阻礙作用，一部分電能以熱能的形式損耗掉，同時(shí)線路的起始點(diǎn)與終端點(diǎn)之間會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電勢差，這個(gè)電勢差即為該條電纜線路的電壓損失。

2 電壓損失計(jì)算

根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》，在三相平衡負(fù)荷線路中，電壓損失的計(jì)算公式如下：

Δμ%為線路電壓損失百分?jǐn)?shù)，%；

Un為標(biāo)稱線電壓，kV；

cosφ為功率因數(shù)；

I為負(fù)荷計(jì)算電流，A；

l為線路長度，km。

通過以上公式，就可以對低壓電纜的電壓損失情況進(jìn)行校驗(yàn)，對超過電壓損失允許值的電纜線路便可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3 電壓損失校驗(yàn)的實(shí)際應(yīng)用

在工程項(xiàng)目中，低壓配電系統(tǒng)的電纜敷設(shè)長度大多在幾百米范圍內(nèi)，而電壓損失往往就發(fā)生在這幾百米的電纜線路上。電壓損失超過規(guī)定的允許值將造成終端點(diǎn)無法達(dá)到額定電壓，用電設(shè)備就會(huì)無法使用，而電壓損失遠(yuǎn)小于規(guī)定允許值又將造成不必要的浪費(fèi)，不利于投資成本控制。因此，必須將電壓損失控制在一定范圍內(nèi)。在當(dāng)前通行的設(shè)計(jì)規(guī)范中，低壓配電線路的電壓損失允許值，一般按μ%≤5%為原則。

電壓損失校驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)當(dāng)屬施工圖設(shè)計(jì)階段。在施工圖設(shè)計(jì)階段，電氣專業(yè)工程師在選擇電纜規(guī)格型號(hào)時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照電壓損失校驗(yàn)公式對每一條電纜線路進(jìn)行電壓損失的校驗(yàn)，必須將電壓損失控制在5%以內(nèi)。例如，某工程項(xiàng)目部分低壓電纜的電壓損失校驗(yàn)如表1。

表1 電壓損失校驗(yàn)

從表1中可以看出，5號(hào)電纜的電壓損失校驗(yàn)結(jié)果為6.66%，已超出了5%的電壓損失允許值，該條電纜線路不符合終端用電設(shè)備的用電要求，因此必須采取相關(guān)措施，將電壓損失控制在允許范圍內(nèi)。

1～4號(hào)電纜的電壓損失校驗(yàn)結(jié)果均控制在5%以內(nèi)，符合終端用電設(shè)備的用電要求。同時(shí)，我們也應(yīng)該注意到，由于1～4號(hào)電纜截面本身就已經(jīng)很小，進(jìn)行電纜截面優(yōu)化的空間也不是很大。通常情況下，對于35mm2及以下的電纜截面，我們只進(jìn)行電壓損失校驗(yàn)，不進(jìn)行電纜截面的優(yōu)化。

6～10號(hào)電纜的電壓損失校驗(yàn)結(jié)果也控制在5%以內(nèi)，符合終端用電設(shè)備的用電要求。其中，7～10號(hào)電纜的截面積均在50mm2及以上，在保證電壓損失不超過5%以及安全可靠用電的范圍內(nèi)，我們認(rèn)為完全可以對該部分電纜的截面進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步降低電纜的采購成本。例如，10號(hào)電纜的電壓損失為0.35%，在保證安全可靠用電的前提下，現(xiàn)將10號(hào)電纜的規(guī)格優(yōu)化為ZR-YJV-8.7/10-3x70，重新進(jìn)行電壓損失的校驗(yàn)結(jié)果如表2。

表2 重新校驗(yàn)10號(hào)電纜電壓損失

從表2中可以看出，10號(hào)電纜截面優(yōu)化后的電壓損失為0.55%，仍控制在5%的允許值范圍內(nèi)，但是非常明顯地降低了電纜的采購成本。

在項(xiàng)目實(shí)際中，我們一般只對電纜截面積在50mm2及以上的低壓電纜進(jìn)行截面優(yōu)化，在滿足安全可靠用電的情況下，通常最多只降低2個(gè)截面等級(jí)。在南方某項(xiàng)目實(shí)施過程中，僅通過電纜截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，就已經(jīng)有效降低工程成本1 000余萬元，可見低壓電纜的優(yōu)化設(shè)計(jì)是降低工程成本的一個(gè)重要途徑。

4 電壓損失的其它原因

電纜阻抗的存在是電壓損失的主要原因，除此之外還存在一些其它的因素。例如，在敷設(shè)電纜的過程中，電纜遭受到機(jī)械外力的破壞，造成絕緣部分區(qū)域損壞，電纜線路的盤根錯(cuò)節(jié)以及違反電纜最小彎曲半徑的規(guī)定進(jìn)行敷設(shè)等等情況，均有可能會(huì)引起電壓的損失，造成終端用電設(shè)備的無法使用。

5 電壓損失的補(bǔ)償措施

在了解了電壓損失的原理及原因后，對于電壓損失超過允許值(Δμ%>5%)的情況，我們就可以通過各種方式對電壓的損失進(jìn)行補(bǔ)償，以使電壓損失控制在允許值范圍內(nèi)。一般情況下，我們采取以下措施進(jìn)行補(bǔ)償：

①提高低壓電纜截面積的等級(jí)，以降低電纜的阻抗系數(shù)。

②在符合用電設(shè)備要求的前提下，縮短電纜線路的敷設(shè)長度。

③現(xiàn)場設(shè)置配電箱。

④檢查電纜線路的絕緣狀況，保證絕緣水平正常。

⑤按規(guī)定進(jìn)行電纜敷設(shè)施工，不違反電纜的最小彎曲半徑。

6 結(jié) 語

在工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)單位通常出于保證供配電安全可靠的目的，一般將電壓損失控制在最小范圍內(nèi)，遠(yuǎn)低于5%的電壓損失允許值，建設(shè)單位或EPC承包商由于成本管理的考核制度，在施工圖的優(yōu)化設(shè)計(jì)階段，完全可以在保證供配電安全可靠以及電壓損失不超過5%的前提下，降低低壓電纜的截面積等級(jí)，有效控制低壓電纜的采購成本，保證工程項(xiàng)目的順利推進(jìn)。

[1] 工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(第三版)[M].北京：中國電力出版社，2005

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