农田水利泵站的电缆选型设计

李春保 殷宪柱 曹 志

（宿迁市水务勘测设计研究有限公司 宿迁 223800）

1 基本资料

1.1 土壤、水文气象

土壤资料：土壤主要成分为粉质粘土，土壤干容重1.5g/cm3，土壤较干燥，雨量不大，湿度为8%～12%。

1.2 水文气象

众程灌区属暖温带季风气候，四季分明，光照充足，年平均日照数2245h，无霜期在179～235d之间，年平均无霜期216d，年平均气温在14.2℃，极端最低气温-19.4℃，极端最高气温39.2℃，最热月平均气温为35℃。灌区多年平均降雨量906.2mm，年内季节分配极不均匀，春季少雨，夏秋两季雨量集中，7～9月份占全年降水量的60%～70%，秋季天高气爽，日照充足，以干旱为主，冬季干燥少雨。灌区历年平均蒸发量1622.1mm。

2 电机功率计算和变压器的选择

2.1 电机功率的选择

根据三庄灌溉站的进出水池水位以及《泵站设计规范》（GB50265-2010）和《钢铁企业电力设计手册》（下册），电动机的功率P见下式：

式中：

KC—电动机的备用系数，见表1；

P2—水泵工作范围内的最大轴功率；

ηM—机械传动效率，直连取1.0；

Q—水泵工作范围内的最大轴功率对应的流量，m3/s；

H—扬程，m；

ηPUM—效率，%；

γ—水的容重，kg/m3；

102 —换算系数，（1kW=102kg·m/s）

根据流量扬程计算得出选用YE2-280M-6-55kW电动机，满足要求。

2.2 变压器的选择

由于新版泵站设计规范删除了变压器容量计算与校验，但是很多设计人员仍继续使用《泵站设计规范》（GB/T50265-97）附录D进行主变压器容量计算域校验。

D.0.1主变压器容量应按下式计算：

式中：S—变器容量，kVA；

P1—电动机额定功率，kW；

P2—照明等用电总负荷，kW；

η—电动机效率；

cosθ—电动机功率因数；

K2—照明同时系数；

K1—电动机负荷系数，按（D.0.2）式确定：

P1=55kW；P2=6kW；P3=48kW。

根据上式K3=1.0，K1=1.0，参考南京环球电机有限公司的样本，电动机的设计参数如表3。

根据计算出来的视在功率，故选择主变的型号为SC13-80kVA-10/0.4kV，Ud%=4.0，D.yn11，变比为10/0.4kV。

3 电流计算

3.1 电缆选择的依据

根据《通用用电设备配电设计规范》（GB50055-2011）中2.4.5条规定，导线或电缆的选择应符合下列规定：

（1）电动机主回路导线或者电缆的载流量不应小于电动机的额定电流。当电动机经常接近满载工作时，导线或电缆载流量宜有适当的裕量；当电动机为短时工作或断续工作时，其导线或电缆在短时负载下或断续负载下的载流量不应小于电动机的短时工作电流或额定负载持续率下的额定电流。

（2）电动机主回路的导线或电缆应按机械强度和电压损失进行校验。对于向一级负荷配电的末端线路以及少数更换导线很困难的重要末端线路，尚应校验导线或电缆在短路条件下的热稳定。

（3）绕线式电动机转子回路导线或电缆载流量应符合下列规定：①起动后电刷不短接时，其载流量不应小于转子额定电流。当电动机为断续工作时，应采用导线或电缆在断续负载下的载流量。②起动后电刷短接，当机械的启动静阻转矩不超过电动机额定转矩的50%时，不宜小于转子额定电流的35%；当机械的起动静阻转矩超过电动机额定转矩的50%时，不宜小于转子额定电流的50%。

3.2 电动机额定电流

根据《工业与民用供配电设计手册》（第四版）第十二章式12.1-1得电动机额定电流：

式中：IrM—电动机的额定电流，A；

PrM—电动机的额定功率，kW；

UrM—电动机的额定电压，kV；

ηr—电动机的满载时效率；

cosθ—电动机的满载时功率因素。

参考南京环球电机有限公司的样本，电动机的设计参数如表4。

表1 电动机备用系数Kc表

表2 修正系数K3表

表3 电动机参数表

电动机额定电流：

3.3 修正电缆载流量

根据《电力工程电流设计规范》（GB50217-2018）附录D进行修正：①按照表D.0.1进行不同环境温度时的载流量校正；根据气象资料得出，环境温度最高为35°，校正系数为0.92。②按照表D.0.3不同土壤热阻系数时电缆载流量的校正；根据地质资料，土壤较干燥，雨量不大，湿度为8%～12%，查表D.0.3的得出，该工程热阻系数为1.5（k·m/w），校正系数为0.93，查电缆载流量表C.0.1-4，热阻系数基准值为2.0（k·m/w），校正系数为0.87，故综合校正系数为0.87/0.93。③按照表D.0.4土壤中直埋多根并行敷设时电缆载流量的校正；该工程为单根电缆直埋，校正系数为1.0；根据实际工作电流确定电缆载流量为

4 电缆相线选择

根据《电力工程电流设计规范》（GB50217-2018）附录C，表C.0.1-4，查得电缆直径为35mm2。

5 电缆保护线的选择

根据《低压配电设计规范》（GB50054-2011）中3.2.14条规定，保护导体截面积的选择，应符合下列规定：

（1）应能满足电气系统间接接触防护自动切断电源的条件，且能承受预期的故障电流或短路电流。

（2）保护导体的截面积应符合下式的要求，或按表5的规定确定：

表4 电动机参数表

表5 保护导体的最小截面积表（mm2）

式中：S—保护导体的截面积，mm2；

I—通过保护电器的预期故障电流或者短路电流，交流方均根值（A）；

t—保护电器自动切断电流的动作电流（s）；

k—系数，按规范公式（A.0.1）计算或按表A.0.2～表A.0.6确定。

笔者认为规范提出公式和表格可任选其一，建议直接按照表格进行选择，故保护导体选择为16mm2。

6 电缆中性导体的选择

根据《低压配电设计规范》（GB50054-2011）中3.2.7和3.2.8条规定，建议相导体与中性导体选择一样大，故中性导体选择为35mm2。

综上所述，该泵站主回路电缆选用为YJV 4×35+1×16mm2，经现场布置，长度需要10m。

7 短路电流的校验

该泵站电机功率55kW，变压器采用80kVA容量较小，对电网冲击较小，同时该泵站直接接入公共电网，电网的短路容量无穷大。

参照徐州恒通变压器有限公司的样本，查得短路损耗1.38kW，空载损耗为0.295kW，短路阻抗为4%。查《工业与民用供配电设计手册》（第三版）中表4-25查得电缆YJV 4×35+2×16mm2，电阻为2.397mΩ/m，电抗为0.191 mΩ/m。

电缆参数：R1=2.397×10=23.97mΩ

X1=0.191×10=1.91Mω

三相短路电流：

根据《低压配电设计规范》（GB50054-2011）中3.1.2条规定：

三相短路冲击电流为：

电缆选择的考虑短路电流的影响，短路电流有效值为2.437kA ，冲击电流为6.20kA ，以便厂家进行热稳定校验。

8 结语

电缆的选择是机电设备选择中一个重要组成部分，有的设计人员只根据电动机的额定电流进行选择，不考虑敷设条件，有的厂家只按照设计人员提供的电缆型号直接进行选择，没有考虑电缆的热稳定，建议设计人员各个方面都要考虑，以便选择安全可靠经济的电力电缆