2.按经济电流密度选择电缆截面

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中建五局工业设备安装有限公司
电气专业(供配电)设计人员培训讲义
目 录
第一 章
第二章
第三章
第四章
第五章
负荷计算及无功功率补偿
供配电系统
35~10(6KV)变配电所
短路电流计算
高低压电器的选择及配电线路
的保护
第六章 导体及电缆的设计选择
第七章 防雷与接地
第六章 导体及电缆的设计选择
一、电线、电缆类型的选择;
二、 电缆芯数的选择;
三、电线、电缆截面的选择;
四、电线、电缆敷设设计要求
• 一、 电线、电缆类型的选择
相关规范规定建筑中,电线电缆的基本功能是为
电气负荷输送电力。在输送电力的过程中重点需
考虑的问题有:①减少线路损耗,保证供配电系统正
常运行;②防止电气火灾;③火灾发生时,应有利于
人员的疏散;④发生突发事件,尤其是发生火灾时,
应确保防灾设备、消防设备的正常运行。这些问
题中,①是属于配电正常运行的问题;②~④则是属
于安全问题,它们对于中、低压配电系统均适用。
• 低压配电导体选择应符合下列规定:
1 电缆、电线可选用铜芯或铝芯,民用建筑宜采
用铜芯电缆或电线;下列场所应选用铜芯电缆或
电线:
1)易燃、易爆场所;
2)重要的公共建筑和居住建筑;
3)特别潮湿场所和对铝有腐蚀的场所;
4)人员聚集较多的场所;
5)重要的资料室、计算机房、重要的库房;
6)移动设备或有剧烈振动的场所;
7)有特殊规定的其他场所。
• 2 导体的绝缘类型应按敷设方式及环境条件选择,并应
符合下列规定:
1)在一般工程中,在室内正常条件下,可选用聚氯乙烯
绝缘聚氯乙烯护套的电缆或聚氯乙烯绝缘电线;有条件
时,可选用交联聚乙烯绝缘电力电缆和电线;
2) 消防设备供电及控制线路选择,应符合下列规定:
a. 火灾自动报警系统保护对象分级为特级的建筑物,其
消防设备供电干线及分支干线,应采用矿物绝缘电缆;
b. 火灾自动报警保护对象分级为一级的建筑物,其消防
设备供电干线及分支干线,宜采用矿物绝缘电缆;当线
路的敷设保护措施符合防火要求时,可采用有机绝缘耐
火类电缆;
c. 火灾自动报警保护对象分级为二级的建筑物,其消防
设备供电干线及分支干线,应采用有机绝缘耐火类电缆;
• d. 消防设备的分支线路和控制线路,宜选
用与消防供电干线或分支干线耐火等级降
一类的电线或电缆。
3)对一类高层建筑以及重要的公共场所等防
火要求高的建筑物,应采用阻燃低烟无卤
交联聚乙烯绝缘电力电缆、电线或无烟无
卤电力电缆、电线。
3 绝缘导体应符合工作电压的要求,室内敷
设塑料绝缘电线不应低于0.45/0.75kV,电
力电缆不应低于0.6/lkV;
• 4.常用的电缆型号及适用的场所
1)KYJVP KYJYP2 KYJYRP 交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯聚乙烯护套
铜带铜丝编织屏蔽控制电缆 敷设在室内、电缆沟、管道
内及地下,电缆具有防干扰能力。
2)JKV JKLV JKY JKLY JKYJ JKLYJ 聚氯乙烯/聚乙烯
交联聚乙烯绝缘架空电缆 用于架空电力传输等场所。
3)JKTRYJ 软铜芯交联聚乙烯绝缘架空电缆 用于变压器引下
线。
4)JKLYJ/Q 交联聚乙烯绝缘轻型架空电缆 用于架空电力传
输等场所。
5)JKLGYJ JKLGYJ/Q 钢芯铝绞线交联聚乙烯绝缘架空电缆 用
于架空电力传输等场所,并能承受相当的拉力。
6)LJ LGJ 铝绞线及钢芯铝绞线 用于架空固定敷设。
7)ZR-X 阻燃电缆 敷设在对阻燃有要求的场所,GZR电缆敷
设在阻燃要求特别高的场所。
8)WDZR-X 低烟无卤阻燃电缆 敷设在对低烟无卤和阻燃有
要求的场所,GWDZR电缆敷设在要求低烟无卤阻燃性能特
别高的场所。
9) NH-X 耐火电缆 敷设在对耐火有要求的室内 、隧道及管
道中,GNH电缆除耐火外要求高阻燃的场所。
10) WDNH-X 低烟无卤耐火电缆 敷设在有低烟无卤耐火要
求的室内、隧道及管道中,GWDNH电缆除低烟无卤耐火
特性要求外, 对阻燃性能有更高要求的场所。
11) FS-X 防水电缆 敷设在地下水位常年较高, 对防水有较
高要求的地区。
12) H-X 耐寒电缆 敷设在环境温度常年较低,对抗低温有较
高要求的地区。
• 二、 电缆芯数的选择
1kV及以下电源中性点直接接地时,三相回路的电缆芯数
选择,应符合下列规定:
1 .保护线与受电设备的外露可导电部位连接接地时,应符
合下列规定:
1)保护线与中性线合用同一导体时,应选用四芯电缆。
2)保护线与中性线各自独立时,宜选用五芯电缆;当满
足下列规定时,也可采用四芯电缆与另外的保护线导体
组成。
1kV以上电源直接接地且配置独立分开的中性线和保护地
线构成的系统,采用独立于相芯线和中性线以外的电缆
作保护地线时,同一回路的该两部分电缆敷设方式,应
符合下列规定:
a. 在爆炸性气体环境中,应敷设在同一路径的同一结构管、
沟或盒中。
b. 除上述情况外,宜敷设在同一路径的同一构筑物中。
2 .受电设备外露可导电部位的接地与电源系统接地各
自独立时,应选用四芯电缆。
3 .1kV及以下电源中性点直接接地时,单相回路的电
缆芯数的选择,应符合下列规定:
• 1 保护线与受电设备的外露可导电部位连接接地时,
应符合下列规定:
• 1)保护线与中性线合用同一导体时,应选用两芯
电缆。
• 2)保护线与中性线各自独立时,宜选用三芯电缆。
• 2 受电设备外露可导电部位的接地与电源系统接地
各自独立时,应选用两芯电缆。
• 三、电线、电缆截面的选择
电力电缆截面选择是一个大家十分关心的问题,因
为它是电气设计的主要内容之一。传统的电缆截面
选择方法是按技术体选择,可分为4类:①按允许
发热条件选择,也就是按允许载流量选择;②按经济
电流密度选择;③按允许电压损失校验;④按短路
热稳定校验。 ⑤按机械强度选择导线。主要指架
空线路,电缆不需要。
• 1 .按长期允许载流量选择电缆截面
为了保证电缆的使用寿命,运行中的导体电缆温
度应不超过规定的长期允许工作温度:聚氯乙
烯绝缘电缆为70℃,交联聚乙烯绝缘电缆为90℃。
根据这一原则,在选择电缆截面时,必须满足
下列条件:
Imax≤I0K
式中:Imax——通过的最大连续负荷载流量(A);
I0 ——指定条件下的长期允许载流量(A),见
附表1;
K ——长期允许载流量修正系数,见附表2.
• 举例:某工厂主变压器容量S为12000KVA,
若以直埋35KV交联电缆供电,试问应选择
多大电缆截面?(土壤温度最高30℃,土壤
热阻系数2.5)
• 解:按下列计算电缆线路应通过的电流值
• 查附表1-12得:铜芯交联电缆8.7/10KV
3×95mm²,最大连续负荷载流量为220A,
25℃。由于敷设土壤温度最高为30℃,应进
行温度修正。
• 查附表2-2得修正系数为0.96. I修=220(A)
×0.96=211(A)
• 通过土壤温度的修正后该电缆的连续负荷
载流量虽只有211(A),仍能满足电缆线
路198(A)的要求。
• 2.按经济电流密度选择电缆截面
国际电工委员会标准IEC287-3-2/1995提出了电缆尺寸即
导体截面经济最佳化的观点:电缆导体截面的选择,不
仅要考虑电缆线路的初始成本,而且要同时考虑电缆在
寿命期间的电能损耗成本。因此要从经济电流密度来选
择电缆截面。按载流量选择线芯截面时,只计算初始投
资;按经济电流选择线芯截面时,除计算初始投资外,
还要考虑经济寿命期内导体损耗费用,二者之和应最小。
当减小线芯截面时,初始投资减少,但线路损耗费用增
加;反之,增加线芯截面时,线路损耗减少,但初始投
资增加。某一截面区间内,二者之和总费用最少,就是
我们追求的目标——经济选型。
(1)经济电流密度计算式:
(2)电缆经济电流截面计算式:
Sj=Imax/J
式中:J——经济电流密度(A/mm²);
Sj——经济电流截面(mm²);
B=(1+Yp+Ys)(1+λ1+λ2),可取平均值1.0014; P20————
20℃时电缆导体电阻率(Ω·mm2/m)
铜芯为18.4×10-9,,铝芯为31×10-9,计算时可分别
取18.4和31。
d20————20℃时电缆导体的电阻温度系数(1/℃)。铜芯为
0.00393,铝芯为0.00403.
(3)10KV及以下电力电缆按经济电流密度选择电缆
截面,宜符合下列要求:
①按照工程条件、电价、电缆成本、贴现率等计算拟
选用的10KV及以下铜芯或铝PVC/XLPE绝缘电力电缆
的经济电流密度值。(详见GB 50217—2007《电力
工程电缆设计规范》附录B《10KV及以下电力电缆
经济电流截面选用方法》)。
②对备用回路的电缆,如备用的电动机回路等,宜
按正常运行小时数的一半选择电缆截面。对一些
长期不使用的回路,不宜按经济电流密度选择电
缆截面。
③当电缆经济截面比按热稳定、容许电压降或持续
载流量要求的截面小时,则应按热稳定、容许电压
降或持续截流量较大要求的截面选择。当电缆经济
截面介于电缆标称截面档次之间,可视其接近程度、
选择较近一档截面,且宜偏小选取。
(4)上述计算式及要求虽然精确但比较繁杂。为方
便起见,推荐下列简化的经济电流密度计算方法:
首先应知道电缆线路中年最大负荷利用时间,然后
从下表中查得我国目前规定的电缆导体材料的经济
电流密度,再按下式计算电缆截面。
Sj= Imax/J
式中:Imax——最大负荷电流(A);
J——经济电流密度(A/mm²)。
根据计算所得的经济电流截面,通常选择不小于这
个计算值并靠近这个值的电缆标称截面。
我国规定的电缆经济电流密度
3 .根据电网允许电压降选择电缆截面
当电流通过电线电缆时,由于线路中存在阻抗,必
然产生电压降(电压损失),线路越长,截面越小,
电压损失越大。一般规定:照明线路中允许相对电
压降不应超过2.5~5%,户内动力线路不应超过4~6%
允许值,输配电线路不应超过7%。如果线路电压降
超过允许值,供电品质将无法达到设计要求。应适
当增大电缆截面,使之达到要求。
在低压线路中,当给定了负载的电功率P,送电距离
L,所允许的相对电压降为ε时,则电缆截面按下式
计算:
式中:P——负载的电功率(KW);
L——送电线路距离(m);
C——根据导体材料及送电电压确定的线路功率系数
(见下表)
ε——允许的相对电压降(%)
线路功率系数C值
• 举例:有一条380V三相四线制线路,总长
2500m,终端负载功率为6KW,线路末端允
许电压降为4%,使用铜芯电缆,求电缆截
面。
• 解:已知L=2500m P=6KW ε=4,表中查得
C=76.5
• 代入上式:S=6X2500/76.5X4=49.02mm2
• 该线路电缆主线芯应选50mm²,三相四线制
电缆型号规格应选择VV 0.6/1KV
3×50+1×25电力电缆。
• 4. 按短路热稳定条件计算电缆导体允许最
小截面的方法
1.电缆导体允许最小截面,由下列公式确定:
2. 除电动机馈线回路外,均可取θP=θH。
3. Q值确定方式,应符合下列规定:
1 )对火电厂3~10kV厂用电动机馈线回路,当机组容
量为100MW及以下时:
2 )对火电厂3~10kV厂用电动机馈线回路,当机组容
量大于100MW时,Q的表达式见下表。
• 3). 除火电厂3~10kV厂用电动机馈线外的情况:
Q=I2*t
式中S――电缆导体截面(mm2);
J――热功当量系数,取1.0;
q――电缆导体的单位体积热容量(J/cm3·℃),铝芯
取2.48,铜芯取3.4;
θm――短路作用时间内电缆导体允许最高温度(℃);
θP――短路发生前的电缆导体最高工作温度(℃);
θH――电缆额定负荷的电缆导体允许最高工作温度
(℃);
θm――电缆所处的环境温度最高值(℃);
IH――电缆的额定负荷电流(A);
IP――电缆实际最大工作电流(A);
I――系统电源供给短路电流的周期分量起始有效值(A);
Id――电动机供给反馈电流的周期分量起始有效值之和
(A);
t――短路持续时间(s);
Tb――系统电源非周期分量的衰减时间常数(s);
α――20℃时电缆导体的电阻温度系数(1/℃),铜芯为
0.00393、铝芯为0.00403;
ρ――20℃时电缆导体的电阻系数(Ωcm2/cm),铜芯为
0.0148x10-4、铝芯为0.031x10-4;
η――计入包含电缆导体充填物热容影响的校正系数,对
3~10kV电动机馈电回路,宜取η=0.93,其它情况可按
η=1;
K――缆芯导体的交流电阻与直流电阻之比值,可由下表选
取。
• 例题:电缆截面选择
• 10kV电动机采用铜芯交联聚乙烯绝缘电缆
供电,电缆穿钢管明敷,环境温度35℃,缆
芯最90℃经济电流密度2.5A/平方毫米,YJV
最小截面25平方毫米。电缆热稳定系数
c=137, Ik =12kA,0.6s切除短路,允许压降
5%,l=200m,电动机额定功率2500kW,
cosφ=0.85
1.按持续允许电流应选择(D)
A.25平方毫米 B. 35平方毫米 C. 50平方毫米
D. 70平方毫米
2.按经济电流密度应选择()
A.25平方毫米 B. 35平方毫米 C. 50平方毫米
D. 70平方毫米
3.按热稳定校验应选择(D)
A.25平方毫米 B. 35平方毫米 C. 50平方毫米
D. 70平方毫米
4.按校验电压降为(D)
A.0.05% B. 0.10% C. 0.15% D. 0.20%
5.电动机电缆最终截面为(D)
A.25平方毫米 B. 35平方毫米 C. 50平方毫米
D. 70平方毫米
• 解答:
1.I=Pe/√3Ue*cos∮=2500/1.732*10*0.85
=169.8A 查表1-10 选3*70mm2
2.S=I/J=169.8/2.5=67.9mm2
取相邻的下一档 选3*50mm2
3.S> √ I2*T/C*1000= √ 12X12X0.6/137*1000=67.8mm2
选3*70mm2
4.U=U0%*Pe*L=0.373*2.5*0.2=0.18 选D
• 案例:
的比较
按经济条件选择与按技术条件选择截面
举例说明:一台水泵电动机三相380 V,37K W,额
定电流IN=71.4 A,启动电流Iq=469 A,不频繁启动。馈线断
路器整定电流85 A,瞬动电流850 A,年运行时间T=6 000
h,当地电价P=0.5元/kWh,由变电所直配,采用VV-1 3+1芯电
缆单根架空明敷,电缆长度L=160 m,环境温度30℃,变
电所低压母线短路电流有效值Ik=24kA。
(1) 按允许发热条件选截面:IN=71.4 A,查表1-1
S=3×25+1×16mm2(对应允许电流95 A)。
(2) 按允许电压损失校验:设启动时cosΦ=0.3,Iq=469 A L=160m,
若按不频繁启动允许启动电压偏移-15%计,需选择
S=3×25+1×16 mm2,电流矩为0.143/ A-km(查表)
对应Δu=10.76%
同法,求得正常运行时电流矩为0.317/ A-km, (查表),Δu=
△ ua*I*L=0.317*71.4*0.2=3.62%,满足要求。
(3)按经济电流选择截面:根据IN=71.4 A,T=6 000 h,P=0.5元
/kWh,查0.6/1 kV低压电缆经济电流范围表得Sec=3×70+1×35
mm2。
(4)按短路热稳定条件校验,设短路切除时间t=0.2 s,
Smin=Iz×(t)0.5/C
式中,Iz为短路电流周期分量有效值,A;t为短路切除时间;
C为热稳定系数,对PVC电缆C=114,将数值代入上式
Smin=24 000×0.20.5/114=94.1 mm2,选取S=3×95+1×50
mm2。
(5)低压TN系统接地故障保护灵敏度校验:当S=3×16+1×10时,
单相接地故障电流约300 A,断路器不动作。当S=3×70+1×35
时,单相接地故障电流约1 100 A,断路器动作,灵敏度为1 100
A/850 A=130,大于125的要求。
• 最终决定截面大小的条件,仍然是短路热稳定条件。 通过对以
上例子的分析,我们可以得出以下结论:
①通常,按经济电流选择的线芯截面大于按载流量选择的
截面。大多数情况,二者仅相差2级。换言之,大多数情况下,
按载流量选择的截面,放大1~2级,会比较接近经济电流值。
②有时,按技术条件选择的截面会大于按经济电流条件所
选择的截面。因此,“经济条件”是必要条件,但还不是充分
条件,必须同时满足“技术条件”。
③电缆的经济电流范围表可见,Tmax愈大,经济电流值愈
小。按此条件选择的线芯截面愈大,反则反之。
• 附表1:电力电缆载流量表
• 1.1 聚氯乙烯绝缘电力电缆载流量
•
连续负荷载流量见表1-1 表1-3。ρW和ρD的(水分
迁移)为热阻系数。
• 表1-1 单芯非铠装聚氯乙烯绝缘电力电缆连续负荷
载流量(A)
1.2 交流聚乙烯绝缘电力电缆载流量
连续负荷载流量见表1-4 表1-11。ρw和ρD(水分
迁移)为热阻系数。
表1-4 单芯交联聚乙烯绝缘电力电缆连续负
荷载流量(A)
• 四、电线、电缆敷设设计要求
1.金属导管布线
1)明敷于潮湿场所或埋地敷设的金属导管,应采用
管壁厚度不小于2.0mm的钢导管。明敷或暗敷于干
燥场所的金属导管宜采用管壁厚度不小于1.5mm
的电线管。
2)穿导管的绝缘电线(两根除外),其总截面积(包括外
护层)不应超过导管内截面积的40%。
3)穿金属导管的交流线路,应将同一回路的所有相
导体和中性导体穿于同一根导管内。
4)当电线管与热水管、蒸汽管同侧敷设时,宜敷设在热
水管、蒸汽管的下面;当有困难时,也可敷设在其上面。
相互间的净距宜符合下列规定:
1 当电线管路平行敷设在热水管下面时,净距不宜小于
200mm;当电线管路平行敷设在热水管上面时,净距不
宜小于300mm;交叉敷设时,净距不宜小于100mm;
2 当电线管路敷设在蒸汽管下面时净距不宜小于500mm;
当电线管路敷设在蒸汽管上面时,净距不宜小于
1000mm;交叉敷设时,净距不宜小于300mm。
当不能符合上述要求时,应采取隔热措施。当蒸汽管有
保温措施时,电线管与蒸汽管间的净距可减至200mm。
电线管与其他管道(不包括可燃气体及易燃、可燃液体
管道)的平行净距不应小于100mm;交叉净距不应小于
50mm。
• 2、金属线槽布线
1)金属线槽布线宜用于正常环境的室内场所明敷,
有严重腐蚀的场所不宜采用金属线槽。
具有槽盖的封闭式金属线槽,可在建筑顶棚内敷
设。
2)同一路径无电磁兼容要求的配电线路,可敷设于
同一金属线槽内。线槽内电线或电缆的总截面(包
括外护层)不应超过线槽内截面的20%,载流导体
不宜超过30根。
控制和信号线路的电线或电缆的总截面不应超过
线槽内截面的50%,电线或电缆根数不限。
• 注:1 控制、信号等线路可视为非载流导体;
2 三根以上载流电线或电缆在线槽内敷设,当乘以
本规范第7章所规定的载流量校正系数时,可不限
电线或电缆根数,其在线槽内的总截面不应超过线
槽内截面的20%。
• 3.电力电缆布线
电缆敷设时,任何弯曲部位都应满足允许弯曲半径
的要求。电缆的最小允许弯曲半径,不应小于下表
的规定。
• 4.电缆桥架布线
1) 电缆桥架布线适用于电缆数量较多或较集中的
场所。
2)电缆桥架水平敷设时的距地高度不宜低于2.5m,
垂直敷设时距地高度不宜低于1.8m。除敷设在电
气专用房间内外,当不能满足要求时,应加金属盖
板保护。
3)电缆桥架多层敷设时,其层间距离应符合下列规
定:
a.电力电缆桥架间不应小于0.3m;
b.电信电缆与电力电缆桥架问不宜小于0.5m,当有屏蔽
板时可减少到0.3m;
c. 控制电缆桥架间不应小于0.2m;
d. 桥架上部距顶棚、楼板或梁等障碍物不宜小于0.3m。
4)下列不同电压、不同用途的电缆,不宜敷设在同一层桥
架上:
a. lkV以上和lkV以下的电缆;
b. 向同一负荷供电的两回路电源电缆;
c.应急照明和其他照明的电缆;
d. 电力和电信电缆。
当受条件限制需安装在同一层桥架上时,应用隔板隔开。
5.封闭式母线布线
1)封闭式母线水平敷设时,底边至地面的距离不应
小于2.2m。除敷设在电气专用房间内外,垂直敷
设时,距地面1.8m以下部分应采取防止机械损
伤措施。
2)当封闭式母线直线敷设长度超过80m时,每50—
60m宜设置膨胀节。
3)封闭式母线外壳及支架应可靠接地,全长不应少
于2 处与接地保护导体(PE)相连。
4)封闭式母线随线路长度的增加和负荷的减少而需
要变截面时,应采用变容量接头。
• 6电气竖井内布线
1)电气竖井内布线适用于多层和高层建筑内强电及
弱电垂直干线的敷设。可采用金属导管、金属线槽、
电缆、电缆桥架及封闭式母线等布线方式。
2)竖井内高压、低压和应急电源的电气线路之间应
保持不小于0.3m的距离或采取隔离措施,并且
高压线路应设有明显标志。
3)电力和电信线路,宜分别设置竖井。当受条件限
制必须合用时,电力与电信线路应分别布置在竖
井两侧或采取隔离措施。
线路敷设方式的标注表示

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