电力电缆的截面,一般是按长期允许载流量选择电缆截面;然后,对3kV以下的低压电缆校验其电压降,对3kV及以上的电缆校验其短路时的热稳定度。对于较长的高压电缆供电线路,应按经济电流密度选择电缆截面。
3.3.3.1 按长期允许载流量确定截面
为了保证电缆的使用寿命,运行中的电缆导体温度不应超过其规定的长期允许工作温度。根据这一原则,在选择电缆截面时,必须满足下列条件
式中 Imax——通过电缆的最大持续负荷电流;
I0——指定条件下的长期允许载流量,参见表3-3-2-3~表3-3-2-8;
K——电缆长期允许载流量的总修正系数。在不同的敷设环境与条件下,总修正系数K可以是下列不同的组成:
(1)空气中并列敷设时:K=K1K2
(2)空气中单根穿管敷设时:K=K1K3
(3)单根直埋敷设时:K=K1K4
(4)并列直埋敷设时:K=K1K4K5
上述各式中 K1——温度修正系数,见表3-3-2-9;
K2——空气中并列修正系数,见表3-3-2-12;
K3——空气中穿管修正系数,见表3-3-3-1;
K4——土壤热阻系数不同时的修正系数,见表3-3-2-10;
K5——直埋并列修正系数,见表3-3-2-11。
【例3-5】 一台1600kVA变压器,用型号为YJLV22—8.7/10kV三芯电缆直埋敷设供电,土壤热阻系数为200℃·cm/W,土壤最高温度为35℃,试求该电缆的最小截面积。
表3-3-3 -1 10kV及以下电缆穿管敷设载流量修正系数
解:(1)先求出电缆的长期载流量I,即
查表3-3-2-5可知3×35mm2和3×50mm2的长期允许载流量分别为115A和155A,则这台变压器选择的电缆截面应不小于3×50mm2。
上例说明长期允许载流量修正计算的必要性。若不经过修正计算,只根据变压器容量计算长期载流量,则可能选用3×35mm2截面积的电缆,造成电缆长期过负荷,过早破坏与老化。
3.3.3.2 按短路时热稳定选择电缆截面
对于电压为0.6/1kV及以下的电缆,当采用自动开关或熔断器作网络的保护时,一般电缆均可满足短路热稳定性的要求,不必再进行核算。而对于3.6/6kV及以上电压等级的电缆,应按下列公式校核其短路热稳定性
式中 Smin——短路热稳定要求的最小截面积,mm2;
I∞——稳态短路电流,A;
t——短路电流的作用时间,s;
C——热稳定系数,见表3-3-3-2。对自容式充油电缆和固体绝缘电缆导电芯截面选择,应满足下列式要求:
除3~6kV电动机馈线回路外,均可按Tp=THTt确定。Tt的计算公式如下
上列各式中 J——热功当量系数,取1.0;
q——缆芯导体的单位体积热容量,J/(cm3·℃),铜芯为3.4,铝芯为2.48;
q0——绝缘油的单位体积热容量,J/(cm3·C);
Tt——短路切除时间为t时,缆芯达到的温度,℃;
Tp——短路发生前的缆芯最高工作温度,℃;
TH——缆芯额定负荷的最高允许工作温度,℃;
T0——电缆所处的环境温度最高值,℃;(www.daowen.com)
IH——电缆的额定负荷电流,A;
Ip——电缆的实际最大工作电流,A;
t——短路切除时间,s;
S0——自容式充油电缆导体内绝缘油的截面,cm2;
α——20℃时导电材料的电阻温度系数,1/℃,铜芯为0.00393,铝芯为0.00403;
ρ20——20℃时缆芯的电阻系数,Ω·cm2/cm,铜芯为0.0184×10-4,铝芯为0.031×10-4;
K——20℃时缆芯的交流电阻与直流电阻之比,数据见表3-3-3-3;
Tm——短路作用时间5s内的电缆最高允许温度,℃;
η——计入绝缘吸热因素的校正系数,η=1。
表3-3-3-2 热稳定系数C值表
表3-3-3-3 不同规格电缆的K值
3.3.3.3 按连接回路电压降选择电缆截面
式中 S——电缆截面积,mm2;
Ue——电缆线路的额定电压,V;
I——负荷电流,A;
ΔU——电缆线路的允许电压降,%;
L——线路长度,km;
ρ1——导线电阻率,Ω·cm2/km。各种用电设备的允许电压降如下:
高压电动机≤5%;
低压电动机≤5%,≤10%(个别特别远的电动机),≤15%~30%(起动时端电压降);
电焊机回路≤10%;
起重机回路≤15%(交流),≤20%(直流)。注:ρ2为电阻率,Ω·mm2/m。
铜芯电缆:ρ铜=0.0206Ω·mm2/m,(50℃);
铝芯电缆:ρ铝=0.035Ω·mm2/m,(50℃)。
3.3.3.4 根据经济电流密度选择电缆截面
根据长期允许载流量选择电缆截面,只考虑了电缆的长期允许温度,若绝缘结构具有高的耐热等级,载流量就可以很高。由于功率损耗与电流的平方成正比,因此有时要从经济电流密度来选择电缆截面。
根据经济电流密度选择电缆截面时,首先应知道电缆线路中年最大负荷利用时间,从表中查得所选导电线芯材料的经济电流密度,然后再按下式计算导线截面
式中 Imax——最大负荷电流,A;
jn——经济电流密度,A/mm2。
根据计算所得的导线截面值,通常选择不小于这个值、并最靠近这个值的标准电缆截面。
经济电流密度参见表3-3-3-4。
表3-3-3-4 经济电流密度 单位:A/mm2
根据我国实际情况,选择电缆截面的大小时,应首先考虑长期允许载流量;其次进行热稳定的校核;最后考虑经济电流密度和网络允许电压降。
理论上,无论根据哪种方法选择的电缆截面,都应该用其他方法去校核,亦即应根据各种方法分别求出最小截面积,然后从中选择最大值为最终选定值。
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