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小區工程電纜線路分析與計算
摘要：電力電纜選擇是電氣設計的主要內容之一，本文從根據環境與敷設條件選型，按長期允許載流量選擇截面，按經濟電流范圍選擇截面，分析本小區工程架空電纜的選擇。
關鍵詞：電纜線路分析 電纜線路選型計算
0 引言
金玉小區4臺630KVA箱變供電：由6KV電纜線路利用原有電桿敷設1100m提供。原有線路還有2000米架空線路，架空線為鋼芯鋁絞線LGJφ185。630KVA變壓器高壓側額定電流Ie1=60.6A，供電變電所運行參數如下：
箱變計算負荷如下：1#箱變功率Pjs=456KW，2#箱變功率Pjs=498KW，3#箱變功率Pjs=463KW，4#箱變功率Pjs=452KW，cosφ=0.85，單臺變壓器高壓電纜引線為YJV-6-3×35，4臺630KVA箱變總電流Ie1=240A。原架空線還帶有少量負荷：400KVA、50KVA、20KVA各一臺。請確定新增電纜的型號及截面。
1 計算過程
1.1 電力電纜選型，主要依據是GB50217－94《電力工程電纜設計規范》和《高壓電纜選用導則》DL401—2002。應考慮最大載流量。
應計算三種情況：持續運行載流量、周期運行(應考慮負荷曲線)載流量、事故緊急運行或過負荷運行時的載流量。
1.1.1 預期的相間或相對地短路時流過的對稱和不對稱的短路電流。
1.1.2 短路電流最長持續時間。
1.1.3 電纜線路壓降。
1.2 根據環境與敷設條件選型 電力電纜選型的考量，主要依據是GB50217－94《電力工程電纜設計規范》。其主要思想是對電纜型號的選擇，應在滿足電纜敷設場合技術要求的前提下，兼顧我國電纜工業發展的技術政策。即：線芯以鋁代銅、絕緣層以橡塑代油浸紙、金屬護套以鋁代鉛以及在外護層上發展橡塑護套或組合護套等。考慮到：最近幾年，裸銅加權平均價上漲200％，而與此同時，鋁材加權平均價僅上漲30％；銅材的導電率高，20℃時的電阻率為1.72×106 Ω/cm，鋁線芯20℃時的電阻率2.82×106Ω/cm約為銅的1.68倍；載流量相同時，鋁線芯截面約為銅的1.5倍。采用銅線芯損耗比較低，銅材的機械性能優于鋁材，延展性好，便于加工和安裝�？蛊趶姸燃s為鋁材的1.7倍。但鋁材比重小，在單位長度電阻值相同的情況下，鋁導體截面應為銅導體的140％，鋁線芯的質量僅為銅的42％，而采購價僅為銅芯纜的30％。
鋁芯電纜與銅芯電纜相比明顯較輕，且較為經濟。
綜合比較各種因素，一般考慮：①架空輸電線路、②較大截面的中頻線路，宜采用鋁芯電纜。又因本線路已有三分之二段為185mm2鋼芯鋁絞線，且6～35KV交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜，介質損耗低，性能優良，結構簡單，制造方便，外徑小，質量輕，載流量大，敷設方便，不受高差限制，耐腐蝕，做終端和中間接頭較簡便。（最新數據：YJV-6-3×120電纜近似重量：5340Kg/Km，電纜出廠價格：364，000元/Km；YJLV-6-3×180電纜近似重量：3946Kg/Km，電纜出廠價格：120，000元/Km。）
故6KV電壓等級鋁芯聚氯乙烯交聯絕緣類電力電纜（YJLV）為首選。
1.3 按長期允許載流量選擇截面 《電力工程電纜設計規范》GB50217－94，還對1.0KV～10KV常用電力電纜，載流量基礎數據，給出了一組基本校正系數。該類系數主要依據于西南電力設計院已完成的《不同敷設條件下電纜載流量的校正和實用算法》科研成果。
箱式變是給不同工作制下多組用電設備供電的，故應首先計算出支線上每組設備的計算負荷，然后將其每組設備有功計算負荷、無功計算負荷分別相加，從而得到低壓干線有功計算負荷P30和無功計算負荷Q30，最后確定視在計算負荷S30和計算電流I30。即：
按供電負荷的實際大小，箱式變高壓側計算電流：
I30＝I30(1)+I30(2)+I30(3)+I30(4)＝36.8+47.9+44.6+43.5＝172.9(A)
查載流量基準數據表得：鋁芯95mm2載流量(205～209A)可滿足負荷的要求。
但考慮箱式變高壓側電纜可能通過的最大持續電流為：
Imax＝∑I30＝4×I30＝4×60＝240（A）
則電纜最大允許載流量為：
查載流量基準數據表得：鋁芯150mm2載流量(270～277A)最接近最大允許載流量Iz的計算值。故初選電纜型號為：YJLV-6-3×I50。
1.4 按經濟電流范圍選擇截面 在一定的敷設條件下，每一線芯截面都有一個經濟電流范圍，IEC287-3-2/1995提供了這一范圍上、下限值的計算公式為
查《工業與民用配電設計手冊》取低價區（企業內部電），鋁芯240mm2經濟電流范圍：190～256A，最接近最大允許載流量Iz的計算值。
故再選電纜型號為：YJLV-6-3×240。（基本為擴大兩級）
1.5 初選電纜截面的電壓降校驗 從35KV/6KV變電所饋線間隔至小區箱式變，其線路由2000米架空線（鋼芯鋁絞線LGJ φ185）加1100米電纜（鋁芯交聯電纜YJLV-6-3×I50）組成。
設35KV/6KV變電所主變分接頭在“0”位置上，變壓器的電壓損失為5％。區域變電所母線電壓偏差分別為0和5％。輸電導線為鋁線，橫截面積為185mm2、150mm2；最大負荷運行情況下，線路滿載電流為IB=240A，功率因數取cosφ=0.85。
6KV線路的電壓降分析如下：
架空線路的電壓降：△U1＝K×IB×L＝0.4×（240+8）×2.0≈198（V）；
電纜線路的電壓降：△U2＝K×IB×L＝0.31×240×1.1≈82（V）；
最大負荷運行情況下的總電壓降：
∑△U＝△U1+△U2＝198+82＝280（V）
其相對值：
即端電壓相對值為：U2％＝U1％-△U％＝100-4.7＝95.3％。
如果選用鋁芯交聯電纜YJLV-6-3×I50，6KV輸電線路電壓降基本滿足不大于5％的供電要求。
1.6 初選電纜截面的熱穩定校驗 當電路發生短路時，電纜線芯中將流過很大的短路電流。由于短路時間很短，電纜熱效應而產生的熱量來不及向外散發，全部轉化為線芯的溫升。電纜線芯耐受短路電流熱效應而不致損壞的能力稱為電纜的熱穩定性。
為使電纜在規定的期限內安全運行，根據電纜絕緣材料的種類，國家與行業規范給出了各種類型電纜線芯短時間(最長持續時間5秒)允許的最高溫度。
根據《電力工程電纜設計規范》GB50217－94，附錄D的要求，纜芯熱穩定允許最小截面，由下列系列公式確定：
且除火電廠3～6KV廠用電動機饋線外的短路電流熱效應為：
Q=I 2·t （D.1.3-2）
式中：S——纜芯導體截面(mm2)；
J——熱功當量系數，取1.0；
q——纜芯導體的單位體積熱容量(J/cm3·℃)，鋁芯取2.48、銅芯取3.4；
θm——短路作用時間內電纜纜芯允許最高溫度(℃)；
θp——短路發生前的纜芯最高工作溫度(℃)；
θH——電纜額定負荷的纜芯允許最高工作溫度(℃)；
θ0——電纜所處的環境溫度最高值(℃)；
IH——電纜的額定負荷電流(A)；
IP——電纜實際最大工作電流(A)；
I——系統電源供給短路電流的周期分量起始有效值(A)；
t——短路切除時間(s)；
Tb——系統電源非周期分量的衰減時間常數(s)；
a——20℃時纜芯導體的電阻溫度系數(1／℃)，銅芯為0.00393、鋁芯為0.00403；
ρ——20℃時纜芯導體的電阻系數(Ωcm2／cm)，銅芯為0.0184×10-4、鋁芯為O.031×10-4；
η——計人包含電纜芯線充填物熱容影響的校正系數，對3～6kV電動機饋線回路，宜取η=0.93，其他情況可按η=1；
又根據甲方變電所提供的運行資料：
穩態短路電流有效值：IK=14.28KA，
短路沖擊電流值：ich=55.47KA，
短路后0.2S短路電流周期分量有效值：I0.2=18.43KA，
超瞬變短路電流有效值：I”=21.76KA，
并參考西北電力設計院的《電力工程電氣設計手冊》、航空工業規劃設計研究院的《工業與民用配電設計手冊》的熱穩定系數C數據，及導體熱穩定算法，得出以下計算數據：
電纜熱穩定系數�。篊=77～79
（按工作溫度90℃，短路最高允許溫度200℃）
短路切除時間取：t=0.6s（具體數值由變電所提供，這里取一般中壓線路最小的后備保護動作時間與斷路器分閘時間之和）
短路熱穩定要求的6KV電力電纜最小截面為：180.71～185.40（mm2）。
再綜合考慮技術選型電纜截面150mm2、經濟運行電纜截面240mm2，原架空線導線解面185mm2，故最后確定的電纜型號為：
6KV交聯聚乙烯絕緣鋁芯電力電纜：YJLV-6-3×185。
2 后記
施工后，小區供電取得長時間良好的運行效果。
參考文獻：
[1]中國航空工業規劃設計研究院.主編.《工業與民用配電設計手冊》第三版.北京：中國電力出版社.2005.10.
[2]《鋼鐵企業電力設計手冊》編委會.編輯. 《鋼鐵企業電力設計手冊》北京：治金出版社.1996.1.
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