中压电力电缆的合理选择

中压电力电缆的合理选择

董磊

(西门子(中国)有限公司，北京 100102)

摘要：介绍了中压电力电缆的类型选择，阐述了电缆截面应按温升、短路电流热效应以及允许电压损失进行选择，并给出了计算实例。

关键词：中压电缆；截面；选择；计算实例

收稿日期:2015-05-04

作者简介：董磊(1983—)，男，北京人，工程师，研究方向：供配电系统设计。

0引言

在工业及民用工程设计中，如何正确合理地选择中压电力电缆型号规格实乃老生常谈。很多电气设计师在选择中压电力电缆时往往根据已有的工程经验判断。比如，在厂用电中压电缆选型时，依据以往经验，最小截面选择185 mm2；再比如，不考虑系统中性点的接地方式，在中性点小电阻接地系统中，选用电缆的额定电压U0/U为6/10 kV，在中性点经消弧线圈接地系统中，错误地套用中性点小电阻接地系统中电缆的额定电压选型。正确合理选择中压电力电缆的型号规格，是确保系统长期安全运行的关键之一。

1中压电缆类型选择

1.1电缆导体材料选择

常见的导体材料有铜和铝两种，铜导体由于导电率高、载流量大、机械性能好、损耗低而被广泛使用。在设计时应根据技术经济性比较选择合适的导体。一般情况下，选取铜芯电缆较为适宜。

1.2电缆芯数选择

中压电缆通常有单芯和三芯两种，在设计时应考虑负荷容量、单位造价、占地面积等因素。在载流量不能满足要求的情况下，才需要选择单芯电缆。一般情况下，选取三芯电缆较为适宜。

1.3电缆绝缘材料及护套选择

(1) 普通电缆选择：常见的有聚氯乙烯(PVC)绝缘电缆及交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆。交联聚乙烯绝缘电缆由于结构简单、性能优良、制造方便、质量轻、外径小、载流量大、耐腐蚀、敷设方便而被广泛采用。(2) 阻燃电缆选择：阻燃电缆是指具有使火焰蔓延仅在限定范围内，撤去火源后，残焰和残灼能在限定时间内自行熄灭的电缆。按照阻燃级别分为A、B、C、D四级。在设计时应根据电缆配置情况、所需防止灾难性事故和经济合理原则，选择适合的阻燃等级和类别。一般情况下若不注明阻燃等级，一律按照C级选择。(3) 耐火电缆选择：耐火电缆是指在火焰中被燃烧一定时间内，能保持正常运行特性的电缆。耐火电缆分为有机型和无机型两种，按照耐火特性分为A、B两级。通常在给消防设备供电的回路中采用耐火电缆。(4) 铠装电缆选择：铠装电缆是在电缆外绝缘层的外面包裹上钢带或钢丝等金属层，用来保护电缆不受外界机械力损伤、化学腐蚀等的电缆。常用的有钢带铠装电缆和钢丝铠装电缆。直埋敷设时，通常使用钢带铠装电缆；在高落差受力条件下，通常使用钢丝铠装电缆。

1.4电缆绝缘水平选择

(1) 交流系统中电力电缆导体的相间额定电压U，不得低于使用回路的工作线电压。(2) 交流系统中电力电缆导体对地的额定电压U0，应满足所在电力系统中性点接地方式及其运行要求。中性点直接接地或经低电阻接地的系统，接地保护动作不超过1 min切除故障时，U0不应低于100%的使用回路工作相电压；除上述供电系统外，其他系统不宜低于133%使用回路的工作相电压；在单相接地故障可能持续8 h以上或发电机回路等安全性要求较高时，宜采用173%的使用回路工作相电压。

2中压电缆截面选择

2.1按温升选择截面

为保证电缆的实际工作温度不超过允许值，按发热条件电缆的允许长期工作电流(载流量)不应小于线路的最大工作电流。其中根据不同的敷设条件以及实际环境温度，电缆允许的持续载流量需要进行修正。根据《电力工程电气设计手册：电气一次部分》公式17-1，敷设在空气中和土壤中的电缆允许载流量按下式计算：

KIxu≥Ig

式中，Ig为计算电流(A)；Ixu为电缆额定载流量(A)；K为不同敷设条件下校正系数，可参考GB50217—2007《电力工程电缆设计规范》附录D计算。

K值计算如下(K1为空气中单层多根并列敷设系数；K2为空气中桥架上无间距多层并列敷设系数；K3为直埋因土壤热阻不同敷设系数；K4为土壤多根并列直埋敷设系数；K5为1～6 kV电缆户外明敷无遮阳的校正系数)：

(1) 户内或有遮阳空气中敷设：单根敷设K=Kt；单层多根并行敷设K=KtK1；桥架上无间距多层并列敷设K=KtK2。

(2) 户外无遮阳空气中敷设：单根敷设K=KtK5；单层多根并行敷设K=KtK1K5；桥架上无间距多层并列敷设K=KtK2K5。

(3) 土壤直埋敷设：单根敷设K=KtK3；多根并行敷设K=KtK3K4。

Kt为环境温度不同于标准敷设温度(空气中为40 ℃，土壤中为25 ℃)时的校正系数：

式中，θm为最高工作温度(℃)；θ1为基准环境温度(℃)；θ2为实际环境温度(℃)。

其中，计算电缆持续允许载流量用的实际环境温度应按使用地区的气象温度多年平均值来定，并符合GB50217—2007《电力工程电缆设计规范》表3.7.5的规定。

2.2按短路热稳定选择截面

(1) 电缆短路点的选择：应选取在通过电缆回路最大短路电流可能发生处。对于不超过制造长度的电缆，短路点选择在电缆的末端；对于有中间接头的电缆，短路点选择在第一个中间接头处。

(2) 短路电流持续时间的选择：对电动机等直馈线，应取主保护时间与断路器开断时间之和；对其他情况，宜取后备保护时间与断路器开断时间之和。

(3) 短路电流的热效应：按照DL/T5222—2005《导体和电器选择设计技术规定》附录F，短路热效应公式为：

Qz=I″2t

Qf=I″2T

Qt=Qz+Qf=I″2(t+T)

式中，Qt为总热效应(kA2s)；Qz为周期分量热效应(kA2s)；Qf为非周期分量热效应(kA2s)；t为短路持续时间(s)；T为等效时间(s)，可根据DL/T5222—2005《导体和电器选择设计技术规定》附录表F.6.3选取；I″为超瞬态短路电流有效值(kA)。

(4) 最小截面选择：

式中，Smin为电缆的最小截面(mm2)；C为热稳定系数，可根据《工业与民用配电设计手册》第3版表5-9选取。

2.3按电压损失选择截面

对供电距离较远、容量较大的电缆线路，应校验电压损失。按照GB50052—2009《供配电系统设计规范》第5.0.4条规定，当无特殊规定时，电压偏差允许值为±5%额定电压。如果电缆线路的电压损失超过允许值，应适当加大电缆的截面，以减小电压损失。根据《电力工程电气设计手册：电气一次部分》公式17-6，三相线路电压损失为：

ΔU%=173IgL(Rcosφ+Xsinφ)/Un

式中，Un为系统标称电压(V)；Ig为计算工作电流(A)；L为线路长度(km)；R为单位长度的电阻(Ω/km)；X为电缆单位长度的电抗(Ω/km)；cosφ为功率因数。

3计算实例

某工程主变为Dyn11、35/10.5 kV，容量为63 MVA。主接线为单母线分段接线方式，中性点高电阻接地。中压采用三芯交联聚乙烯铜芯阻燃电缆，室内电缆沟中放在梯形桥架上单层无间距敷设，最热月日最高温度平均值38 ℃，10 kV母线最大三相短路电流26 kA。10 kV中压柜到其中一台3 500 kVA配电变压器0.1 km，到其中一台1 800 kW高压电动机1 km，0.5 km处设置一个电缆中间头，电动机额定电流124 A，功率因数0.8。

3.1变压器电缆选择

(3) 按电压损失选择截面。由于中压柜到配电变压器的电缆较短，故不作校验。综上所述，电缆截面取最大者，变压器电缆选为ZR-YJV-8.7/10 kV 3×185 mm2。

3.2电动机电缆选择

(1) 按温升选择截面。由变压器电缆选择可知K=0.752，KIxu≥Ig，故：Ixu≥Ig/K=124/0.752=165 A。查04DX101-1国家标准图集，3×50 mm2敷设在空气中40 ℃时的电缆载流量为183 A。故电缆初选ZR-YJV-8.7/10 kV 3×50 mm2。

由计算可知满足要求,故电缆初选ZR-YJV-8.7/10 kV 3×70 mm2。

(3) 按电压损失选择截面。Ig=124 A，L=1 km，R=0.310 Ω/km(70 mm2)，X=0.101 Ω/km(70 mm2)，Un=10 000 V，故：ΔU%=173IgL(Rcosφ+Xsinφ)/Un=173×124×1×(0.310×0.8+0.101×0.6)/10 000=0.66%<5%。满足电压损失要求。

综上所述，电缆截面取最大者，电动机电缆选为ZR-YJV-8.7/10 kV 3×70 mm2。

4结语

在进行电力电缆设计时，应根据经济技术比较、敷设环境、系统接地方式来选择电缆的导体材料、芯数、绝缘材料及绝缘水平，并在电缆截面设计时，按温升、短路电流热效应及允许电压损失进行校验，确保正确合理地选择电力电缆。

[参考文献]

[1]任元会.工业与民用配电设计手册[M].3版.北京：中国电力出版社，2005.

[2]弋东方.电力工程电气设计手册：电气一次部分[M].北京：中国电力出版社，1989.