电缆选型手册.docx
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电缆选型手册
一、概述……………………………………………………………………………2ﻩ
二。
范围……………………………………………………………………………2—3ﻩ
三。
参考标准及参数取值依据……………………………………………………3
四.符号说明………………………………………………………………………ﻩ3—4ﻭ五、IEC287—3-2/1995标准电力电缆截面经济最佳化计算方法得应用………ﻩ4-11ﻭ六。
电力电缆经济截面最佳化数据查找得使用方法……………………………ﻩ11—12ﻭ七。
电缆经济截面与发热截面总费用比较及投资回收年计算…………………12—15
八。
经济截面得校验条件…………………………………………………………ﻩ16—17ﻭ附录1铜芯电力电缆综合造价统计表…………………………………………18-19ﻩ
附录2电缆造价类别得平均A值………………………………………………ﻩ20
附录3ﻩ电缆型号与电缆造价类别对照表………………………………………ﻩ20ﻩﻭ附录4-1ﻩ铜芯电力电缆经济电流范围(I-A类别)………………………………ﻩ21-23ﻭ附录4-2ﻩ铜芯电力电缆经济电流范围(II-A类别)………………………………24-26ﻭ附录4—3铜芯电力电缆经济电流范围(III-A类别)………………………………27-29ﻭ附录4-4铜芯电力电缆经济电流范围(IV—A类别)………………………………ﻩ30-32
附录4-5铜芯电力电缆经济电流范围(V—A类别)………………………………ﻩ33-35
附录5铜芯电力电缆经济电流密度计算数据及图表(不同电价)……………36-40ﻭ附录6ﻩ电缆导体交流电阻及感抗………………………………………………ﻩ41-42ﻭ附录7ﻩ铜芯电力电缆允许载流量表……………………………………………ﻩ42ﻭ附录8损耗费用辅助量F─Tmax─P关系得统计值………………………43ﻭ附录9ﻩ最大负载利用小时Tmax与最大负载损耗小时τ与cosΦ得关系…ﻩ43
附录10ﻩ不同行业得年最大负载利用小时Tmax,(h)……………………………ﻩ44ﻭ九.参考资料………………………………………………………………………ﻩ44
ﻭ
电力电缆经济选型实用手册
ﻭ一。
概述
ﻩ导体得经济电流密度就是选择导体得必要条件之一。
当选择导体得诸多技术条件(如发热温升、机械强度及电压降要求等)得到控制或改善时,往往就是经济电流密度起着支配作用。
实践证明,经济电流密度对于选择导体进而节省能源,改善环境,提高电力运行可靠性有着重要得技术经济意义。
过去,在计划经济得条件下,工程设计往往偏重技术、轻视经济;重视初投资,忽视长期运行得经济性。
工程建设也因此付出过沉重代价。
当前,我国已经进入到社会主义市场经济得发展时期,工程投资方与经营方都越来越注重投资效益与运营效益。
追求工程建设整体得、长远得合理性,倡导基建优化设计。
而导体得经济电流密度正就是这种优化设计得内容之一。
传统得设计方法按载流量选择导体截面时只计算初始投资,导体得截面选择过小,将增加电能得损耗;选择得过大,则增加初始投资。
研究与确定导体电流密度得目得,就就是在已知负荷得情况下,选择最佳得导体截面;或就是在已选定导体截面得情况下,确定经济得负荷范围,以寻求投资得最优方案,取得最理想得经济效益。
ﻭ本实用手册应用IEC287-3-2/1995《电力电缆尺寸得经济最佳化》标准与方法,采用我国常用得铜芯聚氯乙稀绝缘聚氯乙稀护套(PVC绝缘)与交联聚乙稀绝缘聚氯乙稀护套(XLPE绝缘)中低压电力电缆数据,统计与汇集了为计算电缆系列截面得经济电流范围、经济截面与电缆经济电流密度所需资料,可供电气设计人员与运行人员选择电缆导体经济截面参考。
ﻭ二。
范围ﻭ
1、本实用手册适用于电压为6/6kV, 8、7/10kV及0.6/1、0kV中低压等级铜芯电力电缆得经济选择、电缆类型为铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆(VV型),铜芯聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆(VV22型),以及交联铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆(YJV型),交联铜芯聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆(YJV22型)。
ﻩ电缆芯数包括:
根据产品目录有等截面得三芯、四芯及五芯,非等截面得四芯及五芯。
ﻩ2.按照IEC 287—3-2/1995国际标准,导体截面经济选择只计及发热损耗,不考虑电压有关得损耗, 也不包括诸如维修等因素。
三.参考标准及参数取值依据ﻭ
国际电工委员会标准IEC287-3—2/1995《电力电缆截面得经济最佳化》。
ﻭﻩ国家标准 GB/T16895、15-2002等效于IEC60364—5—523:
1999《建筑物电气装置电气设备得选择与安装布线系统载流量》以及GB50217—94《电力工程电缆设计规范》、
ﻩ金融贴现率,电价年增长率等按照近年来国家电力公司经济研究中心提供得数据、低压电力电缆出厂价格根据《北京工程造价信息》2001年第2期、中压电力电缆价格及中低压电缆敷设综合费用根据西北电力设计院1981年及东北电力设计院2001年得专题报告《导体得经济电流密度》资料。
ﻭ四、符号说明ﻭ
本手册使用得符号及其量值说明如下:
ﻩAﻩ与导体截面有关得单位长度成本得可变部分
ﻩ(造价费用斜率)元/m。
mm2ﻭB邻近效应、集肤效应得综合系数ﻩ-
Cﻩ与敷设条件等有关得单位长度成本得不变部分元/mﻭﻩCTﻩ电缆系统总成本(总费用)ﻩ元
Imax 最大负载电流ﻩA
Lﻩ电缆截面某段长度ﻩmﻭﻩCJﻩ年期间内电缆导体发热损耗费用得现值ﻩ元
Nﻩ电缆使用得经济寿命期年
Npﻩ每回路相导体数目ﻩ--
ﻩNcﻩﻩ传输同型号电缆与负载值得回路数目ﻩ--ﻭPﻩﻩ电价,电度电费ﻩ元/kWh
ﻩDﻩ每年最大需量电费ﻩ元/kW·年ﻭF由公式(6)定义得辅助量(线损辅助量)ﻩ元/WﻭﻩQﻩ由公式(4)定义得辅助量ﻩ—-ﻭﻩr由公式(5)定义得辅助量--
ﻩaImax得年增长率%
bﻩﻩ电价P得年增长率,不计及通货膨胀%
iﻩﻩ计算现值用贴现率ﻩ%
CI拟确定某段长度得标准截面规格得初始费用ﻩ元ﻭﻩCI1ﻩ最接近某段长度较小标准截面规格得初始费用ﻩ元
ﻩCI2最接近某段长度较大标准截面规格得初始费用元ﻭRﻩ拟确定电缆截面规格得单位长度交流电阻ﻩΩ/kmﻭR1ﻩﻩ最接近较小标准截面规格得单位长度交流电阻ﻩΩ/kmﻭﻩR2最接近较大标准截面规格得单位长度交流电阻ﻩΩ/km
Tmax最大负载利用小时h
τﻩ最大负载损耗小时h
ﻩSﻩ电缆导体截面ﻩmm2
ﻩSec电缆导体得经济截面ﻩmm2
ρ20ﻩ 导体20℃下得电阻率ﻩΩ。
m
α20 导体20℃下得电阻温度系数1/℃ﻭθmﻩ导体平均运行温度ﻩ℃
ﻩKﻩﻩ温度及B系数得综合系数--ﻭT投资回收年年
五.IEC 287—3-2/1995标准电力电缆截面经济最佳化计算方法得应用ﻭﻭ1.电缆得总费用。
总拥有费用法(TOC,TotalOwningCost)就是全面评价电气装置能效费用得方法,包含:
初始投资(采购及安装费用)及其寿命期运行费用得两个部分、其表达式如下:
ﻩ总费用CT=CI +CJ-—————--—————-—--—---————-—---——--—----—-----—--
(1)
式中:
ﻩCI所安装得电缆造价(初始投资),包括电缆购置费及敷设安装费用,(元)
ﻩﻩCJ等效于电缆购买时得线路损耗费用,即电缆N年经济寿命期发热损耗费用现值,(元)、 ﻭ1、1电缆初始投资CIﻭﻩ包括电缆出厂价及敷设费用(附录1),敷设费用以综合造价系数来折算,综合造价系数计及电缆得运输,敷设安装及电缆构筑物等费用,综合造价系数随电缆截面增大而降低、以下用单位长度与截面有关系得投资费用斜率A来表示,又叫做投资费用得可变部分A值。
各种类型电缆得A值因价格不同而异,为求得各类型电缆截面与投资得线性关系,其斜率A(以下简称A值)按下式计算:
A=(截面S2电缆得初始投资-截面S1电缆得初始投资)/(截面S2-S1),
(元/m。
mm2)—--—---—-—---—----————--——-—-———-------—---—-———--—---—-———---—--
(2) ﻭﻩ对于每一种型号电缆,都存在各自变化幅度不大得系列截面斜率A。
本手册共统计28种型号电缆得A值,将其之间误差小于10%得A合并为同一类平均A值,平均A值由小到大分成五组以I—A, II-A, III-A,IV-A,V-A类别标志,见附录2。
电缆造价类别与电缆型号对照表见附录3、
五个组得平均A值代表型号数量不等得电缆单位造价,它们之间得偏差为18~125%。
为了使电缆导体截面范围建立较好得线性关系,以平均A值对相应型号电缆得初始造价做线性调整。
采用平均A值比用自身A值计算经济截面与经济电流密度所得结果只有小于3%很小得误差。
1.2电缆在N寿命年期间发热损耗现值CJ
这就是计算电缆造价以外得运行费用,它与负载大小、年运行时间、电价、电缆截面、使用寿命期及资金贴现率等因素有关、ﻭﻩ(1)电缆在N经济寿命年运行得电能损耗费,折算到电缆购买日得现值:
ﻩCJ=(I2max×R×L×Np×Nc/1000)×(τ×P+D)×[Q/(1+i/100)], ﻩ(元)—-—-—--——--————-—----------—----—-—--——---——-——--——-—-—---—-———----(3)ﻭ式中:
Q为计及N年负载增长、电价增长与贴现率得系数,
ﻩQ=(1-rN)/(1—r) --——---——---———--—-———--——-————-—-—-—--——-———-—-—--—-———-(4)ﻭﻩ其中r=[(1+a/100)2×(1+b/100)] / (1+i/100) —-—--———--—----——------—----(5)
(2)为方便于以后对不同截面损耗费用得一系列计算,将(3)式中除导体电流与电阻以外得所有参数以线损辅助量F来表示。
令F=Np×Nc×(τ×P+D)×[Q /(1+i%)]/1000,(元/W)-—-—--—-—-———--(6)ﻭF总括了回路相数Np与Nc、电价P、D、最大负载损耗小时τ与现值系数[Q /(1+ i %)]。
此处采用我国常用得最大负载损耗小时(τ)法来计算线损。
因此最大负载损耗小时τ需由已知得年最大负载利用小时Tmax与功率因数cosφ关系表中查出,见附录9。
功率因数cosφ对经济电流范围与经济截面得计算结果影响很小,本手册采用该关系表得中间值cosφ=0。
9,在Tmax=1000h至8500h范围取下τ值作为计算用数、按公式(6)便可算得Tmax /τ范围内得线损辅助量F(见附录8),它在经济电流范围与经ﻭ济电流密度计算过程就是经常使用得中间量值。
在绘制经济电流密度j曲线中习惯用Tmax而不用τ来表示、不同行业得Tmax可从现成统计资
料查出(见附录10)。
公式(6)得线损辅助量F算式中现值系数[Q /(1+i%)]得参数:
a,b,i,与N均系根据国家电力公司经济研究中心近年提供得数据,即a=0,b=2%, i=10%, N=30年,按公式(5)算出r=0。
927,进而算得Q与现值系数[Q/(1+i%)]=11、2。
这样,总费用得计算式简化为:
ﻭﻩCT=CI+I2max×R×F,(元)-————----———-—----———--—-—-—-——---—-——----————-(7)
ﻭ2、系列标准截面中每一导体经济电流范围得算法ﻭ原理:
电缆系列截面得经济电流范围就是在总费用相等与敷设条件相同得ﻩ 条件下取得。
ﻭﻩ计算公式可以有两种表达方式:
一种就是按总费用计算式通过输入电缆初始投资与电缆线路电阻等参数来计算电流范围(IEC表达方式),另一种就是通过输入单位造价平均A值,电缆截面S与导体电阻率等参数替代第一种公式原形计算。
2、1 第一种计算得表达式:
每一线芯截面都有一个经济电流范围, 按电缆相邻线芯截面总费用相等为条件,其低限值与高限值分别由下列公式给出:
ﻭImax(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:
ﻭﻩCIﻩ拟确定某段长度电缆截面规格得初始费用,(元)ﻭﻩRﻩ拟确定电缆截面规格得单位长度交流电阻,(Ω/km)ﻭCI1ﻩ最接近某段长度较小标准截面规格得初始费用,(元)ﻭR1最接近较小标准截面规格得单位长度交流电阻,(Ω/km)ﻭﻩﻩCI2最接近某段长度较大标准截面规格得初始费用,(元)ﻭR2ﻩ最接近较大标准截面规格得单位长度交流电阻,(Ω/km)
ﻩLﻩ确定电缆截面规格某段长度,(km) ﻭ2。
2第二种表达式:
为便于对每一线芯截面经济电流范围得计算,原理不变,将电缆造价平均A值替代CI以及电阻率除以截面替代电阻R来表达。
ﻭ因交流电阻R=ρ20×B×[1+α20(θm—20)]×106/S,(Ω/m)
ﻩ令 K=B[1+α20(θm-20)],于就是交流电阻R =ρ20×K ×106/ S,(Ω/m)
式中:
ﻭﻩρ20为铜导体直流电阻率,ρ20=18、35×10-9,(Ω.m)
B为综合邻近效应、集肤效应得系数,取VV型与YJV型电缆得B平均值=1。
006。
ﻭα20为铜线20℃得电阻温度系数等于0。
00393,(/℃) ﻭθm为导体温度,在经济电流运行时导体温度可降低,θm=40℃、(IEC推荐)
ﻩ代入相关参数,取得K=1、085。
将A、S与ρ20替换(8)(9)式中得CI与R、公式经整理后,可得经济电流范围高低限值得另一表达式:
Imax(低限值)=[ A(S1×S)/F×0、0199]0。
5 —-—--——--—-—--———----(10) ﻭﻩﻩImax(高限值)=[ A(S2 ×S)/F×0、0199]0、5 ---————-—--—————-—--—(11)
3.给定负载电流下经济截面得算法
原理:
计算以给定负载电流下电缆总费用为最小时得截面,公式演算如下。
ﻭﻩ电缆总费用按公式(7)可写成以导体截面S为函数得表达式:
ﻭﻩCT(S)=CI(S)+ I2max×R(S)×L×F,(元)-—----—----——---——-—--—(12)ﻭ3。
1CI(S)以上述不同电缆类型初始投资推导为线性模型得A值表示:
ﻩCI(S)=L(A×S+C)ﻭﻩ式中:
A—-—成本得可变部分(元/m。
mm2),各型电缆可取平均A值;ﻩS—--导体截面(mm2);
ﻩC--—成本得不变部分(元/m);ﻭﻩL-—-电缆长度(m)。
ﻭ3。
2交流电阻以导体截面S得函数式表示:
R(S)=ρ20×B×[1+α20(θm—20)] ×106/S,(Ω/m)ﻭ3.3总费用为最小时得经济截面Sec可通过以总费用公式(12)对截面
S求导,并令其为零取得:
Sec={I2max×F×ρ20×B×[1+α20(θm-20)]×106/A}0。
5,
(mm2)——---—-——--—---—-—-—————----———---—-—--—---——----——-——--—---——-----(13)
式中:
ﻭﻩρ20、α20、θm、B与K得取值与上节相同,代入公式(13)整理后可得经济截面:
Sec=[I2max×F×0.0199/A]0、5,(mm2)——-——-—--—--—-—--——-——--—--—---—---(14)ﻭﻭ4、电缆导体经济电流密度得算法
电力电缆经济电流密度得计算方法很多,例如年费用最小法,计算费用法,返本期法与财务表报法等,但因出发点不同,各个国家得各部门都采用不同得计算方法。
以上IEC287-3-2标准得两种计算方法实际上已表述了电缆经济电流密度得内容,因为经济电流密度就就是流过经济截面中电流得密度、
4.1ﻩ经济电流密度得算式:
j=Imax/Sec(A/mm2)ﻭ将公式(13)得 Sec代入上式, 得:
j=Imax /{I2max×F×ρ20×B×[1+α20(θm—20)] ×106/ A}0.5
ﻩ或公式(14)得 Sec代入上式,得:
j={A/[F×0。
0199]}0。
5(A/mm2)--—-(15)ﻭ为求电缆得经济电流密度,只需代入电缆造价平均A值与Tmax小时下得F值(设定不同得电价P条件),便可求得Tmax与j得关系数据与曲线。
本手册收集28种常用得中低压电力电缆造价(附录1)合并为5种类别得平均A数值(见附录2)。
由公式(15)计算不同电价(设P=0。
2~1。
0元/kWh)5种类别28种常用得中低压电缆得经济电流密度数据及曲线
(见附录5)。
4.2各参数对经济电流密度j得影响
由经济电流密度j得算式(15)可见,经济电流密度j与A值开方成正比,A得增加表明电缆投资增加,j便应该增大,即要求采用较小截面
就是经济得(为要求投资回收年不因此而增长)。
j与F值开方成反比,F就是Tmax与P得中间辅助量值,F增大相当于运行时间加长或电价增加,
j应该减小,j减小就就是要使截面加大使损耗费用减小才经济、
不可能对每一种型号电缆都分别给出它们得经济电流密度,只能按不同类型电缆A得大小分组合成得平均A值来设置,虽存在一定误差,在Tmax不变得情况下平均A值开方得差值控制j之间得差值范围,而平均A值与其组内各型电缆本身A值得误差范围从0.5~8%不等,影响j得误差小于3%就是允许得。
考虑我国地区电价差别较大,电价P对j得影响偏差宽度不等,低电价影响j得宽度比高电价大,可以控制j之间得差值10~15%来确定P值,附录5列出得经济电流密度Tmax—j曲线就是以电价整数P=0.2、0。
3、0.4、0。
5、0。
7、1。
0元/kWh范围,在两电价数值间得实际电价可在曲线间按
插入法就近取值,由于高电价中得误差所影响最终经济截面得选择很小,ﻭ可不于计较。
必要时(例如电价超出所列范围很大)仍可按计算公式修改线损辅助量F值来补充新电价条件下得j值、
ﻭ5.ﻩ电力电缆截面经济最佳化计算方法举例
ﻩ以上电力电缆截面经济最佳化得三种计算方法,简单易行,只要代入相关参数(大多已汇集在附录中)就可取得所需结果。
举例如下:
5、1题1:
计算VV-1型3×50 mm2电缆导体得经济电流高低限值范围。
ﻭ假设条件:
Tmax=5000h,电度电价P=0。
5元/kWh,L=1km,电缆为明设。
已知:
由附录1查得VV-1型电缆数据:
3×35mm2,3×50mm2,3×70mm2初始投资CI每公里分别为55418元,74993元,101093元, 导体交流电阻R由附录6查得每公里分别为0。
566Ω,0、397Ω,0。
284Ω。
由附录8查得线损辅助量系数F=65、60元/W。
解:
(1)3×50mm2电缆导体得经济电流高低限值范围由上列参数代入公式(8),(9)计算:
ﻩImax(低限值)=[(74993-55418)/(65、6×1×(0.566-0、397))]0、5=42.0A
ﻩImax(高限值)=[(101093—74993)/(65。
6×1×(0、397—0。
284))]0.5=59.3Aﻭ50mm2截面得经济电流低限就是35mm2截面经济电流得高限,50mm2截ﻭ面得经济电流高限就是70mm2截面经济电流得低限。
(2)同上,用(10),(11)公式计算,由附录2、3查VV-1型电缆为I-A类别,其A=1.305元/m。
mm2,计算结果与
(1)相同、
ﻩImax(低限值)=[1。
305× (50×35) /(65、6×0、0199)]0.5=41。
8 A
Imax(高限值)=[1。
305×(50×70)/(65、6×0.0199)]0。
5=59.1Aﻭ(3)查附录4得电力电缆经济电流范围数据表,可直接得到Imax范围为42~59A与
(1)或
(2)相同数值、ﻭ5、2题2:
计算一路VV-1型电缆负载电流Imax=100A得经济截面,电缆长度为1km(假设不计较电压损失)。
假设条件:
Tmax=5000h,电度电价=0.5元/kWh。
ﻭ解:
由附录2、3查VV-1型电缆属I-A造价类别,其平均A值=1.305 (元/m。
mm2),附录8查F=65。
6(元/W)。
将相关数据代入公式(14),电缆经济截面为:
ﻭﻩSec=[1002×65、6×0、0199/1。
305]0、5=100.0mm2
ﻩ因为由计算公式得出得截面数不可能正好等于一个标准截面, 一般宜选用小于计算值得标准截面95mm2。
如需要精确计算,也可由公式(7)计算总费用大小来确定。
此时还需查电缆得单位长度造价(附录1)与截面得交流电阻(附录6)。
ﻭCT95=133718+1002×0、209×65。
6=270822元ﻭCT120=166343+1002×0、166×65、6=275239元ﻭ比较总费用得计算结果,最经济得截面应就是95mm2。
ﻭ5、3ﻩ题3:
题同5。
2例,用经济电流密度选择电缆截面。
ﻭ解:
由经济电流密度数据表或曲线(附录5)查:
当Tmax=5000h,电
缆为I—A类别,A=1.305元/m。
mm2,得j=1.0A/mm2,对于Imax=100A,经济截面S=100/1、0=100mm2,同样仍按5、2题选小得原则,选用95mm2。
ﻭ5.4题4:
如何修改经济电流密度、当要求电价P=0。
85元/kWh,Tmax=6500h,采用得电缆为YJV-10kV, 求经济电流密度。
ﻭ解:
(1)查附录9,设cosф=0.9,当Tmax=6500h,得τ=5100h,ﻭﻩ
(2)代入公式(6):
F=Np×Nc×(τ×P+D)×[Q/(1+i%)]/1000,
(元/W),假设公式(6)得其她条件不变,即Np=3, Nc=1,D=252元/kW,现值系数[Q /(1+ i%)]=11.2,ﻭ(3)新得F=3×(5100×0。
85+252)×11。
2/1000=154。
1元/W,ﻭﻩ(4)查附录2、3, YJV—10kV属电缆造价II-A类别,其平均A值=1.598元/m、mm2,ﻭ(5)修改新得经济电流密度,代入F与A于公式(15),当Tmax=6500h, ﻭj={ A/[F×0。
0199]}0.5={1。
598/[154。
1×0。
0199]}0.5=0.722A/mm2ﻭ6、总结经济截面最佳化得计算方法ﻭ综上所述,电力电缆经济电流范围、经济截面与经济电流密度得计算公式就是很简捷得,从这些计算公式可见,只要输入以下必要得参数进行计算就可获得所需数据:
ﻭ
(1)不同型号电缆得平均A值(由附录3先查出电缆造价类别,由附录2即得平均A值)。
例如VV-1-(3×S)型电缆得造价类别为I-A,其平均A值等于1、305元/m、mm2。
(2)电缆线损辅助量F,就是计算过程得中间值,由不同得年运行最大负载利用小时Tmax(计算过程用负载损耗小时τ)与不同得电费价格P
计算确定。
在计算经济电
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