中壓動(dòng)力電纜截面選擇淺析

張亮 袁秋霞

摘 要：在電力系統(tǒng)中，電纜截面的選擇直接影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的潮流分布，短路電流大小，從而影響電力系統(tǒng)的安全可靠的運(yùn)行，因此，電纜截面的選擇顯得尤為重要，本文綜合考慮各種因素，對(duì)中壓電纜截面的選擇做了闡述。

關(guān)鍵詞：中壓電纜;載流量;降容系數(shù);壓降

1、引言

在電力系統(tǒng)中，電纜起著不可或缺的作用。對(duì)于需要長時(shí)間工作的電纜而言，當(dāng)電纜中有電流流過時(shí)，電纜會(huì)有一定的溫升。當(dāng)電纜流過的電流小于此工況下的額定載流量時(shí)，電纜的溫升不會(huì)影響絕緣層的絕緣效果，因此電纜可以正常工作;而當(dāng)電纜中流過的電流大于其額定載流量時(shí)，電纜溫升會(huì)加大，會(huì)使絕緣損壞，甚至燃燒，危及工作人員安全，導(dǎo)致設(shè)備損壞，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。

2、中壓電力電力截面選擇

本文以某國外項(xiàng)目中電壓等級(jí)為13.8kV的電纜為例，闡述如何選擇電纜截面以及電纜截面的校驗(yàn)。

某國外項(xiàng)目中有一臺(tái)13.8kV/0.4kV變壓器， 容量為800kVA，變壓器的滿負(fù)荷電流為33.5A，系統(tǒng)短路電流為25kA/1s。

該變壓器的電纜敷設(shè)方式為直埋平鋪無間隙敷設(shè)，埋深為0.8m，土壤熱阻系數(shù)為120℃ cm/W，土壤溫度為40℃，現(xiàn)對(duì)該電纜截面進(jìn)行選擇和校驗(yàn)。

電纜形式：13.8kV交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套鎧裝銅芯單芯電纜。電纜長度為100m，線芯長期允許工作溫度為90℃，短路熱穩(wěn)定允許溫度為250℃。

2.1電纜允許最小截面

根據(jù)IEC-60949 絕熱短路電流計(jì)算公式為：

其中

IAD ： 在絕熱短路電流，

t ： 短路電流持續(xù)時(shí)間，

S ： 載流體的幾何截面積（mm2）

θf ： 最終溫度 （oC ）

θi ： 起始溫度 （oC ）

β ： 在0oC 時(shí)電阻溫度系數(shù)的倒數(shù)（銅為234，鋁為228），

K：基于載流導(dǎo)體材料的常數(shù)，

其中：

σ0 ： 20 oC 時(shí)載流體的比熱（J/K.m3），

ρ20 ：20 oC載流體的電阻率（ .m）

S=174.6mm2

其中Iad為絕熱短路電流，考慮到熱損失系數(shù)ε

對(duì)于交流聚乙烯絕緣電纜，X=0.41（mm2/s）1/2，Y=0.12（mm2/s）1/2]

因此 導(dǎo)體最小允許截面積為εS=178 mm2。

2.2電纜降容系數(shù)

電纜供貨商提供的13.8kV直埋電纜載流量基于的敷設(shè)環(huán)境為：埋深為0.8m，土壤熱阻系數(shù)為120℃ cm/W，土壤溫度為30℃，計(jì)算載流量時(shí)要考慮降容系數(shù)的影響。

電纜降容系數(shù)主要考慮電纜成組敷設(shè)，土壤溫度，土壤熱阻系數(shù)，埋深因素的影響。

根據(jù)電纜供貨商提供的降容系數(shù)表格，電纜成組直埋敷設(shè)降容系數(shù)為0.85，土壤降容系數(shù)為0.85，土壤熱阻系數(shù)的降容系數(shù)為1，土壤埋深的降容系數(shù)為1，因此總的降容系數(shù)為0.85×0.85×1=0.7225。

根據(jù)電纜供貨商提供的直埋敷設(shè)的13.8kV電纜載流量，并考慮1.2倍安全系數(shù)，選擇300 mm2截面電纜，考慮降容系數(shù)后的載流量為307A大于變壓器最大負(fù)荷電流。

3、中壓電力電纜截面校驗(yàn)

3.1根據(jù)電壓降落校驗(yàn)

最大電壓降落要求不大于5%，電壓降落大小為：

其中

Vd ?： 電纜降落百分比，

Vn ?：額定電壓13.8kV，

I：滿負(fù)荷電流 40.2A，

L：電纜長度 0.1km，

n：每相的電纜根數(shù)，

R和X ：電纜電阻0.0991Ω/km和電纜電抗0.1055Ω/km，

cosθ ：功率因數(shù)0.9。

3.2 熱穩(wěn)定校驗(yàn)

由絕熱短路電流計(jì)算公式為：

考慮到熱損失系數(shù)ε，13.8kV 300截面電纜允許的短路電流大小為εIAD =43.5kA大于25kA。

因此，該變壓器可選擇13.8kV 300 mm2電纜，載流量，壓降，熱穩(wěn)定校驗(yàn)均滿足要求。

4、總結(jié)

在電力網(wǎng)絡(luò)中，電纜截面選擇過大時(shí)，電纜敷設(shè)時(shí)會(huì)造成一定的困難，另外會(huì)會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失;電纜截面選擇過小時(shí)，電纜會(huì)過載運(yùn)行，導(dǎo)致過熱絕緣損壞、線損增加，影響電纜、電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成火災(zāi)事故。因此在工程實(shí)踐中要合理布置電纜敷設(shè)方式以及路徑，根據(jù)電纜載流量合理的選擇電纜截面‘并利用電壓降以及熱穩(wěn)定等進(jìn)行校驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]IEC 60502-2，Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages from 1 kV （Um = 1，2 kV） up to 30 kV （Um = 36 kV） 2014

[2]《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版

[3]伍娟，唐志軍，郭艷.低壓配電線路電力電纜截面的選擇與節(jié)能[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（22）：82+84.

[4]夏鋒.淺析電廠電力電纜截面選擇的影響因素[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2016（33）：20-22