电力电缆计算方法

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电力电缆计算方法范文第1篇

关键词：XLPE电缆；线芯温度；热路模型；暂态线芯温度

中图分类号： TN911⁃34； TM247文献标识码： A文章编号： 1004⁃373X（2014）08⁃0009⁃03

Calculation method of XLPE cable conductor temperature

JIANG Xiao⁃Bing1，2

（1. College of Electrical Engineering， Changsha University of Science and Technology， Changsha 410004， China；

2. Changsha Power Co.， Ltd.， Hunan Huadian， Changsha 410203， China）

Abstract： To monitor the running state and improve the power supply reliability of XLPE cable， the calculation method of XLPE cable conductor temperature is researched in this paper. To simplify the analysis and calculation， the lumped parameter method is used to character each layer structure of the cable， the steady⁃state thermal circuit model of the lumped parameter is established according to the characteristics of short laying distance of the power distribution cable， and then the formula of conductor temperature and carrying capacity is derived. The effectiveness of the method is verified by experimental analysis. The calculation method of conductor temperature considering the transient process is discussed. It provided a reference for on⁃line monitoring of running status of the cable.

Keywords： XLPE cable； cable conductor temperature； thermal circuit model； transient conductor temperature

0引言

随着交联聚乙烯（XLPE）电力电缆在配电网中使用量的逐年增加，相应的诊断维护工作也越来越重要。线芯温度作为XLPE电缆的一个重要运行参数，是判断电缆运行状态及其实际载流量的重要依据[1]：正常运行时，电缆的线芯温度不超过交联聚乙烯的最高工作温度（[≤]90 ℃）；一旦过负荷，电缆线芯温度将急剧上升，从而加速绝缘老化甚至击穿。要准确掌握电缆的真实载流量也需要先计算电缆的线芯温度从而间接判断负载电流是否超过最大允许载流量。因此，从安全运行和电力系统调度的角度出发，都需要实时监测XLPE电缆的线芯温度。实际工程中直接测量XLPE电缆的线芯温度难以实现，需要建立合适的电缆热路模型并由外部温度推算求得线芯温度[2]。随着分布式光纤测温技术（DTS）的发展与推广，已有在高压XLPE电缆线路上应用光纤测温系统监测电缆护套温度的实例[3⁃4]，这无疑为计算电缆线芯温度，掌握电缆运行状态及其真实载流量创造了有利条件。

笔者以单芯XLPE电缆为研究对象，根据配电电缆敷设距离短的特点，采用集中参数法建立其稳态等效热路模型，并推导出线芯温度计算公式。同时对考虑暂态过程的电缆线芯温度计算方法进行讨论，为电缆运行状态的在线监测提供参考。

1电缆稳态线芯温度计算方法

所谓电缆稳态线芯温度即引起电缆温度变化的各种因素都已达到稳定状态且不会随时间发生变化时的电缆导体温度，此时不需考虑引起电缆各部分材料温度变化时产生的放、吸热过程。

1.1 线芯温度计算模型及方法

单芯XLPE电缆的一般结构如图1所示。

图1 单芯XLPE电缆典型结构

由图1可知，单芯XLPE电缆可分为导体、绝缘及内外屏蔽层、垫层、气隙层、金属护套层、外护层6层结构。建立电缆热路模型时，一般将各层热阻作分布式参数考虑，然后根据电缆热流场的欧姆定律来求解线芯温度[5]，这样便会给线芯温度的分析和计算带来较大困难。由于城市配电电缆的敷设距离较短，一般不超过3 km，因此可以运用集中参数法来表征XLPE电缆的热路模型，即将电缆以其几何中心为圆心，把绝缘及内外屏蔽层、垫层和气隙层、金属护套层和外护层分别用集中参数表示，这样便简化了电缆热路模型。集中参数法[6]的应用范围广泛，可以很好地描述配电电缆的结构参数、敷设条件、表面温度与线芯温度之间的换算关系。单芯XLPE电缆的集中参数等效热路模型如图2所示。

图2 单芯XLPE电缆等效热路模型

图2中：Tc为XLPE电缆线芯温度；Te为环境温度；T0为外护套温度；T1~T4分别为绝缘层（含内外屏蔽层）热阻、内垫层（含气隙）热阻、外护层（含金属护套）热阻、外界媒介（外部热源至电缆表面）热阻；Wd和Wc分别表示电缆单位长度的介质损耗和线芯损耗；λ1，λ2分别为金属护套和线芯损耗之比、铠装损耗与线芯损耗之比。

在已知XLPE电缆外护套温度与负载电流的情况下，根据集中参数热路等效模型可以推得线芯温度的计算公式为：

[Tc=T0+WcT1+(1+λ1)T2+(1+λ1+λ2)T3+Wd(0.5T1+T2+T3)]（1）

式中线芯损耗Wc和电缆导体交流电阻R相关，而R与线芯温度Tc有关，因此须由式（1）解出Tc来进行计算。

在已知线芯最高工作温度Tcmax的情况下[7]，可由式（1）推导出电缆的长期运行载流量Ia：

[Ia=（Tcmax-T0）-Wd（0.5T1+T2+T3）RT1+(1+λ1)T2+(1+λ1+λ2)T3] （2）

利用式（2）即可完成电缆载流能力的计算与预测。

1.2误差分析

在影响电缆温度变化因素不发生改变的情况下，上述计算方法计算出的电缆线芯温度与载流量误差主要取决于式（1）中各参数的精度。

式（1）中电缆外护套温度T0由测温装置测得，测量结果易受外界环境影响；各集中参数等效层热阻T与电缆各层热阻系数联系紧密，特别是垫层的厚度，需要充分考虑并选取合适的数值；导体损耗Wc=I2R，其中I为电缆负载电流，可准确测得，导体交流电阻R会随温度发生变化，应注意邻近效应和集肤效应的影响；介质损耗Wd相比于Wc相差3个数量级以上，因此其取值对计算结果影响较小；金属护套和铠装损耗因数λ1，λ2与敷设方式有关，常采用IEC60287标准[8]中的相应公式进行计算。

由上述分析可知，XLPE电缆的结构、敷设参数及实时监测量（负载电流、外护套温度）对结果均有较大影响，设值时应尽量接近实际值。

2实验分析

为验证该计算模型与方法的有效性，应用C#程序编写了相应的计算程序，并通过实验对一条长为400 m的110 kV XLPE电缆进行模拟实验运行。表1为电缆处于稳态时线芯温度与计算温度对比实验结果，表2为载流量计算结果与实测数据对比。

表1 线芯温度计算值与实测值对比

表2 载流量计算值与实测值对比

从表1和表2可以看出，运用此种线芯温度计算方法时，线芯温度计算值与实测值在90 ℃以下时最大误差不超过±3 ℃，电缆载流量计算值与实测值之间误差最大不超过3%，因此具有较高的精度。

3考虑暂态过程的电缆线芯温度计算

虽然上述计算方法精度较高，但其只能用于计算稳态下的电缆线芯温度与载流量，实际中电缆负载会随时间变化，特别是城市配电网的电缆线路，日负荷的变化很大，因而电缆外部热源的温度变化也很大[9]，所以大多数情况下需要考虑电缆线芯温度的暂态变化过程。

考虑暂态过程的电缆线芯温度计算非常复杂，电缆的等效热路模型中必须考虑电缆结构材料中热容的影响，式（1）中的介质损耗Wd和线芯损耗Wc也将变为时间函数，从而给计算带来很大困难。文献[9]根据电缆等效热路与电路在数学上的相似性，运用节点电压法先求解电缆稳态线芯温度，并在此基础上提出了电缆暂态线芯温度计算公式：

[T(t)=eAt+eAt0teAtEBQ(τ)dτ]（3）

式中A，B，T，Q都是影响电缆线芯温度变化的外部因素的矩阵形式，而且它们都是随时间变化的函数。文献[10]在得到电缆外皮温度的基础上，以“只考虑负载电流变化和只考虑表皮温度变化”两种情况进行电缆线芯暂态温度的公式递推，进而推导出XLPE电缆线芯暂态温度的完整叠加式：

[θcx=θw0+Δθc1n+Δθc2n+θcd]（4）

式中：θcx表示运行x个小时后的电缆线芯温度；θw0为初始测量时刻的电缆表皮温度；Δθc1n表示电缆运行n小时后（n[≤]x）的线芯温升；Δθc2n表示电缆运行n小时后（n[≤]x）的外护套温升；θcd为绝缘损耗引起的导体温升，可以看出电缆的暂态线芯温度为各个温升的叠加。文献[11]在完整演算电缆暂态热路模型的基础上，以“电缆表皮为等温面、绝缘层与导体具有相同热阻系数、仅考虑导体损耗和绝缘层损耗”三个假设条件对热路模型进行简化，并通过实验和误差分析验证了简化模型的有效性，简化后的模型将大大减少计算量。文献[12]则提出了基于电缆实际负载电流和表面温度的拉普拉斯动态热路模型，并通过实验研究和误差分析验证了该模型可满足电缆线芯温度的实时监测。从文献[9⁃12]可以看出，计算电缆暂态线芯温度是一个非常复杂的过程，但不管应用何种方法，都必须在得到电缆材料参数和结构参数以及电缆外护套温度或电缆的稳态线芯温度的情况下，通过不同理论和方法进行电缆暂态线芯温度计算公式的递推和推导。

4结语

为了掌握XLPE电缆的运行状态及其真实载流量，根据配电电缆的敷设特点分析了其暂态线芯温度计算公式，验证了计算方法的有效性，并对考虑暂态过程的电缆线芯温度计算方法进行了讨论，得到如下结论：

（1） 运用集中参数法表征配电电缆的稳态热路模型贴合实际，推导出的计算公式只需在监测到电缆表面温度的情况下就可反推求得电缆线芯温度。实验数据表明此种计算方法具有较高的精度。

（2） 电缆暂态线芯温度的计算非常复杂，且必须在得到电缆材料参数和结构参数以及电缆外护套温度或者电缆稳态线芯温度的情况下，通过不同理论方法进行暂态线芯温度计算公式的分析。

值得一提的是，XLPE电缆发生绝缘故障后通常会在故障部位伴随有温度异常升高的现象发生，因此已有相关学者[13]将电缆温度在线监测与绝缘监测联系起来，并试图通过试验说明两者之间的关系。这表明随着电缆测温技术的发展，也将为电缆绝缘在线监测提供了一种新的思路和方法。

参考文献

[1] 孟凡凤，李香龙，徐燕飞，等.地下直埋电缆温度场和载流量的数值计算[J].绝缘材料，2006，39（4）：59⁃64.

[2] 罗俊华，周作春，李华春，等.电力电缆线路运行温度在线检测技术应用研究[J].高电压技术，2006，32（8）：169⁃172.

[3] 李红雷，张丽，李莉华.交联聚乙烯电缆在线监测与检测[J].绝缘材料，2010，43（12）：31⁃34.

[4] 王立，李华春，薛强，等.220 kV电缆分布式光纤测温系统运行情况分析[J].电力设备，2007，8（6）：36⁃41.

[5] 冯海涛.电力电缆线芯温度估算方法研究[D].大连：大连理工大学，2013.

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[9] 刘毅刚，罗俊华.电缆导体温度实时计算的数学方法[J].高电压技术，2005，31（5）：52⁃54.

[10] 牛海清，周鑫，王晓兵，等.外皮温度监测的单芯电缆暂态温度计算与试验[J].高电压技术，2009，35（9）：2138⁃2143.

[11] 刘刚，雷成华，刘毅刚.根据电缆表明温度推算导体温度的热路简化模型暂态误差分析[J].电网技术，2011，35（4）：212⁃217.

电力电缆计算方法范文第2篇

【关键词】导线;电力电缆;导线截面;电流

一、引言

导线和电力电缆的选择是电力企业供电系统设计中的一个重要组成部分，由于其是构成供电网络的主要设备元件，电力输送只能依靠导线和电力电缆来进行。因此，在选择导线和电力电缆的截面时，就必须在满足供电输送能力的同时保证供电线路的运行安全。此外，导线和电力电缆生产所需的有色金属是国家经济建设需求量很大的原材料，因此，如何经济合理地选择导线和电力电缆的截面，对节约有色金属的使用具有重大的意义。

二、导线和电缆选择应具备的资料

导线和电缆的截面选择通常是趋向于最小可采用的截面。即减少导线和电缆的初始投资费用，这其中并不包括导线电缆的使用寿命等条件。为了选择合适的导线和电缆的截面，电力企业就要向电缆生产制造厂提供尽可能多的必要资料。

（一）系统额定电压

任意两根导体之间的工作平率电压的均方根值。

（二）三相系统的最高电压

在正常的运行条件下相间电压的最高均方根值。

（三）雷电过电压

（四）系统的运行频率

（五）导线和电缆的接地方式以及在中性点未有效接地的情况下，任意一次接地故障下的最大允许持续时间和年总持续时间

（六）最大额定电流

导线和电缆连续运行、周期运行及紧急运行或过载运行等情况下的额定电流。

（七）当发生短路时，电流的最大持续时间

三、导线和电力电缆截面的选择原则

为了保证供电系统的安全可靠及经济合理地运行，就必须按照选择导线和电力电缆截面安全、经济的原则进行。

（一）发热问题

由于电流具有的热效应，因此当电流通过量超过导线和电缆的允许电流时，就会出现导线和电缆发热的现象，加速绝缘导线和电缆的绝缘老化。

表1

此外，还会拉伸导线的距离加大电力电缆对地及交叉跨越的危险，甚至出现烧毁导线和电缆的问题，导致危险事故的发生。为了保证供电的安全性，在选择导线和电力电缆截面时，首先，必须要充分考虑到发热的问题。其次，导线和电缆长期通过的最大恒定的电流不能超过导线和电缆生产标准规定的允许值，就是要按照导线和电缆的允许通过量来选择截面。

（二）电压损失的问题

由于导线和电缆上有电阻和电抗的存在，当电流通过导线和电缆时，通常情况下除产生一定的电能损耗外，还会产生电压的损失，从而影响电压质量。电压损失超过一定范围后，就会造成用电设备的电压不足，影响用电设备的正常工作，损害用电设备。因此，为了保证用电设备的正常运行，在选择导线和电缆截面时，首先要考虑导线和电缆上的电压损失问题。其次，导线和电缆线路的电压损失不能超过国家相关规定，根据线路允许的电压损失来选择导线和电缆截面。

（三）经济运行问题

保证经济的运行主要体现在对高压线路和特大电流的低压线路上，应该按照规定的经济电流密度来选择导线和电缆的截面，使电能损耗降到最低。而对于长距离的输送的电缆来说，应该按最佳的经济截面来选择电缆的载流量，最大程度上的保证电缆的使用寿命周期。

（四）机械强度问题

在电力运输的架空线路中，为了尽量满足线路架设施工时的机械强度以及线路运行时遭受的风、雨、气温等外力变化的对线路造成的威胁，就要保证导线和电缆要有足够的机械强度，保证线路运行的安全性。如在10kV线路中最小截面不应小于16mm?。如表2所示为最小截面Smin 的值。

表2

（五）热稳定性的问题

为了减少电缆发生热稳定性故障的机率，在导线和电缆截面的选择时，就要保证导线和电缆在发生故障时按照热稳定性校验选择的截面必须大于热稳定性最小的截面。

四、选择导线和电力电缆截面的计算

为了保证输电线路的安全、可靠、经济地运行，在选择导线和电力电缆截面时，一方面要满足正常运行时的最高允许温度，另一方面要考虑到正常运行时的电压损耗、经济电流密度以及机械强度等。

（一）按发热条件的计算选择导线和电缆的截面

当电路通过导线时，就会产生电能损耗从而使导线发热。当导线温度过高时，就会导致绝缘体的损坏，从而引发事故。因此导线和电缆的发热温度不能超过规定的允许值，即允许的导线电缆的载流量Iyx不小于通过导线和电缆的最大负荷电流Ijs，用公式表示为：

Iyx≥Ijs

此外，还要考虑到导线和电缆的电流允许载流量与环境温度有关，因此，当架设地点的环境温度与导线和电缆的允许载流量对应的黄金温度不同时，导线和电缆的允许载流量应该乘以温度校正系数，即：

K=[（tyx-t0'）/（tyx-t0）]b

tyx指导线正常工作时的最高允许温度

t0指导线的允许载流量对应的环境温度

t0'指导线敷设地的实际环境温度

而在中性线截面的选择中，一般在正常情况下，中性线通过的电流都比较小，只是三相平衡电流零序电流，因此在选择时中性线截面不得小于相线截面的50%。即：

S0≥0.5Sφ

（二）按经济电流密度的计算选择导线和电缆截面

通常来说，导线和电缆的截面越大，电能的损耗就越小，相对应就是线路投资、后期维修管理费用等的增加。因此，从经济学的观点来看，导线和电缆就要选择一个经济合理的截面，既要保证电能损耗小，又要保证不过分增加线路投资及后期维修管理费用。

表3

如表3所示为导线和电缆经济密度的关系，而经济截面与电流密度的公式为：

Sji=Ijs/jji

Ijs指计算电流

（三）导线选择和电缆敷设地的环境温度

目前，通常用的电缆敷设方式主要有：穿钢管或塑料管敷设，直接埋入地下敷设，敷设于电缆地沟内，敷设于电缆隧道内，沿厂房或土建构筑物敷设。从技术上来将，敷设于电缆隧道内和敷设于电缆地沟内的方式是最佳的，因为便于电缆的施工、维护及检修。时间证明公用隧道的运行效果也是最好的，这达到减少了投资。避免反复开挖路面，耽误工期，但是高哦公用隧道的初期投资较大。相对而言，电缆地沟敷设和直接埋入地下敷设是最经济的方式，但是其不利于电缆的后期维护和检修。

表4

无论选择何种敷设方式，要保证导线和电缆的运行安全就必须要考虑敷设地的环境温度。首先，对架空输电线路来说，要计算出当地是十年来的最热月份最高气温平均值或十年以上的总平均值。其次，对电力电缆来说，若周围介质为空气，就要计算出十年来的昼夜平均空气温度中最高的三天及最低的一个昼夜平均温度或十年以上的昼夜平均值;若周围介质为土壤，就要计算出每年最热月份土壤的全月平均温度。最后，对绝缘导线来说，就要计算出十年来最热月的昼夜平均空气温度及月平均值或十年以上的平均值。表4所示为我国规定的经济电流密度。

五、结语

导线和电力电缆截面的选择直接影响了供电网络的投资费用以及电能损耗的大小。当导线和电力电缆的截面选小些时，可以减少供电网络建设的投资，但是却会造成电能损耗的增大;而当导线和电力电缆的截面选大些时，供电网络的投资就会增加，但是电能损耗就会减少。因此，使供电网络中导线和电缆找到一个最理想的截面使年运行费用要最小化，就必须按照我国规定的经济电流密度选择导线和电力电缆的截面。

参考文献

[1]黄恩才.关于导线和电力电缆截面的选择计算[J].林业科技情报，2010（03）.

[2]张明金.导线和电缆截面选择原则的探讨[J].中国现代教育装备，2007（11）.

[3]陈坚.按经济优先原则选择电力电缆的截面[J].科技咨询导报，2007（09）.

电力电缆计算方法范文第3篇

关键词：小区；供配电系统；设计

Abstract: in this paper, the residential electrical design of power supply and distribution system has carried on the simple analysis and elaboration.

Keywords: residential area; Power supply and distribution system; design

中图分类号：U223.5文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

一.设计说明

1.1 住宅小区基本情况

该住宅小区占地面积约73000平方米，共有建筑27座，其中高层住宅楼6座、多层住宅楼10座、写字楼4座，此外还有小区物业、泵房、热力交换站及车棚、地下车库等公共用电设施。

1.2 设计范围

按照市区供电部10kV及以下配电网络设计的规定，对于住宅小区配电工程，设计范围为：高压侧从市区公用10kV配电线路起，在接引10kV电源处设置明显断开点，低压侧至小区内各建筑低压用电计量装置上表位。

1.3 设计原则

随着我国城镇化建设的加速，各地的开发小区悄然兴起，以满足城市人口急剧膨胀的需求。小区的特点是占地面积大、人口集中。在供配电设计中，必须根据小区实际特点，采用多种供配电形式和方法以满足使用功能的要求，做到整体布局合理，给每个用户提供一个良好的用电环境。在实现安全可靠配电的同时，还要做到环境的美化，使整个小区的配电合理、适用、经济。

住宅小区的供电方案主要有：柱上变压器配电、独立配电室配电、箱式变电站配电三种。其中，柱上变压器配电方案投资小，但对小区环境影响较大，不易深入负荷中心。独立配电室配电方案需要一定面积的土建占地，增大了建设投资，对于本设计所选择的小区来说并不适宜。箱式变电站配电方案的特点是，体积小、占地小、外形美观，高压侧采用电缆引入，箱变位置可以随意选择，使得低压配电部分更加合理，提高了供电可靠性。因此，本设计考虑将住宅小区的主要供电模式定位为箱式变电站配电工程。

1.4 环境条件

1.当地年最高温度+40 C°，年最低温度-30 C°，年平均温度+10 C°。

2.覆冰-5mm，最大风速30m/S。

3.当地海拔高度800米。

2. 住宅小区负荷计算

2.1 供配电系统概述

随着国民生活水平的提高和房地产业的蓬勃发展，各地新建中高档住宅小区越来越多。准确计算出住宅小区的用电负荷，合理选择配变电设施，才能既满足小区居民现在及将来的用电需要，又能合理降低工程造价、节省投资。供配电系统设计要彻执行国家的技术经济政策，做到保障人身安全，供电可靠，技术先进和经济合理。另外，供配电系统的还必须做统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。

2.2 负荷分级及供电要求

2.2.1 负荷分级的相关规范：

电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级，并应符合下列规定：

1.符合下列情况之一时，应为一级负荷：

(1)中断供电将造成人身伤亡时。 (2)中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。

(3)中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。

在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。2.符合下列情况之一时，应为二级负荷：

(1)中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。

(2)中断供电将影响重要用电单位的正常工作。

3.不属于一级和二级负荷者应为三级负荷 。

2.2.2 本工程的负荷情况：

按我国有关规范规定，凡多层住宅用电均按三级负荷供电，而小区的配套设施如面积较大或带有空调系统的会所、商铺及地下停车库等则应根据《建筑防火设计规范》（GBJ 16-87）、《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116-98）、《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB 50057-97）设置相应的消防设施，且上述消防设备应按二级负荷供电。为小区服务的保安系统、远程集中收费系统、电视、信息网络系统的负荷等级不应低于二级，即宜两路供电或地区供电条件困难时，二级负荷可由一路专用10 kV架空线路或电缆供电。本工程包含高层普通住宅、多层住宅、商铺、车库等，属于规范规定的二级负荷。

2.3 电源及高压供配电系统

本小区位于城市主城区，高压电源由附近10kV配网线路接引。近年来，为保证供电质量和供电可靠性，某些小区高压部分采用双电源的供电模式，但对于本设计中的小区来说，参考《城市电力网规划设计导则》有关规定，并不符合规定中重要用户的标准，因此，只允许接入一路高压电源。如有需要，可对电梯、消防设施自备应急电源，但应急电源与工作电源之间必须采取措施，防止并列运行对10kV供电网络造成反送电事故。应急电源的设置需经供电部门审查同意后方能接入。

小区南侧即为10kV高压架空线路，可直接在就近砼杆上引一路10kV电源，组立附杆1基，使用绝缘导线从线路主杆接引至附杆，再从附杆敷设高压电力电缆至小区内高压设备。

2.4 负荷计算

2.4.1 住宅小区住户照明用电负荷计算方法：

简单测算住宅小区住户照明用电负荷的方法可以有两种：

1.单位指标法

单位指标法确定计算负荷Pjs(适用于照明及家用电负荷)即： Pjs=∑Pei×Ni÷1000(kW)

式中Pei——单位用电指标，如：W/户(不同户型的用电指标不同)，由于地区用电水平差异，各地区应根据当地实际情况取用

Ni——单位数量，如户数(对应不同面积户型的户数)

应用以上方法计算负荷应乘以同时系数，即实际最大负荷(PM)。 PM=Pjs×η

式中η——同时系数，η值按照住户数量多寡不同取不同的数值：一般情况下，用户数量在25～100户时取0.6；用户数量在101～200户时取0.5；用户数量在200户以上时取0.35

2.单位面积法

按单位面积法计算负荷，在一定的面积区有一个标准，面积越大的区其负荷密度越小，其表达式为：PM=Ped×S×η

式中PM——实际最大负荷，kW S——小区总面积，m2

Ped——单位面积计算负荷，W/m2η——同时系数，取值范围同上

2.4.2 其它负荷计算方法：

根据以上两种方法求出照明及家用负荷后，还需考虑其它用电负荷。比如本小区还包括小区物业公司、泵房、热力交换站及车库、自行车棚等用电负荷；另外还有四座小高层，还应考虑电梯负荷；二次加压泵房负荷(供生活及消防用水)，以上诸负荷在计算住宅小区负荷中占比重较大的是照明及家用电负荷，而其出现最大值的时段为每天19：00～22：00，因而在计算小区的最大负荷时以19：00～22：00时段的照明及家用电负荷为基础，然后再叠加其它负荷。其它负荷计算方法为：

1.电梯：

PD=∑PDi×ηD。

式中PD——电梯实际最大总负荷，kW

PDi——单部电梯负荷，kW

ηD——多部电梯运行时的同时系数(取值范围见表2-1)

表2-1 电梯同时系数一览表

2.二次加压水泵：PMS=∑PSi×NSi

式中PMS——二次加压水泵最大运行方式下(开泵最多的方式)的实际最大负荷

PSi——各类水泵的单台最大负荷

NSi——最大运行方式下各类水泵的台数

3.物业楼：

PWM=PWS×ηW

式中PWM——物业楼在照明及家用电最大负荷时段实际最大负荷

PWS——物业楼设计最大负荷，kW

ηW——物业楼负荷、照明及家用电最大负荷的同时系数

4.路灯及公用照明：

按照路灯的盏数及每盏灯的瓦数进行累加计算。路灯负荷为PL(kW)。

5.住宅小区的综合最大负荷

P∑=PM+PD+PMS+PWM+PL(kW)

3. 住宅小区供配电措施

住宅小区供配电特点：住宅小区楼房林立，各栋楼房之间空间较大，供电面积较大，负荷点的离散性大，每台箱变供电范围有限，因此需用多台箱变才能满足用户负荷要求。

首先把开发小区根据单体建筑的布局和负荷容量进行分块，形成以箱变为中心的配电区域。每一台箱变置于区域的位置中心地带，向周边区采用电缆放射式配电（一般为6～10回路）。每一组区一般由5～8栋多层建筑组成。再由各建筑低压电缆分支箱敷设低压分支线缆至各单元内配电箱。除高层楼房内配电箱及多层楼房单元内电表箱有电表位置外其它均需加装低压电表计量箱。配电模式示意如图3-1：

图3-1配电模式示意

3.1. 箱式变的台数与容量、类型的选择

3.1.1 变压器的容量选择

电源采用现场一级变压，10 kV变0.4 kV(户外箱式变电站)。住宅小区负荷点多而分散，箱变分布在负荷中心，减小一次投入，降低运行成本，提高用户的用电质量。从站变到箱变的10 kV用电缆连接，各个箱变的容量由各进户单栋楼房的区域计算总负荷选定。

3.1.2 变压器的类型选择

目前国内10kV以下配网主要采用的变压器类型有：油浸式配电变压器S9系列配电变压器，S11系列配电变压器，卷铁心配电变压器，非晶合金铁心变压器，浸渍绝缘干式变压器和环氧树脂绝缘干式变压器。

非晶合金铁心变压器是新一代的配网变压器，主要优点是空载损耗低，其空载损耗值与同容量S9型变压器相比，可降低75%，节能效果明显。但价格较高、材料依赖进口，且并未完全推广开来。普遍设计还是使用S9系列油浸式配电变压器。由于采用油变容量在800kVA及以上时需加装瓦斯保护装置，使箱变的设计变得复杂、不易操作，也增加了安全隐患。因此，通常变压器容量在800kVA及以上时选择构简单，维护方便，又有防火、难燃等特点的环氧树脂绝缘干式变压器，

综上所述，本工程所使用的四台变压器型号分别为S9-630kVA 10/0.4kV，SCB10-800kVA 10/0.4kV，SCB10-1000kVA 10/0.4kV两台。

3.1.3 箱式变及内部设备的类型选择

国内配网主要应用的箱式变有两类：美式箱变、欧式箱变。

美式箱变是高压开关与变压器共箱结构的小型化预装式变电站，它具有供电可靠、安装迅速、操作方便、造价低等优点，但共箱式箱变的变压器、柜体都不方便单独拆卸，不易检修。在实际应用中，主要用在建设空间不足、地域狭窄的位置。

欧式箱变为模块化结构布局，将高压开关设备、配电变压器和低压配电装置三个不同的隔室内、通过电缆或母线来实现电气连接，所用高低压配电装置及变压器均为常规的定型产品。外形美观大方，内部操作空间较大，安装操作比较方便，易于后期检修维护，一般为商住小区配电工程的首选。本工程所选用的箱式变型号为：ZBW-12型

3.2 高、低压分线设备选择

3.2.1 高压电缆分支箱的选择

由上述内容可知，本小区共需安装箱式变四座，高压主进线为一路，因此高压电缆分支箱宜采用进线侧单开关型电缆分支箱。此类新型高压电缆分支箱为单元柜式，采用模块化复合绝缘柜，一体化充气SF6负荷开关，具有安全、易操作、进出线组合灵活的特点。因此本设计中高压电缆分支箱选用长度小、电缆排列清楚、三芯电缆接引不需交叉的欧式电缆分支箱。本设计高压电缆分支箱选择型号为：KDF-1K-1/5型

3.2.2低压电缆分支箱的选择

低压电缆分支箱采用DFW-0.4kV低压电缆分接箱，此类低压电缆分支箱的特点是：采用预制型电缆插器件，具有全绝缘、全密封、全防水、免维护、安全可靠。适合安装在住宅小区的环境中，位置通常选择安装在需要分支进线电缆的楼房侧面散水上，结构紧凑、体积较小，既不会影响住宅小区的美观环境，也不会影响小区内正常交通。

3.3. 高、低压电缆类型及截面型号选择

3.3.1 低压电缆配置原则

电缆路径的选择应符合下列要求：

1.应避免电缆遭受机械性外力、过热、腐蚀等危害；

2.应便于敷设、维护；

3.应避开场地规划中的施工用地或建设用地；

4.应在满足安全条件下，使电缆路径最短。

在住宅小区配电工程中，电缆主要采用直埋式敷设方式，缆外皮至地面的深度不应小于0．7m，并应在电缆上下分别均匀铺设100mm厚的细砂或软土，并覆盖建筑用砖作为保护层。电缆路径穿越小区主干道等可能有机动车行经的道路时，需穿铸铁保护管敷设。

10kV降压变压器的供电半径通常设计值不大于500米，由箱变出线的低压主缆敷设至各用电建筑，有单元进线的则需在建筑物的外墙上明设低压电缆分支箱，与箱变的距离一般控制在30～200 m以内。低压电缆分支箱接箱至各栋电源箱的进户电缆控制在25～150 m以内，设计应考虑电缆路走捷径。

3.3.2 高压电缆的选择

高压电缆选用铝芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装氯乙烯护套电力电缆（YJLV22 6/10kV）。

交联聚乙烯绝缘电力电缆具有卓越的热—机械性能，优异的电气性能和耐化学腐蚀性能，还具有结构简单、重量轻、敷设不受落差限制等优点，是目前广泛用于城市电网、矿山和工厂的新颖电缆。交联聚乙烯绝缘电力电缆导体最高额定工作温度为90℃，比纸绝缘电缆、聚氯乙烯绝缘电缆、聚乙烯绝缘电缆均高，所以电缆的载流量也进一步提高。

3.3.3 高压电缆截面选择

依据3.1.2中变压器一次侧的额定电流，可以确定所要选的高压电缆截面型号：

630kVA变压器选用YJLV22-3×35高压电缆，800kVA变压器选用YJLV22-3×50高压电缆，1000kVA变压器选用YJLV22-3×50高压电缆，高压主进线选用YJLV22-3×150高压电缆。

3.3.4 低压电缆的选择

低压电力电缆采用铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆（YJV22 0.6/1kV ）。本工程中除自行车棚照明用电选用两芯电缆外，其余低压电缆均为四芯电缆。

3.3.5 低压电缆截面选择

低压电缆截面可根据负荷值的大小计算选择，依据有功功率计算公式：P=√3UIcosφ

根据第二章计算出的负荷值，代入上式得出各居民楼负荷电流值：I=P÷（√3UIcosφ）

再依据不同规格电缆载流量选择所需电缆截面，考虑低压电缆使用中热稳定影响以及线路长度造成的电压降的情况，实际使用的电缆截面选择必须在按需用电流的基础上增大一到二个型号的截面。

各住宅楼单元进线电缆选择：本小区多层住宅楼每单元每层为2户，每单元共12户，按单位指标法计算Pjs=Pei×Ni×η=4kW×12户×0.8=38.4kW，所需电流为I=P÷（√3UIcosφ）=68.64A，选YJV22 -4×25mm2型。自行车棚负荷主要为照明负荷，从低压电缆分支箱至车棚电表电源电缆选用YJV22 -2×10mm2型；地下车库负荷为三相四线，从低压电缆分支箱至车库电表电源电缆统一选用YJV22 -4×16mm2型；

小区商户一般为二层，平均面积在200平方米，依面积法计算单户负荷为：PM=Ped×S=80W/m2×200m2÷1000=16kW，所需电流为I=P÷（√3UIcosφ）=28.6A，从电缆分支箱至各商户低压电缆选用YJV22 -4×16mm2型。

4.防雷接地

4.1 电力设备防雷

在配电网络中，由于接地种类的不同，其保护接地方式、供电系统也有所不同。正确理解和推广使用几种低压保护接地方式及供电系统，对提高电网安全、可靠运行水平有着十分重要的意义。

4.2 低压配电系统的接地型式和基本要求

低压配电系统的接地形式可分为TN、TT、IT三种系统，其中TN系统又可分为TN-C、TN-S、TN-C-S三种形式。

1.TN系统应符合下列基本要求：

(1)在TN系统中，配电变压器中性点应直接接地。所有电气设备的外露可导电部分应与配电变压器中性点相连接。

(2)保护导体或保护接地中性导体应在靠近配电变压器处接地，且应在进入建筑物处接地。

(3)保护导体上不应设置保护电器及隔离电器。

(4)保护导体单独敷设时，应与配电干线敷设在同一桥架上。

采用TN--C-S系统时，当保护导体与中性导体从某点分开后不应再合并，且中性导体不应再接地。

2.TT系统应符合下列基本要求：

(1)在TT系统中，配电变压器中性点应直接接地。电气设备外露可导电部分所连接的接地极不应与配电变压器中性点的接地极相连接。

(2)TT系统中，所有电气设备外露可导电部分宜采用保护导体与共用的接地网或保护接地母线、总接地端子相连。

3.IT系统应符合下列基本要求：

(1)在IT系统中，所有带电部分应对地绝缘或配电变压器中性点应通过足够大的阻抗接地。电气设备外露可导电部分可单独接地或成组的接地。

(2)电气设备的外露可导电部分应通过保护导体或保护接地母线、总接地端子与接地极连接。

(3)1T系统必须装设绝缘监视及接地故障报警或显示装置。

(4)在无特殊要求的情况下，IT系统不宜引出中性导体。

4.设计时应根据系统安全保护所具备的条件，并结合工程实际情况，确定系统接地形式。

4.3 接地种类

1.工作接地：为保证电力设备达到正常工作要求的接地，称为工作接地。中性点直接接地的电力系统中，变压器中性点接地，或发电机中性点接地。

2.保护接地：为保障人身安全、防止间接触电，将设备的外露可导电部分进行接地，称为保护接地。保护接地的形式有两种：一种是设备的外露可导电部分经各自的接地保护线分别直接接地；另一种是设备的外露可导电部分经公共的保护线接地。

3.重复接地：在中性线直接接地系统中，为确保保护安全可靠，除在变压器或发电机中性点处进行工作接地外，还在保护线其他地方进行必要的接地，称为重复接地。

4.保护接中性线：在380/220V低压系统中，由于中性点是直接接地的，通常又将电气设备的外壳与中性线相连，称为低压保护接中性线。

本工程中所使用的高、低压设备接地均选择保护接中性线方式，将接地装置与设备外壳连接实现接地保护。

4.4 接地装置

1.接地装置：

接地装置可使用自然接地体和人工接地体。在设计时，应首先充分利用自然接地体。

(1)自然接地：

在新建的大、中型建筑物中，都利用建筑物的构造钢筋作为自然接地。它们不但耐用、节省投资，而用电气性能良好。

(2)人工接地体：

人工接地体有两种基本型式：垂直接地体和水平接地体。垂直接地体多采用截面为50mm×50mm×4mm，长度为2500mm的角钢或圆钢；水平接地体多采用截面为40mm×4mm的扁钢。

2.接地电阻：

《电力设备接地设计技术规程》规定，低压中性点直接接地系统中，100kVA以上变压器接地电阻值≤4Ω。

本工程所使用的设备接地均为人工接地体接地，按设备基础设计图配套安装，箱式变及高压电缆分支箱的接地电阻值应控制在≤4Ω，低压电缆分支箱的接地电阻值≤10Ω。

5.总结

通过此开发小区的设计，使我们的设计理念有了更深层次的认识和提高。设计必须根据小区实际，符合其特点，采用多种供配电形式和方法，满足使用功能的要求，不但做到整体布局合理，在宏观上保持三相负荷分配基本平衡，而且在微观上要做到细致，给每个用户提供一个良好的用电环境。在实现安全可靠配电的同时，还要做到环境的美化，使整个小区的配电合理、适用、经济。

参考文献

1. 《民用建筑电气设计规范 JGJ16-2008》

2. 《低压配电设计规范GB50054-95》

3. 《电力工程设计手册》·电力工业部

4. 《电力设备接地设计技术规程》

5. 《电力工程电缆设计规范》

6. 《火灾自动报警系统设计规范GB 50116-98》

电力电缆计算方法范文第4篇

【关键词】高压单芯电缆；接地；电容分压；悬浮电压；外护套

随着我国社会经济的发展，城市建设的步伐加快，用电负荷也快速增加高压、超高压交联电缆正被越来越广泛的使用。但是目前国内高压交联电缆通常采用单芯电缆，在电缆的安装使用过程中亦发现不少问题，本文对一起110kV电缆在进行交接验收试验时外护套烧毁事故进行原因分析。

1 事故概况

2011年9月，河北省某码头110kV电缆进线工程，该电缆型号规格YJLW03―64/110kV―1*630mm2，双回路，穿管敷设，每回长度约1500米，分三段做中间接头，每段电缆长度约500米，均采用交叉互联接地。电缆敷设安装结束按要求进行交接试验，试验单位为某供电局修试所。试验过程中，将两个回路中C相电缆并联进行交流耐压试验，电压升到128kV并持续约15分钟时，现场人员发现1#接头井、2#接头井内冒出大量烟雾，随即停止试验。经检查，发现1#、2#接头井内多根电缆外护套不同程度烧毁，其中两个C相电缆大约2米长度外护套几乎全部烧光，与之相邻几根电缆由于被引燃，也存在不同程度的烧毁情况。同时在该电缆线路其他检修井内也发现两根C相电缆外护套表面有多个击穿点。

图1

2 原因分析

2.1 高压电缆结构

由于高压电缆导体截面大，绝缘层较厚，如果成缆后再加上填充及外护套，电缆整体外径及重量会非常大，不利于生产加工及运输，施工难度也会很大，故国内高压电缆普遍采用单芯结构，其主要构成包括导体、导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽、缓冲阻水带、皱纹铝护套、非金属外护套（表面含半导电层），如图2所示

图2

2.2 高压电缆的接地方式

由图2可知，高压单芯电缆结构中，绝缘线芯外包覆有皱纹铝护套，铝护套一方面起径向阻水作用，另一方面在电缆正常运行时通过电容电流，当系统发生短路故障时为故障电流提供了回流通路。由于单芯高压电缆的特殊结构，当导体通过交变电流时，其产生的交变磁场与金属护套交链，在金属护套上会产生感应电压。该感应电压与电缆的长度、导体负荷电流、频率成正比关系，感应电压过高不仅会危及到人身的安全，还可能会击穿外护套绝缘。故此GB50127―2007《电力工程电缆设计规范》明确规定：交流单芯电缆线路正常感应电动势的最大值在未采取有效防止人员任意接触金属层的安全措施时，不得大于50V，其余情况不得大于300V。

为降低金属护套的感应电压，满足规范要求，同时避免单芯电缆金属护套两端接地时产生环流，不仅需要根据GB/T11017―2002《额定电压110kV交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件》及GB/Z18890―2002《额定电压220kV交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件》标准要求，敷设后电缆外护套需通过直流10kV/1分钟耐压试验，而且根据实际情况来合理选择不同的接地方式，通常有单端接地、中间接地、交叉互联接地。

2.3 高压电缆的悬浮电压

由2.2可知，高压单芯电缆导体通过交变电流时，如果选择正确的接地方式后，金属护套对地感应电压很低，最高不超过300V。但是一旦高压单芯电缆金属护套未接地或接地方式被破坏，造成金属护套两端出现未接地现象，金属护套对地的感应电压就会改变为极高的悬浮电压，引发事故。

2.3.1 悬浮电压的计算

电缆本身是容性负载，导体与金属护套（或金属屏蔽）可以看作电容的两个极。高压单芯电缆外护套表面均包含有半导电层，其主要作为电缆外护套绝缘试验的一个电极，电缆敷设安装后，其外护套表面半导电层与地（金属支架等）产生良好接触时，如果电缆金属护套不接地，此时导体与金属护套间、金属护套与地间形成一个串联的电容分压器，假设导体与金属护套间电容为Ca，金属护套与地之间电容为Cb，如果导体上施加电压为U，则金属护套上会产生Ca、Cb对U的分压U悬浮，且每一点的电位相等，即悬浮电压U悬浮。于是有

（式1）

式1计算公式。另外电缆外护套表面半导电层由于种种原因与地（金属支架）未接触或接触不良时，如果电缆金属护套不接地，此时除了Ca、Cb外，还有金属护套与地及周围环境之间的空气杂散电容C空，则金属护套上产生Ca、Cb、C空对U的分压U悬浮1，此时Cb、C空

（式2）

串联后再与Ca串联分压，如果将Cb、C空串联后的电容看作Cx，于是有式2计算公式。式1中Ca、Cb根据厂家提供电缆结构参数，由电缆电容计算公式式3求取，此时电容是定量，悬浮电压主要与导体施加电压成正比。式2中Cx的计算需要根据电缆敷设现场实际空间求取C空，此时电容是变量，计算比较复杂，而且C空与Cb串联后电容变小，式2条件下计算出的悬浮电压数值要比式1条件下高。式3中，Di为电缆外径，Dc为导体外径。

（式3）

2.4 事故原因

现场调查得知，该电缆线路设计为交叉互联接地，电缆试验标准依据为GB50150―2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》，试验电压128kV，时间60分钟，谐振频率为20―300HZ。现场勘查发现，电缆接头井与检修井中电缆均放在金属支架上，但是外护套未能与金属支架良好接触，电缆线路两个终端的铝护套均良好接地，但是1#、2#接头井内电缆中间接头铝护套引出端未能与交叉互联箱进行联接，导致电缆线路在耐压试验过程中，1#接头井至2#接头井中间段电缆铝护套未接地，产生悬浮电压。假设该电缆敷设后，外护套半导电层与地（金属支架等）良好接触，此时该中间段电缆铝护套上产生的悬浮电压按照式1来计算，根据厂家提供电缆参数得知，导体与金属护套间电容为0.219μF/km，电缆外径为98.2mm，铝护套厚度为2mm，外护套厚度为4.5mm，真空介电常数ε0=8.86×10-3μF/km，外护套材料为聚乙烯的相对介电常数ε=2.3。根据式3则有Cb=6.28×8.86×10-3μF/km×2.3÷ln（98.2÷89.2）=1.331μF/km。如L为电缆实际长度，根据式1则有

而现场实际情况是电缆外护套半导电层未能与地（金属支架等）良好接触，则有U悬浮1产生，根据式2可知，由于Cx变小，故U悬浮1要几倍于18.08kV，由于C空与电缆实际使用空间有关，C空的取值越小，则U悬浮1越大。该金属护套上产生的U悬浮1已经远远超过外护套耐压试验所要求的10kV电压，过高的电压导致外护套击穿。外护套击穿后，由于电缆外护套半导电层未能与地良好接触，金属护套会对地进行放电，因此时电缆导体上仍然施加有电压，使得金属护套不断对地进行放电，并通过电缆外护套表面半导电层爬电连通到距离最近的接地电阻较小的金属支架或其他固定金具等有效接地点，产生弧光放电，导致电缆外护套起火燃烧，加上外护套采用的是易燃的聚乙烯材料，加大火势并引燃了临近电缆。发现情况后虽经及时处理，亦造成了多根电缆烧毁，只能进行更换，结果损失惨重。

3 预防措施

鉴于悬浮电压的危害性，故高压单芯电缆在进行交接试验或通电投运前，必须对电缆金属护套（金属屏蔽）的接地情况进行认真检查，并确保接地牢靠。另外由于铝芯电缆端子容易氧化，会导致端头接触电阻变大，应避免使用铝芯电缆作为接地线。

高压单芯电缆进行交接试验时，由于未带负荷，此时导体承载电流很小，即使金属护套（金属屏蔽）两端接地，环流亦可忽略不计。为确保试验时电缆金属护套接地，对采用单端接地或中间接地方式的线路，最好将电缆两端金属护套全部接地进行试验。对于采用交叉互联方式接地的线路，必须对整个线路认真检查，确保所有交叉互联箱、接地箱的正常连接后，方可进行试验。试验期间，派专人对试验电缆线路进行查看，发现异常情况，及时处理，避免发生事故。

电缆通电运行后，要经常对线路进行巡视检查，避免接地箱被盗或破坏后产生悬浮电压。如果发现电缆出现完全悬空状态，应立即停电进行处理，未停电时严禁直接用接地线接地来消除悬浮电压，除非有特殊保护装置才能临时处理，但是在停电后，亦必须按照原线路接地方式进行恢复。

参考文献：

[1]卓金玉.电力电缆设计原理[M].北京：机械工业出版社，1999.

[2]GB 50217―2007，电力工程电缆设计规范[S].

[3]GB/T 11017―2002，额定电压110kV交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件[S].

电力电缆计算方法范文第5篇

关键词：电缆截面 经济性 分析 选择

电气设计中选择配电电缆时，通常是根据敷设条件确定电缆型号，然后再根据常用数据选出适合其载流量要求并满足电压损失及热稳定要求的电缆截面。用这种方法选出的截面，技术上是可靠的，工程投资也最低。但是，这种选择结果是否合理呢？我们知道，配电线路存在着电阻，它消耗浪费的电能是不可忽视的。为了节约电能，减少电路电能损耗，可以考虑适当加大线路截面，而加大截面势必造成工程初投资的提高，下面我将通过偿还年限回收方法对这个问题进行论述，以求得出最理想的截面选择方法，即通过经济技术比较来找出最佳经济效益的选择方案。

1.1 偿还年限经济技术分析法

对工程经济效益的分析方法有很多种，如：

（1）偿还年限法；

（2）等年度费用法；

（3）现值比较法等。

偿还年限法是直接比较两个技术上可行的方案在多长时间内可以通过其年运行费的节省，将多支出的投资收回来，它的目的就是找出最佳方案。

如果方案1的投资F1低于方案2的投资F2，而方案1的年运行费Y1高于方案2的年运行费Y2。这时就要正确权衡投资和年运行费两个方面的因素，即应计算选择投资高的方案的偿还年限N。

如果年值较小，如只有二、三年，则显然初投资高的方案经济。若N值较大，如十年左右，那就偿还年限太长，投资长期积压，初投资高的方案就不经济了。因此，偿还年限法的关键在于合理地确定标准的偿还年限NH。一般我国的电力设计通常取5-6年。在方案比较时，把计算的偿还年限N与标准偿还年限NH作比较，若N=NH，则认为两个方案均可；若NNH，则相反。

1.2 利用偿还年限法选择电缆截面

现以380V动力配电电缆为例，取一些典型情况进行计算（实例见附录图纸《商铺导线选择计算书》）。

设回路负荷P1、P2、P3、P4、P5的线路长度都为100m，计算电流（即线路长期通过的最大负荷电流）分别为7.5A、50A、100A、150A、210A，根据敷设要求，选用YJV电力电缆沿桥架敷设。

第一步：查阅相关资料，按常规方法，即按发热条件选择电缆截面，并校验电压损失，其初选结果如表4所示。为了简化计算，此表中数据是取功率因数0.8时计算得出的，实际上一般情况下用电设备的功率因数都低于0.8。所以，实际的电压损失与计算值各有不同，但基本不影响对于截面的选择。

上表中电缆截面是按发热条件选取的，所选截面均满足电压损失小于5%的要求。这种选择方案自然是技术上可靠，节省有色金属，初投资也是最低的。但是，因截面小而电阻较大，投入运行后，线路电阻年浪费电能较多，即年运行费用较高。那么，适当的增大截面是否能改善这种情况呢？加大几级截面才最为经济合理呢？

第二步：多种方案比较。

首先，对P1回路适当增加截面的几种方案进行比较：

方案1：按发热条件选截面，即3X2.5mm2。

方案2：按方案1再增大一级截面，即3X4 mm2。

接下来分别计算两种方案的投资与年运行费。为简化计算，仅比较其投资与年运行费的不同部分。就投资而言，因截面加大对直埋敷设，除电缆本身造价外，其它附加费用基本相同，故省去不计。年运行费用中的维护管理实际上也与电缆粗细无多大关系，可以忽略不计，折旧费也忽略不计，所以：

方案1的初投资F1=电缆单价X电缆长度=3500①元/kmX0.1/km=350元。

方案2的初投资F2=电缆单价X电缆长度=3800元/kmX0.1/km=380元。

方案1的年电能损耗费D1=年电能消费量X电度单价=AkwhX0.8。

式中：A=3I2JS*R0*L*τ10-3kwh

R0-线路单位长度电阻（YJV-0.6/1KV-2.5mm2 R0=9.16/km）；

L-线路长度；

IJS-线路计算电流；

τ-年最大负荷小时数，这里取3000h（按8小时计算）。

于是：

D1=AX0.8=3X7.52*0.916*0.1*3000*0.8*10-3=37元

所以，方案1的年运行费Y1即是年电能损耗费37元。

按与上面相同的方法可求得方案2的年运行费（计算略）为30.7元。

显然，方案2投资高于方案1，但年运行费却低于方案1，其偿还年限N为：

可见，偿还年限小于5年，说明方案2优于方案1，方案2的多余投资在3年左右就可通过节省运行费而回收。也就是说，人为增加一级截面是经济合理的。那么增大两或三级，甚至更多，其经济效果如何，是否更加经济？下面作类似计算比较。

现在根据表5的结果，将方案3与方案2比较，方案3的投资高于方案2，但年运行费用少，其偿还年限为：

显然，因偿还年限超过标准偿还年限5年，故投资高的方案是

------------------------------------------------------

①因近来铜价不稳定，所以这里采用的是2004年铜价未涨时的电缆价格。

不合理的，即投资方案2优于方案3。

同样，方案4与方案3比较，方案4的偿还年限远远高于方案3的：

通过以上分析计算，最终可以确定方案2（即按发热条件选出截面之后，再人为加大一级）是该回路选择截面的最佳方案。对其它P2-P5线路经过上述计算方法均可以得出同样结论，这里不再一一赘述。

因此，我认为在选择电缆截面时，按发热条件选出后，再人为加大一级，从经济学的角度看是明显有效益的；从技术角度看，增大电缆截面，线路压降减小，从而提高了供电质量，而且截面的增大也为系统的增容创造了有利的条件。

但是，当负荷电流较小（IJS

1.3 总结

1.3.1 按投资年限法选择电缆截面

首先，按发热条件选出允许截面，然后再加大一级，当负荷计算电流小于5A时就不必加大截面了。当然，电压损失仍要计算，如损失超过允许的5%时，可以增大一级。

1.3.2 线路长短与偿还年限无关

前面计算过程中为简化计算而把电缆长度均设为100m，实际上，线路长度对比较结果是没有影响的，下面把偿还年限公式展开：

N=[α2L/3I2JS*R10*L*τ*d10-3]-[ α1L/3I2JS*R20*L*τ*d10-3]

其中：

L-线路长度（km）；

R10、R20-两种电缆单位长度电阻（Ω/km）；

d-电度单价（元/kwh）。

公式的分母、分子都有线路长度L，显然可以消掉。因此，偿还年限的计算结果与电缆长度无关。这一点很有意义，因为无论线路长短，都可以用该方法选择电缆导线的截面。

参考文献

[1] 《电气和智能建筑》杂志

[2] 《全国民用建筑工程设计技术措施》（电气），中国计划出版社

[3] 《工程经济学》