大型公建低壓配電電纜截面選擇

劉利萍

重慶市設計院有限公司 重慶 400015

引言

隨著我國經濟、社會的快速發展，各地的城市建設發展也很迅速。建筑工程體量較大、功能復雜，配電系統中單臺變壓器容量較大，對小功率負荷配電電纜截面選擇應引起重視，將直接影響整個工程低壓配電系統的安全性和可靠性。

1 問題提出

在近年的從業過程中發現部分設計對低壓配電電纜截面選擇有一些疏忽，主要集中在小負荷的情況下，電纜截面選擇過小。在當前設計過程中多數都忽略了熱穩定和電壓損失的計算，所選電纜僅滿足載流量的需求；當小負荷回路供電距離較短時，所選電纜不滿足熱穩定要求，當供電距離較長時，不能滿足電壓降的要求，這樣就降低了配電系統的安全性和可靠性。

基于當前建筑設計中低壓配電電纜截面選擇存在的上述問題，結合工程實例分析供同行們探討。

2 低壓配電電纜截面選擇

低壓配電電纜截面的選擇必須滿足用電設備對供電安全性、可靠性和電能質量的要求，盡量節省投資，降低年運行費用。

2.1 在設計選型的過程中，配電電纜選擇應滿足如下條件[1-2]

①應滿足正常負荷長期運行要求。②應能承受故障時的故障電流，尤其是短路電流的短時作用。③滿足電壓降的要求。④滿足機械強度要求。⑤應考慮線路的經濟運行。

2.2 要滿足上述條件，設計時就應按下列要求選擇電纜截面[1-2]

2.2.1 按機械強度條件選擇。為保證線纜在正常生產、運輸、安裝和運行過程中不受機械力的作用而損壞，必須滿足機械強度要求。設計中所選電纜的截面面積均應大于等于機械強度允許的最小截面面積。

2.2.2 按載流量選擇電纜截面。為保證線纜的實際工作溫度不超過正常運行時的最高允許溫度，以防止線纜因過熱而引起絕緣損壞或老化，線纜的載流量不應小于線路的計算電流。通常設計可以根據電纜載流量表進行電纜截面的選擇，當實際運行條件與表中給定的條件不同時，需要做相應的修正。

2.2.2.1 當敷設處的環境溫度不同于載流量表中給出的環境溫度時，載流量應乘以校正系數，計算公式如下：

2.2.2.2 當有多回或多根電纜并列敷設時，電纜的散熱將會受到影響，電纜的實際載流量應乘以《工業與民用配電設計手冊》（第四版）表9.3-2～表9.3-6的校正系數。

2.2.3 按經濟電流密度選擇截面。從線纜選擇的經濟性出發，既要考慮初始投資又要考慮壽命期內線路損耗費用，兩者之和應最小。在設計中可以通過查《工業與民用配電設計手冊》（第四版）表16.4-2進行電纜截面的選擇[3]。

2.2.4 按電壓損失校驗電纜截面。由于線路有阻抗，在負荷電流通過線路時有一定的電壓損失，用電設備端電壓實際值偏離額定值時，其性能將受到影響，影響的程度由電壓偏差的大小和持續時間而定，當電壓偏移超過允許值時將嚴重影響電氣設備的正常運行。

線路的電壓損失計算公式如下：

P－負荷有功功率，kW；

在低壓配電設計中，按電壓損失校驗截面時，應使用電設備端電壓符合電壓偏差允許值。

選擇耐火電纜應注意，因著火時線芯溫度急劇升高導致電壓損失增大，應按著火條件核算電壓損失，以保證重要設備連續運行。

2.2.5 按短路條件校驗電纜截面。低壓配電系統中電纜均為可撓，力效應不明顯，一般不需要進行動穩定校驗；由于低壓配電電纜一般都是成束或橋架敷設，同一敷設路徑線纜較多，散熱較差，應做熱穩定校驗。滿足熱穩定要求電纜的最小截面為：

3 工程實例

計算三相短路電流，把10kV高壓側當作∞容量系統，高壓側系統不計阻抗，短路點的電弧電阻、導線連接點、開關設備和電器的接觸電阻、母線電阻均可忽略不計。

圖1 短路計算示意圖

變壓器T1阻抗：

A點（末端）短路：

變電所配電箱回路 WDZB-YJY-5X16 電纜長 = 30m

r=1.161 mΩ/mx=0.083 mΩ/m

對低壓電纜進行熱穩定校驗，熱穩定系數C=143， ＝0.15s。

故所選電纜不滿足熱穩定要求。

調整為WDZB-YJY-4X25+1x16，r=0.743mΩ/m，x=0.0833mΩ/m，采用上述同樣的方法計算，Smin≥27mm2，仍然不滿要求。調整為WDZB-YJY-4X35+1x16，r=0.5307mΩ/m，x=0.0808mΩ/m，采用上述方法計算，Smin≥35mm2，滿足要求。詳細計算結果見表1。

表1 30m長線路熱穩定校驗計算結果

按式（2）計算電壓損失：

采用上述計算方法，各個規格電纜電壓損失計算結果詳見表2，所選電纜電壓損失均小于1，滿足要求。

表2 30m長線路電壓損失計算結果

根據上述計算結果表明：當線路上負荷電流較小，且供電距離較短時，如果按照載流量選擇電纜截面，則不能滿足熱穩定要求，應進行熱穩定校驗，通過計算熱穩定來選擇配電電纜截面的大小。

按式（2）計算電壓損失，電壓損失計算結果詳見表3。

表3 250m長線路電壓損失計算結果

采用案例一的短路電流計算方法，按照式（3）對低壓電纜進行熱穩定校驗，熱穩定系數C=143， ＝0.15s，線路熱穩定校驗計算結果詳見表4。

表4 250m長線路熱穩定校驗計算結果

根據上述計算結果表明：當線路上負荷電流較小，且供電距離較長時，如果按照載流量選擇電纜截面，則不能滿足用電設備端電壓偏差允許值，應進行電壓損失校驗，通過計算線路電壓損失來確定電纜截面面積。

4 結束語

由于低壓配電線路中負荷電流相對較大，短路電流較小且故障切除時間較短，線纜截面選擇主要考慮能否長期承受正常工作電流，故一般以載流量條件選擇線纜截面，用其他條件進行校驗。在建筑工程中，當負荷電流較大時，一般按載流量選擇的電纜截面均能滿足其他幾個條件的要求；當線路上負荷電流較小且供電距離較短時，則應進行熱穩定校驗，根據熱穩定校驗結果最終確定電纜的截面；當線路上負荷電流較小且供電距離較長時，則應進行電壓損失校驗，通過計算線路電壓損失確定最終確定電纜的截面面積。