35KV及以下导体及电缆的设计选择---总.doc

35KV及以下导体及电缆的设计选择一、 导体设计选择的原则 1、 环境条件 对裸导体、电线、电缆及电器选择的环境条件，可查阅下列规范（1） 选择裸导体和电器的环境温度： 3-110KV高压配电装置设计规范 GB50060-1992 , 规范选编上册第113页，表3.0.2；（2） 选择电缆、电线的环境条件： 电力工程电缆设计规范 GB50217-1994 , 规范选编上册285页，表3.7.5； 注：有关全国主要城市的气象资料可查阅“工业与民用配电设计手册”第808817页，表16-32。有关温度的名词解释和应用说明见第807页，表16-31。 一般要求： 有关内容见复习指导书第3册，第166167页，其中表10-1-2 硬导体的最大允许应力的单位为MPa 这和第182页，表10-3-5 是相同的，仅是单位为 N/cm2。 2、 低压导体的选择： 选择导体截面应满足下列要求：（1） 要满足正常工作和起动时的允许电压降： 有关允许电压降值可查阅“规范选编”第1715页；第1044页；第1823页；第493页和钢铁企业电力设计手册上册第262263页，表5-3和表5-4。（2） 按敷设方式及环境条件确定导体载流量： 各种不同的校正系数见“规范选编”第175177页中有关内容。（3） 导体应满足动稳定与热稳定的要求： 在工程中，在6KV以上的导体按短路电流选择最小截面（mm2），380V系统一般不按动、热稳定选择最小截面。（4） 最小截面应满足机械强度 可查阅“复习指导书”第167页，表10-1.3 或“规范选编”第1007页，表2.2.2。（5） 对不同冷却条件敷设电缆时，当冷却条件最坏段的长度超过5m，要按该段条件选择电缆截面。 3、 中性线（N）、保护线（PE）和保护中性线（PEN）的选择： 参阅复习指导书第3册第168页，10.1.2.610.1.2.12或“规范选编”第1007页，2.2.62.2.12。 4、 电缆型号的含义： 电缆型号标记方式：详见“电力工程电气设计手册（1），第930页”。 - 1 2 3 4 5 6 78 其中：1-用途； 2-绝缘； 3-缆芯材料； 4-内护层； 5-特征，如P为屏蔽； 6-铠装层； 7-外被层； 8-电压。 5、 电缆芯线材质： 应采用铜芯者，见10.2.2.1和10.2.2.2； 宜采用铜芯者，见10.2.2.3 6、 电力电缆的芯数： 见10.2.3.110.2.3.5 7、 电缆的绝缘水平 见10.2.4.110.2.4.4。 8、 电缆绝缘类型： 见10.2.5.110.2.5.8，要注意高温、低温，防火有低毒性要求和关于6KV回路时不能用聚氯乙烯绝缘电缆。 9、 电缆外护层类型： 见10.2.6.110.2.6.8。 10、控制电缆及其金属屏蔽： 见10.2.7.110.2.7.8。 二、 在不同环境温度下的电缆载流量的校正系数 在表10-2-7中（第176页），空气中以40时为1，在土壤中直接埋设时以25为1，其它不同环境温度时的载流量校正系数可以按下式求得： 式中：-缆芯最高工作温度， ； -对应于额定载流量的基准环境温度， -实际环境温度，。 例：求交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆 YJV-1000，1（3X240）mm2 在敷设地点环境温度为50时的载流量，从手册或样本中查得在25空气中敷设的载流量为,线芯允许工作温度为90，即， 所以，在环境温度为50时的校正系数： YJV-1000，1（3X240）mm2 电缆在50时的载流量为： 三、 按短路热稳定选择电缆最小截面 1、 计算电缆最小截面的公式： 复习指导书第177页： 因为 所以 钢铁企业电力设计手册上册第544页： 电力工程电气设计手册（1）第936页和工业与民用配电设计手册第174页： 三本参考书中出现不同的计算单位： 结论：一般计算公式和实际使用热稳定系数C，均为给定数据，如钢铁企业电力设计手册上册第544545页，交联聚乙烯绝缘电缆，铜芯为C=135,铝芯为 C=80，工业与民用配电设计手册第174页：610KV交联聚乙烯绝缘电缆，铜芯为C=137,铝芯为C=77所以，在工程设计中，一般均为直接查表取得 C 值。对公式： 和 是I的单位不同，前者是A，后者是KA；对公式：，是I的单位为A，而S的单位是cm2，也就是根据公式 公式（10-2-4）第177页，求得的 C 是cm2 为单位，化成mm2 时应乘以102 举例说明如下： 求热稳定系数设环境温度，缆芯允许最高温度短路时允许最高温度，负荷电流为0.8短路前缆芯最高工作温度 热稳定系数 有关公式中各符号的说明和采用值见第177178页或电力工程设计手册（1）第936页。注意：C热稳定系数在这里是用求出的数值，而电缆的截面是以为单位，所以在公式中要乘以单位推算公式：所以公式： 求出的电缆截面单位为 求出的电缆截面单位为2.硬导体截面的校验：短路热稳定校验复习指导书第181页，或式中 S导体的载流截面， 短路电流的热效应， C热稳定系数（查表10-3-3）第181页 若为铜导体，在时的热稳定系数为C=171，在不同环境温度时C值可按下式求得：有关公式中各符号的说明和采用值见第182页。例：求铜导体在时热稳定系数C值：即, (表10-3-3) ， 所以 结果与表10-3-4中完全相同,所以在校验铜导体的热稳定时可直接查表得C值四、按短路动稳定校验1、一般要求：短路时产生的机械应力一般按三相短路时冲击电流验算，验算结果应满 足： 式中： 导体材料的最大允许应力，；当计及安全系数（对应于材料破坏应力时取1.7；对应于材料屈服点时取1.4）后，铜为；铝为, 短路时同相导体片间相互作用的机械应力， 短路时导体相间产生的最大机械应力，2、导体短路电动力计算当三相导体位于同一平面时，短路电动力的计算公式： 式中： F短路电动力，N； 短路冲击电流，KA； 与短路类型有关的系数，见表10-3-6（第183页）例：验算10KV高压柜上母线在短路时的最大允许应力：铜母线规格为80x8,即b=8cm，h=0.8cm；高压柜最大宽度为1200mm，即支持点距离为l=120cm；母线相间距离为250mm，即a=25cm;母线短路时的短路冲击电流 (根据短路电流计算)短路类型系数为，为当和t=0.01秒时，在三相短路时中间相导体，（见183页，表10-3-6）。当三相短路时中间相的电动力为：在铜母线每上的最大允许应力为: ，铜导体最大允许应力。3、导体短路时的机械应力计算：单片矩形导体的机械应力：工程中常用的是计算绝缘子之间的允许跨距 式中：a相间距离，cm； 短路冲击电流，KA； w导体截面系数；见电力工程电气设计手册第341页表8-13或钢铁 企业电力设计手册上册第350页，表13-16。 导体的最大允许应力（表10-3-5），铜为,;例：以80x8铜导体，相间距离为250mm，短路冲击电流， 求绝缘子之间的最大跨距： a=25cm， h=8cm， b=0.8cm，w=0.0167最大跨距 =299.73cm最大的高压柜宽度五.交流三相回路电压降计算1. 电压降计算公式 u%=IL(Rcos+sin) 或 u%=IL=ILZ 式中：u%- 三相线路上的电压降； I - 计算工作电流(A); L - 供电线路长度(Km); U- 线路工作电压(V); cos- 功率因数； R- 电缆单位长度电阻(/Km)； X- 电缆单位长度电抗(/Km); Z- 电缆单位长度阻抗(/Km)。 上式中的R和X一般可从手册或样本中查到（钢铁企业电力设计手册下册第852页）。也可以按下述的公式计算得到。2. 电阻计算：按钢铁企业电力设计手册上册1026页或工业与民用配电设计手册419页。1） 电流电阻 ：R=103 /Km式中：L-供电线路长度(Km)S-电缆截面积(mm2)t-温度为toC是的电阻率(mm2/m) 电阻率：铜：cu为0.018mm2/m(20oC时) 铝：AL为0.0295mm2/m(20oC时) 电阻的温度系数： 铜的电阻温度系数： cu=0.00395(1/oC) 铝的电阻温度系数：AL=0.0041(1/oC) 例：求70 oC时铜的电阻率 cu=201+（t70-t20）=0.00181+0.00395(70-20)=0.02155mm2/m 注：求直流电阻的公式也可用钢铁企业电力设计手册上册230页的公式铜：RT=; 铝：RL= 式中：RT-铜母线电阻（温度70 oC时），m;RL-铝母线电阻（温度70 oC时），mL-母线长度(m)2） 交流电组交流电阻，主要是考虑集肤效应系数和邻近效应系数引起的交流电阻系数，根据工业与民用配电设计手册第420页。导线交流电阻：Rj=KjfKifR 式中：Kjf-集肤效应系数。当电缆截面不超过240mm2时，Kjf=1，母线Kjf=1.0051.25（详见工业与民用配电设计手册第421页表9-60） Kif-邻近效应系数，母线的Kif取1.03 有关交流电阻的计算方法，可详见工业与民用配电设计手册第420页的计算方法，在实际使用中可按指导书第3册供配电专业，第178页表10-2-14，K值选择用表查得（K为缆芯导体的交流电阻与直流电阻的比值）。对大截面的电缆的集肤效应系数可查电力工程电气设计手册（1）第937页，表17-11。3） 当母线为水平或垂直排列时，尚需考虑有功功率由一相向另一相转移的因素，故每相母线的有效电阻将按下式计算。（详见钢铁企业电力设计手册上册第1026页） RP1=Ra+3.77X10-2 RP2=Ra RP3=Ra-3.77X10-2 式中：Ra-每相母线平均有效电阻（Km）3. 电抗计算母线或电缆的感抗： X=L=2fL L=Ln (电机工程手册)式中：L-母线或电缆的电感量（H） u0-空气的导磁系数。钢铁企业电力设计手册上册第1388页。u0=4X10-4(H/Km) D-母线相间的几何均距（互几何均距），D=，当各相在同一平面，且间距相等时，D=1.26Dab g-母线相线的几何均距（自几何均距），如矩形母线的宽与厚分别用a和b表示，则g=0.2236(a+b)注：有关各种形状母线截面的几何均距可见钢铁企业电力设计手册上册第1024页附录20-1。所以：当f为50周时 X=L=100L=100Ln =100 Ln =200 LnX10-4 =628 LnX10-4 化成Lg对数，则X=6282.303 LgX10-4=0.145 Lg /Km或m/m4. 三相母线电压降及换位计算三相不对称排列（垂直或水平排列）的母线，各相阻抗值相差较大，特别输送大电流和长距离的母线供电系统中（母线通廊），母线末端三相电压很不平衡。当企业内部610KV系统的不平衡电压超过2%时，应采取三相依次换位的措施，以达到平衡。换位时至少要互换一个循环，即要互换三次。在一般的情况下，当单回路供电线路长度不超过300400m时，可以不进行换位。1） 三相单回路母线电压降计算a） 当三相母线按等边三角形布置时（即Dab=Dbc=Dca） ua=ub=uc=Ra+j628IL 式中：X=628 LnX10-4b） 当三相母线按水平或垂直布置时（即Dab=Dbc=D，Dac=D） ua=(Ra+3.7710-2)I1+j628 (Ln+0.346)I110-4 ub=RaI2+ j628 I2Ln10-4 uc=(Ra-3.7710-2)I3+j628 (Ln+0.346)I310-4在实际工程中，一般用下法进行计算： =IL式中的X值（即三相母线之间感抗）可按下式进行计算：XP1=628(Ln+0.346) 10-4XP2=628Ln10-4XP3=628(Ln+0.346) 10-4 注意：公式中的D为母线相间中心距离 (cm) (详见钢铁企业电力设计手册上册第1027页)。2） 单回路母线的计算实例补充说明（钢铁企业电力设计手册上册第1030页）母线电阻： Ra=(Kf+Kk)R0=(Kf+Kk) 10-3 式中：Kf-集肤效应系数。查第1023页表20-4，在2（17588）项中得Kf=1.103 KK-母线附近钢结构的附加损耗常数。对地面上母线通道：KK= Kg=1.5（见第1026页，公式20-13的说明） -母线温度在70oC时的电阻率。=0.0354mm2/m（铝母线） （见第1026页，公式20-13的说明） L-长度。这里L=1Km=1 S-铝母线截面积(mm2)。 S=4880 mm2 所以：Ra=(1.103+1.5)103=2.610.0072=0.0188 RP1=Ra+0.037=0.0565 （第1026页，公式20-16） RP2=Ra= RP1=0.0188 （第1026页，公式20-17） RP3=Ra-0.037=-0.0189 （第1026页，公式20-18） 母线电抗：XP1=628(Ln+0.346) 10-4 （第1027页，公式20-27） 式中： D-母线互几何均距。D=650mm=65cm g-母线自几何均距。 在手册中说明有错误， “由附录式20-80”应改为“由附录式20-21” ；第1036页中附图20-10和附图20-11的图形应对换。双槽形母线的自几何均距是按矩形母线的形状（附图20-12）求出的，为：g=0.5812b也就是附20-21公式中的gA=0.5812b。 所以：g=0.5812h=0.581217.5=10.2 h-母线高度 h=175mm=17.5cm（这里h和b是相同的） XP1=628(Ln+0.346) 1041=0.138 XP2=628Ln 1041=0.116 XP3= XP1= 0.138 母线电压降：=I(RP1+jXP1)=I=4000=596V =I(RP2+jXP2)=I=4000=470V =I(RP3+jXP3)=I=4000=557V 母线额定相电压：U=10000/=5780V 三相不平衡电压：=2.17%2% 需采取换位措施，经换位后： RP1=RP2=RP3=0.0188 XP1=XP2=XP3=628(Ln+0.231) 10-41 （第1027页，公式20-32） =628(Ln+0.231) 10-41=0.1306 母线电压降：=I(RP1+jXP1)=I=4000=527V六、电缆敷设的设计要求有关电缆敷设的规范有二种：即“电力工程电缆设计规范”(GB50217-1994)和“低压配电设计规范”(GB50055-1993)。二种规范的内容基本相同，但有的表示得详细一些，有的则简单些，但也有内容不同的地方，这一点必须引起重视。现将二种规范的不同之处作重点介绍：注：以下的条文是按复习指导书第3册来表注；A是“电力工程电缆设计规范”的条文；B是“低压配电设计规范”的条文：1、第10.5.1.1条，电缆的路径选择应符合下列规定： 在A5.1.1条中，增加“充油电缆线路通过起伏地形时，使供油装置较合理配置”。2、第10.5.1.2条，有关电缆的弯曲半径可以查阅 B5.6.39条比较详细。3、第10.5.1.3条，电缆在多层电缆桥架敷设，对不同电压、用途在电缆桥架上的排列顺序，在A5.1.3条中，增加：当水平通道中含有35KV以上高压电缆，或为满足引入柜盘的电缆符合允许弯曲半径要求时，宜按“由下而上”的顺序排列。在B5.6.19条中，“在多层支架上敷设电缆时，电力电缆应放在控制电缆的上方”这对电缆的排列作了明确规定。4、第10.5.1.4条，同一层支架上电缆排列方式， 即A5.1.4与B5.6.9条中，内容稍有不同，请注意核对。5、第10.5.1.5条，再A5.1.7条规定明敷设电缆不宜平行敷设于热力管道上部，B5.6.10条无此规定，当净距小于规定值时可以采取隔热措施。6、第10.5.2.2条，同一通路的电缆直埋敷设根数为少于6根，在B5.6.29条中为不宜超过8根。7、第10.5.3.3和10.5.3.4条，直埋电缆的埋置深度可与B5.6.30条核对，如其中的“不宜小于1m”和“不应小于1m”。8、第10.5.3.5条