電壓降與電纜截面積及長度的關系

路恩勇

(濱化集團股份有限公司，山東 濱州 256619)

電壓降與電纜截面積及長度的關系

路恩勇

(濱化集團股份有限公司，山東 濱州 256619)

電動機；啟動；電壓降；允許值

計算了某變電站電纜的電壓降，并在設定的截面積下推導出將電壓降控制在允許值范圍內的電纜最大長度。

電纜通過電流時，因為電纜的電阻和電抗的作用而產生電壓降，從而造成電纜首端與尾端的電壓不同。電壓降的大小與電纜的長度及截面積等參數有關。現以某變電站為例進行計算。

1 基本公式

該變電站的電氣參數為：干式變壓器容量為2 MV·A，變化比例為10 kV/0.4 kV；變壓器的負載率為50%，負載的功率因數為0.8；變壓器阻抗電壓為6%，高壓側短路容量為100 MV·A；電動機功率315 kW、額定電壓0.38 kV、額定電流0.565 kA，啟動電流為額定電流的6倍；電纜截面積為555 mm2(3根185 mm2電纜并聯)、長度為100 m。

(1)電纜的電抗(電網頻率為50 Hz)[1]。

X1=(0.07+5/S)l。

(1)

其中：X1表示電纜的電抗，Ω；S表示電纜的截面積，mm2；l表示電纜的長度，km。

(2)低壓母線短路容量[2]。

(2)

其中：Skm表示低壓母線短路容量，MV·A；SrT表示變壓器額定容量，MV·A；xT表示變壓器阻抗電壓比，%；Sk表示變壓器高壓側短路容量，MV·A。

(3)電動機額定啟動容量。

(3)

其中：SstM表示電動機額定啟動容量，MV·A；Kst表示啟動電流倍數；Urm表示電動機額定電壓，kV；Irm表示電動機額定電流，kA。

(4)啟動回路的額定輸入容量。

(4)

其中：Sst表示啟動回路的額定輸入容量，MV·A；Um表示母線標稱電壓，kV。

(5)母線電壓相對值。

(5)

其中：ustm表示母線電壓相對值；Skm表示低壓母線短路容量，MV·A；Qfh表示已接負荷的無功功率，Mvar。

(6)電動機端子電壓相對值。

其中：ustM表示電動機端子電壓相對值。

(6)

2 母線電壓降的計算

2.1 計算電纜的電抗

電網頻率為50 Hz,根據式(1)可得：

X1=(0.07+5/S)l=(0.07+5÷555)×0.1=

0.007 9(Ω)。

2.2 計算低壓母線短路容量

根據式(2)可得：

2.3 計算電動機額定啟動容量

根據式(3)可得：

2.23(MV·A)。

2.4 計算啟動回路的額定輸入容量

根據式(4)可得：

2.5 計算已接負荷的無功功率

功率因數為0.8，根據三角函數公式即可得已接負荷的無功功率：

2.6 計算母線電壓相對值

根據式(5)可得：

2.7 計算電動機端子電壓相對值

根據式(6)可得：

92.8%×0.892 4=82.8%。

通過以上計算可知，電動機啟動時，母線電壓相對值為92.8%，電壓降相對值為7.2%，不會對其他用電設備造成較大影響。

電動機端子電壓相對值為82.8%，電壓降相對值為17.2%，已經超出15%。

3 允許的最大電纜長度計算

根據電動機端子電壓相對值的要求，倒推出電纜的最大允許長度。

3.1 計算啟動回路的額定輸入容量

根據式(5)、式(6)可得：

(100-15)%，

解得：Sst=2.047(MV·A)。

3.2 計算電纜的電抗

根據式(4)可得：

解得：X1=0.005 8(Ω)。

3.3 計算允許的最大電纜長度

根據式(1)可得：

解得：l=0.073(km)=73 m。

4 變壓器高壓側短路容量對壓降的影響

從式(2)、(5)可見：變壓器高壓側短路容量越大，啟動壓降越小。假定變壓器高壓側短路容量為200 MV·A，其他參數不變，重復第2條的計算過程，可解得：ustM=83.5%，比變壓器高壓側短路容量為100 MV·A時提高83.5%-82.8%=0.7%，效果不明顯。從式5還可見：變壓器負載率對啟動壓降的影響與變壓器高壓側短路容量對壓降的影響等同。

5 導線截面積對壓降的影響

從式(1)、(4)可見：導線截面積越大，啟動壓降越小。假定導線截面積為1 110 mm2，其他參數不變，重復第2條的計算過程，可解得：ustM=83.2%，比導線截面積為555 mm2時提高83.2%-82.8%=0.4%，效果不明顯。

6 結語

電纜長度對電動機啟動壓降的影響最大；電纜截面積對電動機的運行也有影響，但截面積增大到一定程度后，再增大時的效果就不明顯了；電網的其他參數對電動機啟動壓降也有影響。以上給出了一定條件下電動機啟動壓降的計算方法。如果條件改變了，只須改變相應參數的數值，就可算出結果。

[1] 陳廷鏢，陸乃城，王敏杰.鋼鐵企業電力設計手冊上冊[M].北京：冶金工業出版社，1996：262，278.

[2] 任元會，卞鎧生，姚家祎.工業與民用配電設計手冊[M].3版.北京：中國電力出版社，2005：270.

[編輯：費紅麗]

The relationship between voltage drop and cable’s cross-sectional area and length

LUEnyong
(Befar Group Co., Ltd., Binzhou 256619, China)

motor; start-up; voltage drop; allowable value

The voltage drop of cable at a substation was calculated. The maximum length of the cable with set cross-sectional area was derived in order to control the voltage drop in allowable range.

路恩勇(1975—),男，工程師，1998年畢業于山東工業大學電氣技術專業，現任濱化集團有限責任公司電器車間副主任，先后獲得2005年濱化集團有限責任公司“有突出貢獻先進個人”、2009年“濱化集團有限責任公司第七批有突出貢獻專業技術人員”稱號，撰寫的《污水處理三芯變壓器的選用》榮獲“濱化集團有限責任公司2005年度優秀科研成果獎”。

2016-08-28

TM46

B

1008-133X(2017)04-0004-02