低压配电系统中按电压损失校验的电缆最小截面探讨

何 琳潘仲明 曲耀君 中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院 吉林 132002

低压配电系统中按电压损失校验的电缆最小截面探讨

何 琳＊潘仲明 曲耀君 中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院 吉林 132002

介绍低压配电系统中,远距离供电的低压电缆按常规电压损失校验的电缆最小截面的计算方法,并给出实例。

低压配电 低压电缆 最小截面 计算

1 问题的提出

在化工装置的电气工程中,低压电缆的投资占整个电气投资的 28%～35%,而目前在国内电气设计及与国外合作的电气设计中,选择长距离配电线路时的电缆截面往往偏大,这既加大电缆敷设难度,又增加工程投资。据此,笔者就如何合理地选择长距离配电线路的电缆截面进行探讨。

2 新、老规范的差异

电缆截面的选择除满足载流量的要求外,还要满足规范允许的电压损失的要求。老规范要求电动机正常运行时的端子压降不大于 5%,电动机起动时的端子压降不得大于 15%。但新版《通用用电设备配电设计规范》GB 50055-93对电动机正常运行时的端子压降不大于 5%的要求未变,而对电动机起动时电压损失的要求放宽,仅要求母线压降不大于 15%,电动机的端子压降满足起动转矩的要求即可。

3 提高线路允许的电压损失

我们知道,正确选择为低压电动机供电的 10(6) ±2×2.5%/0.4kV配电变压器的分接头具有提升低压母线电压的作用。由于《供配电系统设计规范》GB 50052-95规定,电动机正常运行时端子电压不得高于 105%,因此可选择变压器分接头在“0”位置,则变压器空载低压母线电压为0.4kV,电压提升 5%。考虑到变压器满负荷时的电压损失为 3%左右,因此变压器在低压母线处的升压为 2%,故配电线路的允许压降可为 7%,这比电缆截面按常规校验电压损失的 5%有了较大提高。

4 电缆截面校验计算

4.1 计算公式

(1)电动机正常运行时线路的电压损失U:

式中,U为低压母线标称电压,kV;cosφ为电机的功率因数;R为单位长度的电缆电阻,Ω/km;X为单位长度的电缆电抗,Ω/km;Ie为电机的额定电流,A;L为线路敷设长度,km。

(2)电动机起动时的电压降计算。

母线电压相对值Uqm:

电动机端子电压相对值Uq:

式中,Sm为低压母线短路容量,MVA;Qf为预接负荷的无功功率,kVar;Sq为起动回路的额定输入容量,MVA;SqM为电机的额定起动容量,MVA。

(3)鼓风机、压缩机及水泵类 Y型电机满足起动转矩要求的电动机端子电压相对值:

式中,mstM为电动机的起动转矩相对值,即起动转矩与额定转矩的比值;mj为电动机传动机械的静阻转矩相对值,查《工业与民用配电设计手册》表6-14。

上式表示对于鼓风机、压缩机及水泵类 Y型电机,起动时电动机端子电压不小于 47%即可满足要求。

4.2 计算

4.2.1 条件

假设供电线路长度 L=280m,功率 Pe分别为45kW和110kW的水泵电动机,其功率因数cosΦ=0.87,起动电流倍数 6.5,电动机供电的变压器容量 SrT=1MVA,其阻抗电压相对值 xT=4.5%,变压器一次侧短路容量 S″=100MVA。

当 Pe为 45kW时,则

同理,

当 Pe为 110kW时,则

Ie=206 A SqM=0.88 MVA Qf=0.54 MVar

4.2.2 实例一

按Δu%≤5%,Uqm≥85%,Uq≥85%计算电力电缆 YJV-0.6/1kV的最小截面。

(1)Pe=45kW时,按电机额定电流初选电缆截面 S=25mm2,则 R =0.87Ω/km,X =0.082Ω/km

按式 (1)计算电动机正常运行时线路的电压损失:

按式 (2)计算母线电压相对值:

按式 (3)计算电动机端子电压相对值:

经上述计算可知,选择截面为 25mm2电缆时,其Δu%及Uq均不满足要求。选择更大一级截面为35mm2、50mm2电缆时,经计算亦不满足要求,直至电缆截面为 95mm2时,其Δu%=2.6%,Uq=86.5%,均满足要求。因此,为 45kW电动机供电的电力电缆 YJV-0.6/1kV的最小截面为 95mm2。

(2)Pe=110kW时,按上述步骤选择电力电缆 YJV-0.6/1kV的最小截面为两根 150mm2,其Δu%=2.2%,Uq=86.9%。

4.2.3 实例二

按Δu%≤7%,Uqm≥85%,Uq≥52%计算电力电缆 YJV-0.6/1kV的最小截面。

(1)Pe=45kW时,按 4.2.2的方法计算,选择电力电缆 YJV-0.6/1kV的最小截面为 35mm2,其Δu%=6.3%,Uq=71.9%。

(2)Pe=110kW时,按 4.2.2的方法计算,选择电力电缆 YJV-0.6/1kV的最小截面为一根95mm2,其Δu%=6.2%,Uq=72.7%。

5 结语

综上所述,合理地确定校验电缆截面的电压降,将使长距离供电线路的低压电缆截面大大减小,极大地节省投资,还可为国家节省大量有色金属。

1 工业与民用配电设计手册 [M]. (第三版).北京;中国电力出版社,2005.

2 GB 50052-95,供配电系统设计规范 [S].

3 GB 50055-95,通用用电设备配电设计规范 [S].

2010-06-26)

＊ 何 琳:教授级高级工程师。1988年毕业于吉林工学院工企电气自动化专业。一直从事电气设计工作。联系电话:(0432)63958443。