何 琳潘仲明 曲耀君 中石油東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院 吉林 132002

低壓配電系統(tǒng)中按電壓損失校驗(yàn)的電纜最小截面探討

何 琳＊潘仲明 曲耀君 中石油東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院 吉林 132002

介紹低壓配電系統(tǒng)中,遠(yuǎn)距離供電的低壓電纜按常規(guī)電壓損失校驗(yàn)的電纜最小截面的計(jì)算方法,并給出實(shí)例。

低壓配電 低壓電纜 最小截面 計(jì)算

1 問(wèn)題的提出

在化工裝置的電氣工程中,低壓電纜的投資占整個(gè)電氣投資的 28%～35%,而目前在國(guó)內(nèi)電氣設(shè)計(jì)及與國(guó)外合作的電氣設(shè)計(jì)中,選擇長(zhǎng)距離配電線路時(shí)的電纜截面往往偏大,這既加大電纜敷設(shè)難度,又增加工程投資。據(jù)此,筆者就如何合理地選擇長(zhǎng)距離配電線路的電纜截面進(jìn)行探討。

2 新、老規(guī)范的差異

電纜截面的選擇除滿足載流量的要求外,還要滿足規(guī)范允許的電壓損失的要求。老規(guī)范要求電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的端子壓降不大于 5%,電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的端子壓降不得大于 15%。但新版《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50055-93對(duì)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的端子壓降不大于 5%的要求未變,而對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電壓損失的要求放寬,僅要求母線壓降不大于 15%,電動(dòng)機(jī)的端子壓降滿足起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求即可。

3 提高線路允許的電壓損失

我們知道,正確選擇為低壓電動(dòng)機(jī)供電的 10(6) ±2×2.5%/0.4kV配電變壓器的分接頭具有提升低壓母線電壓的作用。由于《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50052-95規(guī)定,電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)端子電壓不得高于 105%,因此可選擇變壓器分接頭在“0”位置,則變壓器空載低壓母線電壓為0.4kV,電壓提升 5%?？紤]到變壓器滿負(fù)荷時(shí)的電壓損失為 3%左右,因此變壓器在低壓母線處的升壓為 2%,故配電線路的允許壓降可為 7%,這比電纜截面按常規(guī)校驗(yàn)電壓損失的 5%有了較大提高。

4 電纜截面校驗(yàn)計(jì)算

4.1 計(jì)算公式

(1)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)線路的電壓損失U:

式中,U為低壓母線標(biāo)稱電壓,kV;cosφ為電機(jī)的功率因數(shù);R為單位長(zhǎng)度的電纜電阻,Ω/km;X為單位長(zhǎng)度的電纜電抗,Ω/km;Ie為電機(jī)的額定電流,A;L為線路敷設(shè)長(zhǎng)度,km。

(2)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的電壓降計(jì)算。

母線電壓相對(duì)值Uqm:

電動(dòng)機(jī)端子電壓相對(duì)值Uq:

式中,Sm為低壓母線短路容量,MVA;Qf為預(yù)接負(fù)荷的無(wú)功功率,kVar;Sq為起動(dòng)回路的額定輸入容量,MVA;SqM為電機(jī)的額定起動(dòng)容量,MVA。

(3)鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)及水泵類 Y型電機(jī)滿足起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求的電動(dòng)機(jī)端子電壓相對(duì)值:

式中,mstM為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對(duì)值,即起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值;mj為電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)械的靜阻轉(zhuǎn)矩相對(duì)值,查《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》表6-14。

上式表示對(duì)于鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)及水泵類 Y型電機(jī),起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)端子電壓不小于 47%即可滿足要求。

4.2 計(jì)算

4.2.1 條件

假設(shè)供電線路長(zhǎng)度 L=280m,功率 Pe分別為45kW和110kW的水泵電動(dòng)機(jī),其功率因數(shù)cosΦ=0.87,起動(dòng)電流倍數(shù) 6.5,電動(dòng)機(jī)供電的變壓器容量 SrT=1MVA,其阻抗電壓相對(duì)值 xT=4.5%,變壓器一次側(cè)短路容量 S″=100MVA。

當(dāng) Pe為 45kW時(shí),則

同理,

當(dāng) Pe為 110kW時(shí),則

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

4.2.2 實(shí)例一

按Δu%≤5%,Uqm≥85%,Uq≥85%計(jì)算電力電纜 YJV-0.6/1kV的最小截面。

(1)Pe=45kW時(shí),按電機(jī)額定電流初選電纜截面 S=25mm2,則 R =0.87Ω/km,X =0.082Ω/km

按式 (1)計(jì)算電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)線路的電壓損失:

按式 (2)計(jì)算母線電壓相對(duì)值:

按式 (3)計(jì)算電動(dòng)機(jī)端子電壓相對(duì)值:

經(jīng)上述計(jì)算可知,選擇截面為 25mm2電纜時(shí),其Δu%及Uq均不滿足要求。選擇更大一級(jí)截面為35mm2、50mm2電纜時(shí),經(jīng)計(jì)算亦不滿足要求,直至電纜截面為 95mm2時(shí),其Δu%=2.6%,Uq=86.5%,均滿足要求。因此,為 45kW電動(dòng)機(jī)供電的電力電纜 YJV-0.6/1kV的最小截面為 95mm2。

(2)Pe=110kW時(shí),按上述步驟選擇電力電纜 YJV-0.6/1kV的最小截面為兩根 150mm2,其Δu%=2.2%,Uq=86.9%。

4.2.3 實(shí)例二

按Δu%≤7%,Uqm≥85%,Uq≥52%計(jì)算電力電纜 YJV-0.6/1kV的最小截面。

(1)Pe=45kW時(shí),按 4.2.2的方法計(jì)算,選擇電力電纜 YJV-0.6/1kV的最小截面為 35mm2,其Δu%=6.3%,Uq=71.9%。

(2)Pe=110kW時(shí),按 4.2.2的方法計(jì)算,選擇電力電纜 YJV-0.6/1kV的最小截面為一根95mm2,其Δu%=6.2%,Uq=72.7%。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,合理地確定校驗(yàn)電纜截面的電壓降,將使長(zhǎng)距離供電線路的低壓電纜截面大大減小,極大地節(jié)省投資,還可為國(guó)家節(jié)省大量有色金屬。

1 工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè) [M]. (第三版).北京;中國(guó)電力出版社,2005.

2 GB 50052-95,供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].

3 GB 50055-95,通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].

2010-06-26)

＊ 何 琳:教授級(jí)高級(jí)工程師。1988年畢業(yè)于吉林工學(xué)院工企電氣自動(dòng)化專業(yè)。一直從事電氣設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話:(0432)63958443。