電纜選型手冊

1、電力電纜經(jīng)濟(jì)選型實(shí)用手冊一. 概述導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)電流密度是選擇導(dǎo)體的必要條件之一。當(dāng)選擇導(dǎo)體的諸多技術(shù)條件(如發(fā)熱溫升、機(jī)械強(qiáng)度及電壓降要求等 得到控制或改善時(shí)，往往是經(jīng)濟(jì)電流密度起著支配作用。實(shí)踐證明，經(jīng)濟(jì)電流密度對(duì)于選擇導(dǎo)體進(jìn)而節(jié)省能源，改善環(huán)境，提高電力運(yùn)行可靠性有著重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。過去，在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的條件下，工程設(shè)計(jì)往往偏重技術(shù)、輕視經(jīng)濟(jì)；重視初投資，忽視長期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。工程建設(shè)也因此付出過沉重代價(jià)。當(dāng)前，我國已經(jīng)進(jìn)入到社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展時(shí)期，工程投資方和經(jīng)營方都越來越注重投資效益和運(yùn)營效益。追求工程建設(shè)整體的、長遠(yuǎn)的合理性，倡導(dǎo)基建優(yōu)化設(shè)計(jì)。而導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)電流密度正是這種優(yōu)化設(shè)計(jì)的

2、內(nèi)容之一。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法按載流量選擇導(dǎo)體截面時(shí)只計(jì)算初始投資，導(dǎo)體的截面選擇過小，將增加電能的損耗；選擇的過大，則增加初始投資。研究和確定導(dǎo)體電流密度的目的，就是在已知負(fù)荷的情況下，選擇最佳的導(dǎo)體截面；或是在已選定導(dǎo)體截面的情況下，確定經(jīng)濟(jì)的負(fù)荷范圍，以尋求投資的最優(yōu)方案，取得最理想的經(jīng)濟(jì)效益。本實(shí)用手冊應(yīng)用IEC 287-3-2/1995電力電纜尺寸的經(jīng)濟(jì)最佳化標(biāo)準(zhǔn)和方法，采用我國常用的銅芯聚氯乙稀絕緣聚氯乙稀護(hù)套(PVC絕緣 和交聯(lián)聚乙稀絕緣聚氯乙稀護(hù)套(XLPE絕緣 中低壓電力電纜數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)和匯集了為計(jì)算電纜系列截面的經(jīng)濟(jì)電流范圍、經(jīng)濟(jì)截面和電纜經(jīng)濟(jì)電流密度所需資料，可供電氣設(shè)計(jì)人員和運(yùn)

3、行人員選擇電纜導(dǎo)體經(jīng)濟(jì)截面參考。二. 范圍1本實(shí)用手冊適用于電壓為6/6kV, 8.7/10kV及0.6/1.0kV中低壓等級(jí)銅芯電力電纜的經(jīng)濟(jì)選擇。電纜類型為銅芯聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜(VV型 ，銅芯聚氯乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜(VV22型 ，以及交聯(lián)銅芯聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜(YJV型 ，交聯(lián)銅芯聚氯乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜(YJV22型 。電纜芯數(shù)包括：根據(jù)產(chǎn)品目錄有等截面的三芯、四芯及五芯，非等截面的四芯及五芯。2按照IEC 287-3-2/1995國際標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)體截面經(jīng)濟(jì)選擇只計(jì)及發(fā)熱損耗，不考慮電壓有關(guān)的損耗, 也不包括諸如維修等因素。三.

4、 參考標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)取值依據(jù)國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC 287-3-2/1995電力電纜截面的經(jīng)濟(jì)最佳化。國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T16895.15-2002 等效于IEC 60364-5-523:1999 建筑物電氣裝置電氣設(shè)備的選擇和安裝布線系統(tǒng)載流量以及GB 50217-94電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范。金融貼現(xiàn)率，電價(jià)年增長率等按照近年來國家電力公司經(jīng)濟(jì)研究中心提供的數(shù)據(jù)。低壓電力電纜出廠價(jià)格根據(jù)北京工程造價(jià)信息2001年第2期。中壓電力電纜價(jià)格及中低壓電纜敷設(shè)綜合費(fèi)用根據(jù)西北電力設(shè)計(jì)院1981年及東北電力設(shè)計(jì)院2001年的專題報(bào)告導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)電流密度資料。四. 符號(hào)說明本手冊使用的符號(hào)及其量值說明如下：A

5、與導(dǎo)體截面有關(guān)的單位長度成本的可變部分(造價(jià)費(fèi)用斜率 元/m.mm2B 鄰近效應(yīng)、集膚效應(yīng)的綜合系數(shù) C 與敷設(shè)條件等有關(guān)的單位長度成本的不變部分 元/mCT 電纜系統(tǒng)總成本(總費(fèi)用 元Imax 最大負(fù)載電流 AL 電纜截面某段長度 mCJ 年期間內(nèi)電纜導(dǎo)體發(fā)熱損耗費(fèi)用的現(xiàn)值 元N 電纜使用的經(jīng)濟(jì)壽命期 年Np 每回路相導(dǎo)體數(shù)目 -Nc 傳輸同型號(hào)電纜和負(fù)載值的回路數(shù)目 -P 電價(jià)，電度電費(fèi) 元/kWhD 每年最大需量電費(fèi) 元/kW·年F 由公式(6定義的輔助量(線損輔助量 元/WQ 由公式(4定義的輔助量 -r 由公式(5定義的輔助量 -a Imax 的年增長率 %b 電價(jià)P 的年

6、增長率，不計(jì)及通貨膨脹 %i 計(jì)算現(xiàn)值用貼現(xiàn)率 %CI 擬確定某段長度的標(biāo)準(zhǔn)截面規(guī)格的初始費(fèi)用 元CI1 最接近某段長度較小標(biāo)準(zhǔn)截面規(guī)格的初始費(fèi)用 元CI2 最接近某段長度較大標(biāo)準(zhǔn)截面規(guī)格的初始費(fèi)用 元R 擬確定電纜截面規(guī)格的單位長度交流電阻 /kmR1 最接近較小標(biāo)準(zhǔn)截面規(guī)格的單位長度交流電阻 /kmR2 最接近較大標(biāo)準(zhǔn)截面規(guī)格的單位長度交流電阻 /kmTmax 最大負(fù)載利用小時(shí) h 最大負(fù)載損耗小時(shí) hS 電纜導(dǎo)體截面 mm2Sec 電纜導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)截面 mm220 導(dǎo)體20下的電阻率 .m20 導(dǎo)體20下的電阻溫度系數(shù) 1/m 導(dǎo)體平均運(yùn)行溫度 K 溫度及B 系數(shù)的綜合系數(shù) -T 投資回收

7、年 年五.IEC 287-3-2/1995標(biāo)準(zhǔn)電力電纜截面經(jīng)濟(jì)最佳化計(jì)算方法的應(yīng)用1電纜的總費(fèi)用?？倱碛匈M(fèi)用法(TOC ,Total Owning Cost是全面評(píng)價(jià)電氣裝置能效費(fèi)用的方法，包含：初始投資(采購及安裝費(fèi)用 及其壽命期運(yùn)行費(fèi)用的兩個(gè)部分。其表達(dá)式如下：總費(fèi)用 CT=CI +CJ-(1式中: CI 所安裝的電纜造價(jià)(初始投資, 包括電纜購置費(fèi)及敷設(shè)安 裝費(fèi)用,(元CJ 等效于電纜購買時(shí)的線路損耗費(fèi)用, 即電纜N 年經(jīng)濟(jì)壽命期發(fā)熱損耗費(fèi)用現(xiàn)值,(元 。1.1 電纜初始投資CI包括電纜出廠價(jià)及敷設(shè)費(fèi)用(附錄1 ，敷設(shè)費(fèi)用以綜合造價(jià)系數(shù)來折算，綜合造價(jià)系數(shù)計(jì)及電纜的運(yùn)輸，敷設(shè)安裝及電纜構(gòu)

8、筑物等費(fèi)用，綜合造價(jià)系數(shù)隨電纜截面增大而降低。以下用單位長度和截面有關(guān)系的投資費(fèi)用斜率A 來表示，又叫做投資費(fèi)用的可變部分A 值。各種類型電纜的A 值因價(jià)格不同而異，為求得各類型電纜截面與投資的線性關(guān)系，其斜率A(以下簡稱A 值 按下式計(jì)算：A=(截面S2電纜的初始投資-截面S1電纜的初始投資/(截面S2-S1 ，(元/m.mm2 -(2對(duì)于每一種型號(hào)電纜，都存在各自變化幅度不大的系列截面斜率A 。本手冊共統(tǒng)計(jì)28種型號(hào)電纜的A 值，將其之間誤差小于10%的A 合并為同一類平均A 值, 平均A 值由小到大分成五組以I-A, II-A, III-A, IV-A, V-A 類別標(biāo)志，見附錄2。電纜

9、造價(jià)類別與電纜型號(hào)對(duì)照表見附錄3。五個(gè)組的平均A 值代表型號(hào)數(shù)量不等的電纜單位造價(jià)，它們之間的偏差為18125%。為了使電纜導(dǎo)體截面范圍建立較好的線性關(guān)系，以平均A 值對(duì)相應(yīng)型號(hào)電纜的初始造價(jià)做線性調(diào)整。采用平均A 值比用自身A 值計(jì)算經(jīng)濟(jì)截面和經(jīng)濟(jì)電流密度所得結(jié)果只有小于3%很小的誤差。1.2 電纜在N 壽命年期間發(fā)熱損耗現(xiàn)值CJ這是計(jì)算電纜造價(jià)以外的運(yùn)行費(fèi)用，它與負(fù)載大小、年運(yùn)行時(shí)間、電價(jià)、電纜截面、使用壽命期及資金貼現(xiàn)率等因素有關(guān)。(1 電纜在N 經(jīng)濟(jì)壽命年運(yùn)行的電能損耗費(fèi), 折算到電纜購買日的現(xiàn)值:CJ=(I2max×R ×L ×Np ×Nc /

10、1000 ×(×P+D×Q /(1+ i/100,(元- (3式中: Q為計(jì)及N 年負(fù)載增長、電價(jià)增長和貼現(xiàn)率的系數(shù)，Q=(1-rN/ (1-r -(4其中 r=(1+a/1002×(1+b/100 / (1+ i/100 -(5(2 為方便于以后對(duì)不同截面損耗費(fèi)用的一系列計(jì)算，將(3式中 除導(dǎo)體電流和電阻以外的所有參數(shù)以線損輔助量F 來表示。令F=Np×Nc ×( ×P+D ×Q / (1+ i %/1000，(元/W-(6F 總括了回路相數(shù)Np 和Nc 、電價(jià)P 、D 、最大負(fù)載損耗小時(shí)和現(xiàn)值系數(shù)Q / (1+

11、 i %。此處采用我國常用的最大負(fù)載損耗小時(shí)( 法來計(jì)算線損。因此最大負(fù)載損耗小時(shí)需由已知的年最大負(fù)載利用小時(shí)Tmax 和功率因數(shù)cos 關(guān)系表中查出，見附錄9。功率因數(shù)cos對(duì)經(jīng)濟(jì)電流范圍和經(jīng)濟(jì)截面的計(jì)算結(jié)果影響很小，本手冊采用該關(guān)系表的中間值cos =0.9，在Tmax=1000h至8500h 范圍取下值作為計(jì)算用數(shù)。按公式(6便可算得Tmax /范圍內(nèi)的線損輔助量F(見附錄8, 它在經(jīng)濟(jì)電流范圍和經(jīng)濟(jì)電流密度計(jì)算過程是經(jīng)常使用的中間量值。在繪制經(jīng)濟(jì)電流密度j 曲線中習(xí)慣用Tmax 而不用來表示。不同行業(yè)的Tmax 可從現(xiàn)成統(tǒng)計(jì)資料查出(見附錄10 。公式(6的線損輔助量F 算式中現(xiàn)值系數(shù)

12、Q / (1+ i %的參數(shù)：a, b, i,和N 均系根據(jù)國家電力公司經(jīng)濟(jì)研究中心近年提供的數(shù)據(jù)，即a=0, b=2%, i=10%, N=30年, 按公式(5算出 r=0.927,進(jìn)而算得Q 和現(xiàn)值系數(shù)Q / (1+ i %=11.2。這樣，總費(fèi)用的計(jì)算式簡化為：CT= CI + I2max×R ×F ，(元-(72系列標(biāo)準(zhǔn)截面中每一導(dǎo)體經(jīng)濟(jì)電流范圍的算法原理：電纜系列截面的經(jīng)濟(jì)電流范圍是在總費(fèi)用相等和敷設(shè)條件相同的 條件下取得。計(jì)算公式可以有兩種表達(dá)方式：一種是按總費(fèi)用計(jì)算式通過輸入電纜初始投資和電纜線路電阻等參數(shù)來計(jì)算電流范圍(IEC表達(dá)方式 ，另一種是通過輸入單位

13、造價(jià)平均A 值，電纜截面S 和導(dǎo)體電阻率等參數(shù)替代第一種公式原形計(jì)算。2.1 第一種計(jì)算的表達(dá)式：每一線芯截面都有一個(gè)經(jīng)濟(jì)電流范圍, 按電纜相鄰線芯截面總費(fèi)用相等為條件，其低限值和高限值分別由下列公式給出:Imax(低限值 =(CI - CI1/(F ×L ×(R1-R0.5-(8 Imax(高限值 =(CI2 - CI/(F ×L ×(R-R20.5-(9式中：CI 擬確定某段長度電纜截面規(guī)格的初始費(fèi)用，(元R 擬確定電纜截面規(guī)格的單位長度交流電阻，(/kmCI1 最接近某段長度較小標(biāo)準(zhǔn)截面規(guī)格的初始費(fèi)用，(元R1 最接近較小標(biāo)準(zhǔn)截面規(guī)格的單位長度交流

14、電阻，(/kmCI2 最接近某段長度較大標(biāo)準(zhǔn)截面規(guī)格的初始費(fèi)用，(元R2 最接近較大標(biāo)準(zhǔn)截面規(guī)格的單位長度交流電阻，(/kmL 確定電纜截面規(guī)格某段長度，(km2.2 第二種表達(dá)式：為便于對(duì)每一線芯截面經(jīng)濟(jì)電流范圍的計(jì)算，原理不變，將電纜造價(jià)平均A 值替代CI 以及電阻率除以截面替代電阻R 來表達(dá)。因交流電阻R =20×B ×1+20(m-20 ×106 / S，(/m令 K=B1+20(m-20，于是交流電阻R =20×K ×106 / S，(/m式中：20 為銅導(dǎo)體直流電阻率，20=18.35×10-9, (.mB 為綜合鄰近效應(yīng)

15、、集膚效應(yīng)的系數(shù)，取VV 型和YJV 型電纜的B 平均值=1.006。20為銅線20的電阻溫度系數(shù)等于0.00393,(/m 為導(dǎo)體溫度，在經(jīng)濟(jì)電流運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體溫度可降低，m=40。(IEC推薦代入相關(guān)參數(shù)，取得K =1.085。將A 、S 和20替換(8(9式中的CI 與R 。公式經(jīng)整理后，可得經(jīng)濟(jì)電流范圍高低限值的另一表達(dá)式：Imax(低限值= A(S1 ×S/ F×0.01990.5 -(10 Imax(高限值= A(S2 ×S/ F×0.01990.5 -(113給定負(fù)載電流下經(jīng)濟(jì)截面的算法原理：計(jì)算以給定負(fù)載電流下電纜總費(fèi)用為最小時(shí)的截面，公式演

16、算如下。電纜總費(fèi)用按公式(7可寫成以導(dǎo)體截面S 為函數(shù)的表達(dá)式：CT(S=CI(S + I2max×R(S ×L ×F,(元-(123.1 CI(S以上述不同電纜類型初始投資推導(dǎo)為線性模型的A 值表示：CI(S= L(A×S+C式中： A-成本的可變部分(元/m.mm2，各型電纜可取平均A 值；S-導(dǎo)體截面(mm2；C-成本的不變部分(元/m；L-電纜長度(m。3.2 交流電阻以導(dǎo)體截面S 的函數(shù)式表示：R(S =20×B ×1+20(m-20 ×106 / S，(/m3.3 總費(fèi)用為最小時(shí)的經(jīng)濟(jì)截面Sec 可通過以總費(fèi)用公

17、式(12對(duì)截面S 求導(dǎo)，并令其為零取得：Sec = I2max×F ×20×B ×1+20(m-20 ×106 / A0.5 ,(mm2-(13 式中：20、20、m 、B 和K 的取值與上節(jié)相同，代入公式(13整理后可得經(jīng)濟(jì)截面： Sec= I2max×F ×0.0199/ A0.5，(mm2 -(144電纜導(dǎo)體經(jīng)濟(jì)電流密度的算法電力電纜經(jīng)濟(jì)電流密度的計(jì)算方法很多，例如年費(fèi)用最小法，計(jì)算費(fèi)用法，返本期法和財(cái)務(wù)表報(bào)法等，但因出發(fā)點(diǎn)不同，各個(gè)國家的各部門都采用不同的計(jì)算方法。以上IEC 287-3-2標(biāo)準(zhǔn)的兩種計(jì)算方法實(shí)際上已

18、表述了電纜經(jīng)濟(jì)電流密度的內(nèi)容，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)電流密度就是流過經(jīng)濟(jì)截面中電流的密度。4.1 經(jīng)濟(jì)電流密度的算式：j= Imax / Sec(A/mm2將公式(13的 Sec代入上式, 得: j=Imax / I2max×F ×20×B ×1+20(m-20 ×106 / A0.5或公式(14的 Sec代入上式, 得: j= A / F×0.01990.5(A/mm2-(15為求電纜的經(jīng)濟(jì)電流密度, 只需代入電纜造價(jià)平均A 值與Tmax 小時(shí)下的F 值(設(shè)定不同的電價(jià)P 條件, 便可求得Tmax 與j 的關(guān)系數(shù)據(jù)和曲線。本手冊收集28種常用的中

19、低壓電力電纜造價(jià)（附錄1）合并為5種類別的平均A 數(shù)值(見附錄2 。由公式(15計(jì)算不同電價(jià)(設(shè)P=0.21.0元/kWh5種類別28種常用的中低壓電纜的經(jīng)濟(jì)電流密度數(shù)據(jù)及曲線(見附錄5 。4.2 各參數(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)電流密度j 的影響由經(jīng)濟(jì)電流密度j 的算式(15可見，經(jīng)濟(jì)電流密度j 與A 值開方成正比，A 的增加表明電纜投資增加，j 便應(yīng)該增大，即要求采用較小截面是經(jīng)濟(jì)的(為要求投資回收年不因此而增長 。j 與F 值開方成反比，F(xiàn) 是Tmax 和P 的中間輔助量值，F(xiàn) 增大相當(dāng)于運(yùn)行時(shí)間加長或電價(jià)增加，j 應(yīng)該減小， j減小就是要使截面加大使損耗費(fèi)用減小才經(jīng)濟(jì)。不可能對(duì)每一種型號(hào)電纜都分別給出它們

20、的經(jīng)濟(jì)電流密度，只能按不同類型電纜A 的大小分組合成的平均A 值來設(shè)置，雖存在一定誤差，在Tmax 不變的情況下平均A 值開方的差值控制j 之間的差值范圍, 而平均A 值與其組內(nèi)各型電纜本身A 值的誤差范圍從0.58%不等，影響j 的誤差小于3%是允許的?？紤]我國地區(qū)電價(jià)差別較大, 電價(jià)P 對(duì)j 的影響偏差寬度不等，低電價(jià)影響j 的寬度比高電價(jià)大，可以控制j 之間的差值1015%來確定P 值, 附錄5列出的經(jīng)濟(jì)電流密度Tmax-j 曲線是以電價(jià)整數(shù)P=0.2、0.3、0.4、0.5、0.7、1.0元/kWh范圍，在兩電價(jià)數(shù)值間的實(shí)際電價(jià)可在曲線間按插入法就近取值，由于高電價(jià)中的誤差所影響最終經(jīng)

21、濟(jì)截面的選擇很小，可不于計(jì)較。必要時(shí)(例如電價(jià)超出所列范圍很大 仍可按計(jì)算公式修改線損輔助量F 值來補(bǔ)充新電價(jià)條件下的j 值。5 電力電纜截面經(jīng)濟(jì)最佳化計(jì)算方法舉例以上電力電纜截面經(jīng)濟(jì)最佳化的三種計(jì)算方法，簡單易行，只要代入相關(guān)參數(shù)(大多已匯集在附錄中 就可取得所需結(jié)果。舉例如下：5.1 題1: 計(jì)算VV-1型3×50 mm2電纜導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)電流高低限值范圍。假設(shè)條件:Tmax=5000h， 電度電價(jià)P=0.5元/kWh,L= 1km,電纜為明設(shè)。已知：由附錄1查得VV-1型電纜數(shù)據(jù)：3×35mm2，3×50mm2，3×70mm2初始投資CI 每公里分別為

22、55418元,74993元,101093元, 導(dǎo)體交流電阻R 由附錄6查得每公里分別為0.566, 0.397, 0.284。 由附錄8查得線損輔助量系數(shù)F=65.60元/W。解：(1 3×50mm2電纜導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)電流高低限值范圍由上列參數(shù)代入公式(8，(9計(jì)算： Imax(低限值=(74993-55418/(65.6×1×(0.566-0.3970.5=42.0AImax(高限值=(101093-74993/(65.6×1×(0.397-0.2840.5=59.3A50mm2截面的經(jīng)濟(jì)電流低限是35mm2截面經(jīng)濟(jì)電流的高限, 50mm2截面的

23、經(jīng)濟(jì)電流高限是70mm2截面經(jīng)濟(jì)電流的低限。(2同上，用(10，(11公式計(jì)算，由附錄2、3查VV-1型電纜為I-A 類別，其A=1.305元/m.mm2,計(jì)算結(jié)果與(1相同。Imax(低限值=1.305× (50×35 / (65.6×0.01990.5= 41.8 AImax(高限值=1.305× (50×70 / (65.6×0.01990.5=59.1 A(3查附錄4的電力電纜經(jīng)濟(jì)電流范圍數(shù)據(jù)表，可直接得到Imax 范圍為4259A與(1或(2相同數(shù)值。5.2 題2: 計(jì)算一路VV-1型電纜負(fù)載電流Imax=100A的經(jīng)濟(jì)截面

24、，電纜長度為1km(假設(shè)不計(jì)較電壓損失 。假設(shè)條件:Tmax=5000h，電度電價(jià)=0.5元/kWh。解: 由附錄2、3查VV-1型電纜屬I-A 造價(jià)類別，其平均A 值=1.305 (元/m.mm2，附錄8查F=65.6(元/W。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式(14，電纜經(jīng)濟(jì)截面為：Sec= 1002×65.6×0.0199 / 1.3050.5 =100.0mm2因?yàn)橛捎?jì)算公式得出的截面數(shù)不可能正好等于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)截面, 一般宜選用小于計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn)截面95 mm2。如需要精確計(jì)算，也可由公式(7計(jì)算總費(fèi)用大小來確定。此時(shí)還需查電纜的單位長度造價(jià)(附錄1 和截面的交流電阻（附錄6）。CT9

25、5=133718+1002×0.209×65.6=270822元CT120=166343+1002×0.166×65.6=275239元比較總費(fèi)用的計(jì)算結(jié)果，最經(jīng)濟(jì)的截面應(yīng)是95 mm2。5.3 題3: 題同5.2例, 用經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜截面。解: 由經(jīng)濟(jì)電流密度數(shù)據(jù)表或曲線(附錄5 查：當(dāng)Tmax=5000h, 電纜為I-A 類別，A=1.305元/m.mm2, 得j=1.0A/mm2, 對(duì)于 Imax=100A, 經(jīng)濟(jì)截面 S=100/1.0=100 mm2, 同樣仍按5.2題選小的原則，選用95 mm2。5.4 題4:如何修改經(jīng)濟(jì)電流密度。當(dāng)要

26、求電價(jià)P=0.85元/kWh, Tmax=6500h, 采用的電纜為YJV-10kV, 求經(jīng)濟(jì)電流密度。解: (1 查附錄9，設(shè)cos =0.9，當(dāng)Tmax=6500h,得=5100h，(2代入公式(6：F=Np×Nc ×(×P+D×Q / (1+ i %/1000，(元/W,假設(shè)公式（6）的其他條件不變，即Np=3, Nc=1, D=252元/kW,現(xiàn)值系數(shù)Q / (1+ i %=11.2,(3新的F=3×(5100×0.85+252×11.2/1000 =154.1元/W,(4查附錄2、3， YJV-10kV屬電纜造價(jià)I

27、I-A 類別，其平均A 值=1.598 元/m.mm2,(5修改新的經(jīng)濟(jì)電流密度, 代入F 與A 于公式(15，當(dāng)Tmax=6500h,j= A / F×0.01990.5=1.598 / 154.1×0.01990.5=0.722A/mm26. 總結(jié)經(jīng)濟(jì)截面最佳化的計(jì)算方法綜上所述，電力電纜經(jīng)濟(jì)電流范圍、經(jīng)濟(jì)截面和經(jīng)濟(jì)電流密度的計(jì)算公式是很簡捷的，從這些計(jì)算公式可見，只要輸入以下必要的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算就可獲得所需數(shù)據(jù)：(1不同型號(hào)電纜的平均A 值(由附錄3先查出電纜造價(jià)類別，由附錄2即得平均A 值 。例如VV-1-(3×S 型電纜的造價(jià)類別為I-A ，其平均A 值等

28、于1.305元/m.mm2。(2電纜線損輔助量F ，是計(jì)算過程的中間值，由不同的年運(yùn)行最大負(fù)載利用小時(shí)Tmax(計(jì)算過程用負(fù)載損耗小時(shí) 和不同的電費(fèi)價(jià)格P計(jì)算確定。在計(jì)算經(jīng)濟(jì)電流范圍和截面的公式都用著它，為計(jì)算操作方便，附錄8列出了損耗費(fèi)用輔助量F Tmax P 關(guān)系的統(tǒng)計(jì)值。(3當(dāng)單獨(dú)計(jì)算線路損耗費(fèi)用或總擁有費(fèi)用時(shí)，需要輸入實(shí)際使用的最大負(fù)載電流Imax 和電纜導(dǎo)體交流電阻(附錄6 以及電纜線損輔助量F 值。六. 電力電纜經(jīng)濟(jì)截面最佳化數(shù)據(jù)查找的使用方法應(yīng)用IEC 的計(jì)算方法所取得電力電纜截面經(jīng)濟(jì)最佳化的計(jì)算數(shù)據(jù)，為便于在實(shí)際工作中查找使用，大多已匯集在附錄之中，其方法與步驟都比較簡單易行。

29、不論求取各種型號(hào)電纜和不同運(yùn)行條件的經(jīng)濟(jì)電流范圍、負(fù)載電流的經(jīng)濟(jì)截面和經(jīng)濟(jì)電流密度，只要按步查找附錄中的相關(guān)參數(shù)和自定條件(如已知電價(jià)或最大負(fù)載利用小時(shí) 即可取得。1已知電纜型號(hào)，負(fù)載電流Imax 和運(yùn)行小時(shí)Tmax, 求經(jīng)濟(jì)截面。(1從附錄3類別對(duì)照表查出給定電纜型號(hào)的造價(jià)類別。例如YJV-10型，造價(jià)類別為II-A 。(2已知項(xiàng)目電纜所在電網(wǎng)的最大負(fù)載利用小時(shí)Tmax, 和電價(jià)P 。例如Tmax=7000h, P=0.5元/kWh。從附錄4中，找到對(duì)應(yīng)電纜造價(jià)類別為II-A 的經(jīng)濟(jì)電流范圍表，找出給定電價(jià)P 的經(jīng)濟(jì)電流范圍小表，選定最大負(fù)載利用小時(shí)Tmax 一列，確認(rèn)負(fù)載電流在高低限電流范

30、圍的一行，其左端對(duì)應(yīng)的截面就是所求的經(jīng)濟(jì)截面。例如在附錄4-2電纜造價(jià)類別為II-A 的經(jīng)濟(jì)電流范圍表中， 找到P=0.5元/kWh的小表, 查Tmax=7000h一列，找到經(jīng)濟(jì)電流范圍中Imax=150A正包括在145-183A 一行，左端對(duì)應(yīng)的截面一列185mm2就是它的經(jīng)濟(jì)截面。2 已知電纜型號(hào)和截面，求經(jīng)濟(jì)電流范圍。(1從附錄3查出給定電纜型號(hào)的造價(jià)類別。例如VV-1-(3×70 型，造價(jià)類別為I-A 。(2已知項(xiàng)目電纜所在電網(wǎng)的最大負(fù)載利用小時(shí)Tmax, 和電價(jià)P 。例如Tmax=7000h, P=0.4元/kWh。從附錄4中，找到對(duì)應(yīng)電纜造價(jià)類別為I-A 的經(jīng)濟(jì)電流范圍表

31、，找出給定電價(jià)P 的經(jīng)濟(jì)電流范圍小表，選定最大負(fù)載利用小時(shí)Tmax 一列，從已知截面一行便可查到未知的電纜經(jīng)濟(jì)電流范圍。例如從已知截面為70mm2的一行, 它與已知Tmax=7000h一列的交點(diǎn)處便是該截面的經(jīng)濟(jì)電流范圍52-71A 。3 已知電纜型號(hào)，求經(jīng)濟(jì)電流密度。(1從附錄3查出給定電纜型號(hào)的造價(jià)類別。例如VV-1-(5×S ，查類別為IV-A 。(2已知項(xiàng)目電纜所在電網(wǎng)的最大負(fù)載利用小時(shí)Tmax 和電價(jià)P 。例如Tmax=7000h, P=0.7元/kWh。(3從附錄5查電纜造價(jià)類別的經(jīng)濟(jì)電流密度數(shù)據(jù)表和曲線。例如類別為IV-A ，按數(shù)據(jù)表查Tmax=7000h一列與P=0.

32、7元/kWh一行的交點(diǎn)便是經(jīng)濟(jì)電流密度j=0.89A/mm2。 若需要按曲線查, 在IV-A 類別經(jīng)濟(jì)電流密度曲線圖, P=0.7的曲線與縱坐標(biāo)Tmax=7000h水平交點(diǎn)處取得對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)電流密度j 為0.89A/mm2。七. 電纜經(jīng)濟(jì)截面與發(fā)熱截面總費(fèi)用比較及投資回收年計(jì)算以上是按IEC 總費(fèi)用最小的方法來求取經(jīng)濟(jì)電流和經(jīng)濟(jì)截面。比較發(fā)熱截面與經(jīng)濟(jì)截面的TOC 總費(fèi)用，以電纜壽命為30年和年運(yùn)行小時(shí)為三班制來算，下面的例子可見發(fā)熱截面的總費(fèi)用明顯大于經(jīng)濟(jì)截面。但是如果電纜負(fù)載電流不大，使用年限不長，年運(yùn)行小時(shí)為一班工作制，兩種截面方案的經(jīng)濟(jì)效益總費(fèi)用就有比較的可能。以下比較兩種截面的總費(fèi)用情

33、況。1. 給定負(fù)載電流下發(fā)熱截面與經(jīng)濟(jì)截面的總費(fèi)用比較當(dāng)已知給定負(fù)載電流下的發(fā)熱截面與經(jīng)濟(jì)截面，比較其中三個(gè)班制年運(yùn)行小時(shí)的TOC 總費(fèi)用。應(yīng)用公式(1, 分別計(jì)算兩種截面的初始投資和年運(yùn)行費(fèi)用現(xiàn)值，相加后可得出總費(fèi)用。由于電纜使用年的不同，它們年運(yùn)行費(fèi)用現(xiàn)值及總費(fèi)用也不相同。IEC 標(biāo)準(zhǔn)例中使用年的取值一般都是取經(jīng)濟(jì)壽命年N=30年。當(dāng)人們只需要按幾年的使用期，所得結(jié)果是否也會(huì)比按允許載流量選擇的截面經(jīng)濟(jì)，需要計(jì)算或繪制兩者TOC-N 曲線比較來說明問題。從以上總費(fèi)用和線損的公式可見，總費(fèi)用是隨線損輔助量F 式的現(xiàn)值系數(shù)大小變化，又公式(4(5中， 當(dāng)r 值不變(與年負(fù)載增長率a 、年電價(jià)增

34、長率b 以及貼現(xiàn)率i 的系數(shù)不變 ，因現(xiàn)值系數(shù)=Q/(1+i/100式中Q=(1-rN/(1-r，故現(xiàn)值系數(shù)= (1-rN/(1-r/(1+i/100。 于是，現(xiàn)值系數(shù)將隨N=030年變化的數(shù)值范圍為011.2，年數(shù)越大現(xiàn)值系數(shù)越大，總費(fèi)用也跟著大，便可繪制出以下三個(gè)班制的TOC-N 關(guān)系曲線。舉例：一條100米長VV-1kV 型3芯電力電纜線路，負(fù)載電流Imax=80A，比較三個(gè)班制工作的發(fā)熱截面與經(jīng)濟(jì)截面TOC 總費(fèi)用, 電價(jià)P=0.5元/kWh 。 繪制三個(gè)班制電纜使用期（N=030年）TOC 總費(fèi)用年增長曲線。解： （1）查電纜允許載流量表(附錄7, 空氣中敷設(shè)，發(fā)熱截面按允許載 流量

35、表選3×25 mm2。（2）經(jīng)濟(jì)截面按三個(gè)班制的年Tmax 小時(shí)數(shù)：假設(shè)為3000h, 5000h, 7000h 。(3 確定三個(gè)班制的經(jīng)濟(jì)截面: 查VV-1三芯電纜為I-A 類別，其平 均A=1.305元/m.mm2,由電纜的經(jīng)濟(jì)電流密度曲線, 分別得：一班制Tmax=3000h, j=1.36A/ mm2, S=80/1.36=58.8mm2, 選3×50 mm2,兩班制Tmax=5000h, j=1.0A/ mm2, S=80/1.0=80mm2, 選3×70 mm2,三班制Tmax=7000h, j=0.79A/ mm2, S=80/0.79=101mm2

36、, 選3×95 mm2,(4每個(gè)班制的TOC 總費(fèi)用 = 電纜初始投資+現(xiàn)值系數(shù)×年線路損耗費(fèi)= 電纜初始投資+Q/(1+i/100×(I2max×R ×F/11.2。(5確定年線損輔助量F 值。F 值與Tmax 有關(guān), 查附錄8，對(duì)應(yīng)三個(gè) 班制Tmax 和電價(jià)下的F 值分別為：一班制F=35.35， 兩班制F=65.60,三班制F=105.93。因附錄8的年線路損耗費(fèi)算式中的F 值系N=30年的數(shù)值，當(dāng)需要計(jì)算小于30年的線損時(shí)，需改變F 式中的現(xiàn)值系數(shù)：如上式中的F 需除以11.2以清除30年的現(xiàn)值系數(shù)再乘以N 為變量年的現(xiàn)值系數(shù)。因現(xiàn)值系

37、數(shù)=(1-rN/(1-r/(1+i/100，代入 i=10%, r=0.927,得到N 與現(xiàn)值系數(shù)關(guān)系，便可繪出N=030逐年的TOC 費(fèi)用曲線，見圖1、2、3，從中求出30年以下任意年的費(fèi)用。(6從圖1、2、3(三個(gè)班制 可見， N=0的TOC 總費(fèi)用為電纜安裝年的投資費(fèi)，兩曲線交點(diǎn)是兩截面總費(fèi)用相等處，對(duì)應(yīng)年份為經(jīng)濟(jì)截面多支付投資的回收年。(7經(jīng)濟(jì)截面大于發(fā)熱截面投資的回收年限計(jì)算法：a 簡單算法，回收年,T=電纜初始投資差值 / 年線路損耗費(fèi)差值一班制，T=(7499.3-4236.8 / (802×0.1×(0.881-0.397 ×35.35/11.2=

38、3.34年 兩班制，T=(10109.3-4236.8 / (802×0.1×(0.881-0.284 ×65.6/11.2=2.62年 三班制，T=(13371.8-4236.8 / (802×0.1×(0.881-0.209 ×105.93/11.2=2.25年 b 計(jì)時(shí)間價(jià)值的回收年，n=log (1-T×(1-r / log r一班制，n=log(1-3.34(1-0.927 / log0.927=3.68年兩班制，n=log(1-2.62(1-0.927 / log0.927=2.81年三班制，n=log(1-2.

39、25(1-0.927 / log0.927=2.36年三個(gè)班制發(fā)熱允許截面與經(jīng)濟(jì)截面投資、TOC 總費(fèi)用及回收年對(duì)比匯總?cè)缦拢?兩種截面選擇方案的結(jié)果：負(fù)載下的TOC 費(fèi)用與使用年N 的關(guān)系曲線分別見圖1、2、3。一班制的電纜采用經(jīng)濟(jì)截面，電纜截面雖大于發(fā)熱截面2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)，但多出的投資要在稍長的3.7年才可回收。所以如果工廠使用壽命年為4年，年負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)又很不長，電纜就可不必按經(jīng)濟(jì)截面來選。二班和三班制的電纜采用經(jīng)濟(jì)截面，截面大于發(fā)熱截面3和4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)，初始投資雖要大些，但年用電時(shí)間長，年損耗費(fèi)用差值比較大，兩年多很快可回收, 發(fā)熱截面與經(jīng)濟(jì)截面TOC 費(fèi)用差值在其曲線交叉點(diǎn)后的隨著使用年數(shù)

40、增加愈來愈大，故采用經(jīng)濟(jì)截面比較合算。 八. 經(jīng)濟(jì)截面的校驗(yàn)條件校驗(yàn)條件的詳細(xì)計(jì)算應(yīng)參見有關(guān)電氣設(shè)計(jì)手冊。1. 短路電流熱穩(wěn)定計(jì)算電纜最小截面Smin=IZ× (t0.5 /C式中 I Z 短路電流周期分量有效值，At 短路切除時(shí)間， sC 熱穩(wěn)定系數(shù)， 對(duì)于銅芯PVC 絕緣電纜C=114，銅芯交聯(lián)聚 乙稀絕緣電纜 C=1372. 電纜線路電壓損失公式：以線路電壓損失百分?jǐn)?shù)表示U%=1.732×I ×L ×(Rcos + Xsin / 10×UL式中 I 負(fù)荷計(jì)算電流， AL 線路長度， kmUL 線路標(biāo)稱電壓，kVR 、X 三相線路單位長度的

41、電阻和感抗，/km(R，X 值見附錄6Cos 功率因數(shù)配電線路正常和非正常的電壓降，一般需根據(jù)線路所在系統(tǒng)的具體情況，由負(fù)載對(duì)電壓的不同要求確定，配電線路一般要求是U%不大于6-8%，對(duì)于電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)的電壓損失限值取決于用戶按技術(shù)條件要求, 一般為5%，偶然起動(dòng)15%。3. 接地故障電流靈敏度校驗(yàn)按照低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范不同的接地型式要求做。如TN 系統(tǒng)需計(jì)算線路負(fù)載端單相短路電流，以校驗(yàn)線路電源處安裝的斷路器切斷該單相短路電流的靈敏度。4. 按發(fā)熱允許電流選擇電纜截面時(shí), 考慮多根電纜成束敷設(shè)時(shí)載流量計(jì)入降低系數(shù)后的截面。降低系數(shù)值另查標(biāo)準(zhǔn)或手冊。5校驗(yàn)舉例 以工廠低壓異步電動(dòng)機(jī)配電為例，一臺(tái)

42、給水泵電動(dòng)機(jī)功率37kW, 額定電流71.4A, 起動(dòng)電流469A ，低壓饋線斷路器整定電流85A ，速斷動(dòng)作電流850A 。已知年最大負(fù)載利用小時(shí)Tmax=6000h。電源電纜由變電所低壓屏直接配電，采用VV-1-(3+1型電纜架空橋架明設(shè)，線路長度為150米，環(huán)境溫度30，變電所低壓屏母線短路電流有效值為26kA, 低壓屏母線單相接地(相保 電流23kA 。5.1 按允許發(fā)熱條件選擇截面： Ie=71.4A 查載流量標(biāo)準(zhǔn)可選截面S=3×16+1×10mm2。5.2 電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)電壓損失校驗(yàn)：起動(dòng)時(shí)功率因數(shù)按0.3考慮，查附錄6交流電阻和感抗，計(jì)算電壓降：U%=1.73

43、2×469×0.15×(1.376×0.3+0.082×0.95/10×0.38=15.7%。因電壓降過大，試選用70 mm2,電壓降可減小到U%=1.732×469×0.15×(0.315×0.3+0.069×0.95/(10×0.38=5.13%?？蓾M足要求。5.3 按經(jīng)濟(jì)電流密度選截面，查電纜造價(jià)I-A 類別，經(jīng)濟(jì)電流密度曲線Tmax=6000h, P=0.5元/kWh, j=0.88A/mm2, 經(jīng)濟(jì)截面選擇應(yīng)考慮電機(jī)長時(shí)間運(yùn)行的負(fù)載率，例如負(fù)荷系數(shù)為0.85, 則經(jīng)

44、濟(jì)截面S=71.4×0.85 / 0.88=69mm2，可選電纜3×70+1×35 mm2。5.4當(dāng)電力電纜與其它電纜多根并列在電纜橋架封閉式敷設(shè), 例如電纜載流量可能達(dá)到0.5降低系數(shù)。本例已按其它條件（短路熱穩(wěn)定）選擇較大截面，不受降低系數(shù)影響。5.5 校驗(yàn)電纜短路熱穩(wěn)定最小截面：設(shè)短路切斷時(shí)間t=0.2秒，S=26000×0.200.5/114=102 mm2， 95 mm2接近102 mm2，可采用95 mm2。5.6 低壓TN 系統(tǒng)的接地故障保護(hù)靈敏度校驗(yàn)，斷路器速斷整定動(dòng)作電流Iz=850A，距斷路器150米處故障：1 當(dāng)電纜截面為3

45、5;16+1×10時(shí)單相接地故障電流Id=338A，斷路器速斷不動(dòng)。2 試改用電纜截面為3×70+1×35時(shí)單相接地故障電流Id=1190A，可滿足斷路器動(dòng)作靈敏度1.25要求(1190/850=1.4。5.7 用TOC 總費(fèi)用來說明電纜截面選擇的不同經(jīng)濟(jì)效益：(F值為84.09元/WTOC70=101093+(71.4×0.852×0.284×84.09×0.15=28358.3元TOC95=133718+(71.4×0.852×0.209×84.09×0.15=29767.6 元可

46、見70 mm2是最經(jīng)濟(jì)的，95 mm2滿足短路熱穩(wěn)定，電纜截面最后還是按技術(shù)條件選擇大的截面95 mm2。 附錄2 電纜造價(jià)類別的平均A(造價(jià)費(fèi)用斜率 表(A的單位：元/m.mm2 附錄3 電纜型號(hào)與電纜造價(jià)類別對(duì)照表 附錄4-1 銅芯電力電纜經(jīng)濟(jì)電流范圍(I-A類別(11. 應(yīng)用范圍：電纜類別I-A ，A=1.305元/m.mm2, 對(duì)應(yīng)電纜型號(hào)見附錄2、3的A 對(duì)照匯總表。2. 電纜經(jīng)濟(jì)電流范圍計(jì)算式見手冊說明: Imax(低限值= A（S1×S ）/ F×0.01990.5 , Imax(高限值= A(S2×S/ F×0.01990.5 附錄4-2

47、 銅芯電力電纜經(jīng)濟(jì)電流范圍(II-A類別(11. 應(yīng)用范圍：電纜類別II-A ，A=1.598元/m.mm2, 對(duì)應(yīng)電纜型號(hào)見附錄2、3的A 對(duì)照匯總表。2. 電纜經(jīng)濟(jì)電流范圍計(jì)算式見手冊說明: Imax(低限值= A （S1×S ）/ F ×0.01990.5 , Imax(高限值= A（S2×S ）/ F×0.01990.5 1. 應(yīng)用范圍：電纜類別III-A ，A=1.890元/m.mm2, 對(duì)應(yīng)電纜型號(hào)見附錄2、3的A 對(duì)照匯總表。2. 電纜經(jīng)濟(jì)電流范圍計(jì)算式見手冊說明: Imax(低限值= A（S1×S ）/ F×0.01990.5 , Imax(高限值= A（S2×S ）/ F×0.01990.5 附錄4-4 銅芯電力電纜經(jīng)濟(jì)電流范圍(IV-A類別(11. 應(yīng)用范圍