导体及电缆的设计选择

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电气专业(供配电)设计人员培训讲义
目 录
第一 章 第二章 第三章 第四章 第五章 负荷计算及无功功率补偿 供配电系统 35~10(6KV)变配电所 短路电流计算 高低压电器的选择及配电线路 的保护 第六章 导体及电缆的设计选择 第七章 防雷与接地
第六章 导体及电缆的设计选择
一、电线、电缆类型的选择; 二、 电缆芯数的选择; 三、电线、电缆截面的选择; 四、电线、电缆敷设设计要求
(1)经济电流密度计算式:
(2)电缆经济电流截面计算式: Sj=Imax/J 式中:J——经济电流密度(A/mm²); Sj——经济电流截面(mm²); B=(1+Yp+Ys)(1+λ1+λ2),可取平均值1.0014; P20———— 20℃时电缆导体电阻率(Ω·mm2/m) 铜芯为18.4×10-9,,铝芯为31×10-9,计算时可分别 取18.4和31。 d20————20℃时电缆导体的电阻温度系数(1/℃)。铜芯 为0.00393,铝芯为0.00403.
• 二、 电缆芯数的选择
1kV及以下电源中性点直接接地时,三相回路的电缆芯数 选择,应符合下列规定: 1 .保护线与受电设备的外露可导电部位连接接地时,应符 合下列规定: 1)保护线与中性线合用同一导体时,应选用四芯电缆。 2)保护线与中性线各自独立时,宜选用五芯电缆;当满 足下列规定时,也可采用四芯电缆与另外的保护线导体 组成。 1kV以上电源直接接地且配置独立分开的中性线和保护地 线构成的系统,采用独立于相芯线和中性线以外的电缆 作保护地线时,同一回路的该两部分电缆敷设方式,应 符合下列规定: a. 在爆炸性气体环境中,应敷设在同一路径的同一结构管、 沟或盒中。
b. 除上述情况外,宜敷设在同一路径的同一构筑物中。 2 .受电设备外露可导电部位的接地与电源系统接地各 自独立时,应选用四芯电缆。 3 .1kV及以下电源中性点直接接地时,单相回路的电 缆芯数的选择,应符合下列规定: • 1 保护线与受电设备的外露可导电部位连接接地时, 应符合下列规定: • 1)保护线与中性线合用同一导体时,应选用两芯 电缆。 • 2)保护线与中性线各自独立时,宜选用三芯电缆。 • 2 受电设备外露可导电部位的接地与电源系统接地 各自独立时,应选用两芯电缆。
• 低压配电导体选择应符合下列规定: 1 电缆、电线可选用铜芯或铝芯,民用建筑宜采 用铜芯电缆或电线;下列场所应选用铜芯电缆或 电线: 1)易燃、易爆场所; 2)重要的公共建筑和居住建筑; 3)特别潮湿场所和对铝有腐蚀的场所; 4)人员聚集较多的场所; 5)重要的资料室、计算机房、重要的库房; 6)移动设备或有剧烈振动的场所; 7)有特殊规定的其他场所。
• 1 .按长期允许载流量选择电缆截面
为了保证电缆的使用寿命,运行中的导体电缆温 度应不超过规定的长期允许工作温度:聚氯乙 烯绝缘电缆为70℃,交联聚乙烯绝缘电缆为 90℃。根据这一原则,在选择电缆截面时,必 须满足下列条件: Imax≤I0K 式中:Imax——通过的最大连续负荷载流量(A); I0 ——指定条件下的长期允许载流量(A),见 附表1; K ——长期允许载流量修正系数,见附表2.
IH――电缆的额定负荷电流(A); IP――电缆实际最大工作电流(A); I――系统电源供给短路电流的周期分量起始有效值(A); Id――电动机供给反馈电流的周期分量起始有效值之和 (A); t――短路持续时间(s); Tb――系统电源非周期分量的衰减时间常数(s); α――20℃时电缆导体的电阻温度系数(1/℃),铜芯为 0.00393、铝芯为0.00403; ρ――20℃时电缆导体的电阻系数(Ωcm2/cm),铜芯为 0.0148x10-4、铝芯为0.031x10-4; η――计入包含电缆导体充填物热容影响的校正系数,对 3~10kV电动机馈电回路,宜取η=0.93,其它情况可按 η=1; K――缆芯导体的交流电阻与直流电阻之比值,可由下表选 取。
• 三、电线、电缆截面的选择
电力电缆截面选择是一个大家十分关心的问题,因 为它是电气设计的主要内容之一。传统的电缆截面 选择方法是按技术体选择,可分为4类:①按允许 发热条件选择,也就是按允许载流量选择;②按经济 电流密度选择;③按允许电压损失校验;④按短路 热稳定校验。 ⑤按机械强度选择导线。主要指架 空线路,电缆不需要。
• 举例:某工厂主变压器容量S为12000KVA, 若以直埋35KV交联电缆供电,试问应选择 多大电缆截面?(土壤温度最高30℃,土 壤热阻系数2.5) • 解:按下列计算电缆线路应通过的电流值
• 查附表1-12得:铜芯交联电缆8.7/10KV 3×95mm²,最大连续负荷载流量为220A, 25℃。由于敷设土壤温度最高为30℃,应 进行温度修正。 • 查附表2-2得修正系数为0.96. I修=220(A) ×0.96=211(A) • 通过土壤温度的修正后该电缆的连续负荷 载流量虽只有211(A),仍能满足电缆线 路198(A)的要求。
• 4.常用的电缆型号及适用的场所 1)KYJVP KYJYP2 KYJYRP 交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯聚乙烯护套 铜带铜丝编织屏蔽控制电缆 敷设在室内、电缆沟、管道 内及地下,电缆具有防干扰能力。 2)JKV JKLV JKY JKLY JKYJ JKLYJ 聚氯乙烯/聚乙烯 交联聚乙烯绝缘架空电缆 用于架空电力传输等场所。 3)JKTRYJ 软铜芯交联聚乙烯绝缘架空电缆 用于变压器引下 线。 4)JKLYJ/Q 交联聚乙烯绝缘轻型架空电缆 用于架空电力传 输等场所。 5)JKLGYJ JKLGYJ/Q 钢芯铝绞线交联聚乙烯绝缘架空电缆 用 于架空电力传输等场所,并能承受相当的拉力。 6)LJ LGJ 铝绞线及钢芯铝绞线 用于架空固定敷设。
(3)10KV及以下电力电缆按经济电流密度选择电缆 截面,宜符合下列要求: ①按照工程条件、电价、电缆成本、贴现率等计算拟 选用的10KV及以下铜芯或铝PVC/XLPE绝缘电力电缆 的经济电流密度值。(详见GB 50217—2007《电力 工程电缆设计规范》附录B《10KV及以下电力电缆 经济电流截面选用方法》)。 ②对备用回路的电缆,如备用的电动机回路等,宜 按正常运行小时数的一半选择电缆截面。对一些 长期不使用的回路,不宜按经济电流密度选择电 缆截面。
• 2 导体的绝缘类型应按敷设方式及环境条件选择,并应 符合下列规定: 1)在一般工程中,在室内正常条件下,可选用聚氯乙烯 绝缘聚氯乙烯护套的电缆或聚氯乙烯绝缘电线;有条件 时,可选用交联聚乙烯绝缘电力电缆和电线; 2) 消防设备供电及控制线路选择,应符合下列规定: a. 火灾自动报警系统保护对象分级为特级的建筑物,其 消防设备供电干线及分支干线,应采用矿物绝缘电缆; b. 火灾自动报警保护对象分级为一级的建筑物,其消防 设备供电干线及分支干线,宜采用矿物绝缘电缆;当线 路的敷设保护措施符合防火要求时,可采用有机绝缘耐 火类电缆; c. 火灾自动报警保护对象分级为二级的建筑物,其消防 设备供电干线及分支干线,应采用有机绝缘耐火类电缆;
2 )对火电厂3~10kV厂用电动机馈线回路,当机组容 量大于100MW时,Q的表达式见下表。
• 3). 除火电厂3~10kV厂用电动机馈线外的情况: Q=I2*t 式中S――电缆导体截面(mm2); J――热功当量系数,取1.0; q――电缆导体的单位体积热容量(J/cm3· ℃),铝芯 取2.48,铜芯取3.4; θm――短路作用时间内电缆导体允许最高温度(℃); θP――短路发生前的电缆导体最高工作温度(℃); θH――电缆额定负荷的电缆导体允许最高工作温度 (℃); θm――电缆所处的环境温度最高值(℃);
• d. 消防设备的分支线路和控制线路,宜选 用与消防供电干线或分支干线耐火等级降 一类的电线或电缆。 3)对一类高层建筑以及重要的公共场所等防 火要求高的建筑物,应采用阻燃低烟无卤 交联聚乙烯绝缘电力电缆、电线或无烟无 卤电力电缆、电线。 3 绝缘导体应符合工作电压的要求,室内敷 设塑料绝缘电线不应低于0.45/0.75kV,电 力电缆不应低于0.6/lkV;
• 2.按经济电流密度选择电缆截面
国际电工委员会标准IEC287-3-2/1995提出了电缆尺寸即 导体截面经济最佳化的观点:电缆导体截面的选择,不 仅要考虑电缆线路的初始成本,而且要同时考虑电缆在 寿命期间的电能损耗成本。因此要从经济电流密度来选 择电缆截面。按载流量选择线芯截面时,只计算初始投 资;按经济电流选择线芯截面时,除计算初始投资外, 还要考虑经济寿命期内导体损耗费用,二者之和应最小。 当减小线芯截面时,初始投资减少,但线路损耗费用增 加;反之,增加线芯截面时,线路损耗减少,但初始投 资增加。某一截面区间内,二者之和总费用最少,就是 我们追求的目标——经济选型。
7)ZR-X 阻燃电缆 敷设在对阻燃有要求的场所,GZR电缆敷 设在阻燃要求特别高的场所。 8)WDZR-X 低烟无卤阻燃电缆 敷设在对低烟无卤和阻燃有 要求的场所,GWDZR电缆敷设在要求低烟无卤阻燃性能特 别高的场所。 9) NH-X 耐火电缆 敷设在对耐火有要求的室内 、隧道及管 道中,GNH电缆除耐火外要求高阻燃的场所。 10) WDNH-X 低烟无卤耐火电缆 敷设在有低烟无卤耐火要 求的室内、隧道及管道中,GWDNH电缆除低烟无卤耐火 特性要求外, 对阻燃性能有更高要求的场所。 11) FS-X 防水电缆 敷设在地下水位常年较高, 对防水有较 高要求的地区。 12) H-X 耐寒电缆 敷设在环境温度常年较低,对抗低温有较 高要求的地区。
式中:P——负载的电功率(KW);
L——送电线路距离(m); C——根据导体材料及送电电压确定的线路功率系数 (见下表) ε——允许的相对电压降(%) 线路功率系数C值
• 举例:有一条380V三相四线制线路,总长 2500m,终端负载功率为6KW,线路末端允 许电压降为4%,使用铜芯电缆,求电缆截 面。 • 解:已知L=2500m P=6KW ε=4,表中查得 C=76.5 • 代入上式:S=6X2500/76.5X4=49.02mm2
பைடு நூலகம் 一、 电线、电缆类型的选择
相关规范规定建筑中,电线电缆的基本功能是为 电气负荷输送电力。在输送电力的过程中重点需 考虑的问题有:①减少线路损耗,保证供配电系统正 常运行;②防止电气火灾;③火灾发生时,应有利于 人员的疏散;④发生突发事件,尤其是发生火灾时, 应确保防灾设备、消防设备的正常运行。这些问 题中,①是属于配电正常运行的问题;②~④则是属 于安全问题,它们对于中、低压配电系统均适用。
③当电缆经济截面比按热稳定、容许电压降或持续 载流量要求的截面小时,则应按热稳定、容许电压 降或持续截流量较大要求的截面选择。当电缆经济 截面介于电缆标称截面档次之间,可视其接近程度、 选择较近一档截面,且宜偏小选取。 (4)上述计算式及要求虽然精确但比较繁杂。为方 便起见,推荐下列简化的经济电流密度计算方法: 首先应知道电缆线路中年最大负荷利用时间,然后 从下表中查得我国目前规定的电缆导体材料的经济 电流密度,再按下式计算电缆截面。
• 该线路电缆主线芯应选50mm²,三相四线制 电缆型号规格应选择VV 0.6/1KV 3×50+1×25电力电缆。
• 4. 按短路热稳定条件计算电缆导体允许最 小截面的方法
1.电缆导体允许最小截面,由下列公式确定:
2. 除电动机馈线回路外,均可取θP=θH。 3. Q值确定方式,应符合下列规定: 1 )对火电厂3~10kV厂用电动机馈线回路,当机组容 量为100MW及以下时:
Sj= Imax/J
式中:Imax——最大负荷电流(A); J——经济电流密度(A/mm²)。 根据计算所得的经济电流截面,通常选择不小于这 个计算值并靠近这个值的电缆标称截面。 我国规定的电缆经济电流密度
3 .根据电网允许电压降选择电缆截面
当电流通过电线电缆时,由于线路中存在阻抗,必 然产生电压降(电压损失),线路越长,截面越小, 电压损失越大。一般规定:照明线路中允许相对电 压降不应超过2.5~5%,户内动力线路不应超过4~6% 允许值,输配电线路不应超过7%。如果线路电压降 超过允许值,供电品质将无法达到设计要求。应适 当增大电缆截面,使之达到要求。 在低压线路中,当给定了负载的电功率P,送电距离 L,所允许的相对电压降为ε时,则电缆截面按下式 计算:
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