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電力電纜計算方法范文第1篇

關鍵詞：XLPE電纜；線芯溫度；熱路模型；暫態線芯溫度

中圖分類號： TN911⁃34； TM247文獻標識碼： A文章編號： 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

隨著交聯聚乙烯（XLPE）電力電纜在配電網中使用量的逐年增加，相應的診斷維護工作也越來越重要。線芯溫度作為XLPE電纜的一個重要運行參數，是判斷電纜運行狀態及其實際載流量的重要依據[1]：正常運行時，電纜的線芯溫度不超過交聯聚乙烯的最高工作溫度（[≤]90 ℃）；一旦過負荷，電纜線芯溫度將急劇上升，從而加速絕緣老化甚至擊穿。要準確掌握電纜的真實載流量也需要先計算電纜的線芯溫度從而間接判斷負載電流是否超過最大允許載流量。因此，從安全運行和電力系統調度的角度出發，都需要實時監測XLPE電纜的線芯溫度。實際工程中直接測量XLPE電纜的線芯溫度難以實現，需要建立合適的電纜熱路模型并由外部溫度推算求得線芯溫度[2]。隨著分布式光纖測溫技術（DTS）的發展與推廣，已有在高壓XLPE電纜線路上應用光纖測溫系統監測電纜護套溫度的實例[3⁃4]，這無疑為計算電纜線芯溫度，掌握電纜運行狀態及其真實載流量創造了有利條件。

筆者以單芯XLPE電纜為研究對象，根據配電電纜敷設距離短的特點，采用集中參數法建立其穩態等效熱路模型，并推導出線芯溫度計算公式。同時對考慮暫態過程的電纜線芯溫度計算方法進行討論，為電纜運行狀態的在線監測提供參考。

1電纜穩態線芯溫度計算方法

所謂電纜穩態線芯溫度即引起電纜溫度變化的各種因素都已達到穩定狀態且不會隨時間發生變化時的電纜導體溫度，此時不需考慮引起電纜各部分材料溫度變化時產生的放、吸熱過程。

1.1 線芯溫度計算模型及方法

單芯XLPE電纜的一般結構如圖1所示。

圖1 單芯XLPE電纜典型結構

由圖1可知，單芯XLPE電纜可分為導體、絕緣及內外屏蔽層、墊層、氣隙層、金屬護套層、外護層6層結構。建立電纜熱路模型時，一般將各層熱阻作分布式參數考慮，然后根據電纜熱流場的歐姆定律來求解線芯溫度[5]，這樣便會給線芯溫度的分析和計算帶來較大困難。由于城市配電電纜的敷設距離較短，一般不超過3 km，因此可以運用集中參數法來表征XLPE電纜的熱路模型，即將電纜以其幾何中心為圓心，把絕緣及內外屏蔽層、墊層和氣隙層、金屬護套層和外護層分別用集中參數表示，這樣便簡化了電纜熱路模型。集中參數法[6]的應用范圍廣泛，可以很好地描述配電電纜的結構參數、敷設條件、表面溫度與線芯溫度之間的換算關系。單芯XLPE電纜的集中參數等效熱路模型如圖2所示。

圖2 單芯XLPE電纜等效熱路模型

圖2中：Tc為XLPE電纜線芯溫度；Te為環境溫度；T0為外護套溫度；T1~T4分別為絕緣層（含內外屏蔽層）熱阻、內墊層（含氣隙）熱阻、外護層（含金屬護套）熱阻、外界媒介（外部熱源至電纜表面）熱阻；Wd和Wc分別表示電纜單位長度的介質損耗和線芯損耗；λ1，λ2分別為金屬護套和線芯損耗之比、鎧裝損耗與線芯損耗之比。

在已知XLPE電纜外護套溫度與負載電流的情況下，根據集中參數熱路等效模型可以推得線芯溫度的計算公式為：

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

式中線芯損耗Wc和電纜導體交流電阻R相關，而R與線芯溫度Tc有關，因此須由式（1）解出Tc來進行計算。

在已知線芯最高工作溫度Tcmax的情況下[7]，可由式（1）推導出電纜的長期運行載流量Ia：

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

利用式（2）即可完成電纜載流能力的計算與預測。

1.2誤差分析

在影響電纜溫度變化因素不發生改變的情況下，上述計算方法計算出的電纜線芯溫度與載流量誤差主要取決于式（1）中各參數的精度。

式（1）中電纜外護套溫度T0由測溫裝置測得，測量結果易受外界環境影響；各集中參數等效層熱阻T與電纜各層熱阻系數聯系緊密，特別是墊層的厚度，需要充分考慮并選取合適的數值；導體損耗Wc=I2R，其中I為電纜負載電流，可準確測得，導體交流電阻R會隨溫度發生變化，應注意鄰近效應和集膚效應的影響；介質損耗Wd相比于Wc相差3個數量級以上，因此其取值對計算結果影響較小；金屬護套和鎧裝損耗因數λ1，λ2與敷設方式有關，常采用IEC60287標準[8]中的相應公式進行計算。

由上述分析可知，XLPE電纜的結構、敷設參數及實時監測量（負載電流、外護套溫度）對結果均有較大影響，設值時應盡量接近實際值。

2實驗分析

為驗證該計算模型與方法的有效性，應用C#程序編寫了相應的計算程序，并通過實驗對一條長為400 m的110 kV XLPE電纜進行模擬實驗運行。表1為電纜處于穩態時線芯溫度與計算溫度對比實驗結果，表2為載流量計算結果與實測數據對比。

表1 線芯溫度計算值與實測值對比

表2 載流量計算值與實測值對比

從表1和表2可以看出，運用此種線芯溫度計算方法時，線芯溫度計算值與實測值在90 ℃以下時最大誤差不超過±3 ℃，電纜載流量計算值與實測值之間誤差最大不超過3%，因此具有較高的精度。

3考慮暫態過程的電纜線芯溫度計算

雖然上述計算方法精度較高，但其只能用于計算穩態下的電纜線芯溫度與載流量，實際中電纜負載會隨時間變化，特別是城市配電網的電纜線路，日負荷的變化很大，因而電纜外部熱源的溫度變化也很大[9]，所以大多數情況下需要考慮電纜線芯溫度的暫態變化過程。

考慮暫態過程的電纜線芯溫度計算非常復雜，電纜的等效熱路模型中必須考慮電纜結構材料中熱容的影響，式（1）中的介質損耗Wd和線芯損耗Wc也將變為時間函數，從而給計算帶來很大困難。文獻[9]根據電纜等效熱路與電路在數學上的相似性，運用節點電壓法先求解電纜穩態線芯溫度，并在此基礎上提出了電纜暫態線芯溫度計算公式：

[T(t)=eAt+eAt0teAtEBQ(τ)dτ]（3）

式中A，B，T，Q都是影響電纜線芯溫度變化的外部因素的矩陣形式，而且它們都是隨時間變化的函數。文獻[10]在得到電纜外皮溫度的基礎上，以“只考慮負載電流變化和只考慮表皮溫度變化”兩種情況進行電纜線芯暫態溫度的公式遞推，進而推導出XLPE電纜線芯暫態溫度的完整疊加式：

[θcx=θw0+Δθc1n+Δθc2n+θcd]（4）

式中：θcx表示運行x個小時后的電纜線芯溫度；θw0為初始測量時刻的電纜表皮溫度；Δθc1n表示電纜運行n小時后（n[≤]x）的線芯溫升；Δθc2n表示電纜運行n小時后（n[≤]x）的外護套溫升；θcd為絕緣損耗引起的導體溫升，可以看出電纜的暫態線芯溫度為各個溫升的疊加。文獻[11]在完整演算電纜暫態熱路模型的基礎上，以“電纜表皮為等溫面、絕緣層與導體具有相同熱阻系數、僅考慮導體損耗和絕緣層損耗”三個假設條件對熱路模型進行簡化，并通過實驗和誤差分析驗證了簡化模型的有效性，簡化后的模型將大大減少計算量。文獻[12]則提出了基于電纜實際負載電流和表面溫度的拉普拉斯動態熱路模型，并通過實驗研究和誤差分析驗證了該模型可滿足電纜線芯溫度的實時監測。從文獻[9⁃12]可以看出，計算電纜暫態線芯溫度是一個非常復雜的過程，但不管應用何種方法，都必須在得到電纜材料參數和結構參數以及電纜外護套溫度或電纜的穩態線芯溫度的情況下，通過不同理論和方法進行電纜暫態線芯溫度計算公式的遞推和推導。

4結語

為了掌握XLPE電纜的運行狀態及其真實載流量，根據配電電纜的敷設特點分析了其暫態線芯溫度計算公式，驗證了計算方法的有效性，并對考慮暫態過程的電纜線芯溫度計算方法進行了討論，得到如下結論：

（1） 運用集中參數法表征配電電纜的穩態熱路模型貼合實際，推導出的計算公式只需在監測到電纜表面溫度的情況下就可反推求得電纜線芯溫度。實驗數據表明此種計算方法具有較高的精度。

（2） 電纜暫態線芯溫度的計算非常復雜，且必須在得到電纜材料參數和結構參數以及電纜外護套溫度或者電纜穩態線芯溫度的情況下，通過不同理論方法進行暫態線芯溫度計算公式的分析。

值得一提的是，XLPE電纜發生絕緣故障后通常會在故障部位伴隨有溫度異常升高的現象發生，因此已有相關學者[13]將電纜溫度在線監測與絕緣監測聯系起來，并試圖通過試驗說明兩者之間的關系。這表明隨著電纜測溫技術的發展，也將為電纜絕緣在線監測提供了一種新的思路和方法。

參考文獻

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電力電纜計算方法范文第2篇

【關鍵詞】導線;電力電纜;導線截面;電流

一、引言

導線和電力電纜的選擇是電力企業供電系統設計中的一個重要組成部分，由于其是構成供電網絡的主要設備元件，電力輸送只能依靠導線和電力電纜來進行。因此，在選擇導線和電力電纜的截面時，就必須在滿足供電輸送能力的同時保證供電線路的運行安全。此外，導線和電力電纜生產所需的有色金屬是國家經濟建設需求量很大的原材料，因此，如何經濟合理地選擇導線和電力電纜的截面，對節約有色金屬的使用具有重大的意義。

二、導線和電纜選擇應具備的資料

導線和電纜的截面選擇通常是趨向于最小可采用的截面。即減少導線和電纜的初始投資費用，這其中并不包括導線電纜的使用壽命等條件。為了選擇合適的導線和電纜的截面，電力企業就要向電纜生產制造廠提供盡可能多的必要資料。

（一）系統額定電壓

任意兩根導體之間的工作平率電壓的均方根值。

（二）三相系統的最高電壓

在正常的運行條件下相間電壓的最高均方根值。

（三）雷電過電壓

（四）系統的運行頻率

（五）導線和電纜的接地方式以及在中性點未有效接地的情況下，任意一次接地故障下的最大允許持續時間和年總持續時間

（六）最大額定電流

導線和電纜連續運行、周期運行及緊急運行或過載運行等情況下的額定電流。

（七）當發生短路時，電流的最大持續時間

三、導線和電力電纜截面的選擇原則

為了保證供電系統的安全可靠及經濟合理地運行，就必須按照選擇導線和電力電纜截面安全、經濟的原則進行。

（一）發熱問題

由于電流具有的熱效應，因此當電流通過量超過導線和電纜的允許電流時，就會出現導線和電纜發熱的現象，加速絕緣導線和電纜的絕緣老化。

表1

此外，還會拉伸導線的距離加大電力電纜對地及交叉跨越的危險，甚至出現燒毀導線和電纜的問題，導致危險事故的發生。為了保證供電的安全性，在選擇導線和電力電纜截面時，首先，必須要充分考慮到發熱的問題。其次，導線和電纜長期通過的最大恒定的電流不能超過導線和電纜生產標準規定的允許值，就是要按照導線和電纜的允許通過量來選擇截面。

（二）電壓損失的問題

由于導線和電纜上有電阻和電抗的存在，當電流通過導線和電纜時，通常情況下除產生一定的電能損耗外，還會產生電壓的損失，從而影響電壓質量。電壓損失超過一定范圍后，就會造成用電設備的電壓不足，影響用電設備的正常工作，損害用電設備。因此，為了保證用電設備的正常運行，在選擇導線和電纜截面時，首先要考慮導線和電纜上的電壓損失問題。其次，導線和電纜線路的電壓損失不能超過國家相關規定，根據線路允許的電壓損失來選擇導線和電纜截面。

（三）經濟運行問題

保證經濟的運行主要體現在對高壓線路和特大電流的低壓線路上，應該按照規定的經濟電流密度來選擇導線和電纜的截面，使電能損耗降到最低。而對于長距離的輸送的電纜來說，應該按最佳的經濟截面來選擇電纜的載流量，最大程度上的保證電纜的使用壽命周期。

（四）機械強度問題

在電力運輸的架空線路中，為了盡量滿足線路架設施工時的機械強度以及線路運行時遭受的風、雨、氣溫等外力變化的對線路造成的威脅，就要保證導線和電纜要有足夠的機械強度，保證線路運行的安全性。如在10kV線路中最小截面不應小于16mm?。如表2所示為最小截面Smin 的值。

表2

（五）熱穩定性的問題

為了減少電纜發生熱穩定性故障的機率，在導線和電纜截面的選擇時，就要保證導線和電纜在發生故障時按照熱穩定性校驗選擇的截面必須大于熱穩定性最小的截面。

四、選擇導線和電力電纜截面的計算

為了保證輸電線路的安全、可靠、經濟地運行，在選擇導線和電力電纜截面時，一方面要滿足正常運行時的最高允許溫度，另一方面要考慮到正常運行時的電壓損耗、經濟電流密度以及機械強度等。

（一）按發熱條件的計算選擇導線和電纜的截面

當電路通過導線時，就會產生電能損耗從而使導線發熱。當導線溫度過高時，就會導致絕緣體的損壞，從而引發事故。因此導線和電纜的發熱溫度不能超過規定的允許值，即允許的導線電纜的載流量Iyx不小于通過導線和電纜的最大負荷電流Ijs，用公式表示為：

Iyx≥Ijs

此外，還要考慮到導線和電纜的電流允許載流量與環境溫度有關，因此，當架設地點的環境溫度與導線和電纜的允許載流量對應的黃金溫度不同時，導線和電纜的允許載流量應該乘以溫度校正系數，即：

K=[（tyx-t0'）/（tyx-t0）]b

tyx指導線正常工作時的最高允許溫度

t0指導線的允許載流量對應的環境溫度

t0'指導線敷設地的實際環境溫度

而在中性線截面的選擇中，一般在正常情況下，中性線通過的電流都比較小，只是三相平衡電流零序電流，因此在選擇時中性線截面不得小于相線截面的50%。即：

S0≥0.5Sφ

（二）按經濟電流密度的計算選擇導線和電纜截面

通常來說，導線和電纜的截面越大，電能的損耗就越小，相對應就是線路投資、后期維修管理費用等的增加。因此，從經濟學的觀點來看，導線和電纜就要選擇一個經濟合理的截面，既要保證電能損耗小，又要保證不過分增加線路投資及后期維修管理費用。

表3

如表3所示為導線和電纜經濟密度的關系，而經濟截面與電流密度的公式為：

Sji=Ijs/jji

Ijs指計算電流

（三）導線選擇和電纜敷設地的環境溫度

目前，通常用的電纜敷設方式主要有：穿鋼管或塑料管敷設，直接埋入地下敷設，敷設于電纜地溝內，敷設于電纜隧道內，沿廠房或土建構筑物敷設。從技術上來將，敷設于電纜隧道內和敷設于電纜地溝內的方式是最佳的，因為便于電纜的施工、維護及檢修。時間證明公用隧道的運行效果也是最好的，這達到減少了投資。避免反復開挖路面，耽誤工期，但是高哦公用隧道的初期投資較大。相對而言，電纜地溝敷設和直接埋入地下敷設是最經濟的方式，但是其不利于電纜的后期維護和檢修。

表4

無論選擇何種敷設方式，要保證導線和電纜的運行安全就必須要考慮敷設地的環境溫度。首先，對架空輸電線路來說，要計算出當地是十年來的最熱月份最高氣溫平均值或十年以上的總平均值。其次，對電力電纜來說，若周圍介質為空氣，就要計算出十年來的晝夜平均空氣溫度中最高的三天及最低的一個晝夜平均溫度或十年以上的晝夜平均值;若周圍介質為土壤，就要計算出每年最熱月份土壤的全月平均溫度。最后，對絕緣導線來說，就要計算出十年來最熱月的晝夜平均空氣溫度及月平均值或十年以上的平均值。表4所示為我國規定的經濟電流密度。

五、結語

導線和電力電纜截面的選擇直接影響了供電網絡的投資費用以及電能損耗的大小。當導線和電力電纜的截面選小些時，可以減少供電網絡建設的投資，但是卻會造成電能損耗的增大;而當導線和電力電纜的截面選大些時，供電網絡的投資就會增加，但是電能損耗就會減少。因此，使供電網絡中導線和電纜找到一個最理想的截面使年運行費用要最小化，就必須按照我國規定的經濟電流密度選擇導線和電力電纜的截面。

參考文獻

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電力電纜計算方法范文第3篇

關鍵詞：小區；供配電系統；設計

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

中圖分類號：U223.5文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013)

一.設計說明

1.1 住宅小區基本情況

該住宅小區占地面積約73000平方米，共有建筑27座，其中高層住宅樓6座、多層住宅樓10座、寫字樓4座，此外還有小區物業、泵房、熱力交換站及車棚、地下車庫等公共用電設施。

1.2 設計范圍

按照市區供電部10kV及以下配電網絡設計的規定，對于住宅小區配電工程，設計范圍為：高壓側從市區公用10kV配電線路起，在接引10kV電源處設置明顯斷開點，低壓側至小區內各建筑低壓用電計量裝置上表位。

1.3 設計原則

隨著我國城鎮化建設的加速，各地的開發小區悄然興起，以滿足城市人口急劇膨脹的需求。小區的特點是占地面積大、人口集中。在供配電設計中，必須根據小區實際特點，采用多種供配電形式和方法以滿足使用功能的要求，做到整體布局合理，給每個用戶提供一個良好的用電環境。在實現安全可靠配電的同時，還要做到環境的美化，使整個小區的配電合理、適用、經濟。

住宅小區的供電方案主要有：柱上變壓器配電、獨立配電室配電、箱式變電站配電三種。其中，柱上變壓器配電方案投資小，但對小區環境影響較大，不易深入負荷中心。獨立配電室配電方案需要一定面積的土建占地，增大了建設投資，對于本設計所選擇的小區來說并不適宜。箱式變電站配電方案的特點是，體積小、占地小、外形美觀，高壓側采用電纜引入，箱變位置可以隨意選擇，使得低壓配電部分更加合理，提高了供電可靠性。因此，本設計考慮將住宅小區的主要供電模式定位為箱式變電站配電工程。

1.4 環境條件

1.當地年最高溫度+40 C°，年最低溫度-30 C°，年平均溫度+10 C°。

2.覆冰-5mm，最大風速30m/S。

3.當地海拔高度800米。

2. 住宅小區負荷計算

2.1 供配電系統概述

隨著國民生活水平的提高和房地產業的蓬勃發展，各地新建中高檔住宅小區越來越多。準確計算出住宅小區的用電負荷，合理選擇配變電設施，才能既滿足小區居民現在及將來的用電需要，又能合理降低工程造價、節省投資。供配電系統設計要徹執行國家的技術經濟政策，做到保障人身安全，供電可靠，技術先進和經濟合理。另外，供配電系統的還必須做統籌兼顧，按照負荷性質、用電容量、工程特點和地區供電條件，合理確定設計方案。

2.2 負荷分級及供電要求

2.2.1 負荷分級的相關規范：

電力負荷應根據對供電可靠性的要求及中斷供電在政治、經濟上所造成損失或影響的程度進行分級，并應符合下列規定：

1.符合下列情況之一時，應為一級負荷：

(1)中斷供電將造成人身傷亡時。 (2)中斷供電將在政治、經濟上造成重大損失時。

(3)中斷供電將影響有重大政治、經濟意義的用電單位的正常工作。

在一級負荷中，當中斷供電將發生中毒、爆炸和火災等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應視為特別重要的負荷。2.符合下列情況之一時，應為二級負荷：

(1)中斷供電將在政治、經濟上造成較大損失時。

(2)中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。

3.不屬于一級和二級負荷者應為三級負荷 。

2.2.2 本工程的負荷情況：

按我國有關規范規定，凡多層住宅用電均按三級負荷供電，而小區的配套設施如面積較大或帶有空調系統的會所、商鋪及地下停車庫等則應根據《建筑防火設計規范》（GBJ 16-87）、《火災自動報警系統設計規范》（GB 50116-98）、《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》（GB 50057-97）設置相應的消防設施，且上述消防設備應按二級負荷供電。為小區服務的保安系統、遠程集中收費系統、電視、信息網絡系統的負荷等級不應低于二級，即宜兩路供電或地區供電條件困難時，二級負荷可由一路專用10 kV架空線路或電纜供電。本工程包含高層普通住宅、多層住宅、商鋪、車庫等，屬于規范規定的二級負荷。

2.3 電源及高壓供配電系統

本小區位于城市主城區，高壓電源由附近10kV配網線路接引。近年來，為保證供電質量和供電可靠性，某些小區高壓部分采用雙電源的供電模式，但對于本設計中的小區來說，參考《城市電力網規劃設計導則》有關規定，并不符合規定中重要用戶的標準，因此，只允許接入一路高壓電源。如有需要，可對電梯、消防設施自備應急電源，但應急電源與工作電源之間必須采取措施，防止并列運行對10kV供電網絡造成反送電事故。應急電源的設置需經供電部門審查同意后方能接入。

小區南側即為10kV高壓架空線路，可直接在就近砼桿上引一路10kV電源，組立附桿1基，使用絕緣導線從線路主桿接引至附桿，再從附桿敷設高壓電力電纜至小區內高壓設備。

2.4 負荷計算

2.4.1 住宅小區住戶照明用電負荷計算方法：

簡單測算住宅小區住戶照明用電負荷的方法可以有兩種：

1.單位指標法

單位指標法確定計算負荷Pjs(適用于照明及家用電負荷)即： Pjs=∑Pei×Ni÷1000(kW)

式中Pei——單位用電指標，如：W/戶(不同戶型的用電指標不同)，由于地區用電水平差異，各地區應根據當地實際情況取用

Ni——單位數量，如戶數(對應不同面積戶型的戶數)

應用以上方法計算負荷應乘以同時系數，即實際最大負荷(PM)。 PM=Pjs×η

式中η——同時系數，η值按照住戶數量多寡不同取不同的數值：一般情況下，用戶數量在25～100戶時取0.6；用戶數量在101～200戶時取0.5；用戶數量在200戶以上時取0.35

2.單位面積法

按單位面積法計算負荷，在一定的面積區有一個標準，面積越大的區其負荷密度越小，其表達式為：PM=Ped×S×η

式中PM——實際最大負荷，kW S——小區總面積，m2

Ped——單位面積計算負荷，W/m2η——同時系數，取值范圍同上

2.4.2 其它負荷計算方法：

根據以上兩種方法求出照明及家用負荷后，還需考慮其它用電負荷。比如本小區還包括小區物業公司、泵房、熱力交換站及車庫、自行車棚等用電負荷；另外還有四座小高層，還應考慮電梯負荷；二次加壓泵房負荷(供生活及消防用水)，以上諸負荷在計算住宅小區負荷中占比重較大的是照明及家用電負荷，而其出現最大值的時段為每天19：00～22：00，因而在計算小區的最大負荷時以19：00～22：00時段的照明及家用電負荷為基礎，然后再疊加其它負荷。其它負荷計算方法為：

1.電梯：

PD=∑PDi×ηD。

式中PD——電梯實際最大總負荷，kW

PDi——單部電梯負荷，kW

ηD——多部電梯運行時的同時系數(取值范圍見表2-1)

表2-1 電梯同時系數一覽表

2.二次加壓水泵：PMS=∑PSi×NSi

式中PMS——二次加壓水泵最大運行方式下(開泵最多的方式)的實際最大負荷

PSi——各類水泵的單臺最大負荷

NSi——最大運行方式下各類水泵的臺數

3.物業樓：

PWM=PWS×ηW

式中PWM——物業樓在照明及家用電最大負荷時段實際最大負荷

PWS——物業樓設計最大負荷，kW

ηW——物業樓負荷、照明及家用電最大負荷的同時系數

4.路燈及公用照明：

按照路燈的盞數及每盞燈的瓦數進行累加計算。路燈負荷為PL(kW)。

5.住宅小區的綜合最大負荷

P∑=PM+PD+PMS+PWM+PL(kW)

3. 住宅小區供配電措施

住宅小區供配電特點：住宅小區樓房林立，各棟樓房之間空間較大，供電面積較大，負荷點的離散性大，每臺箱變供電范圍有限，因此需用多臺箱變才能滿足用戶負荷要求。

首先把開發小區根據單體建筑的布局和負荷容量進行分塊，形成以箱變為中心的配電區域。每一臺箱變置于區域的位置中心地帶，向周邊區采用電纜放射式配電（一般為6～10回路）。每一組區一般由5～8棟多層建筑組成。再由各建筑低壓電纜分支箱敷設低壓分支線纜至各單元內配電箱。除高層樓房內配電箱及多層樓房單元內電表箱有電表位置外其它均需加裝低壓電表計量箱。配電模式示意如圖3-1：

圖3-1配電模式示意

3.1. 箱式變的臺數與容量、類型的選擇

3.1.1 變壓器的容量選擇

電源采用現場一級變壓，10 kV變0.4 kV(戶外箱式變電站)。住宅小區負荷點多而分散，箱變分布在負荷中心，減小一次投入，降低運行成本，提高用戶的用電質量。從站變到箱變的10 kV用電纜連接，各個箱變的容量由各進戶單棟樓房的區域計算總負荷選定。

3.1.2 變壓器的類型選擇

目前國內10kV以下配網主要采用的變壓器類型有：油浸式配電變壓器S9系列配電變壓器，S11系列配電變壓器，卷鐵心配電變壓器，非晶合金鐵心變壓器，浸漬絕緣干式變壓器和環氧樹脂絕緣干式變壓器。

非晶合金鐵心變壓器是新一代的配網變壓器，主要優點是空載損耗低，其空載損耗值與同容量S9型變壓器相比，可降低75%，節能效果明顯。但價格較高、材料依賴進口，且并未完全推廣開來。普遍設計還是使用S9系列油浸式配電變壓器。由于采用油變容量在800kVA及以上時需加裝瓦斯保護裝置，使箱變的設計變得復雜、不易操作，也增加了安全隱患。因此，通常變壓器容量在800kVA及以上時選擇構簡單，維護方便，又有防火、難燃等特點的環氧樹脂絕緣干式變壓器，

綜上所述，本工程所使用的四臺變壓器型號分別為S9-630kVA 10/0.4kV，SCB10-800kVA 10/0.4kV，SCB10-1000kVA 10/0.4kV兩臺。

3.1.3 箱式變及內部設備的類型選擇

國內配網主要應用的箱式變有兩類：美式箱變、歐式箱變。

美式箱變是高壓開關與變壓器共箱結構的小型化預裝式變電站，它具有供電可靠、安裝迅速、操作方便、造價低等優點，但共箱式箱變的變壓器、柜體都不方便單獨拆卸，不易檢修。在實際應用中，主要用在建設空間不足、地域狹窄的位置。

歐式箱變為模塊化結構布局，將高壓開關設備、配電變壓器和低壓配電裝置三個不同的隔室內、通過電纜或母線來實現電氣連接，所用高低壓配電裝置及變壓器均為常規的定型產品。外形美觀大方，內部操作空間較大，安裝操作比較方便，易于后期檢修維護，一般為商住小區配電工程的首選。本工程所選用的箱式變型號為：ZBW-12型

3.2 高、低壓分線設備選擇

3.2.1 高壓電纜分支箱的選擇

由上述內容可知，本小區共需安裝箱式變四座，高壓主進線為一路，因此高壓電纜分支箱宜采用進線側單開關型電纜分支箱。此類新型高壓電纜分支箱為單元柜式，采用模塊化復合絕緣柜，一體化充氣SF6負荷開關，具有安全、易操作、進出線組合靈活的特點。因此本設計中高壓電纜分支箱選用長度小、電纜排列清楚、三芯電纜接引不需交叉的歐式電纜分支箱。本設計高壓電纜分支箱選擇型號為：KDF-1K-1/5型

3.2.2低壓電纜分支箱的選擇

低壓電纜分支箱采用DFW-0.4kV低壓電纜分接箱，此類低壓電纜分支箱的特點是：采用預制型電纜插器件，具有全絕緣、全密封、全防水、免維護、安全可靠。適合安裝在住宅小區的環境中，位置通常選擇安裝在需要分支進線電纜的樓房側面散水上，結構緊湊、體積較小，既不會影響住宅小區的美觀環境，也不會影響小區內正常交通。

3.3. 高、低壓電纜類型及截面型號選擇

3.3.1 低壓電纜配置原則

電纜路徑的選擇應符合下列要求：

1.應避免電纜遭受機械性外力、過熱、腐蝕等危害；

2.應便于敷設、維護；

3.應避開場地規劃中的施工用地或建設用地；

4.應在滿足安全條件下，使電纜路徑最短。

在住宅小區配電工程中，電纜主要采用直埋式敷設方式，纜外皮至地面的深度不應小于0．7m，并應在電纜上下分別均勻鋪設100mm厚的細砂或軟土，并覆蓋建筑用磚作為保護層。電纜路徑穿越小區主干道等可能有機動車行經的道路時，需穿鑄鐵保護管敷設。

10kV降壓變壓器的供電半徑通常設計值不大于500米，由箱變出線的低壓主纜敷設至各用電建筑，有單元進線的則需在建筑物的外墻上明設低壓電纜分支箱，與箱變的距離一般控制在30～200 m以內。低壓電纜分支箱接箱至各棟電源箱的進戶電纜控制在25～150 m以內，設計應考慮電纜路走捷徑。

3.3.2 高壓電纜的選擇

高壓電纜選用鋁芯交聯聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝氯乙烯護套電力電纜（YJLV22 6/10kV）。

交聯聚乙烯絕緣電力電纜具有卓越的熱—機械性能，優異的電氣性能和耐化學腐蝕性能，還具有結構簡單、重量輕、敷設不受落差限制等優點，是目前廣泛用于城市電網、礦山和工廠的新穎電纜。交聯聚乙烯絕緣電力電纜導體最高額定工作溫度為90℃，比紙絕緣電纜、聚氯乙烯絕緣電纜、聚乙烯絕緣電纜均高，所以電纜的載流量也進一步提高。

3.3.3 高壓電纜截面選擇

依據3.1.2中變壓器一次側的額定電流，可以確定所要選的高壓電纜截面型號：

630kVA變壓器選用YJLV22-3×35高壓電纜，800kVA變壓器選用YJLV22-3×50高壓電纜，1000kVA變壓器選用YJLV22-3×50高壓電纜，高壓主進線選用YJLV22-3×150高壓電纜。

3.3.4 低壓電纜的選擇

低壓電力電纜采用銅芯交聯聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜（YJV22 0.6/1kV ）。本工程中除自行車棚照明用電選用兩芯電纜外，其余低壓電纜均為四芯電纜。

3.3.5 低壓電纜截面選擇

低壓電纜截面可根據負荷值的大小計算選擇，依據有功功率計算公式：P=√3UIcosφ

根據第二章計算出的負荷值，代入上式得出各居民樓負荷電流值：I=P÷（√3UIcosφ）

再依據不同規格電纜載流量選擇所需電纜截面，考慮低壓電纜使用中熱穩定影響以及線路長度造成的電壓降的情況，實際使用的電纜截面選擇必須在按需用電流的基礎上增大一到二個型號的截面。

各住宅樓單元進線電纜選擇：本小區多層住宅樓每單元每層為2戶，每單元共12戶，按單位指標法計算Pjs=Pei×Ni×η=4kW×12戶×0.8=38.4kW，所需電流為I=P÷（√3UIcosφ）=68.64A，選YJV22 -4×25mm2型。自行車棚負荷主要為照明負荷，從低壓電纜分支箱至車棚電表電源電纜選用YJV22 -2×10mm2型；地下車庫負荷為三相四線，從低壓電纜分支箱至車庫電表電源電纜統一選用YJV22 -4×16mm2型；

小區商戶一般為二層，平均面積在200平方米，依面積法計算單戶負荷為：PM=Ped×S=80W/m2×200m2÷1000=16kW，所需電流為I=P÷（√3UIcosφ）=28.6A，從電纜分支箱至各商戶低壓電纜選用YJV22 -4×16mm2型。

4.防雷接地

4.1 電力設備防雷

在配電網絡中，由于接地種類的不同，其保護接地方式、供電系統也有所不同。正確理解和推廣使用幾種低壓保護接地方式及供電系統，對提高電網安全、可靠運行水平有著十分重要的意義。

4.2 低壓配電系統的接地型式和基本要求

低壓配電系統的接地形式可分為TN、TT、IT三種系統，其中TN系統又可分為TN-C、TN-S、TN-C-S三種形式。

1.TN系統應符合下列基本要求：

(1)在TN系統中，配電變壓器中性點應直接接地。所有電氣設備的外露可導電部分應與配電變壓器中性點相連接。

(2)保護導體或保護接地中性導體應在靠近配電變壓器處接地，且應在進入建筑物處接地。

(3)保護導體上不應設置保護電器及隔離電器。

(4)保護導體單獨敷設時，應與配電干線敷設在同一橋架上。

采用TN--C-S系統時，當保護導體與中性導體從某點分開后不應再合并，且中性導體不應再接地。

2.TT系統應符合下列基本要求：

(1)在TT系統中，配電變壓器中性點應直接接地。電氣設備外露可導電部分所連接的接地極不應與配電變壓器中性點的接地極相連接。

(2)TT系統中，所有電氣設備外露可導電部分宜采用保護導體與共用的接地網或保護接地母線、總接地端子相連。

3.IT系統應符合下列基本要求：

(1)在IT系統中，所有帶電部分應對地絕緣或配電變壓器中性點應通過足夠大的阻抗接地。電氣設備外露可導電部分可單獨接地或成組的接地。

(2)電氣設備的外露可導電部分應通過保護導體或保護接地母線、總接地端子與接地極連接。

(3)1T系統必須裝設絕緣監視及接地故障報警或顯示裝置。

(4)在無特殊要求的情況下，IT系統不宜引出中性導體。

4.設計時應根據系統安全保護所具備的條件，并結合工程實際情況，確定系統接地形式。

4.3 接地種類

1.工作接地：為保證電力設備達到正常工作要求的接地，稱為工作接地。中性點直接接地的電力系統中，變壓器中性點接地，或發電機中性點接地。

2.保護接地：為保障人身安全、防止間接觸電，將設備的外露可導電部分進行接地，稱為保護接地。保護接地的形式有兩種：一種是設備的外露可導電部分經各自的接地保護線分別直接接地；另一種是設備的外露可導電部分經公共的保護線接地。

3.重復接地：在中性線直接接地系統中，為確保保護安全可靠，除在變壓器或發電機中性點處進行工作接地外，還在保護線其他地方進行必要的接地，稱為重復接地。

4.保護接中性線：在380/220V低壓系統中，由于中性點是直接接地的，通常又將電氣設備的外殼與中性線相連，稱為低壓保護接中性線。

本工程中所使用的高、低壓設備接地均選擇保護接中性線方式，將接地裝置與設備外殼連接實現接地保護。

4.4 接地裝置

1.接地裝置：

接地裝置可使用自然接地體和人工接地體。在設計時，應首先充分利用自然接地體。

(1)自然接地：

在新建的大、中型建筑物中，都利用建筑物的構造鋼筋作為自然接地。它們不但耐用、節省投資，而用電氣性能良好。

(2)人工接地體：

人工接地體有兩種基本型式：垂直接地體和水平接地體。垂直接地體多采用截面為50mm×50mm×4mm，長度為2500mm的角鋼或圓鋼；水平接地體多采用截面為40mm×4mm的扁鋼。

2.接地電阻：

《電力設備接地設計技術規程》規定，低壓中性點直接接地系統中，100kVA以上變壓器接地電阻值≤4Ω。

本工程所使用的設備接地均為人工接地體接地，按設備基礎設計圖配套安裝，箱式變及高壓電纜分支箱的接地電阻值應控制在≤4Ω，低壓電纜分支箱的接地電阻值≤10Ω。

5.總結

通過此開發小區的設計，使我們的設計理念有了更深層次的認識和提高。設計必須根據小區實際，符合其特點，采用多種供配電形式和方法，滿足使用功能的要求，不但做到整體布局合理，在宏觀上保持三相負荷分配基本平衡，而且在微觀上要做到細致，給每個用戶提供一個良好的用電環境。在實現安全可靠配電的同時，還要做到環境的美化，使整個小區的配電合理、適用、經濟。

參考文獻

1. 《民用建筑電氣設計規范 JGJ16-2008》

2. 《低壓配電設計規范GB50054-95》

3. 《電力工程設計手冊》·電力工業部

4. 《電力設備接地設計技術規程》

5. 《電力工程電纜設計規范》

6. 《火災自動報警系統設計規范GB 50116-98》

電力電纜計算方法范文第4篇

【關鍵詞】高壓單芯電纜；接地；電容分壓；懸浮電壓；外護套

隨著我國社會經濟的發展，城市建設的步伐加快，用電負荷也快速增加高壓、超高壓交聯電纜正被越來越廣泛的使用。但是目前國內高壓交聯電纜通常采用單芯電纜，在電纜的安裝使用過程中亦發現不少問題，本文對一起110kV電纜在進行交接驗收試驗時外護套燒毀事故進行原因分析。

1 事故概況

2011年9月，河北省某碼頭110kV電纜進線工程，該電纜型號規格YJLW03―64/110kV―1*630mm2，雙回路，穿管敷設，每回長度約1500米，分三段做中間接頭，每段電纜長度約500米，均采用交叉互聯接地。電纜敷設安裝結束按要求進行交接試驗，試驗單位為某供電局修試所。試驗過程中，將兩個回路中C相電纜并聯進行交流耐壓試驗，電壓升到128kV并持續約15分鐘時，現場人員發現1#接頭井、2#接頭井內冒出大量煙霧，隨即停止試驗。經檢查，發現1#、2#接頭井內多根電纜外護套不同程度燒毀，其中兩個C相電纜大約2米長度外護套幾乎全部燒光，與之相鄰幾根電纜由于被引燃，也存在不同程度的燒毀情況。同時在該電纜線路其他檢修井內也發現兩根C相電纜外護套表面有多個擊穿點。

圖1

2 原因分析

2.1 高壓電纜結構

由于高壓電纜導體截面大，絕緣層較厚，如果成纜后再加上填充及外護套，電纜整體外徑及重量會非常大，不利于生產加工及運輸，施工難度也會很大，故國內高壓電纜普遍采用單芯結構，其主要構成包括導體、導體屏蔽、絕緣、絕緣屏蔽、緩沖阻水帶、皺紋鋁護套、非金屬外護套（表面含半導電層），如圖2所示

圖2

2.2 高壓電纜的接地方式

由圖2可知，高壓單芯電纜結構中，絕緣線芯外包覆有皺紋鋁護套，鋁護套一方面起徑向阻水作用，另一方面在電纜正常運行時通過電容電流，當系統發生短路故障時為故障電流提供了回流通路。由于單芯高壓電纜的特殊結構，當導體通過交變電流時，其產生的交變磁場與金屬護套交鏈，在金屬護套上會產生感應電壓。該感應電壓與電纜的長度、導體負荷電流、頻率成正比關系，感應電壓過高不僅會危及到人身的安全，還可能會擊穿外護套絕緣。故此GB50127―2007《電力工程電纜設計規范》明確規定：交流單芯電纜線路正常感應電動勢的最大值在未采取有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時，不得大于50V，其余情況不得大于300V。

為降低金屬護套的感應電壓，滿足規范要求，同時避免單芯電纜金屬護套兩端接地時產生環流，不僅需要根據GB/T11017―2002《額定電壓110kV交聯聚乙烯絕緣電力電纜及其附件》及GB/Z18890―2002《額定電壓220kV交聯聚乙烯絕緣電力電纜及其附件》標準要求，敷設后電纜外護套需通過直流10kV/1分鐘耐壓試驗，而且根據實際情況來合理選擇不同的接地方式，通常有單端接地、中間接地、交叉互聯接地。

2.3 高壓電纜的懸浮電壓

由2.2可知，高壓單芯電纜導體通過交變電流時，如果選擇正確的接地方式后，金屬護套對地感應電壓很低，最高不超過300V。但是一旦高壓單芯電纜金屬護套未接地或接地方式被破壞，造成金屬護套兩端出現未接地現象，金屬護套對地的感應電壓就會改變為極高的懸浮電壓，引發事故。

2.3.1 懸浮電壓的計算

電纜本身是容性負載，導體與金屬護套（或金屬屏蔽）可以看作電容的兩個極。高壓單芯電纜外護套表面均包含有半導電層，其主要作為電纜外護套絕緣試驗的一個電極，電纜敷設安裝后，其外護套表面半導電層與地（金屬支架等）產生良好接觸時，如果電纜金屬護套不接地，此時導體與金屬護套間、金屬護套與地間形成一個串聯的電容分壓器，假設導體與金屬護套間電容為Ca，金屬護套與地之間電容為Cb，如果導體上施加電壓為U，則金屬護套上會產生Ca、Cb對U的分壓U懸浮，且每一點的電位相等，即懸浮電壓U懸浮。于是有

（式1）

式1計算公式。另外電纜外護套表面半導電層由于種種原因與地（金屬支架）未接觸或接觸不良時，如果電纜金屬護套不接地，此時除了Ca、Cb外，還有金屬護套與地及周圍環境之間的空氣雜散電容C空，則金屬護套上產生Ca、Cb、C空對U的分壓U懸浮1，此時Cb、C空

（式2）

串聯后再與Ca串聯分壓，如果將Cb、C空串聯后的電容看作Cx，于是有式2計算公式。式1中Ca、Cb根據廠家提供電纜結構參數，由電纜電容計算公式式3求取，此時電容是定量，懸浮電壓主要與導體施加電壓成正比。式2中Cx的計算需要根據電纜敷設現場實際空間求取C空，此時電容是變量，計算比較復雜，而且C空與Cb串聯后電容變小，式2條件下計算出的懸浮電壓數值要比式1條件下高。式3中，Di為電纜外徑，Dc為導體外徑。

（式3）

2.4 事故原因

現場調查得知，該電纜線路設計為交叉互聯接地，電纜試驗標準依據為GB50150―2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》，試驗電壓128kV，時間60分鐘，諧振頻率為20―300HZ。現場勘查發現，電纜接頭井與檢修井中電纜均放在金屬支架上，但是外護套未能與金屬支架良好接觸，電纜線路兩個終端的鋁護套均良好接地，但是1#、2#接頭井內電纜中間接頭鋁護套引出端未能與交叉互聯箱進行聯接，導致電纜線路在耐壓試驗過程中，1#接頭井至2#接頭井中間段電纜鋁護套未接地，產生懸浮電壓。假設該電纜敷設后，外護套半導電層與地（金屬支架等）良好接觸，此時該中間段電纜鋁護套上產生的懸浮電壓按照式1來計算，根據廠家提供電纜參數得知，導體與金屬護套間電容為0.219μF/km，電纜外徑為98.2mm，鋁護套厚度為2mm，外護套厚度為4.5mm，真空介電常數ε0=8.86×10-3μF/km，外護套材料為聚乙烯的相對介電常數ε=2.3。根據式3則有Cb=6.28×8.86×10-3μF/km×2.3÷ln（98.2÷89.2）=1.331μF/km。如L為電纜實際長度，根據式1則有

而現場實際情況是電纜外護套半導電層未能與地（金屬支架等）良好接觸，則有U懸浮1產生，根據式2可知，由于Cx變小，故U懸浮1要幾倍于18.08kV，由于C空與電纜實際使用空間有關，C空的取值越小，則U懸浮1越大。該金屬護套上產生的U懸浮1已經遠遠超過外護套耐壓試驗所要求的10kV電壓，過高的電壓導致外護套擊穿。外護套擊穿后，由于電纜外護套半導電層未能與地良好接觸，金屬護套會對地進行放電，因此時電纜導體上仍然施加有電壓，使得金屬護套不斷對地進行放電，并通過電纜外護套表面半導電層爬電連通到距離最近的接地電阻較小的金屬支架或其他固定金具等有效接地點，產生弧光放電，導致電纜外護套起火燃燒，加上外護套采用的是易燃的聚乙烯材料，加大火勢并引燃了臨近電纜。發現情況后雖經及時處理，亦造成了多根電纜燒毀，只能進行更換，結果損失慘重。

3 預防措施

鑒于懸浮電壓的危害性，故高壓單芯電纜在進行交接試驗或通電投運前，必須對電纜金屬護套（金屬屏蔽）的接地情況進行認真檢查，并確保接地牢靠。另外由于鋁芯電纜端子容易氧化，會導致端頭接觸電阻變大，應避免使用鋁芯電纜作為接地線。

高壓單芯電纜進行交接試驗時，由于未帶負荷，此時導體承載電流很小，即使金屬護套（金屬屏蔽）兩端接地，環流亦可忽略不計。為確保試驗時電纜金屬護套接地，對采用單端接地或中間接地方式的線路，最好將電纜兩端金屬護套全部接地進行試驗。對于采用交叉互聯方式接地的線路，必須對整個線路認真檢查，確保所有交叉互聯箱、接地箱的正常連接后，方可進行試驗。試驗期間，派專人對試驗電纜線路進行查看，發現異常情況，及時處理，避免發生事故。

電纜通電運行后，要經常對線路進行巡視檢查，避免接地箱被盜或破壞后產生懸浮電壓。如果發現電纜出現完全懸空狀態，應立即停電進行處理，未停電時嚴禁直接用接地線接地來消除懸浮電壓，除非有特殊保護裝置才能臨時處理，但是在停電后，亦必須按照原線路接地方式進行恢復。

參考文獻：

[1]卓金玉.電力電纜設計原理[M].北京：機械工業出版社，1999.

[2]GB 50217―2007，電力工程電纜設計規范[S].

[3]GB/T 11017―2002，額定電壓110kV交聯聚乙烯絕緣電力電纜及其附件[S].

電力電纜計算方法范文第5篇

關鍵詞：電纜截面 經濟性 分析 選擇

電氣設計中選擇配電電纜時，通常是根據敷設條件確定電纜型號，然后再根據常用數據選出適合其載流量要求并滿足電壓損失及熱穩定要求的電纜截面。用這種方法選出的截面，技術上是可靠的，工程投資也最低。但是，這種選擇結果是否合理呢？我們知道，配電線路存在著電阻，它消耗浪費的電能是不可忽視的。為了節約電能，減少電路電能損耗，可以考慮適當加大線路截面，而加大截面勢必造成工程初投資的提高，下面我將通過償還年限回收方法對這個問題進行論述，以求得出最理想的截面選擇方法，即通過經濟技術比較來找出最佳經濟效益的選擇方案。

1.1 償還年限經濟技術分析法

對工程經濟效益的分析方法有很多種，如：

（1）償還年限法；

（2）等年度費用法；

（3）現值比較法等。

償還年限法是直接比較兩個技術上可行的方案在多長時間內可以通過其年運行費的節省，將多支出的投資收回來，它的目的就是找出最佳方案。

如果方案1的投資F1低于方案2的投資F2，而方案1的年運行費Y1高于方案2的年運行費Y2。這時就要正確權衡投資和年運行費兩個方面的因素，即應計算選擇投資高的方案的償還年限N。

如果年值較小，如只有二、三年，則顯然初投資高的方案經濟。若N值較大，如十年左右，那就償還年限太長，投資長期積壓，初投資高的方案就不經濟了。因此，償還年限法的關鍵在于合理地確定標準的償還年限NH。一般我國的電力設計通常取5-6年。在方案比較時，把計算的償還年限N與標準償還年限NH作比較，若N=NH，則認為兩個方案均可；若NNH，則相反。

1.2 利用償還年限法選擇電纜截面

現以380V動力配電電纜為例，取一些典型情況進行計算（實例見附錄圖紙《商鋪導線選擇計算書》）。

設回路負荷P1、P2、P3、P4、P5的線路長度都為100m，計算電流（即線路長期通過的最大負荷電流）分別為7.5A、50A、100A、150A、210A，根據敷設要求，選用YJV電力電纜沿橋架敷設。

第一步：查閱相關資料，按常規方法，即按發熱條件選擇電纜截面，并校驗電壓損失，其初選結果如表4所示。為了簡化計算，此表中數據是取功率因數0.8時計算得出的，實際上一般情況下用電設備的功率因數都低于0.8。所以，實際的電壓損失與計算值各有不同，但基本不影響對于截面的選擇。

上表中電纜截面是按發熱條件選取的，所選截面均滿足電壓損失小于5%的要求。這種選擇方案自然是技術上可靠，節省有色金屬，初投資也是最低的。但是，因截面小而電阻較大，投入運行后，線路電阻年浪費電能較多，即年運行費用較高。那么，適當的增大截面是否能改善這種情況呢？加大幾級截面才最為經濟合理呢？

第二步：多種方案比較。

首先，對P1回路適當增加截面的幾種方案進行比較：

方案1：按發熱條件選截面，即3X2.5mm2。

方案2：按方案1再增大一級截面，即3X4 mm2。

接下來分別計算兩種方案的投資與年運行費。為簡化計算，僅比較其投資與年運行費的不同部分。就投資而言，因截面加大對直埋敷設，除電纜本身造價外，其它附加費用基本相同，故省去不計。年運行費用中的維護管理實際上也與電纜粗細無多大關系，可以忽略不計，折舊費也忽略不計，所以：

方案1的初投資F1=電纜單價X電纜長度=3500①元/kmX0.1/km=350元。

方案2的初投資F2=電纜單價X電纜長度=3800元/kmX0.1/km=380元。

方案1的年電能損耗費D1=年電能消費量X電度單價=AkwhX0.8。

式中：A=3I2JS*R0*L*τ10-3kwh

R0-線路單位長度電阻（YJV-0.6/1KV-2.5mm2 R0=9.16/km）；

L-線路長度；

IJS-線路計算電流；

τ-年最大負荷小時數，這里取3000h（按8小時計算）。

于是：

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

所以，方案1的年運行費Y1即是年電能損耗費37元。

按與上面相同的方法可求得方案2的年運行費（計算略）為30.7元。

顯然，方案2投資高于方案1，但年運行費卻低于方案1，其償還年限N為：

可見，償還年限小于5年，說明方案2優于方案1，方案2的多余投資在3年左右就可通過節省運行費而回收。也就是說，人為增加一級截面是經濟合理的。那么增大兩或三級，甚至更多，其經濟效果如何，是否更加經濟？下面作類似計算比較。

現在根據表5的結果，將方案3與方案2比較，方案3的投資高于方案2，但年運行費用少，其償還年限為：

顯然，因償還年限超過標準償還年限5年，故投資高的方案是

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①因近來銅價不穩定，所以這里采用的是2004年銅價未漲時的電纜價格。

不合理的，即投資方案2優于方案3。

同樣，方案4與方案3比較，方案4的償還年限遠遠高于方案3的：

通過以上分析計算，最終可以確定方案2（即按發熱條件選出截面之后，再人為加大一級）是該回路選擇截面的最佳方案。對其它P2-P5線路經過上述計算方法均可以得出同樣結論，這里不再一一贅述。

因此，我認為在選擇電纜截面時，按發熱條件選出后，再人為加大一級，從經濟學的角度看是明顯有效益的；從技術角度看，增大電纜截面，線路壓降減小，從而提高了供電質量，而且截面的增大也為系統的增容創造了有利的條件。

但是，當負荷電流較小（IJS

1.3 總結

1.3.1 按投資年限法選擇電纜截面

首先，按發熱條件選出允許截面，然后再加大一級，當負荷計算電流小于5A時就不必加大截面了。當然，電壓損失仍要計算，如損失超過允許的5%時，可以增大一級。

1.3.2 線路長短與償還年限無關

前面計算過程中為簡化計算而把電纜長度均設為100m，實際上，線路長度對比較結果是沒有影響的，下面把償還年限公式展開：

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

其中：

L-線路長度（km）；

R10、R20-兩種電纜單位長度電阻（Ω/km）；

d-電度單價（元/kwh）。

公式的分母、分子都有線路長度L，顯然可以消掉。因此，償還年限的計算結果與電纜長度無關。這一點很有意義，因為無論線路長短，都可以用該方法選擇電纜導線的截面。

參考文獻

[1] 《電氣和智能建筑》雜志

[2] 《全國民用建筑工程設計技術措施》（電氣），中國計劃出版社

[3] 《工程經濟學》