電纜選型手冊范本

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目錄

一.概述…………… 2

二.范圍…………… 2-3

三.參考標準及參數(shù)取值依據(jù)…………………… 3

四.符號說明……………………… 3-4

五.IEC287-3-2/1995標準電力電纜截面經(jīng)濟最佳化計算方法的應用……… 4-11

六.電力電纜經(jīng)濟截面最佳化數(shù)據(jù)查找的使用方法…………… 11-12

七.電纜經(jīng)濟截面與發(fā)熱截面總費用比較及投資回收年計算… 12-15

八.經(jīng)濟截面的校驗條件………… 16-17

附錄1 銅芯電力電纜綜合造價統(tǒng)計表………… 18-19

附錄2 電纜造價類別的平均A值……………… 20

附錄3 電纜型號與電纜造價類別對照表……… 20

附錄4-1 銅芯電力電纜經(jīng)濟電流范圍<I-A類別>……………… 21-23

附錄4-2 銅芯電力電纜經(jīng)濟電流范圍<II-A類別>……………… 24-26

附錄4-3 銅芯電力電纜經(jīng)濟電流范圍<III-A類別>………………27-29

附錄4-4銅芯電力電纜經(jīng)濟電流范圍<IV-A類別>……………… 30-32

附錄4-5銅芯電力電纜經(jīng)濟電流范圍<V-A類別>……………… 33-35

附錄5 銅芯電力電纜經(jīng)濟電流密度計算數(shù)據(jù)及圖表<不同電價>…………… 36-40

附錄6 電纜導體交流電阻及感抗……………… 41-42

附錄7 銅芯電力電纜允許載流量表…………… 42

附錄8 損耗費用輔助量F─Tmax─P關(guān)系的統(tǒng)計值……… 43

附錄9 最大負載利用小時Tmax與最大負載損耗小時τ和cosΦ的關(guān)系… 43

附錄10 不同行業(yè)的年最大負載利用小時Tmax,<h>…………… 44

九.參考資料……………………… 44

電力電纜經(jīng)濟選型實用手冊

一.概述

導體的經(jīng)濟電流密度是選擇導體的必要條件之一。當選擇導體的諸多技術(shù)條件<如發(fā)熱溫升、機械強度及電壓降要求等>得到控制或改善時,往往是經(jīng)濟電流密度起著支配作用。實踐證明,經(jīng)濟電流密度對于選擇導體進而節(jié)省能源,改善環(huán)境,提高電力運行可靠性有著重要的技術(shù)經(jīng)濟意義。過去,在計劃經(jīng)濟的條件下,工程設(shè)計往往偏重技術(shù)、輕視經(jīng)濟；重視初投資,忽視長期運行的經(jīng)濟性。工程建設(shè)也因此付出過沉重代價。當前,我國已經(jīng)進入到社會主義市場經(jīng)濟的發(fā)展時期,工程投資方和經(jīng)營方都越來越注重投資效益和運營效益。追求工程建設(shè)整體的、長遠的合理性,倡導基建優(yōu)化設(shè)計。而導體的經(jīng)濟電流密度正是這種優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容之一。傳統(tǒng)的設(shè)計方法按載流量選擇導體截面時只計算初始投資,導體的截面選擇過小,將增加電能的損耗；選擇的過大,則增加初始投資。研究和確定導體電流密度的目的,就是在已知負荷的情況下,選擇最佳的導體截面；或是在已選定導體截面的情況下,確定經(jīng)濟的負荷范圍,以尋求投資的最優(yōu)方案,取得最理想的經(jīng)濟效益。

本實用手冊應用IEC287-3-2/1995《電力電纜尺寸的經(jīng)濟最佳化》標準和方法,采用我國常用的銅芯聚氯乙稀絕緣聚氯乙稀護套<PVC絕緣>和交聯(lián)聚乙稀絕緣聚氯乙稀護套<XLPE絕緣>中低壓電力電纜數(shù)據(jù),統(tǒng)計和匯集了為計算電纜系列截面的經(jīng)濟電流范圍、經(jīng)濟截面和電纜經(jīng)濟電流密度所需資料,可供電氣設(shè)計人員和運行人員選擇電纜導體經(jīng)濟截面參考。

二.范圍

1．本實用手冊適用于電壓為6/6kV,8.7/10kV及0.6/1.0kV中低壓等級銅芯電力電纜的經(jīng)濟選擇。電纜類型為銅芯聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜<VV型>,銅芯聚氯乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜<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IEC287-3-2/1995國際標準,導體截面經(jīng)濟選擇只計及發(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。

三.參考標準及參數(shù)取值依據(jù)

國際電工委員會標準IEC287-3-2/1995《電力電纜截面的經(jīng)濟最佳化》。

國家標準GB/T16895.15-2002等效于IEC60364-5-523:1999《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GB50217-94《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》。

金融貼現(xiàn)率,電價年增長率等按照近年來國家電力公司經(jīng)濟研究中心提供的數(shù)據(jù)。低壓電力電纜出廠價格根據(jù)《北京工程造價信息》20XX第2期。中壓電力電纜價格及中低壓電纜敷設(shè)綜合費用根據(jù)西北電力設(shè)計院1981年及東北電力設(shè)計院20XX的專題報告《導體的經(jīng)濟電流密度》資料。

四.符號說明

本手冊使用的符號及其量值說明如下：

A 與導體截面有關(guān)的單位長度成本的可變部分

<造價費用斜率> 元/m.mm2

B 鄰近效應、集膚效應的綜合系數(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/m

CT 電纜系統(tǒng)總成本<總費用> 元

Imax 最大負載電流 A

L 電纜截面某段長度 m

CJ 年期間內(nèi)電纜導體發(fā)熱損耗費用的現(xiàn)值 元

N 電纜使用的經(jīng)濟壽命期 年

Np 每回路相導體數(shù)目 --

Nc 傳輸同型號電纜和負載值的回路數(shù)目 --

P 電價,電度電費 元/kWh

D 每年最大需量電費 元/kW·年

F 由公式<6>定義的輔助量<線損輔助量> 元/W

Q 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P的年增長率,不計及通貨膨脹 %

i 計算現(xiàn)值用貼現(xiàn)率 %

CI 擬確定某段長度的標準截面規(guī)格的初始費用 元

CI1 最接近某段長度較小標準截面規(guī)格的初始費用 元

CI2 最接近某段長度較大標準截面規(guī)格的初始費用 元

R 擬確定電纜截面規(guī)格的單位長度交流電阻 Ω/km

R1 最接近較小標準截面規(guī)格的單位長度交流電阻 Ω/km

R2 最接近較大標準截面規(guī)格的單位長度交流電阻 Ω/km

Tmax 最大負載利用小時 h

τ 最大負載損耗小時 h

S 電纜導體截面 mm2

Sec 電纜導體的經(jīng)濟截面 mm2

ρ20 導體20℃下的電阻率 Ω.m

α20 導體20℃下的電阻溫度系數(shù) 1/℃θm 導體平均運行溫度 ℃

K 溫度及B系數(shù)的綜合系數(shù) --

T 投資回收年 年

五.IEC287-3-2/1995標準電力電纜截面經(jīng)濟最佳化計算方法的應用

1．電纜的總費用?？倱碛匈M用法<TOC,TotalOwningCost>是全面評價電氣裝置能效費用的方法,包含：初始投資<采購及安裝費用>及其壽命期運行費用的兩個部分。其表達式如下：

總費用CT=CI+CJ<1>

式中: CI所安裝的電纜造價<初始投資>,包括電纜購置費及敷設(shè)安 裝費用,<元>

CJ等效于電纜購買時的線路損耗費用,即電纜N年經(jīng)濟壽命期發(fā)熱損耗費用現(xiàn)值,<元>。

1.1電纜初始投資CI

包括電纜出廠價及敷設(shè)費用<附錄1>,敷設(shè)費用以綜合造價系數(shù)來折算,綜合造價系數(shù)計及電纜的運輸,敷設(shè)安裝及電纜構(gòu)筑物等費用,綜合造價系數(shù)隨電纜截面增大而降低。以下用單位長度和截面有關(guān)系的投資費用斜率A來表示,又叫做投資費用的可變部分A值。各種類型電纜的A值因價格不同而異,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>

對于每一種型號電纜,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28種型號電纜的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類別標志,見附錄2。電纜造價類別與電纜型號對照表見附錄3。

五個組的平均A值代表型號數(shù)量不等的電纜單位造價,它們之間的偏差為18~125%。為了使電纜導體截面范圍建立較好的線性關(guān)系,以平均A值對相應型號電纜的初始造價做線性調(diào)整。采用平均A值比用自身A值計算經(jīng)濟截面和經(jīng)濟電流密度所得結(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

這是計算電纜造價以外的運行費用,它與負載大小、年運行時間、電價、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)濟壽命年運行的電能損耗費,折算到電纜購買日的現(xiàn)值:

CJ=<I2max×R×L×Np×Nc/1000>×<τ×P+D>×[Q/<1+i/100>], <元><3>

式中:Q為計及N年負載增長、電價增長和貼現(xiàn)率的系數(shù),

Q=<1-rN>/<1-r><4>

其中r=[<1+a/100>2×<1+b/100>]/<1+i/100><5>

<2>為方便于以后對不同截面損耗費用的一系列計算,將<3>式中 除導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×<τ×P+D>×[Q/<1+i%>]/1000,<元/W><6>

F總括了回路相數(shù)Np和Nc、電價P、D、最大負載損耗小時τ和現(xiàn)值系數(shù)[Q/<1+i%>]。

此處采用我國常用的最大負載損耗小時<τ>法來計算線損。因此最大負載損耗小時τ需由已知的年最大負載利用小時Tmax和功率因數(shù)cosφ關(guān)系表中查出,見附錄9。功率因數(shù)cosφ對經(jīng)濟電流范圍和經(jīng)濟截面的計算結(jié)果影響很小,本手冊采用該關(guān)系表的中間值cosφ=0.9,在Tmax=1000h至8500h范圍取下τ值作為計算用數(shù)。按公式<6>便可算得Tmax/τ范圍內(nèi)的線損輔助量F<見附錄8>,它在經(jīng)濟電流范圍和經(jīng)

濟電流密度計算過程是經(jīng)常使用的中間量值。在繪制經(jīng)濟電流密度j曲線中習慣用Tmax而不用τ來表示。不同行業(yè)的Tmax可從現(xiàn)成統(tǒng)計資

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)[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,進而算得Q和現(xiàn)值系數(shù)[Q/<1+i%>]=11.2。這樣,總費用的計算式簡化為：

CT=CI+I2max×R×F,<元><7>

2．系列標準截面中每一導體經(jīng)濟電流范圍的算法

原理：電纜系列截面的經(jīng)濟電流范圍是在總費用相等和敷設(shè)條件相同的 條件下取得。

計算公式可以有兩種表達方式：一種是按總費用計算式通過輸入電纜初始投資和電纜線路電阻等參數(shù)來計算電流范圍<IEC表達方式>,另一種是通過輸入單位造價平均A值,電纜截面S和導體電阻率等參數(shù)替代第一種公式原形計算。

2.1第一種計算的表達式：每一線芯截面都有一個經(jīng)濟電流范圍,按電纜相鄰線芯截面總費用相等為條件,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-R>>]0.5<8>

Imax<高限值>=[<CI2-CI>/<F×L×<R-R2>>]0.5<9>

式中：

CI 擬確定某段長度電纜截面規(guī)格的初始費用,<元>

R 擬確定電纜截面規(guī)格的單位長度交流電阻,<Ω/km>

CI1 最接近某段長度較小標準截面規(guī)格的初始費用,<元>

R1 最接近較小標準截面規(guī)格的單位長度交流電阻,<Ω/km>

CI2 最接近某段長度較大標準截面規(guī)格的初始費用,<元>

R2 最接近較大標準截面規(guī)格的單位長度交流電阻,<Ω/km>

L 確定電纜截面規(guī)格某段長度,<km>

2.2第二種表達式：為便于對每一線芯截面經(jīng)濟電流范圍的計算,原理不變,將電纜造價平均A值替代CI以及電阻率除以截面替代電阻R來表達。

因交流電阻R=ρ20×B×[1+α20<θm-20>]×106/S,<Ω/m>

令K=B[1+α20<θm-20>],于是交流電阻R=ρ20×K×106/S,<Ω/m>

式中：ρ20為銅導體直流電阻率,ρ20=18.35×10-9,<Ω.m>

B為綜合鄰近效應、集膚效應的系數(shù),取VV型和YJV型電纜的B平均值=1.006。

α20為銅線20℃的電阻溫度系數(shù)等于0.00393,</℃>

θm為導體溫度,在經(jīng)濟電流運行時導體溫度可降低,θm=40℃。<IEC推薦>

代入相關(guān)參數(shù),取得K=1.085。將A、S和ρ20替換<8><9>式中的CI與R。公式經(jīng)整理后,可得經(jīng)濟電流范圍高低限值的另一表達式：

Imax<低限值>=[A<S1×S>/F×0.0199]0.5<10>

Imax<高限值>=[A<S2×S>/F×0.0199]0.5<11>

3．給定負載電流下經(jīng)濟截面的算法

原理：計算以給定負載電流下電纜總費用為最小時的截面,公式演算如下。

電纜總費用按公式<7>可寫成以導體截面S為函數(shù)的表達式：

CT<S>=CI<S>+I2max×R<S>×L×F,<元><12>

3.1CI<S>以上述不同電纜類型初始投資推導為線性模型的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交流電阻以導體截面S的函數(shù)式表示：

R<S>=ρ20×B×[1+α20<θm-20>]×106/S,<Ω/m>

3.3總費用為最小時的經(jīng)濟截面Sec可通過以總費用公式<12>對截面

S求導,并令其為零取得：

Sec={I2max×F×ρ20×B×[1+α20<θm-20>]×106/A}0.5,

<mm2><13>

式中：ρ20、α20、θm、B和K的取值與上節(jié)相同,代入公式<13>整理后可得經(jīng)濟截面：

Sec=[I2max×F×0.0199/A]0.5,<mm2><14>

4．電纜導體經(jīng)濟電流密度的算法

電力電纜經(jīng)濟電流密度的計算方法很多,例如年費用最小法,計算費用法,返本期法和財務表報法等,但因出發(fā)點不同,各個國家的各部門都采用不同的計算方法。以上IEC287-3-2標準的兩種計算方法實際上已表述了電纜經(jīng)濟電流密度的內(nèi)容,因為經(jīng)濟電流密度就是流過經(jīng)濟截面中電流的密度。

4.1 經(jīng)濟電流密度的算式：j=Imax/Sec<A/mm2>

將公式<13>的Sec代入上式,得:j=Imax/{I2max×F×ρ20×B×[1+α20<θm-20>]×106/A}0.5

或公式<14>的Sec代入上式,得:j={A/[F×0.0199]}0.5<A/mm2><15>

為求電纜的經(jīng)濟電流密度,只需代入電纜造價平均A值與Tmax小時下的F值<設(shè)定不同的電價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種常用的中低壓電力電纜造價〔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>計算不同電價<設(shè)P=0.2~1.0元/kWh>5種類別28種常用的中低壓電纜的經(jīng)濟電流密度數(shù)據(jù)及曲線

<見附錄5>。

4.2 各參數(shù)對經(jīng)濟電流密度j的影響

由經(jīng)濟電流密度j的算式<15>可見,經(jīng)濟電流密度j與A值開方成正比,A的增加表明電纜投資增加,j便應該增大,即要求采用較小截面

是經(jīng)濟的<為要求投資回收年不因此而增長>。j與F值開方成反比,F是Tmax和P的中間輔助量值,F增大相當于運行時間加長或電價增加,

j應該減小,j減小就是要使截面加大使損耗費用減小才經(jīng)濟。

不可能對每一種型號電纜都分別給出它們的經(jīng)濟電流密度,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0.5~8%不等,影響j的誤差小于3%是允許的。

考慮我國地區(qū)電價差別較大,電價P對j的影響偏差寬度不等,低電價影響j的寬度比高電價大,可以控制j之間的差值10~15%來確定P值,附錄5列出的經(jīng)濟電流密度Tmax-j曲線是以電價整數(shù)P=0.2、0.3、0.4、0.5、0.7、1.0元/kWh范圍,在兩電價數(shù)值間的實際電價可在曲線間按

插入法就近取值,由于高電價中的誤差所影響最終經(jīng)濟截面的選擇很小,

可不于計較。必要時<例如電價超出所列范圍很大>仍可按計算公式修改線損輔助量F值來補充新電價條件下的j值。

5． 電力電纜截面經(jīng)濟最佳化計算方法舉例

以上電力電纜截面經(jīng)濟最佳化的三種計算方法,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:計算VV-1型3×50mm2電纜導體的經(jīng)濟電流高低限值范圍。

假設(shè)條件:Tmax=5000h,電度電價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55418元,74993元,101093元,導體交流電阻R由附錄6查得每公里分別為0.566Ω,0.397Ω,0.284Ω。由附錄8查得線損輔助量系數(shù)F=65.60元/W。

解：<1>3×50mm2電纜導體的經(jīng)濟電流高低限值范圍由上列參數(shù)代入公式<8>,<9>計算：

Imax<低限值>=[<74993-55418>/<65.6×1×<0.566-0.397>>]0.5=42.0A

Imax<高限值>=[<101093-74993>/<65.6×1×<0.397-0.284>>]0.5=59.3A50mm2截面的經(jīng)濟電流低限是35mm2截面經(jīng)濟電流的高限,50mm2截

面的經(jīng)濟電流高限是70mm2截面經(jīng)濟電流的低限。

<2>同上,用<10>,<11>公式計算,由附錄2、3查VV-1型電纜為I-A類別,其A=1.305元/m.mm2,計算結(jié)果與<1>相同。

Imax<低限值>=[1.305×<50×35>/<65.6×0.0199>]0.5=41.8A

Imax<高限值>=[1.305×<50×70>/<65.6×0.0199>]0.5=59.1A

<3>查附錄4的電力電纜經(jīng)濟電流范圍數(shù)據(jù)表,可直接得到Imax范圍為42~59A與<1>或<2>相同數(shù)值。

5.2 題2:計算一路VV-1型電纜負載電流Imax=100A的經(jīng)濟截面,電纜長度為1km<假設(shè)不計較電壓損失>。假設(shè)條件:Tmax=5000h,電度電價=0.5元/kWh。

解:由附錄2、3查VV-1型電纜屬I-A造價類別,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)濟截面為：

Sec=[1002×65.6×0.0199/1.305]0.5=100.0mm2

因為由計算公式得出的截面數(shù)不可能正好等于一個標準截面,一般宜選用小于計算值的標準截面95mm2。如需要精確計算,也可由公式<7>計算總費用大小來確定。此時還需查電纜的單位長度造價<附錄1>和截面的交流電阻〔附錄6。

CT95=133718+1002×0.209×65.6=270822元

CT120=166343+1002×0.166×65.6=275239元

比較總費用的計算結(jié)果,最經(jīng)濟的截面應是95mm2。

5.3 題3:題同5.2例,用經(jīng)濟電流密度選擇電纜截面。

解:由經(jīng)濟電流密度數(shù)據(jù)表或曲線<附錄5>查：當Tmax=5000h,電

纜為I-A類別,A=1.305元/m.mm2,得j=1.0A/mm2,對于Imax=100A,經(jīng)濟截面S=100/1.0=100mm2,同樣仍按5.2題選小的原則,選用95mm2。

5.4 題4:如何修改經(jīng)濟電流密度。當要求電價P=0.85元/kWh,Tmax=6500h,采用的電纜為YJV-10kV,求經(jīng)濟電流密度。

解: <1>查附錄9,設(shè)cosф=0.9,當Tmax=6500h,得τ=5100h,

<2>代入公式<6>：F=Np×Nc×<τ×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II-A類別,其平均A值=1.598 元/m.mm2,

<5>修改新的經(jīng)濟電流密度,代入F與A于公式<15>,當Tmax=6500h,

j={A/[F×0.0199]}0.5={1.598/[154.1×0.0199]}0.5=0.722A/mm2

6. 總結(jié)經(jīng)濟截面最佳化的計算方法

綜上所述,電力電纜經(jīng)濟電流范圍、經(jīng)濟截面和經(jīng)濟電流密度的計算公式是很簡捷的,從這些計算公式可見,只要輸入以下必要的參數(shù)進行計算就可獲得所需數(shù)據(jù)：

<1>不同型號電纜的平均A值<由附錄3先查出電纜造價類別,由附錄2即得平均A值>。例如VV-1-<3×S>型電纜的造價類別為I-A,其平均A值等于1.305元/m.mm2。

<2>電纜線損輔助量F,是計算過程的中間值,由不同的年運行最大負載利用小時Tmax<計算過程用負載損耗小時τ>和不同的電費價格P

計算確定。在計算經(jīng)濟電流范圍和截面的公式都用著它,為計算操作方便,附錄8列出了損耗費用輔助量F─Tmax─P關(guān)系的統(tǒng)計值。

<3>當單獨計算線路損耗費用或總擁有費用時,需要輸入實際使用的最大負載電流Imax和電纜導體交流電阻<附錄6>以及電纜線損輔助量F值。

六.電力電纜經(jīng)濟截面最佳化數(shù)據(jù)查找的使用方法

應用IEC的計算方法所取得電力電纜截面經(jīng)濟最佳化的計算數(shù)據(jù),為便于在實際工作中查找使用,大多已匯集在附錄之中,其方法與步驟

都比較簡單易行。不論求取各種型號電纜和不同運行條件的經(jīng)濟電流范圍、負載電流的經(jīng)濟截面和經(jīng)濟電流密度,只要按步查找附錄中的相關(guān)參數(shù)和自定條件<如已知電價或最大負載利用小時>即可取得。

1．已知電纜型號,負載電流Imax和運行小時Tmax,求經(jīng)濟截面。

<1>從附錄3類別對照表查出給定電纜型號的造價類別。例如YJV-10型,造價類別為II-A。

<2>已知項目電纜所在電網(wǎng)的最大負載利用小時Tmax,和電價P。例

如Tmax=7000h,P=0.5元/kWh。從附錄4中,找到對應電纜造價類別為II-A的經(jīng)濟電流范圍表,找出給定電價P的經(jīng)濟電流范圍小表,選定最大負載利用小時Tmax一列,確認負載電流在高低限電流范圍的一行,其左端對應的截面就是所求的經(jīng)濟截面。例如在附錄4-2電纜造價類別為II-A的經(jīng)濟電流范圍表中,找到P=0.5元/kWh的小表,查Tmax=7000h一列,找到經(jīng)濟電流范圍中Imax=150A正包括在145-183A一行,左端對應的截面一列185mm2就是它的經(jīng)濟截面。

2． 已知電纜型號和截面,求經(jīng)濟電流范圍。

<1>從附錄3查出給定電纜型號的造價類別。例如VV-1-<3×70>型,造價類別為I-A。

<2>已知項目電纜所在電網(wǎng)的最大負載利用小時Tmax,和電價P。例如Tmax=7000h,P=0.4元/kWh。從附錄4中,找到對應電纜造價類別為I-A的經(jīng)濟電流范圍表,找出給定電價P的經(jīng)濟電流范圍小表,選定最大

負載利用小時Tmax一列,從已知截面一行便可查到未知的電纜經(jīng)濟電流范圍。例如從已知截面為70mm2的一行,它與已知Tmax=7000h一列的交點處便是該截面的經(jīng)濟電流范圍52-71A。

3． 已知電纜型號,求經(jīng)濟電流密度。

<1>從附錄3查出給定電纜型號的造價類別。例如VV-1-<5×S>,查類別為IV-A。

<2>已知項目電纜所在電網(wǎng)的最大負載利用小時Tmax和電價P。例如Tmax=7000h,P=0.7元/kWh。

<3>從附錄5查電纜造價類別的經(jīng)濟電流密度數(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=0.7元/kWh一行的交點便是經(jīng)濟電流密度j=0.89A/mm2。若需要按曲線查,在IV-A類別經(jīng)濟電流密度曲線圖,P=0.7的曲線與縱坐標Tmax=7000h水平交點處取得對應的經(jīng)濟電流密度j為0.89A/mm2。

七.電纜經(jīng)濟截面與發(fā)熱截面總費用比較及投資回收年計算

以上是按IEC總費用最小的方法來求取經(jīng)濟電流和經(jīng)濟截面。比較發(fā)熱截面與經(jīng)濟截面的TOC總費用,以電纜壽命為30年和年運行小時為三班制來算,下面的例子可見發(fā)熱截面的總費用明顯大于經(jīng)濟截面。但是如果電纜負載電流不大,使用年限不長,年運行小時為一班工作制,兩種截面方案的經(jīng)濟效益總費用就有比較的可能。以下比較兩種截面的總費用情況。

1.給定負載電流下發(fā)熱截面與經(jīng)濟截面的總費用比較

當已知給定負載電流下的發(fā)熱截面與經(jīng)濟截面,比較其中三個班制年運行小時的TOC總費用。應用公式<1>,分別計算兩種截面的初始投資和年運行費用現(xiàn)值,相加后可得出總費用。由于電纜使用年的不同,它

們年運行費用現(xiàn)值及總費用也不相同。IEC標準例中使用年的取值一般

都是取經(jīng)濟壽命年N=30年。當人們只需要按幾年的使用期,所得結(jié)果是否也會比按允許載流量選擇的截面經(jīng)濟,需要計算或繪制兩者TOC-N曲線比較來說明問題。

從以上總費用和線損的公式可見,總費用是隨線損輔助量F式的現(xiàn)值系數(shù)大小變化,又公式<4><5>中,當r值不變<與年負載增長率a、年電價增長率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=0~30年變化的數(shù)值范圍為0~11.2,年數(shù)越大現(xiàn)值系數(shù)越大,總費用也跟著大,便可繪制出以下三個班制的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,負載電流Imax=80A,

比較三個班制工作的發(fā)熱截面與經(jīng)濟截面TOC總費用,電價P=0.5元/

kWh。繪制三個班制電纜使用期〔N=0~30年TOC總費用年增長曲線。

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 流量表選3×25mm2。

〔2經(jīng)濟截面按三個班制的年Tmax小時數(shù)：假設(shè)為3000h,5000h, 7000h。

<3>確定三個班制的經(jīng)濟截面: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3×50mm2,

兩班制Tmax=5000h,j=1.0A/mm2,S=80/1.0=80mm2,選3×70mm2,

三班制Tmax=7000h,j=0.79A/mm2,S=80/0.79=101mm2,選3×95mm2,

<4>每個班制的TOC總費用=電纜初始投資+{現(xiàn)值系數(shù)×年線路損耗費}

=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,對應三個 班制Tmax和電價下的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的年線路損耗費算式中的F值系N=30年的數(shù)值,當需要計算小于30年的線損時,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=0~30逐年的TOC費用曲線,見圖1、2、3,從中求出30年以下任意年的費用。

<6>從圖1、2、3<三個班制>可見,N=0的TOC總費用為電纜安裝年的投資費,兩曲線交點是兩截面總費用相等處,對應年份為經(jīng)濟截面多支付投資的回收年。

<7>經(jīng)濟截面大于發(fā)熱截面投資的回收年限計算法：

a>簡單算法,回收年,T=電纜初始投資差值/年線路損耗費差值

一班制,T=<7499.3-4236.8>/<802×0.1×<0.881-0.397>×35.35/11.2=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>計時間價值的回收年,n=log<1-T×<1-r>>/logr

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<1-2.25<1-0.927>>/log0.927=2.36年

三個班制發(fā)熱允許截面與經(jīng)濟截面投資、TOC總費用及回收年對比匯總?cè)缦拢?/p>

兩種截面選擇方案的結(jié)果：負載下的TOC費用與使用年N的關(guān)系曲線分別見圖1、2、3。一班制的電纜采用經(jīng)濟截面,電纜截面雖大于發(fā)熱截面2個標準級,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,年負荷運行小時又很不長,電纜就可不必按經(jīng)濟截面來選。二班和三班制的電纜采用經(jīng)濟截面,截面大于發(fā)熱截面3和4個標準級,初始投資雖要大些,但年用電時間長,年損耗費用差值比較大,兩年多很快可回收,發(fā)熱截面與經(jīng)濟截面TOC費用差值在其曲線交叉點后的隨著使用年數(shù)增加愈來愈大,故采用經(jīng)濟截面比較合算。

八.經(jīng)濟截面的校驗條件

校驗條件的詳細計算應參見有關(guān)電氣設(shè)計手冊。

1.短路電流熱穩(wěn)定計算電纜最小截面

Smin=IZ×<t>0.5/C

式中 IZ 短路電流周期分量有效值,A

t 短路切除時間,s

C 熱穩(wěn)定系數(shù),對于銅芯PVC絕緣電纜C=114,銅芯交聯(lián)聚 乙稀絕緣電纜C=137

2.電纜線路電壓損失公式：以線路電壓損失百分數(shù)表示

ΔU%=1.732×I×L×<RcosΦ+XsinΦ>/10×UL

式中 I 負荷計算電流,A

L 線路長度,km

UL 線路標稱電壓,kV

R、X三相線路單位長度的電阻和感抗,Ω/km<R,X值見附錄6>

CosΦ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,由負載對電壓的不同要求確定,配電線路一般要求是ΔU%不大于6-8%,對于電動機直接起動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15%。

3.接地故障電流靈敏度校驗

按照《低壓配電設(shè)計規(guī)范》不同的接地型式要求做。如TN系統(tǒng)需計算線路負載端單相短路電流,以校驗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,考慮多根電纜成束敷設(shè)時載流量計入降低系數(shù)后的截面。降低系數(shù)值另查標準或手冊。

5．校驗舉例以工廠低壓異步電動機配電為例,一臺給水泵電動機功率37kW,額定電流71.4A,起動電流469A,低壓饋線斷路器整定電流85A,速斷動作電流850A。已知年最大負載利用小時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查載流量標準可選截面S=3×16+1×10mm2。

5.2 電動機直接起動電壓損失校驗：起動時功率因數(shù)按0.3考慮,查附錄6交流電阻和感抗,計算電壓降：ΔU%=1.732×469×0.15×<1.376×0.3+0.082×0.95>/10×0.38=15.7%。因電壓降過大,試選用70mm2,電壓降可減小到ΔU%=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)濟電流密度選截面,查電纜造價I-A類別,經(jīng)濟電流密度曲線Tmax=6000h,P=0.5元/kWh,j=0.88A/mm2,經(jīng)濟截面選擇應考慮電機長時間運行的負載率,例如負荷系數(shù)為0.85,則經(jīng)濟截面S=71.4×0.85/0.88=69mm2,可選電纜3×70+1×35mm2。

5.4當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校驗電纜短路熱穩(wěn)定最小截面：設(shè)短路切斷時間t=0.2秒,S=26000×102mm2,95mm2接近102mm2,可采用95mm2。

5.6低壓TN系統(tǒng)的接地故障保護靈敏度校驗,斷路器速斷整定動作電流Iz=850A,距斷路器150米處故障：

1>當電纜截面為3×16+1×10時單相接地故障電流Id=338A,斷路器速斷不動。

2>試改用電纜截面為3×70+1×35時單相接地故障電流Id=1190A,可滿足斷路器動作靈敏度1.25要求<1190/850=1.4>。

5.7用TOC總費用來說明電纜截面選擇的不同經(jīng)濟效益：<F值為84.09元/W>

TOC70={101093+［<71.4×0.85>2×0.284×84.09］}×0.15=28358.3元

TOC95={133718+［<71.4×0.85>2×0.209×84.09］}×0.15=29767.6元

可見70mm2是最經(jīng)濟的,95mm2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95mm2。

附錄2 電纜造價類別的平均A<造價費用斜率>表<A的單位：元/m.mm2>

附錄3 電纜型號與電纜造價類別對照表

附錄4-1銅芯電力電纜經(jīng)濟電流范圍<I-A類別><1>

1.應用范圍：電纜類別I-A,A=1.305元/m.mm2,對應電纜型號見附錄2、3的A對照匯總表。

2.電纜經(jīng)濟電流范圍計算式見手冊說明:Imax<低限值>=[A〔S1×S/F×0.0199]0.5,

Imax<高限值>=[A<S2×S>/F×0.0199]0.5

附錄4-1銅芯電力電纜經(jīng)濟電流范圍<I-A類別><2>

附錄4-1銅芯電力電纜經(jīng)濟電流范圍<I-A類別><3>

附錄4-2銅芯電力電纜經(jīng)濟電流范圍<II-A類別><1>

1.應用范圍：電纜類別II-A,A=1.598元/m.mm2,對應電纜型號見附錄2、3的A對照匯總表。 2.電纜經(jīng)濟電流范圍計算式見手冊說明:Imax<低限值>=[A〔S1×S/F×0.0199]0.5,

Imax<高限值>=[A〔S2×S/F×0.0199]0.5

附錄4-2銅芯電力電纜經(jīng)濟電流范圍<II-A類別><2>

附錄4-2銅芯電力電纜經(jīng)濟電流范圍<II-A類別><3>

附錄4-3銅芯電力電纜經(jīng)濟電流范圍<III-A類別><1>

1.應用范圍：電纜類別III-A,A=1.890元/m.mm2,對應電纜型號見附錄2、3的A對照匯總表。

2.電纜經(jīng)濟電流范圍計算式見手冊說明:Imax<低限值>=[A〔S1×S/F×0.0199]0.5,

Imax<高限值>=[A〔S2×S/F×0.0199]0.5

附錄4-3銅芯電力電纜經(jīng)濟電流范圍<III-A類別><2>

附錄4-3銅芯電力電纜經(jīng)濟電流范圍<III-A類別><3>

附錄4-4銅芯電力電纜經(jīng)濟電流范圍<IV-A類別><1>

1.應用范圍：電纜類別IV-A,A=2.276元/m.mm2,對應電纜型號見附錄2、3的A對照匯總表。

2.電纜經(jīng)濟電流范圍計算式見手冊說明:Imax<低限值>=[A<S1×S>/F×0.0199