长距离电缆截面优化选择

少了电缆材料量。
将上述结论应用于本文开始提出的问题中，3
架 4.8 kW 的中杆灯，路线全长 3 km。n=3，L=3 km， S0=35 mm2，S1=50 mm2，S2=35 mm2，S3=16 mm2，C 值 经 查表 C=76.5 kW·m/mm2，则代入式 (2) 和式 (3)：
U1%=3·4.8·3 000/(76.5·35·2)=8.06%；
但是在实际工程应用过程中，通过照明电缆上 的电流从始端至末端是逐渐减小的，在末端电缆上 的电流较之近端的电流小许多。如果整条照明线路 都选用等截面的电缆势必造成材料的浪费和工程成 本的提高，不利于环保节能的要求。
本文探讨了两种不同电缆截面选择的方案，设 计优化了电缆截面随电流减小而逐级递减的方案， 希望能通过这样的方案改善设计，达到精细化的要 求，实现节能环保的目的。
从表 1 可以看出当电缆截面选择以上数值 时，都可以满足压降的要求。而且除了 S1=10 mm2、 S2=6 mm2、S3=2.5 mm2 时电缆量较 S0=6 mm2 的情况下 有所增加外，其它的电缆材料分段逐级减小的方案
都较之用同一截面的方案要少。因此，可以推出电
缆逐级减少是可以满足压降要求并在一定程度上减
· 3
·P 2
)/CS
2+(
· 3
· 3
·P 2
)/CS
3
(3)
5
2
1
即：ΔU
2%=
·n·L·P 18
/CS
1+
·n·L·P 18
/CS
2+
· 18
n·L·P /CS 3。
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电工电气 (2016 No.7)
长距离电缆截面优化选择
设 S1=λ1S2，S2=S0，S3=λ2S2。则：
5
2
1
ΔU
2% =
长距离电缆截面优化选择
电工电气 (2016 No.7)
信息与交流
长距离电缆截面优化选择
李妍
(中冶南方工程技术有限公司自动化设计事务所，湖北 武汉 430223)
0 引言
在许多场合，类似公路隧道、大型料场等区域， 照明电缆的长度往往很长，为了保证照明灯具在供 电过程中符合设备的电压要求，如不得低于额定电 压的 10%，在设计电缆截面时就不能仅仅考虑额定 电流要求，而要从电压损失、温升、机械强度等多 方面综合考虑。往往在设计长距离电缆时，会放大 一级或二级的截面以保证供电要求。
设一共有 n 架中杆灯，每架中杆灯的功率为
P0( 均匀分布 )，总长距离为 L。 方案一：主干线路主要采用同一电缆截面非
分段方式。
设电缆总长度为 L，电缆的截面为 S0，灯具数
量为 n。压降如式 (2) 所示：
Σ ΔU 1%= M/CS =nPL/2CS0
(2)
假设 ΔU 1% 满足压降小于 10% 要求。
S3=Φn-2，λ2=Φn-2/Φn，表 1 列出的是 λ1 和 λ2 的取值。
表1 不同截面电缆节省材料量
电缆截面积/mm2
Φ1=2.5 Φ2=4.0 Φ3=6.0 Φ4=10.0 Φ5=16.0 Φ6=25.0 Φ7=35.0 Φ8=50.0 Φ9=70.0
λ1=Φn+1/Φn
1.7 1.6 1.6 1.4 1.4 1.4
CS CS
其中ΔU % 为照明整条线路的电压损失，%；ΣM=
ΣPL 为线路功率矩的总量，W·km；C 为电压损失计
算系数，kW·m/mm2，与供电系统电压及导线材质相关
的计算系数，对于 220/380 V 三相四线系统，其值查 表可得 C 为 76.5 kW·m/mm2；S 为电缆截面，mm2；L
为线路长度，m。
5
2
1
U
2%
=
·n·L·P 18
/Cλ1S
2+
·n·L·P 18
/CS
2+
·n· 18
5
2
L·P
/Cλ2S
2=
·3·3 18
·n·L·P 18
/Cλ1S
2+
·n·L·P 18
/CS
2+
·n· 18
L·P /Cλ2S 2
(4)
根据电缆截面随着电流的逐级减少而减小，设
λ1 ＞ 1 ＞λ2 ＞ 0，因为截面逐级减小后，仍需要满
足压降不大于 10%，所以ΔU2% ≤ΔU1%，则：
5
2
1
·n·L·P 18
/Cλ1S
2+
·n·L·P 18
1 提出问题
某钢铁厂计划设计大型铁路交运综合站，设计 有长达数公里的铁路、公路，需要沿重要路段设计 3 架中杆灯。它们的位置均在整个综合站配电负荷 中心的西侧，从起点至末端总长共计 3 km，每架中 杆灯的功率是 4.8 kW，中杆灯均匀分布。主干照明 电缆中的电流从负荷中心 ( 始端 ) 至末端 ( 最远端 ) 的中杆灯自带电控箱都是采用链接的方法连接。电 流是逐级减小的。末端的电流只需要供给末端的照 明灯具，因此需要的电流较之始端的要小很多，如 果截面自始至终都采用 35 mm2 截面，在末端小电流 的情况下仍然使用如此大的截面有失合理，而且造 成电缆的巨大浪费。
既然照明用的主干电缆的电流是逐级减小的， 那么主干照明电缆的截面是否也可以设计成分段递
减的呢，前提是在保证最末端照明灯具的压降不大 于 10% 的情况下，将电缆截面设计成分段递减的方 式，是否能节约电缆材料。
2 分析和讨论
依照照明线路电压损失，采用负荷矩电压压降
计算公式：
ΔU %=ΣM =ΣPL
(1)
方案二：主干线路主要采用电缆截面逐级递减
的方式。
假设将总长度 L 分为三段，从始端至末端的电缆
截面大小依次为 S1、S2、S3，则压降如式 (3) 所示：
n L 1 2n 2L 1
nL
ΔU 2% =(
· · ·P 3 32
+
· 3
3Baidu Nhomakorabea
· 2
P )/CS 1+(
·· 33
1 nL1
nL1
·P + 2
· 3
/CS
2+
·n·L·P 18
/
nPL
Cλ2S2 ≤ 2CS2
(5)
即：λ2 ≥
λ1 。 7λ1-5
综上所述，当 λ1 和 λ2 满足式上式即可实现
ΔU2% ≤ 10% 的压降要求。
当电缆截面取不同值时，λ1 和 λ2 取多少可以满
足压降的要求，暂设 S2=Φn，S1=Φn+1，λ1=Φn+1/Φn，
λ2=Φn-2/Φn
0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5
λ＇2 =λ1/(7λ1-5) 压降要求λ2≥λ＇2
0.25
＞0
0.26
＞0
0.26
＞0
0.29
＞0
0.29
＞0
0.29
＞0
单位长度节省的电缆量/(m·g-1) 8.8×[Φn-(Φn-2+Φn+Φn+1)/3]
-1.47 0
2.93 14.67 11.73 14.67