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關(guān)鍵詞：XLPE電纜；線芯溫度；熱路模型；暫態(tài)線芯溫度
中圖分類號(hào)： TN911⁃34； TM247文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 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(lián)聚乙烯（XLPE）電力電纜在配電網(wǎng)中使用量的逐年增加，相應(yīng)的診斷維護(hù)工作也越來(lái)越重要。線芯溫度作為XLPE電纜的一個(gè)重要運(yùn)行參數(shù)，是判斷電纜運(yùn)行狀態(tài)及其實(shí)際載流量的重要依據(jù)[1]：正常運(yùn)行時(shí)，電纜的線芯溫度不超過(guò)交聯(lián)聚乙烯的最高工作溫度（[≤]90 ℃）；一旦過(guò)負(fù)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(zhǔn)確掌握電纜的真實(shí)載流量也需要先計(jì)算電纜的線芯溫度從而間接判斷負(fù)載電流是否超過(guò)最大允許載流量。因此，從安全運(yùn)行和電力系統(tǒng)調(diào)度的角度出發(fā)，都需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)XLPE電纜的線芯溫度。實(shí)際工程中直接測(cè)量XLPE電纜的線芯溫度難以實(shí)現(xiàn)，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(cè)溫技術(shù)（DTS）的發(fā)展與推廣，已有在高壓XLPE電纜線路上應(yīng)用光纖測(cè)溫系統(tǒng)監(jiān)測(cè)電纜護(hù)套溫度的實(shí)例[3⁃4]，這無(wú)疑為計(jì)算電纜線芯溫度，掌握電纜運(yùn)行狀態(tài)及其真實(shí)載流量創(chuàng)造了有利條件。
筆者以單芯XLPE電纜為研究對(duì)象，根據(jù)配電電纜敷設(shè)距離短的特點(diǎn)，采用集中參數(shù)法建立其穩(wěn)態(tài)等效熱路模型，并推導(dǎo)出線芯溫度計(jì)算公式。同時(shí)對(duì)考慮暫態(tài)過(guò)程的電纜線芯溫度計(jì)算方法進(jìn)行討論，為電纜運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)提供參考。
1電纜穩(wěn)態(tài)線芯溫度計(jì)算方法
所謂電纜穩(wěn)態(tài)線芯溫度即引起電纜溫度變化的各種因素都已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)且不會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化時(shí)的電纜導(dǎo)體溫度，此時(shí)不需考慮引起電纜各部分材料溫度變化時(shí)產(chǎn)生的放、吸熱過(guò)程。
1.1 線芯溫度計(jì)算模型及方法
單芯XLPE電纜的一般結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 單芯XLPE電纜典型結(jié)構(gòu)
由圖1可知，單芯XLPE電纜可分為導(dǎo)體、絕緣及內(nèi)外屏蔽層、墊層、氣隙層、金屬護(hù)套層、外護(hù)層6層結(jié)構(gòu)。建立電纜熱路模型時(shí)，一般將各層熱阻作分布式參數(shù)考慮，然后根據(jù)電纜熱流場(chǎng)的歐姆定律來(lái)求解線芯溫度[5]，這樣便會(huì)給線芯溫度的分析和計(jì)算帶來(lái)較大困難。由于城市配電電纜的敷設(shè)距離較短，一般不超過(guò)3 km，因此可以運(yùn)用集中參數(shù)法來(lái)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(nèi)外屏蔽層、墊層和氣隙層、金屬護(hù)套層和外護(hù)層分別用集中參數(shù)表示，這樣便簡(jiǎn)化了電纜熱路模型。集中參數(shù)法[6]的應(yīng)用范圍廣泛，可以很好地描述配電電纜的結(jié)構(gòu)參數(shù)、敷設(shè)條件、表面溫度與線芯溫度之間的換算關(guān)系。單芯XLPE電纜的集中參數(shù)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(huán)境溫度；T0為外護(hù)套溫度；T1~T4分別為絕緣層（含內(nèi)外屏蔽層）熱阻、內(nèi)墊層（含氣隙）熱阻、外護(hù)層（含金屬護(hù)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(zhǎng)度的介質(zhì)損耗和線芯損耗；λ1，λ2分別為金屬護(hù)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(hù)套溫度與負(fù)載電流的情況下，根據(jù)集中參數(shù)熱路等效模型可以推得線芯溫度的計(jì)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(dǎo)體交流電阻R相關(guān)，而R與線芯溫度Tc有關(guān)，因此須由式（1）解出Tc來(lái)進(jìn)行計(jì)算。
在已知線芯最高工作溫度Tcmax的情況下[7]，可由式（1）推導(dǎo)出電纜的長(zhǎng)期運(yùn)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(jì)算與預(yù)測(cè)。
1.2誤差分析
在影響電纜溫度變化因素不發(fā)生改變的情況下，上述計(jì)算方法計(jì)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(shù)的精度。
式（1）中電纜外護(hù)套溫度T0由測(cè)溫裝置測(cè)得，測(cè)量結(jié)果易受外界環(huán)境影響；各集中參數(shù)等效層熱阻T與電纜各層熱阻系數(shù)聯(lián)系緊密，特別是墊層的厚度，需要充分考慮并選取合適的數(shù)值；導(dǎo)體損耗Wc=I2R，其中I為電纜負(fù)載電流，可準(zhǔn)確測(cè)得，導(dǎo)體交流電阻R會(huì)隨溫度發(fā)生變化，應(yīng)注意鄰近效應(yīng)和集膚效應(yīng)的影響；介質(zhì)損耗Wd相比于Wc相差3個(gè)數(shù)量級(jí)以上，因此其取值對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較小；金屬護(hù)套和鎧裝損耗因數(shù)λ1，λ2與敷設(shè)方式有關(guān)，常采用IEC60287標(biāo)準(zhǔn)[8]中的相應(yīng)公式進(jìn)行計(jì)算。
由上述分析可知，XLPE電纜的結(jié)構(gòu)、敷設(shè)參數(shù)及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)量（負(fù)載電流、外護(hù)套溫度）對(duì)結(jié)果均有較大影響，設(shè)值時(shí)應(yīng)盡量接近實(shí)際值。
2實(shí)驗(yàn)分析
為驗(yàn)證該計(jì)算模型與方法的有效性，應(yīng)用C#程序編寫(xiě)了相應(yīng)的計(jì)算程序，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)一條長(zhǎng)為400 m的110 kV XLPE電纜進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)運(yùn)行。表1為電纜處于穩(wěn)態(tài)時(shí)線芯溫度與計(jì)算溫度對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表2為載流量計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比。
表1 線芯溫度計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比
表2 載流量計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比
從表1和表2可以看出，運(yùn)用此種線芯溫度計(jì)算方法時(shí)，線芯溫度計(jì)算值與實(shí)測(cè)值在90 ℃以下時(shí)最大誤差不超過(guò)±3 ℃，電纜載流量計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間誤差最大不超過(guò)3%，因此具有較高的精度。
3考慮暫態(tài)過(guò)程的電纜線芯溫度計(jì)算
雖然上述計(jì)算方法精度較高，但其只能用于計(jì)算穩(wěn)態(tài)下的電纜線芯溫度與載流量，實(shí)際中電纜負(fù)載會(huì)隨時(shí)間變化，特別是城市配電網(wǎng)的電纜線路，日負(fù)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(shù)情況下需要考慮電纜線芯溫度的暫態(tài)變化過(guò)程。
考慮暫態(tài)過(guò)程的電纜線芯溫度計(jì)算非常復(fù)雜，電纜的等效熱路模型中必須考慮電纜結(jié)構(gòu)材料中熱容的影響，式（1）中的介質(zhì)損耗Wd和線芯損耗Wc也將變?yōu)闀r(shí)間函數(shù)，從而給計(jì)算帶來(lái)很大困難。文獻(xiàn)[9]根據(jù)電纜等效熱路與電路在數(shù)學(xué)上的相似性，運(yùn)用節(jié)點(diǎn)電壓法先求解電纜穩(wěn)態(tài)線芯溫度，并在此基礎(chǔ)上提出了電纜暫態(tài)線芯溫度計(jì)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(shí)間變化的函數(shù)。文獻(xiàn)[10]在得到電纜外皮溫度的基礎(chǔ)上，以“只考慮負(fù)載電流變化和只考慮表皮溫度變化”兩種情況進(jìn)行電纜線芯暫態(tài)溫度的公式遞推，進(jìn)而推導(dǎo)出XLPE電纜線芯暫態(tài)溫度的完整疊加式：
[θcx=θw0+Δθc1n+Δθc2n+θcd]（4）
式中：θcx表示運(yùn)行x個(gè)小時(shí)后的電纜線芯溫度；θw0為初始測(cè)量時(shí)刻的電纜表皮溫度；Δθc1n表示電纜運(yùn)行n小時(shí)后（n[≤]x）的線芯溫升；Δθc2n表示電纜運(yùn)行n小時(shí)后（n[≤]x）的外護(hù)套溫升；θcd為絕緣損耗引起的導(dǎo)體溫升，可以看出電纜的暫態(tài)線芯溫度為各個(gè)溫升的疊加。文獻(xiàn)[11]在完整演算電纜暫態(tài)熱路模型的基礎(chǔ)上，以“電纜表皮為等溫面、絕緣層與導(dǎo)體具有相同熱阻系數(shù)、僅考慮導(dǎo)體損耗和絕緣層損耗”三個(gè)假設(shè)條件對(duì)熱路模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)和誤差分析驗(yàn)證了簡(jiǎn)化模型的有效性，簡(jiǎn)化后的模型將大大減少計(jì)算量。文獻(xiàn)[12]則提出了基于電纜實(shí)際負(fù)載電流和表面溫度的拉普拉斯動(dòng)態(tài)熱路模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和誤差分析驗(yàn)證了該模型可滿足電纜線芯溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。從文獻(xiàn)[9⁃12]可以看出，計(jì)算電纜暫態(tài)線芯溫度是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，但不管應(yīng)用何種方法，都必須在得到電纜材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)以及電纜外護(hù)套溫度或電纜的穩(wěn)態(tài)線芯溫度的情況下，通過(guò)不同理論和方法進(jìn)行電纜暫態(tài)線芯溫度計(jì)算公式的遞推和推導(dǎo)。
4結(jié)語(yǔ)
為了掌握XLPE電纜的運(yùn)行狀態(tài)及其真實(shí)載流量，根據(jù)配電電纜的敷設(shè)特點(diǎn)分析了其暫態(tài)線芯溫度計(jì)算公式，驗(yàn)證了計(jì)算方法的有效性，并對(duì)考慮暫態(tài)過(guò)程的電纜線芯溫度計(jì)算方法進(jìn)行了討論，得到如下結(jié)論：
（1） 運(yùn)用集中參數(shù)法表征配電電纜的穩(wěn)態(tài)熱路模型貼合實(shí)際，推導(dǎo)出的計(jì)算公式只需在監(jiān)測(cè)到電纜表面溫度的情況下就可反推求得電纜線芯溫度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明此種計(jì)算方法具有較高的精度。
（2） 電纜暫態(tài)線芯溫度的計(jì)算非常復(fù)雜，且必須在得到電纜材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)以及電纜外護(hù)套溫度或者電纜穩(wěn)態(tài)線芯溫度的情況下，通過(guò)不同理論方法進(jìn)行暫態(tài)線芯溫度計(jì)算公式的分析。
值得一提的是，XLPE電纜發(fā)生絕緣故障后通常會(huì)在故障部位伴隨有溫度異常升高的現(xiàn)象發(fā)生，因此已有相關(guān)學(xué)者[13]將電纜溫度在線監(jiān)測(cè)與絕緣監(jiān)測(cè)聯(lián)系起來(lái)，并試圖通過(guò)試驗(yàn)說(shuō)明兩者之間的關(guān)系。這表明隨著電纜測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展，也將為電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)提供了一種新的思路和方法。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：礦用電纜 截面積 選擇 校驗(yàn)
中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）03（b）-0042-03
隨著煤炭生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化程度的不斷提高，煤礦生產(chǎn)設(shè)備逐步向復(fù)雜化、多樣化邁進(jìn)，煤礦設(shè)備的可靠運(yùn)行對(duì)生產(chǎn)效益的提高起著決定性作用，因此，礦井設(shè)備的選型顯得尤為重要，合理、準(zhǔn)確的選型可以為設(shè)備安全可靠運(yùn)行提供基本保障，該文對(duì)礦用電纜的截面積選擇方法做出了介紹。
1 電纜選用的基本要求
礦用電纜由于其使用環(huán)境的復(fù)雜性，基于其所敷設(shè)的位置、傾角、作用等因素，必須滿足一些基本要求，這些要求是電纜選型必須遵從的基本原則，大體有以下幾條。
（1）電纜實(shí)際敷設(shè)地點(diǎn)的水平差應(yīng)與規(guī)定的電纜允許敷設(shè)水平差相適應(yīng)。
（2）電纜應(yīng)帶有供保護(hù)接地用的足夠截面的導(dǎo)體。
（3）嚴(yán)禁采用鋁包電纜。
（4）必須選用經(jīng)檢驗(yàn)合格并取得煤礦礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志的阻燃電纜。
（5）電纜主線芯的截面應(yīng)滿足供電線路負(fù)荷的要求。
（6）對(duì)固定敷設(shè)的高壓電纜要求。
①在立井井筒或傾角45°其以上的井巷內(nèi)，應(yīng)采用聚氯乙烯絕緣粗鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜、交聯(lián)聚乙烯絕緣粗鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜。
②在水平巷道或傾角45°以下的井巷內(nèi)，應(yīng)采用聚氯乙烯絕緣鋼帶或細(xì)鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜、交聯(lián)乙烯鋼帶或細(xì)鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜。
③在進(jìn)風(fēng)斜井、井底車(chē)場(chǎng)及其附近、中央變電所至采區(qū)變電所之間，可以采用鋁芯電纜；其他地點(diǎn)必須采用銅芯電纜。
④固定敷設(shè)的低壓電纜，應(yīng)采用MW鎧裝或非鎧裝電纜或?qū)?yīng)電壓等級(jí)的移動(dòng)橡套軟電纜。
⑤非固定敷設(shè)的高低壓電纜，必須采用符合Mr818標(biāo)準(zhǔn)的橡套軟電纜。移動(dòng)式和手持式電氣設(shè)備應(yīng)使用專用橡套電纜。
⑥照明、通信、信號(hào)和控制用的電纜，應(yīng)采用鎧裝通信電纜、橡套電纜或M型塑料電力電纜。
⑦低壓電纜不應(yīng)采用鋁芯，采區(qū)低壓電纜嚴(yán)禁采用鋁芯。
2 電纜截面積選穹椒
通常井下電纜線路的截面選擇步驟大體如以下幾點(diǎn)。
（1）計(jì)算線路最大長(zhǎng)時(shí)電流。
（2）按長(zhǎng)時(shí)允許電流初選導(dǎo)線截面。
（3）校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度允許最小截面。
（4）校驗(yàn)允許的電壓損失。
2.1 線路最大長(zhǎng)時(shí)電流的計(jì)算
線路最大長(zhǎng)時(shí)電流即指電纜線路所帶負(fù)荷最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的電流，假設(shè)電纜線路所帶最大負(fù)荷功率為Pmax（kW），則最大電流計(jì)算方法如下：
由于 Pmax=UNImaxcosφ （1）
則
Imax=Pmax/（UNcosφ）=1/（UNcosφ）×Pmax （2）
設(shè)：K=1/（UNcosφ），
則 Imax=K×Pmax （3）
式中：
Pmax為電纜線路所帶最大負(fù)荷功率，單位kW；
UN為電纜線路的額定電壓，單位kV；
Imax為電纜線路最大負(fù)荷電流，單位A；
cosφ為電纜線路所帶最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)；
K為電纜線路最大電流對(duì)應(yīng)的功率系數(shù)；
通過(guò)計(jì)算，功率系數(shù)取值大體（如表1）。
對(duì)于煤礦井下設(shè)備，cosφ一般取0.75～0.8，所以當(dāng)額定電壓UN確定后，便可以計(jì)算出K的值，然后根據(jù)線路的最大負(fù)荷功率Pmax與K的乘積，便可以計(jì)算出線路最大負(fù)荷電流。
2.2 按長(zhǎng)時(shí)允許電流初選導(dǎo)線截面
為了使導(dǎo)線在正常運(yùn)行時(shí)溫度不超過(guò)其長(zhǎng)時(shí)允許溫度，導(dǎo)線的長(zhǎng)時(shí)允許電流應(yīng)不小于流過(guò)導(dǎo)線的最大長(zhǎng)時(shí)工作電流。即：
Ip>Ica
式中：
Ip為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度（一般為25 ℃）時(shí)，電纜線路長(zhǎng)時(shí)允許電流，單位A；
Ica為電纜線路最大長(zhǎng)時(shí)電流，單位A；
Ip的值可以由查表得出，以礦用移動(dòng)屏蔽橡套軟電纜（MYP）為例，表格（如表2），其他電纜也可通過(guò)相應(yīng)表格查出，此處不再一一列出。
Ica的值一般取式（3）中的Imax，可由2.1中線路最大長(zhǎng)時(shí)電流的計(jì)算方法算出，然后依據(jù)Ip>Ica的原則對(duì)導(dǎo)線截面積進(jìn)行初選。
3 電纜截面積的校驗(yàn)
通過(guò)電纜長(zhǎng)時(shí)最大電流與電纜長(zhǎng)時(shí)允許電流的比較，再通過(guò)查表即可初步選擇出電纜的截面積，但是要真正滿足實(shí)際選型要求，還必須對(duì)電纜的機(jī)械強(qiáng)度和電壓降落進(jìn)行校驗(yàn)，合格后才是最終的型號(hào)。
3.1 機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)
電纜在工作面和巷道中敷設(shè)，難免會(huì)受到外部機(jī)械力的作用，截面太小的電纜容易出現(xiàn)斷線、護(hù)套破裂、絕緣損壞現(xiàn)象。礦用橡套電纜應(yīng)符合表3的要求，以避免在拖拽、碰撞等外力作用下斷線、破裂。
3.2 電壓損耗校驗(yàn)
輸電線路通過(guò)電流時(shí)，將產(chǎn)生電壓損失，所謂電壓損失是指輸電線路始、末兩端電壓的算術(shù)差值，為了保證電壓質(zhì)量，從變壓器出口處至電動(dòng)機(jī)的線路電壓損失應(yīng)不大于線路的允許電壓損失。
3.2.1 電壓損耗的計(jì)算方法
（1）線路等效電路圖。
在交流供電系統(tǒng)中，電纜線路存在阻抗，阻抗由電阻和電抗組成，電流流過(guò)阻抗時(shí)，在阻抗兩端產(chǎn)生的電壓差稱為電壓降。電壓損耗指電壓降得代數(shù)值。一般用百分?jǐn)?shù)表示。（如圖1）
U末-U初=ΔU=I×ZL
式中：
U末為電纜靠近負(fù)荷側(cè)末端電壓，單位V；
U初為電纜靠近變壓器側(cè)始端電壓，單位V；
ΔU為電纜線路電壓降，單位V；
I為電纜線路電流，單位A；
Z為電纜線路電抗，Z=，單位Ω/km；
L為電纜線路長(zhǎng)度，單位km；
（2）電壓降向量圖。
以線路末端電壓UOA為基準(zhǔn)值，假設(shè)其初相為零，Φ為電壓UOA與負(fù)荷電流I的相位差，cosΦ即為負(fù)荷的功率因擔(dān)電纜有效電阻上的電壓UAE與與電流同向，阻抗兩端的電壓UED與電流方向相差90°，所以電壓降向量圖（如圖2）。
由圖2可見(jiàn)，電壓降為矢量，電壓損耗為AC：
ΔU=UOD-UOA=UAE+UED
而UAE=IR，UED=I×jX，故ΔU=I（R+jX），若設(shè)電流有效值為IOA，用有效值表示為：
ΔU=I×
按圖2換算成長(zhǎng)度，有：
AC=AB+BC，
AB=IOAR×cosΦ，
BC=IOAX×SinΦ，
故電壓損失值：
ΔUΦ=IOAR×cosΦ+IOAX×SinΦ
ΔU、ΔUΦ為每相電壓降、電壓損耗，再乘以就換算成了線電壓降和線電壓損耗。
3.2.2 基于電壓降的截面積校驗(yàn)
井下變壓器的二次側(cè)額定電壓1.05UN，電動(dòng)機(jī)的允許最低電壓為0.95UN，因此，變壓器和線路的電壓損失之和不能超過(guò)10%UN。考慮到變壓器的電壓損失通常不超過(guò)5%UN，故從變壓器出口處到線路末端的線路電壓損失不得超過(guò)5%UN，因此，當(dāng)計(jì)算出電壓損耗ΔUΦ時(shí)，通過(guò)下式進(jìn)行校驗(yàn)：
ΔUΦ%≤5%
若滿足要求，則所選電纜截面積合格，若不滿足條件，則增加截面積型號(hào)，重新校驗(yàn)。
4 結(jié)語(yǔ)
電纜截面積的選擇是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中所面臨的一個(gè)最為基本也尤為重要的環(huán)節(jié)，電纜的合理選型不僅有利于降低成本提高經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是可以為安全生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，因此，電纜選型也是工程技術(shù)人員所應(yīng)掌握的一個(gè)基本技能。
參考文獻(xiàn)
[1] GB/T 17737.1-2000 射頻電纜第1部分總規(guī)范[S].
關(guān)鍵詞：電纜、價(jià)格、經(jīng)濟(jì)截面、總費(fèi)用、初始投資費(fèi)用、運(yùn)行損耗費(fèi)用、單位長(zhǎng)度和截面有關(guān)系的投資費(fèi)用
中圖分類號(hào)： TM247 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
電力電纜線路具有較高供電可靠性和安全性，在允許的工作溫度下，使用壽命可長(zhǎng)達(dá)30～40年，被廣泛的用于工業(yè)與民用的中低壓電源與用電設(shè)備的電力傳輸。
電力電纜截面的選擇,是供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一。《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范GB50217 ―2007》的第3. 7. 1. 4 條,規(guī)定:10kV及以下電力電纜截面除應(yīng)符合上述1～3 款的要求外,尚宜按電纜的初始投資與使用壽命期間的運(yùn)行費(fèi)用綜合經(jīng)濟(jì)的原則選擇。國(guó)際電工委員會(huì)IEC 287-3-2/1995《電力電纜截面的經(jīng)濟(jì)最佳化》標(biāo)準(zhǔn)推薦的經(jīng)濟(jì)截面選擇的兩種計(jì)算方法都是基于TOC總費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)概念，電纜總費(fèi)用（TOC總擁有費(fèi)用）包含：初始投資（采購(gòu)及安裝費(fèi)用）及其壽命運(yùn)行費(fèi)用兩個(gè)部分。即：CT (總費(fèi)用) = CI (初始投資費(fèi)用) + CJ (運(yùn)行損耗費(fèi)用)。CI (初始投資費(fèi)用)與CJ (運(yùn)行損耗費(fèi)用)都與電纜截面密切相關(guān)，當(dāng)增大電纜截面時(shí)，CI (初始投資費(fèi)用)將上升而CJ (運(yùn)行損耗費(fèi)用)將下降；而減小電纜截面時(shí)，CI (初始投資費(fèi)用)將下降，CJ (運(yùn)行損耗費(fèi)用)將上升。因此，CI 與CJ 是存在矛盾的2 個(gè)方面,尋找二者之間的平衡點(diǎn),使CT 最小,其平衡點(diǎn)就是經(jīng)濟(jì)截面,它是一個(gè)截面區(qū)間。
圖1：經(jīng)濟(jì)截面示意圖
當(dāng)計(jì)算給定電流下的經(jīng)濟(jì)截面時(shí)，其公式為：
（1）
其中 F（線損輔量）：包括了回路相數(shù)、電價(jià)、最大負(fù)荷損耗小時(shí)和現(xiàn)值系數(shù)。表一列出了當(dāng)cosφ=0.9，P＝0.5元/kw.h時(shí)，F(xiàn)與最大利用小時(shí)數(shù)（Tmax）及最大負(fù)載損耗小時(shí)(τ)之間的關(guān)系。
表1：F與最大利用小時(shí)數(shù)（Tmax）及最大負(fù)載損耗小時(shí)(τ)之間的關(guān)系
A值是單位長(zhǎng)度和截面有關(guān)系的投資費(fèi)用：
A＝（截面S1電纜的初始投資－截面S2電纜的初始投資）/（截面S1－截面S2），（元/m.mm2）。 （2）
電纜初始投資費(fèi)用包括電纜價(jià)格和綜合安裝費(fèi)用，因?yàn)榫C合安裝費(fèi)用在整個(gè)投資費(fèi)用中所占比例較少，因此，電纜價(jià)格成為影響A值的主要因素。根據(jù)電纜規(guī)格型號(hào)的不同，電纜的價(jià)格存在差異，為了計(jì)算方便，按照計(jì)算出的各型電纜A值，在不影響計(jì)算精度的情況下，用平均A值來(lái)計(jì)算經(jīng)濟(jì)電流截面密度，平均A值的誤差小于10%。表1為電力電纜計(jì)算A值及推薦平均A值比較
表2：各型電力電纜初始投資斜率A值統(tǒng)計(jì)及取用A值表
注1：A為單位截面長(zhǎng)度初始投資斜率，包含電纜截面及安裝敷設(shè)綜合費(fèi)用
受近幾年來(lái)有色金屬市場(chǎng)價(jià)格變動(dòng)影響，電纜價(jià)格（特別是銅芯電纜價(jià)格）波動(dòng)較大。以YJV銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜為例，從2009年到2011年期間，該型電纜價(jià)格波動(dòng)達(dá)35%。如此大的價(jià)格變化將對(duì)單位長(zhǎng)度和截面有關(guān)系的投資費(fèi)用（A）產(chǎn)生影響，從而使電纜截面計(jì)算失真。
圖2：YJV銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜價(jià)格走勢(shì)圖
電纜價(jià)格波動(dòng)對(duì)經(jīng)濟(jì)電流選型計(jì)算的影響分析：
1 電纜價(jià)格的上漲，使A值增大。
以低壓VV電力電纜為例，表3列出該型電纜在2011年的市場(chǎng)價(jià)，根據(jù)綜合造價(jià)折算方式，估算出該型電纜的初始投資費(fèi)用。通過(guò)公式（2）可以計(jì)算出該型電纜的A值曲線。如圖3。由圖可看出該型電纜的A值在2.5左右。而由表2查得低壓VV22-1kV-(4×S)電纜的平均A值為1.602。可見(jiàn)，由于電纜價(jià)格的上漲，導(dǎo)致A值增大。
表3：低壓電纜價(jià)格及初始投資費(fèi)用
圖3：VV22－4*S電纜A值曲線
2 A值的增大，在相同的條件下，使電纜計(jì)算截面減小
假設(shè)條件：負(fù)載電流I=100A,Tmax=5000h，電能電價(jià)P=0.5元/kWh，L=1km,由表1查得對(duì)應(yīng)的F=65.6(元/W)。
當(dāng)A=1.602（元/m.mm2），代入公式（1）：
宜選取截面為95mm2 電纜。
當(dāng)A=2.5（元/m.mm2），代入公式（1）：
宜選取截面為70mm2電纜。因此，在相同的條件下，A值增大使電纜經(jīng)濟(jì)截面減小。
3 結(jié)論
電纜價(jià)格上升，導(dǎo)致電纜工程初始投資費(fèi)用增加，電纜單位長(zhǎng)度和截面有關(guān)系的投資費(fèi)用A值增大。在一定額定負(fù)載電流情況下，A值越大，電纜經(jīng)濟(jì)截面越小，反之亦然。
【關(guān)鍵詞】導(dǎo)線;電力電纜;導(dǎo)線截面;電流
一、引言
導(dǎo)線和電力電纜的選擇是電力企業(yè)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分，由于其是構(gòu)成供電網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備元件，電力輸送只能依靠導(dǎo)線和電力電纜來(lái)進(jìn)行。因此，在選擇導(dǎo)線和電力電纜的截面時(shí)，就必須在滿足供電輸送能力的同時(shí)保證供電線路的運(yùn)行安全。此外，導(dǎo)線和電力電纜生產(chǎn)所需的有色金屬是國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求量很大的原材料，因此，如何經(jīng)濟(jì)合理地選擇導(dǎo)線和電力電纜的截面，對(duì)節(jié)約有色金屬的使用具有重大的意義。
二、導(dǎo)線和電纜選擇應(yīng)具備的資料
導(dǎo)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(dǎo)線和電纜的初始投資費(fèi)用，這其中并不包括導(dǎo)線電纜的使用壽命等條件。為了選擇合適的導(dǎo)線和電纜的截面，電力企業(yè)就要向電纜生產(chǎn)制造廠提供盡可能多的必要資料。
（一）系統(tǒng)額定電壓
任意兩根導(dǎo)體之間的工作平率電壓的均方根值。
（二）三相系統(tǒng)的最高電壓
在正常的運(yùn)行條件下相間電壓的最高均方根值。
（三）雷電過(guò)電壓
（四）系統(tǒng)的運(yùn)行頻率
（五）導(dǎo)線和電纜的接地方式以及在中性點(diǎn)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(xù)時(shí)間和年總持續(xù)時(shí)間
（六）最大額定電流
導(dǎo)線和電纜連續(xù)運(yùn)行、周期運(yùn)行及緊急運(yùn)行或過(guò)載運(yùn)行等情況下的額定電流。
（七）當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，電流的最大持續(xù)時(shí)間
三、導(dǎo)線和電力電纜截面的選擇原則
為了保證供電系統(tǒng)的安全可靠及經(jīng)濟(jì)合理地運(yùn)行，就必須按照選擇導(dǎo)線和電力電纜截面安全、經(jīng)濟(jì)的原則進(jìn)行。
（一）發(fā)熱問(wèn)題
由于電流具有的熱效應(yīng)，因此當(dāng)電流通過(guò)量超過(guò)導(dǎo)線和電纜的允許電流時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)線和電纜發(fā)熱的現(xiàn)象，加速絕緣導(dǎo)線和電纜的絕緣老化。
表1
此外，還會(huì)拉伸導(dǎo)線的距離加大電力電纜對(duì)地及交叉跨越的危險(xiǎn)，甚至出現(xiàn)燒毀導(dǎo)線和電纜的問(wèn)題，導(dǎo)致危險(xiǎn)事故的發(fā)生。為了保證供電的安全性，在選擇導(dǎo)線和電力電纜截面時(shí)，首先，必須要充分考慮到發(fā)熱的問(wèn)題。其次，導(dǎo)線和電纜長(zhǎng)期通過(guò)的最大恒定的電流不能超過(guò)導(dǎo)線和電纜生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許值，就是要按照導(dǎo)線和電纜的允許通過(guò)量來(lái)選擇截面。
（二）電壓損失的問(wèn)題
由于導(dǎo)線和電纜上有電阻和電抗的存在，當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線和電纜時(shí)，通常情況下除產(chǎn)生一定的電能損耗外，還會(huì)產(chǎn)生電壓的損失，從而影響電壓質(zhì)量。電壓損失超過(guò)一定范圍后，就會(huì)造成用電設(shè)備的電壓不足，影響用電設(shè)備的正常工作，損害用電設(shè)備。因此，為了保證用電設(shè)備的正常運(yùn)行，在選擇導(dǎo)線和電纜截面時(shí)，首先要考慮導(dǎo)線和電纜上的電壓損失問(wèn)題。其次，導(dǎo)線和電纜線路的電壓損失不能超過(guò)國(guó)家相關(guān)規(guī)定，根據(jù)線路允許的電壓損失來(lái)選擇導(dǎo)線和電纜截面。
（三）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問(wèn)題
保證經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行主要體現(xiàn)在對(duì)高壓線路和特大電流的低壓線路上，應(yīng)該按照規(guī)定的經(jīng)濟(jì)電流密度來(lái)選擇導(dǎo)線和電纜的截面，使電能損耗降到最低。而對(duì)于長(zhǎng)距離的輸送的電纜來(lái)說(shuō)，應(yīng)該按最佳的經(jīng)濟(jì)截面來(lái)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(jī)械強(qiáng)度問(wèn)題
在電力運(yùn)輸?shù)募芸站€路中，為了盡量滿足線路架設(shè)施工時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度以及線路運(yùn)行時(shí)遭受的風(fēng)、雨、氣溫等外力變化的對(duì)線路造成的威脅，就要保證導(dǎo)線和電纜要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，保證線路運(yùn)行的安全性。如在10kV線路中最小截面不應(yīng)小于16mm?。如表2所示為最小截面Smin 的值。
表2
（五）熱穩(wěn)定性的問(wèn)題
為了減少電纜發(fā)生熱穩(wěn)定性故障的機(jī)率，在導(dǎo)線和電纜截面的選擇時(shí)，就要保證導(dǎo)線和電纜在發(fā)生故障時(shí)按照熱穩(wěn)定性校驗(yàn)選擇的截面必須大于熱穩(wěn)定性最小的截面。
四、選擇導(dǎo)線和電力電纜截面的計(jì)算
為了保證輸電線路的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，在選擇導(dǎo)線和電力電纜截面時(shí)，一方面要滿足正常運(yùn)行時(shí)的最高允許溫度，另一方面要考慮到正常運(yùn)行時(shí)的電壓損耗、經(jīng)濟(jì)電流密度以及機(jī)械強(qiáng)度等。
（一）按發(fā)熱條件的計(jì)算選擇導(dǎo)線和電纜的截面
當(dāng)電路通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電能損耗從而使導(dǎo)線發(fā)熱。當(dāng)導(dǎo)線溫度過(guò)高時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致絕緣體的損壞，從而引發(fā)事故。因此導(dǎo)線和電纜的發(fā)熱溫度不能超過(guò)規(guī)定的允許值，即允許的導(dǎo)線電纜的載流量Iyx不小于通過(guò)導(dǎo)線和電纜的最大負(fù)荷電流Ijs，用公式表示為：
Iyx≥Ijs
此外，還要考慮到導(dǎo)線和電纜的電流允許載流量與環(huán)境溫度有關(guān)，因此，當(dāng)架設(shè)地點(diǎn)的環(huán)境溫度與導(dǎo)線和電纜的允許載流量對(duì)應(yīng)的黃金溫度不同時(shí)，導(dǎo)線和電纜的允許載流量應(yīng)該乘以溫度校正系數(shù)，即：
K=[（tyx-t0'）/（tyx-t0）]b
tyx指導(dǎo)線正常工作時(shí)的最高允許溫度
t0指導(dǎo)線的允許載流量對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度
t0'指導(dǎo)線敷設(shè)地的實(shí)際環(huán)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(guò)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(shí)中性線截面不得小于相線截面的50%。即：
S0≥0.5Sφ
（二）按經(jīng)濟(jì)電流密度的計(jì)算選擇導(dǎo)線和電纜截面
通常來(lái)說(shuō)，導(dǎo)線和電纜的截面越大，電能的損耗就越小，相對(duì)應(yīng)就是線路投資、后期維修管理費(fèi)用等的增加。因此，從經(jīng)濟(jì)學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，導(dǎo)線和電纜就要選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的截面，既要保證電能損耗小，又要保證不過(guò)分增加線路投資及后期維修管理費(fèi)用。
表3
如表3所示為導(dǎo)線和電纜經(jīng)濟(jì)密度的關(guān)系，而經(jīng)濟(jì)截面與電流密度的公式為：
Sji=Ijs/jji
Ijs指計(jì)算電流
（三）導(dǎo)線選擇和電纜敷設(shè)地的環(huán)境溫度
目前，通常用的電纜敷設(shè)方式主要有：穿鋼管或塑料管敷設(shè)，直接埋入地下敷設(shè)，敷設(shè)于電纜地溝內(nèi)，敷設(shè)于電纜隧道內(nèi)，沿廠房或土建構(gòu)筑物敷設(shè)。從技術(shù)上來(lái)將，敷設(shè)于電纜隧道內(nèi)和敷設(shè)于電纜地溝內(nèi)的方式是最佳的，因?yàn)楸阌陔娎|的施工、維護(hù)及檢修。時(shí)間證明公用隧道的運(yùn)行效果也是最好的，這達(dá)到減少了投資。避免反復(fù)開(kāi)挖路面，耽誤工期，但是高哦公用隧道的初期投資較大。相對(duì)而言，電纜地溝敷設(shè)和直接埋入地下敷設(shè)是最經(jīng)濟(jì)的方式，但是其不利于電纜的后期維護(hù)和檢修。
表4
無(wú)論選擇何種敷設(shè)方式，要保證導(dǎo)線和電纜的運(yùn)行安全就必須要考慮敷設(shè)地的環(huán)境溫度。首先，對(duì)架空輸電線路來(lái)說(shuō)，要計(jì)算出當(dāng)?shù)厥鞘陙?lái)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(duì)電力電纜來(lái)說(shuō)，若周?chē)橘|(zhì)為空氣，就要計(jì)算出十年來(lái)的晝夜平均空氣溫度中最高的三天及最低的一個(gè)晝夜平均溫度或十年以上的晝夜平均值;若周?chē)橘|(zhì)為土壤，就要計(jì)算出每年最熱月份土壤的全月平均溫度。最后，對(duì)絕緣導(dǎo)線來(lái)說(shuō)，就要計(jì)算出十年來(lái)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(guó)規(guī)定的經(jīng)濟(jì)電流密度。
五、結(jié)語(yǔ)
導(dǎo)線和電力電纜截面的選擇直接影響了供電網(wǎng)絡(luò)的投資費(fèi)用以及電能損耗的大小。當(dāng)導(dǎo)線和電力電纜的截面選小些時(shí)，可以減少供電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投資，但是卻會(huì)造成電能損耗的增大;而當(dāng)導(dǎo)線和電力電纜的截面選大些時(shí)，供電網(wǎng)絡(luò)的投資就會(huì)增加，但是電能損耗就會(huì)減少。因此，使供電網(wǎng)絡(luò)中導(dǎo)線和電纜找到一個(gè)最理想的截面使年運(yùn)行費(fèi)用要最小化，就必須按照我國(guó)規(guī)定的經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線和電力電纜的截面。
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【關(guān)鍵詞】 電纜截面 載流量 熱穩(wěn)定性 壓降 敷設(shè)方式 環(huán)境溫度
1 電力電纜結(jié)構(gòu)
常用10kV高壓電力電纜額定電壓為8.7/15kV，低壓電力電纜額定電壓為0.6/1kV，電力電纜從內(nèi)至外一般分為導(dǎo)體-->絕緣-->內(nèi)護(hù)層-->鎧裝型-->外護(hù)層，內(nèi)外護(hù)套材料一樣時(shí)，省寫(xiě)內(nèi)護(hù)套材料（非鎧裝電纜可以無(wú)內(nèi)護(hù)套）。電力電纜結(jié)構(gòu)表1所示。
例：VV22-銅芯聚氯乙烯絕緣雙層鋼帶鎧裝聚氯乙烯護(hù)套（第2個(gè)V表示內(nèi)護(hù)套材質(zhì)，第2個(gè)2表示外護(hù)套材質(zhì)）電力電纜，YJLV-鋁芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套（V表示外護(hù)套，若有內(nèi)護(hù)套則也為聚氯乙烯材質(zhì)）電力電纜。YJV-銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套（V表示外護(hù)套，若有內(nèi)護(hù)套則也為聚氯乙烯材質(zhì)）電力電纜，YJV23-銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯內(nèi)護(hù)套雙層鋼帶鎧裝聚乙烯外護(hù)套電力電纜。電力電纜導(dǎo)體通常采用銅和鋁兩種，實(shí)際應(yīng)用中往往采用銅，銅導(dǎo)電率高電阻率低，鋁導(dǎo)電率較銅低，鋁電阻率較銅高，在同等載流量下，鋁導(dǎo)體電纜截面大概是銅導(dǎo)體電纜截面的1.5倍。銅芯電力電纜電損耗較鋁導(dǎo)體電力電纜低，機(jī)械性能比鋁材優(yōu)越，銅芯比鋁芯抗疲勞約1.7倍。往往工程實(shí)際應(yīng)用中采用的是銅芯電力電纜。
電纜芯之間的額定電壓必須大于等于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，比如標(biāo)稱電壓380V，那么選擇電纜額定電壓1kV就滿足要求，電纜芯之間能承受的最高工頻電壓必須大于等于系統(tǒng)的最高工作電壓。
絕緣材料工程中一般選用交聯(lián)聚乙烯，少用聚氯乙烯，因?yàn)榻宦?lián)聚乙烯性價(jià)比高，允許長(zhǎng)期工作溫度90℃，短路熱穩(wěn)定允許溫度250℃，而聚氯乙烯允許長(zhǎng)期工作溫度70℃，短路熱穩(wěn)定允許溫度約140～160℃。還有其他比如橡皮絕緣電纜允許長(zhǎng)期工作溫度60℃，短路熱穩(wěn)定允許溫度200℃，等。工程中火災(zāi)報(bào)警一般采用耐火電纜，普通工程采用阻燃電纜。耐火電纜就是在火焰中被燃燒一定時(shí)間內(nèi)能保持正常運(yùn)行特征的電纜。耐火電纜按絕緣材質(zhì)分為有機(jī)和無(wú)機(jī)型，有機(jī)型式采用耐高溫800℃的云母帶以50%重疊搭概率包覆兩層作為耐火層，外護(hù)采用聚氯乙烯或交聯(lián)聚乙烯為絕緣，耐火主要依賴于云母層的保護(hù)。無(wú)機(jī)型就是礦物絕緣電纜（MI電纜），采用氧化鎂作為絕緣材料，銅管作為護(hù)套的電纜，這是真正意義上的耐火電纜，只要火焰溫度不超過(guò)銅的熔點(diǎn)1083℃，電纜就安然無(wú)恙。阻燃電纜就是在絕緣及護(hù)套里添加無(wú)鹵及含鹵阻燃劑。含鹵型有聚氯乙烯等，無(wú)鹵型有交聯(lián)聚乙烯等，含鹵價(jià)格低但是燃燒時(shí)煙霧濃、酸霧及毒氣大，阻燃劑分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩類，最常用的是無(wú)機(jī)類無(wú)鹵材料氫氧化鋁。
2 電纜、導(dǎo)體、電器載流修正因素
采用熱穩(wěn)定性校驗(yàn)或電流密度法選截面，不用再考慮其它修正了，電纜按載流量選截面需要按各種因素修正，比如環(huán)境溫度，敷設(shè)方式等。所謂的負(fù)荷計(jì)算電流就是在實(shí)際環(huán)境中所得的真實(shí)負(fù)荷電流。電纜與導(dǎo)體有區(qū)別，電纜分很多層，每層都有相對(duì)應(yīng)的作用，導(dǎo)體包括母線及一般的導(dǎo)線，比如架空線、硬母線，裸導(dǎo)體需要按實(shí)際環(huán)境溫度和海拔高度修正其載流量，電纜載流量無(wú)海拔修正，高壓電器載流量有環(huán)境溫度修正無(wú)海拔修正，海拔因素用來(lái)修正其外絕緣強(qiáng)度。
例如，某一負(fù)荷計(jì)算電流，（三班制），當(dāng)?shù)仉妰r(jià)P=0.4元/kWh，電纜6根無(wú)間距并排敷設(shè)在梯架上，梯架兩層，環(huán)境溫度℃；選用YJV-0.6/1kV-4芯電纜，求截面。
（1）按電纜載流量來(lái)選擇電纜截面。電纜敷設(shè)方式為6根無(wú)間距并排梯架敷設(shè)，梯架兩層，查配三P504續(xù)表9-24，得到修正系數(shù) 0.76，修正后負(fù)荷電流為，查配三P515表9-34得到電纜截面S=35mm2。（2）按經(jīng)濟(jì)電流來(lái)選擇電纜截面。根據(jù)，，P=0.4元/kWh，查配三P533表9-58，S=70mm2。
3 10kV高壓電纜熱穩(wěn)定性校驗(yàn)
10kV高壓電纜需要校驗(yàn)的項(xiàng)目有額定電壓、額定電流、熱穩(wěn)定性等，例如2000kVA的干式變壓器所需多大型號(hào)的電纜，10kV標(biāo)稱電壓，選擇8.7/15kV額定電壓電纜，2000kVA變壓器額定電流約115A，選25mm2銅芯電纜，25mm2銅芯電纜空氣中載流量129A，滿足額定電流要求，但是需要進(jìn)一步校驗(yàn)熱穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性校驗(yàn)采用以下公式。
（1）
其中是電纜要求最小截面積，c是熱穩(wěn)定系數(shù)。
（2）
其中是短路電流熱效應(yīng)，最大短路電流有效值，是短路電流持續(xù)時(shí)間。假如高壓母線處短路容量為100MVA，可得短路電流為5.5kA，帶入公式可得：
（3）
選擇70mm2交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜。
綜合以上校驗(yàn)，最終電纜選擇70mm2可以滿足以上要求。
4 電力電纜壓降校驗(yàn)
無(wú)論高壓還是低壓電纜都存在壓降，電纜導(dǎo)體無(wú)論是銅還是鋁，都存在電阻，電阻流過(guò)電流一定會(huì)發(fā)熱，有電阻和電流就會(huì)有電壓差，也就是所說(shuō)的電纜電壓降，電壓降必須要有效控制。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限制了各種用電設(shè)備正常運(yùn)行的電壓范圍，如電動(dòng)機(jī)，要求正常運(yùn)行情況下，電動(dòng)機(jī)端子處電壓偏差允許值宜為±5%，那么就要根據(jù)電纜截面，長(zhǎng)度，電機(jī)額定電流等等來(lái)計(jì)算電壓損失，當(dāng)然也可以根據(jù)電壓損失要求反算最多能敷設(shè)多長(zhǎng)電纜。
（1）例如45kW，額定90A，380V，功率因數(shù)0.9電動(dòng)機(jī)，電纜敷設(shè)200m；假如選用50mm2電纜，查配三手冊(cè)P551表9-78，對(duì)應(yīng)50mm2電纜，電壓損失0.194%/（A.km），得到總電壓損失為（90x0.194x 0.2）%，即3.5%，滿足要求。（2）例如45kW，額定90A，380V，功率因數(shù)0.9電動(dòng)機(jī)；假如選用50mm2電纜，電壓損失5%，查配三手冊(cè)P551表9-78，對(duì)應(yīng)50mm2電纜，電壓損失0.194%/（A.km），可以敷設(shè)電纜長(zhǎng)度為（5÷0.194÷90）=0.285km，為滿足電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，電纜最長(zhǎng)可以敷設(shè)285米。
5 電力電纜按敷設(shè)方式及環(huán)境修正載流
無(wú)論高壓還是低壓電力電纜均需按敷設(shè)方式及環(huán)境校驗(yàn)載流，也就是按載流量選電纜，按載流量選電纜需要依據(jù)環(huán)境和敷設(shè)方式這兩條核心因素。在不同環(huán)境溫度（空氣中或埋地）下需要乘以修正系數(shù)。
（4）
其中，表示電力電纜線芯允許長(zhǎng)期工作溫度，YJV為90℃，表示敷設(shè)處環(huán)境溫度，表示現(xiàn)載流量對(duì)應(yīng)的溫度。
例如16平0.6/1kV YJV電纜，橋架敷設(shè)，30℃時(shí)載流量100A，敷設(shè)處環(huán)境溫度40℃，通過(guò)式（4）計(jì)算可知，修正系數(shù)為0.91，得到敷設(shè)處實(shí)際載流量為91A。埋地敷設(shè)時(shí)環(huán)境溫度不等于基準(zhǔn)溫度時(shí)也需要按式（4）修正，埋地時(shí)，不同土壤熱阻系數(shù)的載流量也需要修正。在此就不再分析。
電纜敷設(shè)方式各種各樣，通常采用直埋、穿管埋地、電纜溝、電纜橋架、電纜隧道、排管、墻體樓板內(nèi)敷設(shè)等，載流量表中均為單回路或單根電纜的載流量，在不同敷設(shè)方式下，多回路電纜有不同的排列方式，多回路的排列方式對(duì)應(yīng)不同修正系數(shù)，這些修正系數(shù)是假定各回路電纜截面相等且都是在額定載流量的情況下計(jì)算而得的數(shù)字，實(shí)際情況會(huì)有所不同，計(jì)算方法十分繁瑣，工程設(shè)計(jì)時(shí)，可應(yīng)用這些數(shù)字，當(dāng)負(fù)荷率小于100%時(shí)，實(shí)際修正系數(shù)可提高一些。
例如：YJV-0.6/1kV-（3x70+1x35），環(huán)境溫度30℃，敷設(shè)方式E，單回路電纜載流量246A；敷設(shè)方式D（直埋或穿管埋地），單回路電纜載流量166A。
（1）成束，明敷穿管靠墻，共6根，查得載流量校正系數(shù)為0.57，得載流量為246x0.57=140A。（2）6回路直埋地電纜，埋深0.7m，土壤熱阻系數(shù)2.5（K.m）/W，電纜相互接觸，查得載流量校正系數(shù)為0.5，得載流量為166x0.5=83A。（3）6回路穿鋼管埋地電纜，埋深0.7m，土壤熱阻系數(shù)2.5（K.m）/W，電纜相互接觸，查得載流量校正系數(shù)為0.6，得載流量為166x0.6=100A。（4）3層梯架，每層梯架單層電纜6根，無(wú)間距布置，查得載流量校正系數(shù)為0.73，得載流量為246x0.73=180A。（5）每層梯架電纜層數(shù)2層，緊靠排列，查得校正系數(shù)0.65，得載流量為246x0.65=160A.每層梯架電纜層數(shù)3層，緊靠排列，查得校正系數(shù)0.55，得載流量為246x0.55=135A。
如果電纜是在戶外敷設(shè)，且無(wú)遮陽(yáng)時(shí)，除了以上修正外，還要乘以一個(gè)電纜戶外敷設(shè)無(wú)遮陽(yáng)時(shí)載流量校正系數(shù)，仍以以上示例為例，查得校正系數(shù)為0.99。電纜在電纜溝內(nèi)敷設(shè)時(shí)，電纜的長(zhǎng)期允許載流量比空氣可以自由流動(dòng)的地方小，也就是說(shuō)電纜溝敷設(shè)電纜載流量類似于空氣中敷設(shè)電纜的載流量，只是資料表明，電纜溝敷設(shè)電纜的載流量需要按照空氣中敷設(shè)的環(huán)境溫度提高約5℃來(lái)修正。當(dāng)電纜數(shù)量較多，采用電纜隧道敷設(shè)電纜時(shí)，一般電纜隧道采用自然通風(fēng)，當(dāng)隧道內(nèi)氣溫達(dá)到50℃時(shí)，須采取機(jī)械通風(fēng)。
關(guān)于環(huán)境溫度的選取，可按下列取值。裸導(dǎo)體屋外安裝，最熱月平均最高溫度；裸導(dǎo)體室內(nèi)安裝，該處通風(fēng)設(shè)計(jì)溫度，當(dāng)無(wú)資料時(shí)，可取最熱月平均最高溫度加5℃。電纜屋外電纜溝敷設(shè)，最熱月平均最高溫度；電纜屋內(nèi)電纜溝敷設(shè)，屋內(nèi)通風(fēng)設(shè)計(jì)溫度，當(dāng)無(wú)資料時(shí)，可取最熱月平均最高溫度加5℃。電纜電纜隧道敷設(shè)，有機(jī)械通風(fēng)時(shí)取該處通風(fēng)設(shè)計(jì)溫度，無(wú)機(jī)械通風(fēng)時(shí)，可取最熱月的日最高溫度平均值加5℃。電纜土中直埋，最熱月的平均地溫。
高壓電器屋外安裝，年最高溫度；高壓電器之屋內(nèi)電抗器，該處通風(fēng)設(shè)計(jì)最高排風(fēng)溫度；高壓電器之屋內(nèi)其它處，該處通風(fēng)設(shè)計(jì)溫度，當(dāng)無(wú)資料時(shí)，可取最熱月平均最高溫度加5℃。年最高溫度為多年所測(cè)得的最高溫度平均值；最熱月平均最高溫度為最熱月每日最高溫度的月平均值，取多年平均值。
6 結(jié)語(yǔ)
為了保證電纜及設(shè)備正常運(yùn)行，必須根據(jù)敷設(shè)環(huán)境、敷設(shè)方式等對(duì)電纜載流進(jìn)行修正，根據(jù)各種校驗(yàn)方法對(duì)電纜截面進(jìn)行校驗(yàn)，通過(guò)修正及校驗(yàn)后選得的電纜才能符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，才能運(yùn)用于實(shí)際工程。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞電纜隧道 通風(fēng)傳熱換熱系數(shù)
中圖分類號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
一、引言
隨著城市化進(jìn)程的不斷進(jìn)行，城市的面積也在不斷擴(kuò)容，為滿足城市發(fā)展的需要，原架空電網(wǎng)必須入地，電力電纜入地建設(shè)后，其通風(fēng)問(wèn)題就呈現(xiàn)出來(lái)，目前國(guó)內(nèi)實(shí)際設(shè)計(jì)采用按照一定換氣次數(shù)計(jì)算，使得設(shè)備配置明顯偏大，主要原因在于沒(méi)有掌握電纜隧道內(nèi)的傳熱學(xué)過(guò)程。本文試圖通過(guò)對(duì)南方某電纜隧道進(jìn)行傳熱學(xué)分析計(jì)算，提供正確的電纜隧道通風(fēng)傳熱計(jì)算方法。
二、電纜隧道基本情況
擬建的南方某特大型城市220kv電纜隧道將布置4回12根截面積為25002載流量為1900A的220kv銅芯電纜、4回12根截面積為12002載流量為937A的110kv銅芯電纜，線路全長(zhǎng)約0.8 km。采用明挖隧道，斷面尺寸為2.3×2.05m，如下圖1所示。
由于本工程基本上位于城市主干道下方，受條件限制其最大通風(fēng)井間距達(dá)到1km，其他普遍大于200m，與《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》中通常控制的明挖隧道安全孔距離不大于200m相比，本工程通風(fēng)條件比較惡劣。
為保證隧道內(nèi)的通風(fēng)排熱效果，本工程采用機(jī)械送、排風(fēng)方式。
三、電纜隧道通風(fēng)的傳熱學(xué)分析
由于電纜在隧道內(nèi)將產(chǎn)生大量的熱量，這部分熱量將一部分通過(guò)隧道壁面?zhèn)髦镣寥溃硪徊糠謩t通過(guò)機(jī)械通風(fēng)方式排出室外。
電纜隧道傳熱學(xué)計(jì)算的基本假設(shè)
隧道內(nèi)電纜滿負(fù)荷運(yùn)行；
隧道內(nèi)最高溫度不超過(guò)40℃；
由于隧道深埋，可以假定隧道周?chē)寥罍囟群愣ā⑺淼辣诿鏈囟群愣ǎ淼劳ㄟ^(guò)壁面?zhèn)鬟f到土壤的熱量恒定；
電纜隧道內(nèi)的氣流方向與各回電纜敷設(shè)方向一致，可視為氣流沿軸向流過(guò)水平管束；
由于采用機(jī)械通風(fēng)方式，空氣流經(jīng)隧道與電纜及隧道墻壁之間的傳熱過(guò)程為混合對(duì)流換熱過(guò)程。
隧道內(nèi)每m電纜的最大發(fā)熱量q
q=q1+q2=12(I12R1+I22R2)=12ρ(I12/S1+I22/S2)
………（1）
式中q1，q2分別為220kv和110kv電纜的每m發(fā)熱量，W;ρ為銅芯電纜的電阻率，Ω?m; I、R、S分別為電纜的電流、電阻及橫截面積；
混合對(duì)流換熱過(guò)程試算
根據(jù)上述假定，電纜隧道內(nèi)的傳熱過(guò)程可視為流體在水平管內(nèi)的混合對(duì)流換熱過(guò)程，布朗和高文 [1]導(dǎo)出下列層流時(shí)的計(jì)算公式：
Num=1.75[Gzm+0.012(GzmGrm1/3)4/3]1/3(μf/μw)0.14
……（2）
式中，Num=αm L /λm,稱為努謝爾特準(zhǔn)則，αm為混合對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2℃)；λm為空氣導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m℃);L為與流體換熱的壁面定型參數(shù)，這里取為隧道斷面的寬度及高度尺寸，m.
Gzm=RemPrmD/L,稱為格萊茲準(zhǔn)則；
Grm=βgL3t/ν2,為格拉曉夫準(zhǔn)則, β為空氣體脹系數(shù)，K－1；g為重力加速度，m/s; t=tf-tt為空氣平均溫度與土壤溫度差值，tf＝（tp-tj）/2, tp,tj分別為隧道排風(fēng)溫度和送風(fēng)溫度，℃；ν為空氣運(yùn)動(dòng)粘度，m2/s;D為水平管內(nèi)徑或當(dāng)量直徑，m;
μf,μw為分別以tf和tw為定性溫度的空氣動(dòng)力粘度，kg/(m?s)
在紊流時(shí)，梅坦斯 [3]和埃克特建議采用下式：
Num=4.69Rem0.27Prm0.21Grm0.07(D/L)0.36
…………（3）
式中，Rem為雷諾準(zhǔn)則，Rem＝v L/ν, v為空氣流速，m/s;
Prm為普朗特準(zhǔn)則，Prm＝ν/a；a為熱擴(kuò)散率或稱導(dǎo)溫系數(shù)，m2/s;
按上式分別求出空氣與側(cè)墻壁面、頂板和底板的αm1、αm2值后，可得出通過(guò)每m長(zhǎng)隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳至土壤的熱量qs為：
qs=LK(tf-tt)
…………（4）
上式中，K＝1/(1/αm+δ/λ),為隧道內(nèi)空氣與土壤的傳熱系數(shù)，δ為圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度，λ為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)，由于隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)在1.28～1.74 W/(m℃)范圍內(nèi)，因此隧道壁面與土壤之間存在較大的導(dǎo)熱溫差，長(zhǎng)期運(yùn)行結(jié)果該溫度趨于恒定，并滿足下式：
q=qs+qt
…………（5）
式中的qt為機(jī)械通風(fēng)排除的熱量，qt＝M cpρ（tp-tj）,M為機(jī)械通風(fēng)量，m3/s, cp為空氣的定壓比熱，kj/kg?℃.
聯(lián)立上述各式，通過(guò)試算及驗(yàn)算，當(dāng)該假設(shè)壁面溫度與驗(yàn)算壁面溫度一致時(shí)，本計(jì)算結(jié)果收斂。
本工程按上述原理計(jì)算后的結(jié)果見(jiàn)下表1~6，可以發(fā)現(xiàn)各區(qū)段隧道所需通風(fēng)斷面平均風(fēng)速為0.90m/s，各區(qū)段混合對(duì)流換熱量與通過(guò)壁面導(dǎo)熱量之間的傳熱誤差平均為0.05%，其隧道壁面溫度計(jì)算假定值與核算后達(dá)到熱交換平衡時(shí)的壁面溫度平均相差僅1.41%，兩者趨于相等，因此計(jì)算結(jié)果是可信的。
表1 各區(qū)段電纜發(fā)熱量、機(jī)械通風(fēng)排除熱量及通過(guò)壁面?zhèn)鬟f到土壤熱量計(jì)算結(jié)果
表2 各區(qū)段混合對(duì)流換熱與壁面導(dǎo)熱量之間的傳熱誤差
表3 各區(qū)段假設(shè)壁溫與達(dá)到熱交換平衡時(shí)的計(jì)算壁溫比較表
表4 各區(qū)段排除余熱所需計(jì)算通風(fēng)量
上述結(jié)果與供電部門(mén)實(shí)際運(yùn)行情況基本相符，符合上海市工程建設(shè)規(guī)范DG/TI08-2017-2007《世博會(huì)園區(qū)綜合管溝建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》和廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ/T15-64-2009《城市地下空間開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃與設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》相關(guān)條文要求，因此本計(jì)算方法是可信的。
如果僅按照電纜發(fā)熱量等余熱完全由通風(fēng)系統(tǒng)排除，則通風(fēng)量將達(dá)到39.5m/s即142222m3/h，隧道斷面風(fēng)速達(dá)到8.4m/s,其設(shè)備及土建投資和運(yùn)行費(fèi)用將大大增加，如果措施不力還將給周邊環(huán)境帶來(lái)噪聲污染，增大了環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。
因此正確的計(jì)算方法是保證工程順利推進(jìn)，降低工程造價(jià)，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用和降低運(yùn)營(yíng)期環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)的重要保證和基礎(chǔ)，應(yīng)該引起通風(fēng)設(shè)計(jì)工程師的高度重視。
三、結(jié)論及建議
通過(guò)上述實(shí)例分析，可得出以下結(jié)論：
深埋電纜隧道通風(fēng)問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是一個(gè)流過(guò)隧道內(nèi)的空氣與電纜、電纜隧道壁面及隧道周?chē)寥乐g的傳熱學(xué)過(guò)程，且通過(guò)隧道壁面?zhèn)魅胪寥赖臒崃坎豢珊鲆暎?/p>
電纜隧道的通風(fēng)量除與隧道內(nèi)電纜種類、數(shù)量、負(fù)載電流大小等有關(guān)外，還與所處地區(qū)、隧道尺寸及通風(fēng)區(qū)段的長(zhǎng)度有關(guān)；
在隧道內(nèi)敷設(shè)電纜數(shù)量和隧道斷面尺寸不變的情況下，隧道每米長(zhǎng)度所需的通風(fēng)量也將不變。
為此，建議電力運(yùn)營(yíng)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)電纜隧道投運(yùn)后的監(jiān)測(cè)并將相關(guān)數(shù)據(jù)反饋給設(shè)計(jì)部門(mén)，以便改進(jìn)設(shè)計(jì)思路和方法，更好的服務(wù)于供電部門(mén)，為推進(jìn)城市架空電線入地創(chuàng)造更好條件。
【參考文獻(xiàn)】
[1]俞佐平，傳熱學(xué)（第二版），高等教育出版社，1985.
關(guān)鍵詞：小區(qū)；供配電系統(tǒng)；設(shè)計(jì)
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(hào)：U223.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104(2013)
一.設(shè)計(jì)說(shuō)明
1.1 住宅小區(qū)基本情況
該住宅小區(qū)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(xiě)字樓4座，此外還有小區(qū)物業(yè)、泵房、熱力交換站及車(chē)棚、地下車(chē)庫(kù)等公共用電設(shè)施。
1.2 設(shè)計(jì)范圍
按照市區(qū)供電部10kV及以下配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的規(guī)定，對(duì)于住宅小區(qū)配電工程，設(shè)計(jì)范圍為：高壓側(cè)從市區(qū)公用10kV配電線路起，在接引10kV電源處設(shè)置明顯斷開(kāi)點(diǎn)，低壓側(cè)至小區(qū)內(nèi)各建筑低壓用電計(jì)量裝置上表位。
1.3 設(shè)計(jì)原則
隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的加速，各地的開(kāi)發(fā)小區(qū)悄然興起，以滿足城市人口急劇膨脹的需求。小區(qū)的特點(diǎn)是占地面積大、人口集中。在供配電設(shè)計(jì)中，必須根據(jù)小區(qū)實(shí)際特點(diǎn)，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(gè)用戶提供一個(gè)良好的用電環(huán)境。在實(shí)現(xiàn)安全可靠配電的同時(shí)，還要做到環(huán)境的美化，使整個(gè)小區(qū)的配電合理、適用、經(jīng)濟(jì)。
住宅小區(qū)的供電方案主要有：柱上變壓器配電、獨(dú)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(duì)小區(qū)環(huán)境影響較大，不易深入負(fù)荷中心。獨(dú)立配電室配電方案需要一定面積的土建占地，增大了建設(shè)投資，對(duì)于本設(shè)計(jì)所選擇的小區(qū)來(lái)說(shuō)并不適宜。箱式變電站配電方案的特點(diǎn)是，體積小、占地小、外形美觀，高壓側(cè)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(shè)計(jì)考慮將住宅小區(qū)的主要供電模式定位為箱式變電站配電工程。
1.4 環(huán)境條件
1.當(dāng)?shù)啬曜罡邷囟?40 C°，年最低溫度-30 C°，年平均溫度+10 C°。
2.覆冰-5mm，最大風(fēng)速30m/S。
3.當(dāng)?shù)睾０胃叨?00米。
2. 住宅小區(qū)負(fù)荷計(jì)算
2.1 供配電系統(tǒng)概述
隨著國(guó)民生活水平的提高和房地產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，各地新建中高檔住宅小區(qū)越來(lái)越多。準(zhǔn)確計(jì)算出住宅小區(qū)的用電負(fù)荷，合理選擇配變電設(shè)施，才能既滿足小區(qū)居民現(xiàn)在及將來(lái)的用電需要，又能合理降低工程造價(jià)、節(jié)省投資。供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要徹執(zhí)行國(guó)家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，做到保障人身安全，供電可靠，技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理。另外，供配電系統(tǒng)的還必須做統(tǒng)籌兼顧，按照負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點(diǎn)和地區(qū)供電條件，合理確定設(shè)計(jì)方案。
2.2 負(fù)荷分級(jí)及供電要求
2.2.1 負(fù)荷分級(jí)的相關(guān)規(guī)范：
電力負(fù)荷應(yīng)根據(jù)對(duì)供電可靠性的要求及中斷供電在政治、經(jīng)濟(jì)上所造成損失或影響的程度進(jìn)行分級(jí)，并應(yīng)符合下列規(guī)定：
1.符合下列情況之一時(shí)，應(yīng)為一級(jí)負(fù)荷：
(1)中斷供電將造成人身傷亡時(shí)。 (2)中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失時(shí)。
(3)中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟(jì)意義的用電單位的正常工作。
在一級(jí)負(fù)荷中，當(dāng)中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷，以及特別重要場(chǎng)所的不允許中斷供電的負(fù)荷，應(yīng)視為特別重要的負(fù)荷。2.符合下列情況之一時(shí)，應(yīng)為二級(jí)負(fù)荷：
(1)中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成較大損失時(shí)。
(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(jí)和二級(jí)負(fù)荷者應(yīng)為三級(jí)負(fù)荷 。
2.2.2 本工程的負(fù)荷情況：
按我國(guó)有關(guān)規(guī)范規(guī)定，凡多層住宅用電均按三級(jí)負(fù)荷供電，而小區(qū)的配套設(shè)施如面積較大或帶有空調(diào)系統(tǒng)的會(huì)所、商鋪及地下停車(chē)庫(kù)等則應(yīng)根據(jù)《建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ 16-87）、《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50116-98）、《汽車(chē)庫(kù)、修車(chē)庫(kù)、停車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50057-97）設(shè)置相應(yīng)的消防設(shè)施，且上述消防設(shè)備應(yīng)按二級(jí)負(fù)荷供電。為小區(qū)服務(wù)的保安系統(tǒng)、遠(yuǎn)程集中收費(fèi)系統(tǒng)、電視、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的負(fù)荷等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)，即宜兩路供電或地區(qū)供電條件困難時(shí)，二級(jí)負(fù)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(chē)庫(kù)等，屬于規(guī)范規(guī)定的二級(jí)負(fù)荷。
2.3 電源及高壓供配電系統(tǒng)
本小區(qū)位于城市主城區(qū)，高壓電源由附近10kV配網(wǎng)線路接引。近年來(lái)，為保證供電質(zhì)量和供電可靠性，某些小區(qū)高壓部分采用雙電源的供電模式，但對(duì)于本設(shè)計(jì)中的小區(qū)來(lái)說(shuō)，參考《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》有關(guān)規(guī)定，并不符合規(guī)定中重要用戶的標(biāo)準(zhǔn)，因此，只允許接入一路高壓電源。如有需要，可對(duì)電梯、消防設(shè)施自備應(yīng)急電源，但應(yīng)急電源與工作電源之間必須采取措施，防止并列運(yùn)行對(duì)10kV供電網(wǎng)絡(luò)造成反送電事故。應(yīng)急電源的設(shè)置需經(jīng)供電部門(mén)審查同意后方能接入。
小區(qū)南側(cè)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(dǎo)線從線路主桿接引至附桿，再?gòu)母綏U敷設(shè)高壓電力電纜至小區(qū)內(nèi)高壓設(shè)備。
2.4 負(fù)荷計(jì)算
2.4.1 住宅小區(qū)住戶照明用電負(fù)荷計(jì)算方法：
簡(jiǎn)單測(cè)算住宅小區(qū)住戶照明用電負(fù)荷的方法可以有兩種：
1.單位指標(biāo)法
單位指標(biāo)法確定計(jì)算負(fù)荷Pjs(適用于照明及家用電負(fù)荷)即： Pjs=∑Pei×Ni÷1000(kW)
式中Pei——單位用電指標(biāo)，如：W/戶(不同戶型的用電指標(biāo)不同)，由于地區(qū)用電水平差異，各地區(qū)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況取用
Ni——單位數(shù)量，如戶數(shù)(對(duì)應(yīng)不同面積戶型的戶數(shù))
應(yīng)用以上方法計(jì)算負(fù)荷應(yīng)乘以同時(shí)系數(shù)，即實(shí)際最大負(fù)荷(PM)。 PM=Pjs×η
式中η——同時(shí)系數(shù)，η值按照住戶數(shù)量多寡不同取不同的數(shù)值：一般情況下，用戶數(shù)量在25～100戶時(shí)取0.6；用戶數(shù)量在101～200戶時(shí)取0.5；用戶數(shù)量在200戶以上時(shí)取0.35
2.單位面積法
按單位面積法計(jì)算負(fù)荷，在一定的面積區(qū)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，面積越大的區(qū)其負(fù)荷密度越小，其表達(dá)式為：PM=Ped×S×η
式中PM——實(shí)際最大負(fù)荷，kW S——小區(qū)總面積，m2
Ped——單位面積計(jì)算負(fù)荷，W/m2η——同時(shí)系數(shù)，取值范圍同上
2.4.2 其它負(fù)荷計(jì)算方法：
根據(jù)以上兩種方法求出照明及家用負(fù)荷后，還需考慮其它用電負(fù)荷。比如本小區(qū)還包括小區(qū)物業(yè)公司、泵房、熱力交換站及車(chē)庫(kù)、自行車(chē)棚等用電負(fù)荷；另外還有四座小高層，還應(yīng)考慮電梯負(fù)荷；二次加壓泵房負(fù)荷(供生活及消防用水)，以上諸負(fù)荷在計(jì)算住宅小區(qū)負(fù)荷中占比重較大的是照明及家用電負(fù)荷，而其出現(xiàn)最大值的時(shí)段為每天19：00～22：00，因而在計(jì)算小區(qū)的最大負(fù)荷時(shí)以19：00～22：00時(shí)段的照明及家用電負(fù)荷為基礎(chǔ)，然后再疊加其它負(fù)荷。其它負(fù)荷計(jì)算方法為：
1.電梯：
PD=∑PDi×ηD。
式中PD——電梯實(shí)際最大總負(fù)荷，kW
PDi——單部電梯負(fù)荷，kW
ηD——多部電梯運(yùn)行時(shí)的同時(shí)系數(shù)(取值范圍見(jiàn)表2-1)
表2-1 電梯同時(shí)系數(shù)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(yùn)行方式下(開(kāi)泵最多的方式)的實(shí)際最大負(fù)荷
PSi——各類水泵的單臺(tái)最大負(fù)荷
NSi——最大運(yùn)行方式下各類水泵的臺(tái)數(shù)
3.物業(yè)樓：
PWM=PWS×ηW
式中PWM——物業(yè)樓在照明及家用電最大負(fù)荷時(shí)段實(shí)際最大負(fù)荷
PWS——物業(yè)樓設(shè)計(jì)最大負(fù)荷，kW
ηW——物業(yè)樓負(fù)荷、照明及家用電最大負(fù)荷的同時(shí)系數(shù)
4.路燈及公用照明：
按照路燈的盞數(shù)及每盞燈的瓦數(shù)進(jìn)行累加計(jì)算。路燈負(fù)荷為PL(kW)。
5.住宅小區(qū)的綜合最大負(fù)荷
P∑=PM+PD+PMS+PWM+PL(kW)
3. 住宅小區(qū)供配電措施
住宅小區(qū)供配電特點(diǎn)：住宅小區(qū)樓房林立，各棟樓房之間空間較大，供電面積較大，負(fù)荷點(diǎn)的離散性大，每臺(tái)箱變供電范圍有限，因此需用多臺(tái)箱變才能滿足用戶負(fù)荷要求。
首先把開(kāi)發(fā)小區(qū)根據(jù)單體建筑的布局和負(fù)荷容量進(jìn)行分塊，形成以箱變?yōu)橹行牡呐潆妳^(qū)域。每一臺(tái)箱變置于區(qū)域的位置中心地帶，向周邊區(qū)采用電纜放射式配電（一般為6～10回路）。每一組區(qū)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(shè)低壓分支線纜至各單元內(nèi)配電箱。除高層樓房?jī)?nèi)配電箱及多層樓房單元內(nèi)電表箱有電表位置外其它均需加裝低壓電表計(jì)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(tái)數(shù)與容量、類型的選擇
3.1.1 變壓器的容量選擇
電源采用現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)變壓，10 kV變0.4 kV(戶外箱式變電站)。住宅小區(qū)負(fù)荷點(diǎn)多而分散，箱變分布在負(fù)荷中心，減小一次投入，降低運(yùn)行成本，提高用戶的用電質(zhì)量。從站變到箱變的10 kV用電纜連接，各個(gè)箱變的容量由各進(jìn)戶單棟樓房的區(qū)域計(jì)算總負(fù)荷選定。
3.1.2 變壓器的類型選擇
目前國(guó)內(nèi)10kV以下配網(wǎng)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(huán)氧樹(shù)脂絕緣干式變壓器。
非晶合金鐵心變壓器是新一代的配網(wǎng)變壓器，主要優(yōu)點(diǎn)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(jié)能效果明顯。但價(jià)格較高、材料依賴進(jìn)口，且并未完全推廣開(kāi)來(lái)。普遍設(shè)計(jì)還是使用S9系列油浸式配電變壓器。由于采用油變?nèi)萘吭?00kVA及以上時(shí)需加裝瓦斯保護(hù)裝置，使箱變的設(shè)計(jì)變得復(fù)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(shí)選擇構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，又有防火、難燃等特點(diǎn)的環(huán)氧樹(shù)脂絕緣干式變壓器，
綜上所述，本工程所使用的四臺(tái)變壓器型號(hào)分別為S9-630kVA 10/0.4kV，SCB10-800kVA 10/0.4kV，SCB10-1000kVA 10/0.4kV兩臺(tái)。
3.1.3 箱式變及內(nèi)部設(shè)備的類型選擇
國(guó)內(nèi)配網(wǎng)主要應(yīng)用的箱式變有兩類：美式箱變、歐式箱變。
美式箱變是高壓開(kāi)關(guān)與變壓器共箱結(jié)構(gòu)的小型化預(yù)裝式變電站，它具有供電可靠、安裝迅速、操作方便、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，但共箱式箱變的變壓器、柜體都不方便單獨(dú)拆卸，不易檢修。在實(shí)際應(yīng)用中，主要用在建設(shè)空間不足、地域狹窄的位置。
歐式箱變?yōu)槟K化結(jié)構(gòu)布局，將高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、配電變壓器和低壓配電裝置三個(gè)不同的隔室內(nèi)、通過(guò)電纜或母線來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣連接，所用高低壓配電裝置及變壓器均為常規(guī)的定型產(chǎn)品。外形美觀大方，內(nèi)部操作空間較大，安裝操作比較方便，易于后期檢修維護(hù)，一般為商住小區(qū)配電工程的首選。本工程所選用的箱式變型號(hào)為：ZBW-12型
3.2 高、低壓分線設(shè)備選擇
3.2.1 高壓電纜分支箱的選擇
由上述內(nèi)容可知，本小區(qū)共需安裝箱式變四座，高壓主進(jìn)線為一路，因此高壓電纜分支箱宜采用進(jìn)線側(cè)單開(kāi)關(guān)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(fù)合絕緣柜，一體化充氣SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)，具有安全、易操作、進(jìn)出線組合靈活的特點(diǎn)。因此本設(shè)計(jì)中高壓電纜分支箱選用長(zhǎng)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(shè)計(jì)高壓電纜分支箱選擇型號(hào)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(diǎn)是：采用預(yù)制型電纜插器件，具有全絕緣、全密封、全防水、免維護(hù)、安全可靠。適合安裝在住宅小區(qū)的環(huán)境中，位置通常選擇安裝在需要分支進(jìn)線電纜的樓房側(cè)面散水上，結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小，既不會(huì)影響住宅小區(qū)的美觀環(huán)境，也不會(huì)影響小區(qū)內(nèi)正常交通。
3.3. 高、低壓電纜類型及截面型號(hào)選擇
3.3.1 低壓電纜配置原則
電纜路徑的選擇應(yīng)符合下列要求：
1.應(yīng)避免電纜遭受機(jī)械性外力、過(guò)熱、腐蝕等危害；
2.應(yīng)便于敷設(shè)、維護(hù)；
3.應(yīng)避開(kāi)場(chǎng)地規(guī)劃中的施工用地或建設(shè)用地；
4.應(yīng)在滿足安全條件下，使電纜路徑最短。
在住宅小區(qū)配電工程中，電纜主要采用直埋式敷設(shè)方式，纜外皮至地面的深度不應(yīng)小于0．7m，并應(yīng)在電纜上下分別均勻鋪設(shè)100mm厚的細(xì)砂或軟土，并覆蓋建筑用磚作為保護(hù)層。電纜路徑穿越小區(qū)主干道等可能有機(jī)動(dòng)車(chē)行經(jīng)的道路時(shí)，需穿鑄鐵保護(hù)管敷設(shè)。
10kV降壓變壓器的供電半徑通常設(shè)計(jì)值不大于500米，由箱變出線的低壓主纜敷設(shè)至各用電建筑，有單元進(jìn)線的則需在建筑物的外墻上明設(shè)低壓電纜分支箱，與箱變的距離一般控制在30～200 m以內(nèi)。低壓電纜分支箱接箱至各棟電源箱的進(jìn)戶電纜控制在25～150 m以內(nèi)，設(shè)計(jì)應(yīng)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(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝氯乙烯護(hù)套電力電纜（YJLV22 6/10kV）。
交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜具有卓越的熱—機(jī)械性能，優(yōu)異的電氣性能和耐化學(xué)腐蝕性能，還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、敷設(shè)不受落差限制等優(yōu)點(diǎn)，是目前廣泛用于城市電網(wǎng)、礦山和工廠的新穎電纜。交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜導(dǎo)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(jìn)一步提高。
3.3.3 高壓電纜截面選擇
依據(jù)3.1.2中變壓器一次側(cè)的額定電流，可以確定所要選的高壓電纜截面型號(hào)：
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(jìn)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(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜（YJV22 0.6/1kV ）。本工程中除自行車(chē)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(jù)負(fù)荷值的大小計(jì)算選擇，依據(jù)有功功率計(jì)算公式：P=√3UIcosφ
根據(jù)第二章計(jì)算出的負(fù)荷值，代入上式得出各居民樓負(fù)荷電流值：I=P÷（√3UIcosφ）
再依據(jù)不同規(guī)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(wěn)定影響以及線路長(zhǎng)度造成的電壓降的情況，實(shí)際使用的電纜截面選擇必須在按需用電流的基礎(chǔ)上增大一到二個(gè)型號(hào)的截面。
各住宅樓單元進(jìn)線電纜選擇：本小區(qū)多層住宅樓每單元每層為2戶，每單元共12戶，按單位指標(biāo)法計(jì)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(chē)棚負(fù)荷主要為照明負(fù)荷，從低壓電纜分支箱至車(chē)棚電表電源電纜選用YJV22 -2×10mm2型；地下車(chē)庫(kù)負(fù)荷為三相四線，從低壓電纜分支箱至車(chē)庫(kù)電表電源電纜統(tǒng)一選用YJV22 -4×16mm2型；
小區(qū)商戶一般為二層，平均面積在200平方米，依面積法計(jì)算單戶負(fù)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(shè)備防雷
在配電網(wǎng)絡(luò)中，由于接地種類的不同，其保護(hù)接地方式、供電系統(tǒng)也有所不同。正確理解和推廣使用幾種低壓保護(hù)接地方式及供電系統(tǒng)，對(duì)提高電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)行水平有著十分重要的意義。
4.2 低壓配電系統(tǒng)的接地型式和基本要求
低壓配電系統(tǒng)的接地形式可分為T(mén)N、TT、IT三種系統(tǒng)，其中TN系統(tǒng)又可分為T(mén)N-C、TN-S、TN-C-S三種形式。
1.TN系統(tǒng)應(yīng)符合下列基本要求：
(1)在TN系統(tǒng)中，配電變壓器中性點(diǎn)應(yīng)直接接地。所有電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分應(yīng)與配電變壓器中性點(diǎn)相連接。
(2)保護(hù)導(dǎo)體或保護(hù)接地中性導(dǎo)體應(yīng)在靠近配電變壓器處接地，且應(yīng)在進(jìn)入建筑物處接地。
(3)保護(hù)導(dǎo)體上不應(yīng)設(shè)置保護(hù)電器及隔離電器。
(4)保護(hù)導(dǎo)體單獨(dú)敷設(shè)時(shí)，應(yīng)與配電干線敷設(shè)在同一橋架上。
采用TN--C-S系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)保護(hù)導(dǎo)體與中性導(dǎo)體從某點(diǎn)分開(kāi)后不應(yīng)再合并，且中性導(dǎo)體不應(yīng)再接地。
2.TT系統(tǒng)應(yīng)符合下列基本要求：
(1)在TT系統(tǒng)中，配電變壓器中性點(diǎn)應(yīng)直接接地。電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分所連接的接地極不應(yīng)與配電變壓器中性點(diǎn)的接地極相連接。
(2)TT系統(tǒng)中，所有電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分宜采用保護(hù)導(dǎo)體與共用的接地網(wǎng)或保護(hù)接地母線、總接地端子相連。
3.IT系統(tǒng)應(yīng)符合下列基本要求：
(1)在IT系統(tǒng)中，所有帶電部分應(yīng)對(duì)地絕緣或配電變壓器中性點(diǎn)應(yīng)通過(guò)足夠大的阻抗接地。電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分可單獨(dú)接地或成組的接地。
(2)電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分應(yīng)通過(guò)保護(hù)導(dǎo)體或保護(hù)接地母線、總接地端子與接地極連接。
(3)1T系統(tǒng)必須裝設(shè)絕緣監(jiān)視及接地故障報(bào)警或顯示裝置。
(4)在無(wú)特殊要求的情況下，IT系統(tǒng)不宜引出中性導(dǎo)體。
4.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)安全保護(hù)所具備的條件，并結(jié)合工程實(shí)際情況，確定系統(tǒng)接地形式。
4.3 接地種類
1.工作接地：為保證電力設(shè)備達(dá)到正常工作要求的接地，稱為工作接地。中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)中，變壓器中性點(diǎn)接地，或發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地。
2.保護(hù)接地：為保障人身安全、防止間接觸電，將設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分進(jìn)行接地，稱為保護(hù)接地。保護(hù)接地的形式有兩種：一種是設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分經(jīng)各自的接地保護(hù)線分別直接接地；另一種是設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分經(jīng)公共的保護(hù)線接地。
3.重復(fù)接地：在中性線直接接地系統(tǒng)中，為確保保護(hù)安全可靠，除在變壓器或發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)處進(jìn)行工作接地外，還在保護(hù)線其他地方進(jìn)行必要的接地，稱為重復(fù)接地。
4.保護(hù)接中性線：在380/220V低壓系統(tǒng)中，由于中性點(diǎn)是直接接地的，通常又將電氣設(shè)備的外殼與中性線相連，稱為低壓保護(hù)接中性線。
本工程中所使用的高、低壓設(shè)備接地均選擇保護(hù)接中性線方式，將接地裝置與設(shè)備外殼連接實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)。
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(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)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(gòu)造鋼筋作為自然接地。它們不但耐用、節(jié)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(zhǎng)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(shè)備接地設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，低壓中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，100kVA以上變壓器接地電阻值≤4Ω。
本工程所使用的設(shè)備接地均為人工接地體接地，按設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)圖配套安裝，箱式變及高壓電纜分支箱的接地電阻值應(yīng)控制在≤4Ω，低壓電纜分支箱的接地電阻值≤10Ω。
5.總結(jié)
通過(guò)此開(kāi)發(fā)小區(qū)的設(shè)計(jì)，使我們的設(shè)計(jì)理念有了更深層次的認(rèn)識(shí)和提高。設(shè)計(jì)必須根據(jù)小區(qū)實(shí)際，符合其特點(diǎn)，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(fù)荷分配基本平衡，而且在微觀上要做到細(xì)致，給每個(gè)用戶提供一個(gè)良好的用電環(huán)境。在實(shí)現(xiàn)安全可靠配電的同時(shí)，還要做到環(huán)境的美化，使整個(gè)小區(qū)的配電合理、適用、經(jīng)濟(jì)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；規(guī)劃設(shè)計(jì)；電力工程設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）35-0031-02
1 電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容
整個(gè)電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)主要涉及中期電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃和長(zhǎng)期電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃兩個(gè)方面，這項(xiàng)工作對(duì)于單項(xiàng)電力工程設(shè)計(jì)規(guī)劃具有十分重要的指導(dǎo)意義，也是電力工程設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。單項(xiàng)電力工程規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中的電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)主要包括下述幾點(diǎn)內(nèi)容：分析工程所處地區(qū)電力負(fù)荷特性；分析附近地區(qū)電網(wǎng)電源規(guī)劃設(shè)計(jì)情況；從電源規(guī)劃和負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果出發(fā)，分析電量與電力平衡；設(shè)計(jì)電力工程電網(wǎng)系統(tǒng)接入的優(yōu)化方案；接入方案的電氣計(jì)算；對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，比較方案的經(jīng)濟(jì)性。
第一，分析和預(yù)測(cè)電力負(fù)荷情況。對(duì)電力工程計(jì)劃建設(shè)區(qū)域的電力負(fù)荷情況進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃工作的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)規(guī)劃電力工程前，需要預(yù)測(cè)其中短期負(fù)荷情況，在總結(jié)分析歷年電力負(fù)荷數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，充分考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)該地區(qū)中短期電力負(fù)荷情況，另一方面，對(duì)在建的和已有的電力系統(tǒng)工程負(fù)荷情況進(jìn)行系統(tǒng)分析，從而最終確定其對(duì)于電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的影響。
第二，電源規(guī)劃情況和出力。電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于規(guī)劃電源分布，在附近地區(qū)電網(wǎng)電源規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，形成詳細(xì)全面的調(diào)查分析報(bào)告，這也是電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，有助于單項(xiàng)電力工程的開(kāi)展建設(shè)。電源通常包括統(tǒng)調(diào)電源和地方電源兩種，其中，統(tǒng)調(diào)電源主要指的是電網(wǎng)所調(diào)度管理的各個(gè)大型發(fā)電站，而地方電源是指企業(yè)、集體和個(gè)人自備的發(fā)電機(jī)組。
第三，電力電量平衡。在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先需要考慮的問(wèn)題就是電力電量平衡，在前期評(píng)估分析電源出力和電力負(fù)荷的基礎(chǔ)上，對(duì)電力系統(tǒng)每年的平均負(fù)荷情況進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，將各種電源出力計(jì)算結(jié)果相結(jié)合，對(duì)電力電量盈虧情況進(jìn)行計(jì)算，從而獲得電力系統(tǒng)所需的變電數(shù)據(jù)和發(fā)電裝置容量資料。
第四，接入系統(tǒng)方案。以電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃、電源負(fù)荷分布以及現(xiàn)有電力網(wǎng)絡(luò)基本特征等情況為基礎(chǔ)，對(duì)電網(wǎng)項(xiàng)目工程在整個(gè)電力系統(tǒng)中的基本作用和地位進(jìn)行分析，根據(jù)政府相關(guān)部門(mén)和電網(wǎng)規(guī)劃的審批意見(jiàn)，設(shè)計(jì)出項(xiàng)目接入電網(wǎng)系統(tǒng)的基本方案，在電網(wǎng)新技術(shù)、節(jié)能降耗、綜合考慮節(jié)約用地、遠(yuǎn)近結(jié)合等基本原則指導(dǎo)下，對(duì)項(xiàng)目接入系統(tǒng)方案的合理性與可行性進(jìn)行論述分析。
第五，電氣計(jì)算公式。①無(wú)論變壓器進(jìn)行多少次油過(guò)濾處理，均應(yīng)保證過(guò)濾質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)量單位設(shè)置為t，其計(jì)算方法為：油過(guò)濾數(shù)量（t）= （l+損耗率）×設(shè)備油重（t）。②帶形母線計(jì)算方法為：根據(jù)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，對(duì)單項(xiàng)延長(zhǎng)米門(mén)象線的預(yù)留長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算。③根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，對(duì)基礎(chǔ)槽鋼角鋼的安裝長(zhǎng)度進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，若為單個(gè)柜盤(pán)，則L=2（A+B）；若為多個(gè)相連接的同規(guī)格柜盤(pán)，則L=nZA+2B，其中，n表示柜或屏的數(shù)量，B表示的是柜或屏的厚度；A表示的是柜或屏的寬度，L表示的是所需長(zhǎng)度。④盤(pán)柜配線長(zhǎng)度計(jì)算方法為：L=配線回路數(shù)×盤(pán)柜板面半周長(zhǎng)。⑤電纜安裝工程量計(jì)算方法為：L=■（各種預(yù)留長(zhǎng)度+垂直長(zhǎng)度+水平長(zhǎng)度）×（1+2.5%電纜曲折折彎余系數(shù)）。⑥電纜保護(hù)管計(jì)算方法：穿過(guò)建筑物外墻的電纜保護(hù)管應(yīng)為基礎(chǔ)外緣加1 m；垂直敷設(shè)電纜保護(hù)管應(yīng)為穿地面與管口之間距離加2 m；過(guò)排水溝電纜保護(hù)管應(yīng)為溝壁外緣加l m；橫穿公路電纜保護(hù)管應(yīng)為路基的寬度加4 m。⑦電力電纜中間頭數(shù)量計(jì)算方法：N=L/l-1，其中，1為每段電纜的平均長(zhǎng)度，L為電纜的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，n為中間頭的數(shù)量。⑧避雷線和接地母線敷設(shè)工程量的計(jì)算方法：L=■（施工圖設(shè)計(jì)垂直長(zhǎng)度+水平長(zhǎng)度）×（1+3.9%附加長(zhǎng)度）。
第六，方案比較分析。對(duì)各種項(xiàng)目接入方案效果進(jìn)行對(duì)比分析，以各類電氣的計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，從經(jīng)濟(jì)性、發(fā)展適應(yīng)性、實(shí)施性和可靠性等幾個(gè)方面出發(fā)，對(duì)各個(gè)方面進(jìn)行綜合比較，從而準(zhǔn)確評(píng)估其運(yùn)行和設(shè)計(jì)效果，并選擇最佳的電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。
第七，系統(tǒng)專業(yè)提資。利用可續(xù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)，通過(guò)準(zhǔn)確可靠的電氣系統(tǒng)計(jì)算，最終選擇出最為有效且合理的項(xiàng)目接入系統(tǒng)方案，從而對(duì)電力項(xiàng)目工程的投產(chǎn)時(shí)間和工程建設(shè)規(guī)模進(jìn)行最終確定，并為電力系統(tǒng)其他工程的設(shè)計(jì)提供專業(yè)有效的數(shù)據(jù)支持和設(shè)計(jì)依據(jù)。
2 電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
2.1 準(zhǔn)備階段
在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作開(kāi)始前，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)全面了解附近區(qū)域的電力系統(tǒng)建設(shè)和使用情況，對(duì)大網(wǎng)區(qū)的基本特征和情況進(jìn)行深入分析，同時(shí)，對(duì)相關(guān)系統(tǒng)資料進(jìn)行手機(jī)整理和分析。了解現(xiàn)有統(tǒng)調(diào)電源、線路和變電站相關(guān)資料，并將其制作為數(shù)據(jù)表錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，從而建立現(xiàn)有電網(wǎng)網(wǎng)架的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)系統(tǒng)。另一方面，還應(yīng)對(duì)最新的電力主網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)情況進(jìn)行收集整理，從而掌握附近區(qū)域電網(wǎng)發(fā)展的基本特點(diǎn)和方向，最終建設(shè)成為各規(guī)劃水平電力網(wǎng)架的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)系統(tǒng)。
2.2 開(kāi)展工作
電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)人員應(yīng)及時(shí)了解電力系統(tǒng)的發(fā)展變化情況，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行及時(shí)的更新出來(lái)，全面了解不同地區(qū)的電力負(fù)荷特征和情況，系統(tǒng)收集各個(gè)地區(qū)電力線路、變電站和電廠的運(yùn)行資料和分布情況，從而提高電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的合理性與有效性。對(duì)于新建設(shè)的電力工程項(xiàng)目，需要以當(dāng)?shù)仉娏ω?fù)荷情況分析為基礎(chǔ)，收集整個(gè)附近地區(qū)和當(dāng)?shù)氐碾娏ο到y(tǒng)數(shù)據(jù)資料，準(zhǔn)確計(jì)算各個(gè)電力系統(tǒng)的電氣情況，從而為電力系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
3 總 結(jié)
綜上所述，隨著電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)作用和影響的逐步擴(kuò)大，電力工程設(shè)計(jì)對(duì)于電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)也提出了更高的要求，因此，對(duì)于電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)單位和人員來(lái)說(shuō)，應(yīng)不斷創(chuàng)新和改進(jìn)技術(shù)，使其更加符合社會(huì)發(fā)展的新要求、新形勢(shì)，從而推進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的健康穩(wěn)定發(fā)展。
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