配电电缆截面的优化选择

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论文作者：苑薇薇 什丽君 您是本文第7291位读者

摘要： 电力线路导线截面选择的原则仅按满足设计运行条件考虑，似不够全面。本文在常规选择导线截面方法的基础上提出，电缆最佳截面应是使初投资和整个电缆经济寿命中的损耗费用之和达到最少的截面。文

中介绍的方法适用于各种电力线路。

关键词： 电力线路 导线 截面选择

1 概述

以往在选择配电电缆时，通常都根据敷设条件确定电缆型号，再按发热条件选择电缆截面，最后选出符合其载流量要求，并满足电压损失及热稳定要求的电缆截面。

若考虑经济效益，则电缆最佳截面应是使初投资和整个电缆经济寿命中的损耗费用之和达到最少的截面。从这一点考虑选择电缆截面时，约需在按发热条件选出的截面基础上，再人为地加大4～5级截面，称此截面为最佳截面。

由于加大了电缆截面，提高了载流能力，使电缆的使用寿命得以延长；由于截面增大，线路电阻降低，使线路压降减少，从而大大提高了供电质量，电能损耗降低，使运行费用降低，这样，可保证在整个电缆经济寿命中总费用最低。

下面将用总拥有费用法来论证，电缆最佳截面应是在按常规方法选出的截面基础上，再加大4～5级。

以一陶器烘干器为例，其三相功率为70kW，供电电压为400V，电流为101A，线路长度为100m。

2 按发热条件选择电缆截面

根据敷设要求选用YJLV型，1kV三芯电力电缆，穿管直埋敷设，按发热条件选出的电缆截面S为25mm2，此截面所允许的截流量为125A。

3 按总拥有费用法选择电缆截面

总拥有费用法是国际上通用的，进行各种方案经济效益比较的方法。将所比较方案的现在投资及此方案将来的费用都以现时的价值表示，将方案未来费用乘以现值系数Q即可求得，计算后选取总拥有费用最低。

总拥有费用C＝设备初投资+PV值

PV值称为现值PV值＝Q×年电能损耗费

本例设备初投资包括电缆价格加上敷设综合造价。各种截面的电力电缆，长度为100m时的初投资见表1。

表1 各种截面电力电缆的初投资

电缆截面 25 35 50 70 95 120 150 电缆单价（元/m） 7.75 9.17 10.64 12.45 14.77 20.2 25.14 电缆价格（元） 775 917 1064 1245 1477 2020 2514 敷设备综合造价（×105元） 0.16 0.16 0.19 0.19 0.19 0.22 0.25 初投资C 16775 16917 20064 20245 23047 24020 27541 电缆初投资C＝电缆单价×电缆长度+敷设综合造价。总拥有费用： 功率损耗P＝3Ｉ2r0l×10－3(kW)，此处I＝101Ａ，l＝0.1km。

年电能损耗A＝Pτ(kWh)，此处τ为年最大负荷损耗小时数，取τ＝4500h。

年电能损耗费Cf＝A×电能电价(元)，取东北工业电能电价（0.398元/kWh）。

PV值(现值)＝Q×Cf(元)，Q(现值系数)求法：

Q＝｛1-〔(1+a)/(1+i)〕n｝/(i-a)

式中i——年利率，i＝7%；

a——年通货膨胀率，a＝0；

n——使用年限，n＝20年。代入Q式得

Q＝｛1-〔1/(1+0.07)〕20｝/0.07＝10.59

配电电缆的最佳经济截面S为120mm2，其总拥有费用最低。随着电价的上涨，配电电缆的最佳截面将会变得

更大。

浅谈农网10kV线路导线截面的选择

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论文作者：吕丙得

摘要： 在农村电网中，随着农网建设与改造工程的不断深入，各地都有大量的10kV新架线路和改造线路，如何选择导线截面，将直接关系到线路的投资规模和经济效益，使有限资金发挥最大经济效益，达到投资与

效益最佳匹配，是值得我们研究的问题。

关键词： 10kv 导线选择

在农村电网中，随着农网建设与改造工程的不断深入，各地都有大量的10kV新架线路和改造线路，如何选择导线截面，将直接关系到线路的投资规模和经济效益，使有限资金发挥最大经济效益，达到投资与效益最佳匹配，是值得我们研究的问题。目前实际工作中有两种选择方法：①按允许的电压损失条件选择导线截面；②按金属消耗量最小条件，分段选择导线截面；笔者认为：后一种选择方法比较科学经济，符合当前经济条件。现举例说明，如：我县新建贾村35kV变电所，需架设一条6km的10kV线路，导线间的几何均距Dcp=1000mm，负荷如图1所示，单位用kW或kvar表示，距离用km表示，总的电压损失允许值为5%，我们用两种方法选择导线截面，并比较之。

△U=10000×5%=500V 设X0=0.35Ω/km

r0=32

△U0=△U-△Ur=500-217=283V (1)全线导线截面不变：

式中Q--无功功率 △U--电压损失 L--线路长度 UH--额定电压 P--有功功率 r0--导线电阻率

选用LGJ-95型导线。

因实际截面为95mm2，大于92.8mm2，且LGJ-95在Dcp=1000mm时

X0=0.33Ω/km小于0.35，故电压损耗必合格。

由LGJ-95导线长期允许电流I0=335A，得实际线路最大电流为：

故满足发热条件的要求。 (2)按金属消耗量最小选择

我们把线路合成三段并选取不同的导线截面。即A-a段、a-b段、b-c段。

A-a段选择LGJ-120型导线，

a-b段选择LGJ-95型导线，

b-c段选择LGJ-70型导线， 据查，上述三种导线的r、x及I如下

规 格 参 数 LGJ—120 (Ω/km) (Ω/km) (A) 0.2422 0.365 380 LGJ—95 0.3058 0.371 335 LGJ—70 0.4217 0.382 275

电压损失小于5%，所选择的导线可用。

各段最大电流分别为：

IAa=173.2A

均满足发热条件的要求。

(3)比较：

当采用第一种方法计算时，导线总重量为

G1=3×6×380=6840kg

当采用第二种方法计算时，导线总重量为： G2=3(2×468+2×380+2×275)=6738kg

两者之差： 6840-6738=102kg

第二种方法比第一种方法节约：

(4)结论：

按金属消耗量最小的方法选择导线截面，其总导线重量较按全线导线截面不变的小1.5%。降低工程造价6.9%，对于资金较困难地区有着重大的意义，为此，对用户较分散的农村电网，导线的截面应按金属消耗量最小的条件来选择，这样，既满足了电压损失的要求，又大大节省了资金，减少了浪费，对

目前我国广大农村还不是富裕的情况下，这种方法应是首选方法。

农网改造中导线经济截面的优化选择

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论文上传：susamxiaoqy 留言 论文作者：毛爱红 本文第

623位读者

摘要： 对农网改造中导线经济截面的优化选择方法进行了探讨，在传统的以经济电流密度值选择导线截面的基础上，提出考虑线损率的因素等

优化方案，以利进一步节省能源，提高运行可靠性。

关键词： 农网 改造 导线 截面

目前，国家正在进行农网改造，在农网运行管理中的普遍问题是线损很大，问题出现的原因之一是在线路建设中没有顾及导线电能的损耗问题。一般的导线截面选择方法是用经济电流密度值或允许电压损失作为控制条件，但对于最大负荷利用小时数比较低的农电线路，往往不能满足允许的电能损耗值。本文在选择导线截面中，就如何顾及线损率的问题，提出按照线损率选择导线截面的方法，并以此结合经济电流密度值提出综合选择方法，简称j→K→S法。并分别以

线路上负荷集中和线路上负荷均匀分布，这两种情况下列出推导的计算公式。

1 负荷集中于线路末端时的计算 (1) 按允许线损率计算导线截面：

负荷集中于线路末端，全线采用同一截面(见图1)。

图1 负荷集中于线路末端潮流计算图

年损耗电能：A=PmTm(1) 设年允许线损率为K% 则ΔA允=K%PmTm(2)

用损耗小时数τ和年最大负荷计算线路的实际损耗为：

ΔA=3I2mRτ×10-3

=(P2m+Q2m)÷U2×τ×(ρL÷S)×10-3(3)

根据要求：ΔA≤ΔA允，设ΔA=ΔA允，则：

PmTmK%=(P2m+Q2m)÷U2×τ×(ρL÷S)×10-3 则S=τρL(P2m+Q2m)÷10KPmTmU2(4) 将Qm=Pmtgφ代入(4)式，则变为：

S=τρL(P2m + Q2m)÷10KPmTmU2 =τρLPm(1+tg2φ)÷10KPmTmU2(5) 式中 τ——年损耗小时数，h Tm——年最大负荷利用小时数，h Pm、Qm——年最大有功及无功负荷，kW、kvar

K——线路允许线损率 U——线路平均电压，kV ρ——导线电阻率，Ω·mm2/km tgφ——年最大负荷时的功率因数角正切值

L——线路长度，km 令：Sk=τρ(1+tg2φ)÷10KTmU2(6)

则S=SkPmL(7)

(5)式是按照线路允许线损率K值选择导线截面的计算公式。很明显S和K是成反比例关系。

当U=35kV，cosφ=0.8时，Sk值如表1。

表1 电压为35kV的Sk值表

K Sk(mm2/kW·km) 1 2 3 4 5 6 7 8 Tm=4000 2.199×10-3 1.100×10-3 7.328×10-4 5.499×10-4 4.399×10-4 3.660×10-4 3.142×10-4 2.750×10-4 Tm=7000 2.686×10-3 1.343×10-3 8.960×10-4 6.716×10-4 5.373×10-4 4.477×10-4 3.837×10-4 3.357×10-4 当U=10kV，cosφ=0.8时，Sk值如表2。例1：一条35kV线路输送最大负荷Pm+jQm=1500+j1000，线路长度50km，

Tm=4000h，设K%=4%，计算满足线损率的导线截面。

计算过程如下： 按要求：cosφ=0.8， 查表：Sk=5.499×10-4，

所以：S=1500×50×5.499×10-4=41.24(mm2)。

故选取导线为LGJ－50。

同样上述情况，如果用经济电流密度法选取导线截面：

则：

相当于K%=6%时，按线损率计算导线截面：

S=1500×50×3.660×10-4=27.45(mm2) 综合上述两者，需取LGJ－35导线。

此例说明，用经济电流密度法所选取的导线截面在最大负荷情况下的线损率要比通常允许的线损率大。

表2 电压为10kV的Sk值表

K 1 2 Sk(mm2/kW·km) Tm=4000 26.948×10-3 13.474×10-3 Tm=7000 32.907×10-3 16.452×10-3 3 4 5 6 7 8 8.938×10-3 6.737×10-3 5.389×10-3 4.491×10-3 3.850×10-3 3.368×10-3 10.969×10-3 8.227×10-3 6.581×10-3 5.484×10-3 4.669×10-3 4.113×10-3 (2) 按经济电流密度运行时的线损率计算：

在上面例题中可以看出满足j值，即线路在经济电流密度运行时一定有一个对应的线损率。

因此，如果结合经济电流密度来确定允许线损率的计算式可由下式推导出：

(8)

比较(8)和(5)式可得出：

(9)

设

则Kj=Kj0L(11)

(10)

例2：一条35kV线路输送6000kW负荷，功率因数0.8，Tm=4000h，τ=3500h，送电60km，试选择导线截面。

采用j→K→S法：

故Kj=Kj0L=0.1959×60=11.75。将Kj代入(5)式：S=3500×31.5×60×6000(1+0.752)÷(10×11.75×4000×352)=107.54(mm2)

故选取导线为LGJ－120。

用j→K→S程序选择导线截面和采用j值法所得结果相同。也可以在设计中知道线损率(本题中11.75%)，如果认为这个线损率较大，可按当地允许线损率进行修正，最后用修正值选择导线截面。因此用这种方法是满足经济电流密度的

最低线损率法。

2 负荷沿线路均匀分布时的计算

负荷沿线路的均匀分布这种情况在农村还是比较多的，此时线损率仅是同样负荷集中于末端时线损率的1/3，如在这种情况下采用同一截面导线，则在使用式(5)时，K值做相应变化即可，从(5)式可以看出，在这种情况下，在同样线损率

的情况下，均匀分布负荷时导线截面仅是集中负荷时的1/3。

如果导线采用不等截面，则需要将负荷适当集中在某几段，然后按段选取从大到小不同的导线截面，见图2。

图2 负荷沿线路均匀分布潮流计算图

因线损率一定时，各段导线电流密度相等，线路最经济。

Si=Ii/j

使用上述公式，可以分段计算出每段导线的截面。

3 结论和建议

(1) 沿着j→K→S，再利用K来控制导线截面是降低线损率的有效办法。但在目前的情况下，应适当降低线损率来

选择导线截面，以利节省能源。

(2) 计算公式中K值是指线路上的损耗率，在整个电网损耗中占有一定比例，K值取得过小时，虽对管理部门收效

较大，但投资会增加，所以建议综合考虑这个问题。