電纜經(jīng)濟截面選型設計.doc

電纜經(jīng)濟截面選型設計摘要：本文在常規(guī)選擇導線截面方法的基礎上，提出按經(jīng)濟電流選擇電纜截面，即是使電纜初投資和整個電纜運行損耗費用之和達到最少的電流所對應的截面。文中介紹的方法適用于各種電力線路。 關(guān)鍵詞： 經(jīng)濟電流 經(jīng)濟截面 選型設計1 引言一般的電纜設計選型步驟是先根據(jù)敷設條件確定電纜型號，然后根據(jù)負荷電流，按載流量選擇電纜截面，最后校驗其電壓損失和熱穩(wěn)定要求。這種方法實質(zhì)上是從技術(shù)條件來進行電纜選擇，從技術(shù)上保證電力線路的正常運行要求，但卻忽略了電纜在壽命期內(nèi)導體損耗費用，無法全面考慮電纜長期運行的經(jīng)濟性。而目前考慮電纜經(jīng)濟性所使用的經(jīng)濟電流密度是沿用國家規(guī)定較老的數(shù)值（見表）。導線材料年最大負荷利用時間（h）銅(鋁)3000h以下3000-5000h5000h以上1.65（1.10）1.15（0.77）0.90（0.60）其大小主要與導線的價格、折舊維護費及地區(qū)電價，年損耗小時數(shù)等眾多因數(shù)有關(guān)。隨著社會快速發(fā)展，導線的價格、折舊維護費及地區(qū)基本電價等都發(fā)生了相當大的變化，如果按照以上標準進行校驗和電纜選擇，無法合理考慮電纜的整體和長遠經(jīng)濟性 。2合理的電纜選擇原則合理的電纜截面選擇應考慮包括技術(shù)和經(jīng)濟兩個方面，全面考慮電纜選擇的技術(shù)和經(jīng)濟要求。如果按載流量選擇芯線截面，只考慮了電纜初期投資，對電纜的經(jīng)濟選擇有局限性。目前，我國已進入市場經(jīng)濟發(fā)展時期，各項工程的建設越來越注重整體和長遠的經(jīng)濟性，同時，國際電工（簡稱IEC）制定了“電力電纜芯線截面經(jīng)濟最佳化”標準；我國電力工程電纜設計規(guī)程（50217-94）中明確提出“宜選擇電纜經(jīng)濟截面”，并給出年運行費用最小的計算公式，推薦按經(jīng)濟選型來確定電纜截面，可以節(jié)約電力運行費和總費用、還可以大大提高電力運行的可靠性。為此，本文所要推薦的是按經(jīng)濟電流選擇電力電纜截面（也稱經(jīng)濟截面）。所謂“經(jīng)濟電流”，是電纜壽命期內(nèi)，電纜初期投資和運行損耗費用之和最小的適用截面所對應的工作電流；經(jīng)濟截面是電纜初期投資和壽命期內(nèi)運行損耗費用之和最小所對應的電纜截面。需要特別說明兩點：1.電纜截面選擇的技術(shù)和經(jīng)濟兩個方面是相互依存的，在滿足技術(shù)條件前提下，當減小芯線截面時，初始投資減小，但線路損耗費用增加；反之，增加芯線截面時，線路損耗減少，但初期投資增加。在某一截面區(qū)間內(nèi)，兩者之和總費用之和最少，這就是我們所要選擇的截面；2.經(jīng)濟截面和經(jīng)濟電流都是有一定范圍的，因為電纜芯線截面是非連續(xù)的，例1.5mm2、2.5mm2、4mm2 等等，在經(jīng)濟截面的范圍內(nèi)，可選擇最小截面。2電纜經(jīng)濟電流和經(jīng)濟截面選擇原則和計算方法21總擁有費用法則：總擁有費用法是國際上通用的，進行各種方案經(jīng)濟效益比較的方法。將所比較方案的現(xiàn)在投資及此方案將來的費用都以現(xiàn)時的價值表示，將方案未來費用乘以現(xiàn)值系數(shù)Q即可求得，計算后選取總擁有費用最低。計算公式如下:CT=CI+CJ式中：CT總費用； CI初期投資，包括電纜主材、附件費用及安裝費用之和，CI電纜單價電纜長度+敷設綜合造價； CJ損耗費用現(xiàn)值，與負荷大小、運行時間、電纜電阻、電價有關(guān)，可用下式表示:CJQ（現(xiàn)值系數(shù)）P(年電能損耗費)；Q1-(1+a)/(1+i)n/(i-a)；P=I2RLP；以上P、Q包含以下內(nèi)容：（1）I為負荷平均電流（A）、R為電力電纜運行的實際交流電阻（）可查表，L為電纜長度(km)；（2）年最大負荷損耗小時（單班制約為1400h，兩班制約為2400h，三班制約為4500h）,為符合使用習慣,將其轉(zhuǎn)化為最大負荷利用小時Tmax(單班制為2000h，兩班制約為4000h，三班制約為6000h）；（3）電價P各地差別較大,西南地區(qū)取0.40元/kWh；（4）貼現(xiàn)率I，即使用壽命周期內(nèi)逐年產(chǎn)生的費用折算到當前的利率取i7%；年通貨膨脹率，暫取a2%；（5）經(jīng)濟壽命n，根據(jù)國家電力公司經(jīng)濟研究中心建議n=30年。2.2經(jīng)濟電流范圍 2.2.1經(jīng)濟電流計算方法在一定的敷設條件下,每一電纜都有一個經(jīng)濟電流范圍,根據(jù)IEC287-3-2/1995提供的范圍的上、下限值的計算公式: Iec（下限）=CI-CI1/QL（R1-R）0.5Iec（上限）=CI-CI2/QL（R-R2）0.5式中:CI電纜初期總投資（元）（包括主材、附件及施工費用）；CI1比CI小一級截面電纜初期總投資（元）； CI2比CI大一級截面電纜初期總投資（元）；Q現(xiàn)值系數(shù)；L電纜長度（km）；RCI對應截面電纜單位長度的交流電阻（/km）；R1CI1對應截面電纜單位長度的交流電阻（/km）；R2CI2對應截面電纜單位長度的交流電阻（/km）；2.2.2常用電纜經(jīng)濟電流范圍根據(jù)上述方法,可計算出不同電纜截面的經(jīng)濟電流上、下限值。電纜初期投資CI可查閱重慶工程造價信息上的指導價格，然后乘以敷設綜合造價，即得初期投資，現(xiàn)值系數(shù)Q根據(jù)以上公式計算既可。由于計算過程較為復雜，涉及的計算數(shù)據(jù)較多，筆者不再將計算過程在此累述，特將中國國際銅業(yè)協(xié)會根據(jù)以上計算方法編制的不同類別電纜的經(jīng)濟電流范圍表推薦給大家，以方便查尋和計算。 常用低壓、高壓電纜經(jīng)濟電流范圍表 表1電纜規(guī)格0.6/1.0kV低壓電纜經(jīng)濟電流范圍（A）6-10kV高壓(交聯(lián))電纜經(jīng)濟電流范圍（A）截 面（mm2）發(fā)電廠低電價區(qū)(西北、西南)發(fā)電廠低電價區(qū)(西北、西南)3500h7000h一班制二班制三班制3500h7000h一班制二班制三班制2000h4000h6000h2000h4000h6000h銅芯16352431-5024-3719-292535-5224-3550-7337-5529-433552-6335-4973-10455-7843-6157-8138-5462-8746-6636-515062-10349-70104-14778-11161-8681-11454-7787-12366-9351-7270105-14270-96147-202111-15386-119114-15777-106123-17093-12872-10095142-18696-126202-265153-200119-156157-205106-139170-222128-167100-130120186-234126-158265-333200-251156-196205-258139-17522-279167-210130-164150234-290158-196333-414251-312196-243258-320175-217279-347210-261164-203185290-367196-248414-523312-394243-307320-406217-274347-438261-330203-257240367-467248-315523-666394-502307-391406-516274-349438-558330-421257-328300467315666502391516349558421328注:低電價區(qū)（西北、西南）0.3元/kWh； 中電價區(qū)（華北、華中、東北）0.4元/kWh； 高電價區(qū)（華東、華南）0.5元/kWh；發(fā)電廠電價按發(fā)電成本0.2元/kWh。 架空絕緣電纜經(jīng)濟電流范圍表 表2架空電纜規(guī)格1kV-4單芯電纜經(jīng)濟電流范圍（A）10kV-3單芯電纜經(jīng)濟電流范圍（A）主線芯截面（mm2）低電價區(qū)(西北、西南)低電價區(qū)(西北、西南)一班制二班制三班制一班制二班制三班制2000h4000h6000h2000h4000h6000h銅芯163929232539-5829-4423-343558-8244-6234-4862-8746-6636-515082-11662-8748-6887-12366-9351-7270116-15987-12068-94123-17093-12872-10095159-209120-15794-122170-222128-167100-130120209-262157-198209-26222-279167-210130-164150262-326198-245262-326279-347210-261164-203185326-412245-310326-412347-438261-330203-257240412310412438-558330-421257-328注:本表以銅芯JKYJ單芯電纜為計算依據(jù)，其余銅單芯架空電纜可參考應用。3按經(jīng)濟條件選擇與按技術(shù)條件選擇截面的比較 以一臺水泵為例，其電動機三相功率為55kW，額定電壓為380V，電流為103A，線路長度為L=100m，年最大利用小時數(shù)為Tmax=6000h，電纜采用穿管埋地敷設，環(huán)境溫度35，求電纜截面。 1.按發(fā)熱條件選擇電纜截面（1） 根據(jù)敷設要求選用YJV型，1kV三芯電力電纜，穿管直埋敷設，按發(fā)熱條件選出的電纜截面S=335+116mm2，查表得此截面所允許的截流量為158A，考慮多根電纜并列敷設電流校正系數(shù)0.85，允許電流為1580.85=134.3A。 （2）按電壓損失校驗：起動時設Cos=0.5，起動電流為Iq=618A，L=100m，若按不頻繁起動允許起動電壓偏移-15%計算，查表得電流矩0.173%A.Km。U=0.100.173618=10.7%15%滿足水泵起動和運行要求。2.按經(jīng)濟電流選擇電纜截面只要根據(jù)當?shù)氐碾妰r、最大負荷利用小時和負荷計算電流三個參數(shù),從表中可快捷查得經(jīng)濟截面。（1）根據(jù)I=103A，Tmax=6000h，本地電價按P=0.4元/KWh查表0.6/1kV低壓電纜經(jīng)濟電流范圍表得S=370+135 mm2 （相應范圍為86-119A）。（2）電壓損失校驗：查S=370電流矩為0.130%A.Km,計算電壓損失:U=0.100.130618=8.34%15% 滿足起動要求。3.結(jié)論（1）按經(jīng)濟電流選擇的的線芯截面通常要大于按載流量選擇的截面，多數(shù)情況下，二者相差1-2級。換言之，按載流量選擇的截面放大1-2級后，比較接近經(jīng)濟截面。（2）在電纜截面選擇過程中, 滿足技術(shù)條件是前提，如果是按經(jīng)濟電流選擇的電纜截面,還必須校核其是否滿足技術(shù)條件。4經(jīng)濟選型效益分析由于按經(jīng)濟電流選擇電纜截面時，截面較大，使初期投資增加，究竟增加的投資要用多少年才能回收，用下面的計算例子來簡單說明。以上面水泵55kW電動機為例，得出按載流量選擇電纜S=335+116mm2；按經(jīng)濟電流選擇截面S=370+135mm2，根據(jù)總擁有費用法計算，基本參數(shù)：L=100m，Tmax=6000h，P=0.4元/KWh，I=103A，電纜壽命n=30年,查表得R35=0.622歐/km，XL35=0.080歐/km；RL70=0.310歐/km，XL70=0.078歐/km；。計算電纜總費用與運行年限關(guān)系數(shù)據(jù)如下表：名 稱按載流量選截面按經(jīng)濟截面選型節(jié)約絕對數(shù)備 注電纜截面3353701.電纜價格按市場價格計算。2. 貼現(xiàn)率取 i7%,年通貨率a2%；經(jīng)濟壽命n=30均根據(jù)國家電力經(jīng)濟研究中心參考數(shù)據(jù)。初始投資（CI）1120019200-8000根據(jù)總費用CT=CI+CJCJ=QPQ=1-(1+a)/(1+i)n/(i-a)n=11361520476-6861n=21593921705-5766n=52225225043-2791n=82771927932-213n=103093729634+1303n=153779336005+1788n=204319536115+7080上式：P35=2597P70=1373i=0.07; a=0.02n=305077840124+10654總結(jié)上表數(shù)據(jù)，可得結(jié)論如下：（1）相同負荷條件下， 70mm2電纜總運行費用遠低于50mm2電纜，在整個運行壽命期間，每千米電纜可節(jié)約總費用10.6萬元（占總費用的21%），經(jīng)濟效益十分明顯。（2）按經(jīng)濟電流選擇電纜截面均大于按載流量選擇截面，所增加的初期投資在4-9年左右可收回,如果預計工程的使用年限小于回收年限（如施工用電、臨時用電等），則不必按經(jīng)濟電流來選擇電纜截面,以免多增的初期投資不能收回。5結(jié)論 1.隨著市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，工程建設越來越注重整體和長遠的經(jīng)濟性，特別在煤炭、化工、石油等電力年最大負荷利用小時數(shù)較大的行業(yè)，電力電纜芯線截面的選擇,應