电压降与电缆截面积及长度的关系

路恩勇

(滨化集团股份有限公司，山东 滨州 256619)

电压降与电缆截面积及长度的关系

路恩勇

(滨化集团股份有限公司，山东 滨州 256619)

电动机；启动；电压降；允许值

计算了某变电站电缆的电压降，并在设定的截面积下推导出将电压降控制在允许值范围内的电缆最大长度。

电缆通过电流时，因为电缆的电阻和电抗的作用而产生电压降，从而造成电缆首端与尾端的电压不同。电压降的大小与电缆的长度及截面积等参数有关。现以某变电站为例进行计算。

1 基本公式

该变电站的电气参数为：干式变压器容量为2 MV·A，变化比例为10 kV/0.4 kV；变压器的负载率为50%，负载的功率因数为0.8；变压器阻抗电压为6%，高压侧短路容量为100 MV·A；电动机功率315 kW、额定电压0.38 kV、额定电流0.565 kA，启动电流为额定电流的6倍；电缆截面积为555 mm2(3根185 mm2电缆并联)、长度为100 m。

(1)电缆的电抗(电网频率为50 Hz)[1]。

X1=(0.07+5/S)l。

(1)

其中：X1表示电缆的电抗，Ω；S表示电缆的截面积，mm2；l表示电缆的长度，km。

(2)低压母线短路容量[2]。

(2)

其中：Skm表示低压母线短路容量，MV·A；SrT表示变压器额定容量，MV·A；xT表示变压器阻抗电压比，%；Sk表示变压器高压侧短路容量，MV·A。

(3)电动机额定启动容量。

(3)

其中：SstM表示电动机额定启动容量，MV·A；Kst表示启动电流倍数；Urm表示电动机额定电压，kV；Irm表示电动机额定电流，kA。

(4)启动回路的额定输入容量。

(4)

其中：Sst表示启动回路的额定输入容量，MV·A；Um表示母线标称电压，kV。

(5)母线电压相对值。

(5)

其中：ustm表示母线电压相对值；Skm表示低压母线短路容量，MV·A；Qfh表示已接负荷的无功功率，Mvar。

(6)电动机端子电压相对值。

其中：ustM表示电动机端子电压相对值。

(6)

2 母线电压降的计算

2.1 计算电缆的电抗

电网频率为50 Hz,根据式(1)可得：

X1=(0.07+5/S)l=(0.07+5÷555)×0.1=

0.007 9(Ω)。

2.2 计算低压母线短路容量

根据式(2)可得：

2.3 计算电动机额定启动容量

根据式(3)可得：

2.23(MV·A)。

2.4 计算启动回路的额定输入容量

根据式(4)可得：

2.5 计算已接负荷的无功功率

功率因数为0.8，根据三角函数公式即可得已接负荷的无功功率：

2.6 计算母线电压相对值

根据式(5)可得：

2.7 计算电动机端子电压相对值

根据式(6)可得：

92.8%×0.892 4=82.8%。

通过以上计算可知，电动机启动时，母线电压相对值为92.8%，电压降相对值为7.2%，不会对其他用电设备造成较大影响。

电动机端子电压相对值为82.8%，电压降相对值为17.2%，已经超出15%。

3 允许的最大电缆长度计算

根据电动机端子电压相对值的要求，倒推出电缆的最大允许长度。

3.1 计算启动回路的额定输入容量

根据式(5)、式(6)可得：

(100-15)%，

解得：Sst=2.047(MV·A)。

3.2 计算电缆的电抗

根据式(4)可得：

解得：X1=0.005 8(Ω)。

3.3 计算允许的最大电缆长度

根据式(1)可得：

解得：l=0.073(km)=73 m。

4 变压器高压侧短路容量对压降的影响

从式(2)、(5)可见：变压器高压侧短路容量越大，启动压降越小。假定变压器高压侧短路容量为200 MV·A，其他参数不变，重复第2条的计算过程，可解得：ustM=83.5%，比变压器高压侧短路容量为100 MV·A时提高83.5%-82.8%=0.7%，效果不明显。从式5还可见：变压器负载率对启动压降的影响与变压器高压侧短路容量对压降的影响等同。

5 导线截面积对压降的影响

从式(1)、(4)可见：导线截面积越大，启动压降越小。假定导线截面积为1 110 mm2，其他参数不变，重复第2条的计算过程，可解得：ustM=83.2%，比导线截面积为555 mm2时提高83.2%-82.8%=0.4%，效果不明显。

6 结语

电缆长度对电动机启动压降的影响最大；电缆截面积对电动机的运行也有影响，但截面积增大到一定程度后，再增大时的效果就不明显了；电网的其他参数对电动机启动压降也有影响。以上给出了一定条件下电动机启动压降的计算方法。如果条件改变了，只须改变相应参数的数值，就可算出结果。

[1] 陈廷镖，陆乃城，王敏杰.钢铁企业电力设计手册上册[M].北京：冶金工业出版社，1996：262，278.

[2] 任元会，卞铠生，姚家祎.工业与民用配电设计手册[M].3版.北京：中国电力出版社，2005：270.

[编辑：费红丽]

The relationship between voltage drop and cable’s cross-sectional area and length

LUEnyong
(Befar Group Co., Ltd., Binzhou 256619, China)

motor; start-up; voltage drop; allowable value

The voltage drop of cable at a substation was calculated. The maximum length of the cable with set cross-sectional area was derived in order to control the voltage drop in allowable range.

路恩勇(1975—),男，工程师，1998年毕业于山东工业大学电气技术专业，现任滨化集团有限责任公司电器车间副主任，先后获得2005年滨化集团有限责任公司“有突出贡献先进个人”、2009年“滨化集团有限责任公司第七批有突出贡献专业技术人员”称号，撰写的《污水处理三芯变压器的选用》荣获“滨化集团有限责任公司2005年度优秀科研成果奖”。

2016-08-28

TM46

B

1008-133X(2017)04-0004-02