低壓配電系統中按電壓損失校驗的電纜最小截面探討

何 琳潘仲明 曲耀君 中石油東北煉化工程有限公司吉林設計院 吉林 132002

低壓配電系統中按電壓損失校驗的電纜最小截面探討

何 琳＊潘仲明 曲耀君 中石油東北煉化工程有限公司吉林設計院 吉林 132002

介紹低壓配電系統中,遠距離供電的低壓電纜按常規電壓損失校驗的電纜最小截面的計算方法,并給出實例。

低壓配電 低壓電纜 最小截面 計算

1 問題的提出

在化工裝置的電氣工程中,低壓電纜的投資占整個電氣投資的 28%～35%,而目前在國內電氣設計及與國外合作的電氣設計中,選擇長距離配電線路時的電纜截面往往偏大,這既加大電纜敷設難度,又增加工程投資。據此,筆者就如何合理地選擇長距離配電線路的電纜截面進行探討。

2 新、老規范的差異

電纜截面的選擇除滿足載流量的要求外,還要滿足規范允許的電壓損失的要求。老規范要求電動機正常運行時的端子壓降不大于 5%,電動機起動時的端子壓降不得大于 15%。但新版《通用用電設備配電設計規范》GB 50055-93對電動機正常運行時的端子壓降不大于 5%的要求未變,而對電動機起動時電壓損失的要求放寬,僅要求母線壓降不大于 15%,電動機的端子壓降滿足起動轉矩的要求即可。

3 提高線路允許的電壓損失

我們知道,正確選擇為低壓電動機供電的 10(6) ±2×2.5%/0.4kV配電變壓器的分接頭具有提升低壓母線電壓的作用。由于《供配電系統設計規范》GB 50052-95規定,電動機正常運行時端子電壓不得高于 105%,因此可選擇變壓器分接頭在“0”位置,則變壓器空載低壓母線電壓為0.4kV,電壓提升 5%?？紤]到變壓器滿負荷時的電壓損失為 3%左右,因此變壓器在低壓母線處的升壓為 2%,故配電線路的允許壓降可為 7%,這比電纜截面按常規校驗電壓損失的 5%有了較大提高。

4 電纜截面校驗計算

4.1 計算公式

(1)電動機正常運行時線路的電壓損失U:

式中,U為低壓母線標稱電壓,kV;cosφ為電機的功率因數;R為單位長度的電纜電阻,Ω/km;X為單位長度的電纜電抗,Ω/km;Ie為電機的額定電流,A;L為線路敷設長度,km。

(2)電動機起動時的電壓降計算。

母線電壓相對值Uqm:

電動機端子電壓相對值Uq:

式中,Sm為低壓母線短路容量,MVA;Qf為預接負荷的無功功率,kVar;Sq為起動回路的額定輸入容量,MVA;SqM為電機的額定起動容量,MVA。

(3)鼓風機、壓縮機及水泵類 Y型電機滿足起動轉矩要求的電動機端子電壓相對值:

式中,mstM為電動機的起動轉矩相對值,即起動轉矩與額定轉矩的比值;mj為電動機傳動機械的靜阻轉矩相對值,查《工業與民用配電設計手冊》表6-14。

上式表示對于鼓風機、壓縮機及水泵類 Y型電機,起動時電動機端子電壓不小于 47%即可滿足要求。

4.2 計算

4.2.1 條件

假設供電線路長度 L=280m,功率 Pe分別為45kW和110kW的水泵電動機,其功率因數cosΦ=0.87,起動電流倍數 6.5,電動機供電的變壓器容量 SrT=1MVA,其阻抗電壓相對值 xT=4.5%,變壓器一次側短路容量 S″=100MVA。

當 Pe為 45kW時,則

同理,

當 Pe為 110kW時,則

Ie=206 A SqM=0.88 MVA Qf=0.54 MVar

4.2.2 實例一

按Δu%≤5%,Uqm≥85%,Uq≥85%計算電力電纜 YJV-0.6/1kV的最小截面。

(1)Pe=45kW時,按電機額定電流初選電纜截面 S=25mm2,則 R =0.87Ω/km,X =0.082Ω/km

按式 (1)計算電動機正常運行時線路的電壓損失:

按式 (2)計算母線電壓相對值:

按式 (3)計算電動機端子電壓相對值:

經上述計算可知,選擇截面為 25mm2電纜時,其Δu%及Uq均不滿足要求。選擇更大一級截面為35mm2、50mm2電纜時,經計算亦不滿足要求,直至電纜截面為 95mm2時,其Δu%=2.6%,Uq=86.5%,均滿足要求。因此,為 45kW電動機供電的電力電纜 YJV-0.6/1kV的最小截面為 95mm2。

(2)Pe=110kW時,按上述步驟選擇電力電纜 YJV-0.6/1kV的最小截面為兩根 150mm2,其Δu%=2.2%,Uq=86.9%。

4.2.3 實例二

按Δu%≤7%,Uqm≥85%,Uq≥52%計算電力電纜 YJV-0.6/1kV的最小截面。

(1)Pe=45kW時,按 4.2.2的方法計算,選擇電力電纜 YJV-0.6/1kV的最小截面為 35mm2,其Δu%=6.3%,Uq=71.9%。

(2)Pe=110kW時,按 4.2.2的方法計算,選擇電力電纜 YJV-0.6/1kV的最小截面為一根95mm2,其Δu%=6.2%,Uq=72.7%。

5 結語

綜上所述,合理地確定校驗電纜截面的電壓降,將使長距離供電線路的低壓電纜截面大大減小,極大地節省投資,還可為國家節省大量有色金屬。

1 工業與民用配電設計手冊 [M]. (第三版).北京;中國電力出版社,2005.

2 GB 50052-95,供配電系統設計規范 [S].

3 GB 50055-95,通用用電設備配電設計規范 [S].

2010-06-26)

＊ 何 琳:教授級高級工程師。1988年畢業于吉林工學院工企電氣自動化專業。一直從事電氣設計工作。聯系電話:(0432)63958443。