低压合金电缆选型专题报告.doc

低压合金电缆选型专题报告福建永福工程顾问有限公司发证机关：中华人民共和国建设部证书等级：甲级 证书编号：130903sj二九年十月福州批 准：审 核：校 核：编 制：目录1. 电缆的应用概况11.1 铜芯电缆11.2 铝芯电缆11.3 合金电缆22. 电缆的性能比较22.1 铜芯电缆与铝芯电缆的性能比较22.1.1 电阻率、载流量22.1.2 密度、价格22.1.3 强度、抗疲劳度、施工难度32.1.4 稳定性、耐腐蚀性32.1.5 综合比较32.2 铝芯电缆与合金电缆的性能比较32.2.1 铝芯电缆的缺点32.2.2 合金电缆的改进42.3 合金电缆与铜芯电缆的性能比较62.3.1 导电能力62.3.2 力学性能92.3.3 连接性能102.3.4 抗腐蚀性能102.3.5 环保特性123 电缆的选型123.1 导体持续允许电流123.2 短路热稳定计算143.3 允许电压降153.3.1 电压降的定义153.3.2 用电设备允许的电压降163.3.3 电缆的电压降164. 电缆的经济性分析174.1 电缆主材价格174.2 电缆的安装费用174.3 其它185. 全寿命周期成本分析185.1 全寿命周期成本的含义及意义185.2 电缆工程LCC的估算模型195.2.1 LCC计算方法的选择195.2.2 简化的电缆工程LCC估算模型205.3 基于LCC理念的电缆选型205.3.1 计算条件和方法205.3.2 两个方案的LCC计算215.3.3 两个方案的比较和评估266. 结束语261. 电缆的应用概况随着经济的发展和工业化的推进，电力电缆被大量采用，正成为输送电能的主要方式。电力电缆的广泛应用，既提高了供电的可靠性又美化了市容，满足了社会发展的需要。特别在高等院校、繁华商业区、商品住宅区、新技术开发区等区域内的10kV以下输电网，几乎不再采用架空输电，而采用电力电缆输电。由于电力电缆的种类繁多，且价格较昂贵，正确和经济地选择电力电缆型号和截面，成为输送电网电缆设计的关键。按导体进行分类，目前常见的电缆可分为铜芯电缆、铝芯电缆与合金电缆。1.1 铜芯电缆由于铜在电力传输方面所具有的优良性能，被大量地用作绝缘和非绝缘的电缆，传输高、中、低压电，并作为其他材料导电性能的衡量标准。铜具有优越的柔韧性、抗腐蚀性、延展性和再生性等多种性能，使它成为优先选择的最安全的导线。据中国电气工业协会统计，2006年中国电线电缆业铜导体用量已达到354万吨，占了将近60%的铜消费量。巨大的铜消费量，相对较缺的铜矿资源储藏量，以及高昂的价格，对铜芯电缆的用量产生了一定的抑制。1.2 铝芯电缆100多年来，铝导体材料已被电力部门用于电力传输和配送。铝已经替代铜导体的许多应用，并且铝也是标准的电气导体材料。这种导体的设计已经为电力传输和配送应用提供了极好的强度和传导率。由于铝极好的物理和电气性能，在不同的电气应用中，选择铝导体是明智的，铝的重量很轻大约是铜重量的三分之一，是极好的热导体和光热反射体，抗腐蚀能力极强，坚固且柔韧，并可以通过合金方式或热处理使其更加坚固柔韧。铝还是非磁性材料，在电缆的管道和铠装层应用上优点突出，并且易于回收。国家标准GB50217-2007“电力工程电缆设计规范”第3部分“电缆型式与截面选择”对铝芯电缆的使用有详细的规定。1.3 合金电缆20世纪60年代末，一种新型合金电缆产品得到开发，通过合金材料中添加的铜 （Cu）、锰（Mn）、镁（Mg）、钛（Ti）、铬（Cr）、锌（Zn）、铁（Fe）和硅（Si）等多种元素，经特殊的合成和退火等先进工艺，弥补了纯铝电缆的不足，改善了纯铝电缆的物理性能和工艺性能，提高了电缆的导电能力和抗腐蚀、抗蠕变能力，保证电缆即使在长时间过载和过热时的连接稳定性。因其良好的性能，从19世纪60年代末开始在北美得到了广泛的推广和使用，2007年进入中国后在北京、天津、吉林、广东、四川等地得到广泛应用。2. 电缆的性能比较2.1 铜芯电缆与铝芯电缆的性能比较2.1.1 电阻率、载流量铝的电阻率约为铜的1.68倍，由于电阻率低，同截面的铜芯电缆要比铝芯电缆允许的载流量（能够通过的最大电流）高30%左右。由于铜芯电缆的电阻率低，在同截面流过相同电流的情况下，铜芯电缆的电压降小。2.1.2 密度、价格铜的密度约为8.9t/m3，铝的密度约为2.7t/m3，即在单位面积重量下，铜的重量约为铝的3.3倍。2009年10月份，铜的价格约为5万元/吨，铝的价格约为1.5万元/吨。2.1.3 强度、抗疲劳度、施工难度常温下的允许应力，铜可达到2015.6kgf/mm2，铝为15.6kgf/mm2。拉伸的强度极限，铜可达到45kgf/mm2，铝为42kgf/mm2。铜比铝分别高出728%。铝材反复折弯易断裂，铜则不易。弹性指标方面，铜也比铝高约1.7 1.8倍。由于铜芯柔性好，允许的弯度半径小，所以拐弯方便，穿管容易；由于铜芯抗疲劳、反复折弯不易断裂，所以接线方便；又由于铜芯的机械强度高，能承受较大的机械拉力，给施工敷设带来很大便利，也为机械化施工创造了条件。2.1.4 稳定性、耐腐蚀性铜芯抗氧化，耐腐蚀，而铝芯容易受氧化和腐蚀。铜芯电缆的连接头性能稳定，不会由于氧化而发生事故。铝芯电缆的接头不稳定时常会由于氧化使接触电阻增大，发热而发生事故。因此，事故率比铜芯电缆大得多。2.1.5 综合比较铜芯电缆与铝芯电缆相比性能优越，但是铝芯电缆在重量与经济性上具有较大的优势。2.2 铝芯电缆与合金电缆的性能比较2.2.1 铝芯电缆的缺点由于铝芯电缆的一些固有缺点，使得铝芯电缆事故频发，使铝芯电缆在人们的印象中成为安全性能较低的电缆。2.2.1.1 抗蠕变性能差，由通电断电引起的热胀冷缩在连接处会造成蠕变，长时间之后会松弛，相对的螺栓的压紧力变小，接触电阻增大，发热，最后引发事故。2.2.1.2 端子与设备或母排连接的螺栓材质参差不齐，甚至是铁制螺栓，金属材料的膨胀系数不同，而且在安装时不加装弹垫，发热冷却后空气进入形成氧化膜，接触电阻增大，也是隐患。纯铝电缆所用端子未经特殊处理，与铜排的连接处可能会产生电化学腐蚀。2.2.1.3 以前纯铝电缆所用绝缘为PVC塑料，发生火灾时会产生大量的有毒气体，这也火灾中致命的主要杀手。2.2.1.4 铝与铝导体连接面的接触电阻大。且接触面容易氧化。2.2.2 合金电缆的改进传统的铝芯电缆采用的材质为纯铝，合金电缆针对以前纯铝电缆本身固有的缺点，加入了合金成分对其进行了改性，使合金的多种性能大幅提高。2.2.2.1 合金材料的分类目前的铝合金材料分类如下：1xxx 纯铝 (99. 00%含量或更高)2xxx 铝-铜合金 宇宙飞船3xxx - 铝-锰合金 可乐罐体4xxx - 铝-硅合金 焊接5xxx - 铝-镁合金 人字梯/薄板6xxx - 铝-锰-硅合金 机翼/架空线/车架7xxx - 铝-锌合金 A380/保险杠8xxx - 铝和其他元素合金 建筑用9xxx - 未定义合金电缆采用的铝合金型号为8030合金。2.2.2.2 合金元素不同合金导体与纯铝电缆相比，大幅增加了铜、铁、镁元素。众所周知，在铝中加入其它多种合金元素后，导电性能会下降，而通过工艺控制，可以使导电率回复到纯铝的水平。增加其它元素的具体效用如下：铜：增加合金在高温时候的电阻稳定性。铁：增加了抗蠕变性能。镁：在同样的界面压力下，能够提高接触电。提高导体的抗拉强度。2.2.2.3 电缆的抗蠕变性提高与纯铝电缆相比，抗蠕变性与压紧性提高了300%，避免了由于冷流或蠕变引起的松弛问题。2.2.2.4 电缆的抗拉强度高根据电缆使用手册可知，普通铝芯电缆允许的牵引强度为40MPa，合金电缆的牵引强度为53MPa。2.2.2.5 紧压系数高普通铝芯电缆的压缩系数一般没有或者很小，因为铝受外力挤压变形，导电性能会下降（这也是金属电阻应变式传感器的制造原理），成缆之后的外径大，需要很大的空间或桥架来放置电缆，无形中增加了投资。合金导体采用紧凑型挤压成缆，压紧系数为90.5%，但通过严格的工艺控制，导电率仍能回到61.8%，总的电缆外径小，占用空间或桥架少，而某些型号的合金电缆甚至不需要桥架，可沿墙明敷。2.2.2.6 特殊的工艺加工过程使得合金电缆比纯铝电缆具有更高的屈服强度；延伸率提高了30%；回弹量小，无记忆效应。2.2.2.7 铠装材料不同较常见的普通铝缆有YJLV，YJLV22两种，YJLV22为钢带铠装，磁性材料，碰撞时会产生火花。合金电缆某产品，铠装层是5000系列合金，强度高，耐腐蚀性强，非磁性材料，碰撞时不会产生火花，在接近易燃易爆物品时时安全可靠的。自锁式结构能在更小的空间内弯曲。2.2.2.8 安装方便合金电缆由于独特的合金配方、加工工艺及自锁式铠装结构，柔韧性能大幅提高，一般的铝缆的弯曲半径为1020倍外径，而合金电缆的弯曲半径仅为7倍外径，更便于建筑内使用。合金电缆安装时的最小允许弯曲半径2.3 合金电缆与铜芯电缆的性能比较2.3.1 导电能力首先可以肯定的说，铝和铜一样在导电方面是性价比高的金属，在北美地区的电力传输链中，高压架空线电力传输电缆100%为铝导体，中压传输电缆99%采用铝导体。由于导体的电导率与导体截面积成反比，在相同载流量下，相同尺寸的合金电缆的重量仅为铜电缆的一半，如果按铜的电导率是100%计算，铝合金的电导率约为61.2%，铝合金的比重为2.7t/m3，铜的比重为8.9t/m3。则（8.9/2.7）（0.612/1）=2，即2kg铜的电阻1kg铝合金的电阻相当，因此合金电缆的截面积是铜电缆的1.5倍时，其电气性能相同，又由于合金电缆采用特殊的紧压工艺，经过逐层紧压后，导体的填充系数达到95%以上，而铜电缆经过一次紧压成型，填充系数一般仅能达到80%，所以其外径仅比铜电缆大118mm，由此可知合金电缆在略增大外径的前提下电导率已经完全达到铜电缆的导电能力，具体比较结果如下表所示。合金电缆与铜缆的重量比较合金电缆（kg/km）铜缆（kg/km）电缆规格重量重量扇形缆型号4256861076YJV22-4164358541519YJV22-42545011511957YJV22-43547015032759YJV22-450412023323678YJV22-470415028414832YJV22-495418534365906YJV22-4120424042917186YJV22-4150430052178807YJV22-41854400680011268YJV22-4240在相同的电气性能条件下，合金电缆的重量是铜电缆的46%63%铜缆/合金电缆三芯的电气性能比较铜缆线芯截面mm290铜芯铠装电缆载流量/A，托盘、梯架敷设三相380V线路电压损失(%/A*km) cos=0.9 90合金电缆线芯截面mm290合金电缆载流量/A，有孔托盘、梯架敷设三相380V线路电压损失(%/A*km) cos=0.9 9010710.90916730.91416940.57425970.595251250.373351190.429351530.271501490.304501850.194701850.222952240.168702340.1431202630.135952830.1091503030.1111203270.0901853460.0931503710.0752404070.0751854250.0643004690.0632404960.0534005580.052合金电缆和铜、铝电缆性能对照表型号YJV 4150YJLV 4240合金电缆 4240材质CuAlAl、Mn、Cu、Mg、Ti、Cr、Zn、Fe、Si电缆直径47.2mm59.87mm59.1mm设计使用年限=30年交联聚乙烯=30年交联聚乙烯=40年 交联聚乙烯给客户提供的是产品（电缆）产品（电缆）系统标准的解决方案：电缆+专用端子+专用安装工具+工程师的现场安装指导铠装非自锁型铠装非自锁型铠装高柔韧性自锁铠装减少施工难度、降低人力成本弯曲半径=15d=15d=7d抗疲劳强度优差比铜电缆高25%优于铜电缆柔软性能优差比铜电缆高25%优于铜电缆相同载流量的对比371A405A407A相同等级普通普通低烟无卤、阻燃A类电缆总重量6605(kg/km)4290(kg/km)3545(kg/km)经济性能需要加装外铠、桥架、穿管更多的安装时间，更多的安装人力等需要加装外铠、桥架、穿管重量轻、高效安装、无需外铠、无需桥架、节约时间、节约人力电压降0.290.290.29相同抗拉强度优差优防腐性能优差优反弹性能高高比铜电缆低40%优于铜电缆2.3.2 力学性能2.3.2.1 更强的柔韧性能合金电缆具备比传统铜电缆更强的柔韧性能，安装时需要的拉力比铜电缆小很多，以3240mm2铜电缆和3400mm2合金电缆相同的安装比较安装拉力，如下图表所示。电缆安装图电缆安装时的安装拉力铜电缆/N合金电缆/N铜电缆/N合金电缆/NAB11166FE13380AC14284FD16998AD814475FC845490AE1031600FB1067622AF1165860FA12016982.3.2.2 超强的弯曲性能合金电缆安装时的电缆最小弯曲半径大于7倍电缆外径即可，远远优于GB 12706的表3“电缆安装时的最小弯曲半径” 中的规定。电缆安装时的最小弯曲半径项目单芯电缆三芯电缆无铠装有铠装无铠装有铠装安装时的电缆最小弯曲半径20D15D15D12D靠近连接盒和终端电缆的最小弯曲半径（但弯曲要小心控制，如采用成型导板）15D12D12D10D2.3.2.3 优异的抗反弹性能合金电缆的反弹性能比铜电缆少40%，在室温条件下将铜电缆与合金电缆弯曲90度，应力释放后，电缆的平均反弹角度如图所示：2.3.3 连接性能铝合金导体的合金成分大大改进了其连接性能，这是它被批准为铝导体材料（ACM）的根本原因。尤其是当导体退火时添加的铁产生了高强度抗蠕变性能，即使在长时间过热时，也能保证连接稳定性。当采用CSA认可的90摄氏度级机械连接器 (标志为AL9CU或AL90CU) 时，在佐治亚电力公司（Georgia Power） 提供的试验设施进行连接器试验结果表明,其性能与用同样方式连接的铜导体性能相同，因为如此，目前市场上最大的生产商力拓加铝的合金电缆在问世以来的几十年应用中从未发生过任何故障。2.3.4 抗腐蚀性能腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀，从单纯的金属特性看，铝的抗腐蚀性能优于铜。2.3.4.1 材质抗腐蚀能力比较国外曾经做过著名的古巴试验，比较铜电缆和合金电缆在相同环境下的金属流失情况，可以看到在很多相同的外界条件下，合金电缆的流失速度远远小于铜电缆， 多数情况下只是铜电缆流失速度的1/10甚至1/100。古巴试验金属流失 （单位g/m2）铜农村地区沿海地区城市工业区时间/月户外遮阳棚通风的室内封闭的空间户外遮阳棚通风的室内户外遮阳棚627.49.83.50.25.344.519.823.96.81219.411.51.90.234.654.147.219.88.51814.38.61.92.030.372.433.115.07.5铝合金农村地区沿海地区城市工业区时间/月户外遮阳棚通风的室内封闭的空间户外遮阳棚通风的室内户外遮阳棚60.31.10.20.44.34.82.20.71.1120.31.20.30.33.24.01.60.31.7180.20.80.20.32.23.61.40.41.8首先，铝在空气中会很快的生成一层厚度约为210-4mm的致密氧化膜，防止内部的金属被进一步腐蚀。而铜不能生成氧化膜，所以污染物会停留在表面，进一步向里腐蚀，腐蚀一段时间后，雨水冲刷，将氧化物都冲走，新的污染物又积聚，重新腐蚀新的金属，而铜没有氧化膜保护，导致铜的氧化很快，金属流失多； 其次，由于古巴的气候非常炎热、湿度大，在户外时，铝完全暴露在雨水中，雨水会将污染物和腐蚀物冲走，如果没有雨水将这些污染物带走，这些污染物会与铝长时间接触，污染物一直在腐蚀从而造成了更多的金属流失，所以对于铝来说在户内会比户外腐蚀的更快，但是即使在户内流失更快的情况下，铝的流失量还是远远小于铜的流失量。2.3.4.2 提高连接点处的抗腐蚀能力在电缆应用中，连接点也决定了系统的耐腐蚀能力，连接点处的电化学腐蚀是由不同的电极电位、金属间的不同电阻、电解液的电导率、阴阳极表面的接触面积 （电流密度）和金属的极化特性等因素共同作用的结果。铜和铝 （或铝合金）如果直接接触，由于金属材质不同，存在电位差，在潮湿的空气中会发生电化学腐蚀。在电力系统中，这种腐蚀会增大接触电阻使接头处发热，是系统安全运行的隐患。加铝电缆推荐的端子在上海电缆研究所通过了1000次冷热循环测试。另外，镀锡层使得接触面更加细致均匀，增大了接触面积，电流密度更均匀。2.3.4.3 特殊环境下提高抗腐蚀合金电缆中加入的稀有金属，在化学性能方面，进一步提高单纯以铝为导体的金属材料耐腐蚀性能，减少了不同金属之间的电位差，因为电位差越大，腐蚀会越严重，如在海洋条件下，其接触电位差不会超过0.1V。加入的其他金属元素均是可允许的金属配对，减少由于电位差而引起的接触腐蚀。此外，由于外铠使用了硬度高、重量轻、抗腐蚀性能最强的5XXX系列铝合金，更从整体上提高了电缆的抗腐蚀能力。有研究表明，5XXX系列的铝合金在天然海水中，活性氯离子对其阴极和阳极电化学极化以及腐蚀行为没有明显影响，并可提高合金的耐电蚀能力。2.3.5 环保特性现在高层建筑的火灾发生时，浓烟和毒性气体是火灾中致命的杀手,大量的浓烟吸入体内会造成死亡,吸入微量的浓烟则可能导致昏厥，影响逃生。而以往所用的PVC绝缘恰恰是产生大量有毒气体的根源。合金电缆可提供低烟无卤性阻燃电缆，不含卤素,燃烧时的腐蚀性和毒性较低，产生极少量的烟雾,从而减少了对人体、仪器及设备的损害,有利于发生火灾时的及时救援。3 电缆的选型本节对电缆的选型进行分析。考虑到传统纯铝电缆固有的缺点，如抗蠕变性能差，机械性能不佳等，易危害供配电系统的安全性，引起不必要的事故，造成经济损失，并且供配电系统对安全可靠性有着较高的要求，所以，本节仅对安全性能较高的铜芯电缆与合金电缆进行比较。 对于目前市面上常见的低压铜芯电力电缆，如VV/VV22、YJV/YJV22等型号的电力电缆，均有相应的合金电缆替代产品。不同的安装和运行环境，可能会对耐低温、耐腐蚀、防火、防水等性能提出要求，铜芯电缆与合金电缆均有成熟的产品能够满足各种要求，因此以下主要对导体的截面进行选择。3.1 导体持续允许电流根据电力工程电气设计手册电气一次部分，电缆导体截面的选择应满足持续允许电流、短路热稳定、允许电压降等要求。当合金电缆的截面为铜芯电缆的1.5倍时，两者具有相近的载流能力（详见2.3.1节所述）。不同截面的铜及合金电缆的载流量参照表如下：3芯导体载流量(A)导体截面积(mm2)WDZA-AC90(合金) ZC-TC90(合金) ZB-ACWU90(合金) ZC-TC90(合金) 梯架敷设(E)无孔托盘敷设20土壤直埋敷设(D)20穿管埋地敷设(D)3035403035403035403035401676736973706693888165636125102989397938812011210384838035125120114119114108145135130105103985015815214414914313617616515113012612170197189179185178168212199182161156150952392292172242152042522352151931871781202802692552632522392872682462372282171503243112953032912763243032772702602461853723573393463323153633393113092972822404394213994073913704183913583603453263005084884624694504274724414044153983764006095855545585365085495134704874664393芯导体载流量(A)导体截面积(mm2)YJV(铜) YJV(铜) YJV22(铜) YJV22(铜) 梯架敷设(E)无孔托盘敷设20土壤直埋敷设(D)20穿管埋地敷设(D)303540303540303540303540107572687168657572686764601610096919489861009691868277251271211151251201151271211151111059935158151143153146140158151143131125117501921841741851771701921841741561471367024623622323422421524623622319318116895298289271283270260298289271230216200120346332314327312300346332314262246228150399383363371354340399383363295274254185456437414425406390456437414332309286240538516489496473455538516489381354328如上表所示，当合金电缆的截面扩大一至两级时，与铜芯电缆的载流量相当。3.2 短路热稳定计算根据电力工程电缆设计规范 GB502172007，按短路热稳定条件计算电缆导体允许最小截面的公式如下：除电动机馈线外，均可取式中 电缆导体截面（）； 热功当量系数，取1.0； 电缆导体的单位体积热容量（），铝芯取2.48，铜芯取3.4 短路作用时间内电缆导体允许最高温度（）； 短路发生前的电缆导体最高工作温度（）； 电缆额定负荷的电缆导体允许最高工作温度（）； 电缆所处的环境温度最高值（）； 电缆的额定负荷电流（A）； 电缆的实际最大工作电流（A）； 系统电源供给短路电流的周期分量起始有效值（A）； 电动机供给反馈电流的周期分量起始有效值之和（A）； 短路持续时间（s）； 系统电源非周期分量的衰减时间常数（s）； 20时电缆导体的电阻温度系数（1/），铜芯为0.00393，铝芯为0.00403； 20时电缆导体的电阻系数（/），铜芯为，铝芯为； 计入包含电缆导体充填物热容影响的校正系数，对310kV电动机馈线回路，宜取，其他情况可按； 电缆导体的交流电阻与直流电阻之比，；根据电力工程电缆设计规范，交联聚乙烯绝缘的电缆，取250，取90。经计算，可得，铜芯电缆，铝芯电缆。在通过相同的短路电流，并且短路持续时间相等的情况下，设，则，即在相同的条件下，铝芯电缆的截面必须为铜芯电缆截面的1.52倍及以上。根据以上计算结果，我们可以得出，1.5倍截面的铝芯电缆，具有和铜芯电缆相近的满足热稳定校验的能力。而合金电缆满足热稳定的能力略优于铝芯电缆，则1.5倍截面的合金电缆，具有和铜芯电缆相近的满足热稳定校验的能力。3.3 允许电压降3.3.1 电压降的定义各种电气设备都有额定的工作电压，但在实际运行时，电气设备的端电压往往会因电力系统负荷的变化或用户本身负荷的变化而偏离额定值。在带负荷长线路的末端，电压往往低于额定值。电压降是指用电设备的实际端电压与设备额定电压之差，通常用它对额定电压的百分值来表示，即在电力系统中，用电设备的端电压无论是偏高还是偏低，都会对设备的工作性能和使用寿命产生不良影响。因此，应该尽量将电压降控制在一定的范围之内。3.3.2 用电设备允许的电压降供配电系统设计规范 GB5005295规定：正常运行情况下，用电设备端子处电压降的允许值宜符合下列要求： 电动机为5%。 照明：在一般工作场所为5%；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足上述要求时，可为+5%、10%；应急照明、道路照明和警卫照明等为+5%、10%。 其他用电设备当无特殊规定时，为5%。当电网电压不能满足要求时，必须采取相应的电压调整措施。3.3.3 电缆的电压降因电缆导体本身的电阻，当电流流过电缆时，会产生电压降。常见型号的铜芯电缆与合金电缆的电压降如下表所示。铜缆/合金电缆电压降比较铜缆线芯截面mm2三相380V线路电压损失 (%/A*km) cos=0.9 90合金电缆线芯截面mm2合金电缆电压损失/VA-1km-1cos=0.85 90100.909160.914160.574250.595250.373350.429350.271500.304500.194700.222950.168700.1431200.135950.1091500.1111200.0901850.0931500.0752400.0751850.0643000.0632400.0534000.052相应型号的铜芯电缆与合金电缆有相近的电压降。综上，1.5倍截面的合金电缆，在电缆选型的各种要求中，与铜芯电缆相当。4. 电缆的经济性分析4.1 电缆主材价格当合金电缆截面为铜芯电缆截面的1.5倍时，两者拥有相近的电气性能，因此合金电缆按1.5倍的铜芯电缆截面进行选择，并对其价格进行比较。根据电力工程装置性材料预算价格（2008年版）福建地区预算单价，1kV铜芯电缆YJV 3120的价格为24.3万元/公里，乘上0.8的调整系数，为21.8万元/公里。据了解，相应的合金电缆产品3185的价格约为17.9万元/公里，即在考虑具有相同电气性能的条件下，合金电缆价格约为铜芯电缆的92。所以，在具有相同电气性能的条件下，合金电缆的预算价格约为铜芯电缆的92%。4.2 电缆的安装费用电缆安装时，需考虑其安装材料、人工成本与安装工期。与铜芯电缆相比，合金电缆具有重量轻的优点，如前文所述，1.5倍导体截面合金电缆的重量约为铜芯电缆的一半。合金电缆采用自锁式铠装，材料为非磁性5000系列的合金材料。其特殊的铠装结构，为电缆提供了达9000N/m的最大侧向压力。现有的钢带铠装电缆最大侧向压力约为30004000N/米，相比之下，合金电缆具有更强的机械防护能力。因合金电缆重量轻、机械强度高、转弯半径小及回弹量小等特点，它具有比铜芯电缆更灵活的安装方式。当电缆数量较少时，可以采用沿墙明敷的方式，只需电缆卡子等简单的电缆固定材料，即使电缆数量较多，也只需使用价格较便宜的梯架取代桥架。与铜芯电缆相比，节省了空间及桥架的费用。此外，由于合金电缆的安装方便，大大节约了安装电缆的人工成本，压缩了安装工期，使电缆的安装更为高效、快捷。综上，合金电缆与铜芯电缆相比，在安装材料费用，人工费用及安装工期方面，具有明显的优势。4.3 其它由于生产合金电缆技术难度较大、门槛较高，目前市场上的合金电缆产品，多为知名厂商生产，制造电缆的材料性能佳、生产工艺优良，使合金电缆在其寿命期内的可靠使用得到更好的保证。另外，在户外使用合金电缆，还具有一定的防盗功能，使得后期的管理更加方便。5. 全寿命周期成本分析5.1 全寿命周期成本的含义及意义全寿命周期成本( Life Cycle Costs，下文简称LCC )管理，是指从设备、项目的长期经济效益出发，全面考虑设备、项目或系统的规划、设计、制造、购置、安装、运行、维修、改造、更新，直至报废的全过程，即从整个项目生命周期出发进行思考，侧重于从项目决策、设计、施工、运行维护等各阶段全部造价的确定与控制，使LCC最小的一种管理理念和方法。LCC与目前常用工程造价管理的主要区别在于时间跨度和指导思想的不同，全寿命周期工程造价管理理论更为先进，内涵更为深刻，是一种更科学的造价管理模式。5.2 电缆工程LCC的估算模型5.2.1 LCC计算方法的选择LCC计算方法包括：参数法、类比法、分析估算法、工程估算法等等。从电缆工程建设的特点看，比较适用的LCC计算方法为工程估算法。电缆工程LCC的组成电缆工程LCC指的是电缆经济寿命周期内，在保证电缆可靠性的基础上使工程全寿命成本最低的管理。全寿命成本包括设备购置、施工安装、调试、运行维护、检修、改造直至报废的全过程发生的总费用。电缆工程由于有其固有的特征，LCC费用组成可分解为：IC一次投资成本（Investment Costs）；指在电缆安装和调试期间内，在项目正式投入运行以前，所付出的一次性成本。OC运行成本（Operation Costs）；指电缆运行期间所花费的一切费用的总和，包括：能耗费、人工费、环境费用、维护保养费以及其他费用。FC故障引起的中断供电损失成本（Failure Costs）；指在故障发生后中断供电造成的损失。DC报废成本（Discard Costs）；指工程寿命周期结束后，清理、销毁该工程所需支付的费用。部分设备还具有残值，可以冲销有关的费用，这种报废成本应为负值。即电缆工程LCC计算模型为：LCC = IC + OC + FC + DCLCC计算方法包括现值法、终值法、等额年金法等。本工程采用现值法进行计算。理论计算结果还要基于运行年限、年利率和通货膨胀率进行修正。根据本工程进行设计时的年利率，年贴现率暂按8%进行修正，由于通货膨胀率的数据与国民经济发展关系密切，目前还难以获取一个合理的数据，故本阶段的计算中暂不对此进行修正。5.2.2 简化的电缆工程LCC估算模型从电缆工程LCC计算模型看，LCC的计算方法，需大量的详细、真实、可靠的数据支持，为此必须掌握有关设备、维护、检修等费用的历史数据。由于电缆工程LCC研究还处于起步、探讨阶段，相关数据的收集、整理有待生产、管理中总结、深化和完善。在缺乏部分数据的现状下，LCC的计算，将作以下的简化处理：允许不考虑铜芯电缆和合金电缆共同拥有（或者两者费用相等的相同项目）的费用。尽管LCC是产品一生费用的总和，但LCC技术的目标并不是全面、完整、准确地计算费用，而是通过计算各方案间LCC的差别，为选择最佳方案提供决策依据。即LCC技术更重要的作用是方案优选。借用LCC技术对“已支费用”的解释，通过不考虑“各方案所共同拥有的费用”来简化优选的过程。5.3 基于LCC理念的电缆选型5.3.1 计算条件和方法本专题对某商城项目进行全寿命成本管理分析（下文命名为百姓商城）。百姓商城为一大型商品城，商业总面积为27万平方米，分为A、B、C三个大区。本期建设A大区，A大区建筑面积约为10万平方米。本项目的电缆工程，方案一为采用铜芯电缆，方案二为采用合金电缆。本项目两个方案的LCC计算根据电缆工程全寿命周期成本计算模型：LCC = IC + OC + FC + DC进行。各项成本在计算、分析时均根据有关规程规定并结合运行经验和运行习惯等进行计算，具体计算条件和方法如下：（1）电缆的使用寿命均按30年进行考虑。由于电缆的使用寿命大多取决于绝缘层和护套的使用寿命，与导体的关系较小。目前市场上合金电缆的绝缘和护套材料的质量与制造工艺优于市场铜芯电缆的平均水平，因此使用寿命将长于铜芯电缆的平均寿命。本文不考虑此方面的差异，对其寿命均按30年进行考虑。（2）电缆每年的维护费用按照工程一次投资总额的2%考虑；（3）电缆达到使用年限时，根据调研，残值按电缆金属导体价格的70%进行考虑。（4）在计算费用折现时，年贴现率按8%进行计算。5.3.2 两个方案的LCC计算5.3.2.1 一次投资成本（IC）一次投资成本主要考虑电缆材料费用，安装材料费用，人工费用等。（1）电缆材料费用百姓商城A大区电缆使用的型号、数量与价格如下表所示：方案一铜芯电缆报价单规格型号长度（/千米）单价（万元/千米）总价（万元）ZR.YJV 5103.4674.0013.87ZR.YJV 5165.1496.1831.81ZR.YJV 425+1163.4769.5733.27ZR.YJV 435+11610.03713.52135.71ZR.YJV 450+1250.54118.469.99ZR.YJV 470+1350.02725.460.69ZR.YJV 495+1500.13734.594.74ZR.YJV 4120+1700.13844.096.08ZR.YJV 4150+1700.06553.713.49ZR.YJV 4185+1950.15466.9110.30ZR.YJV 4240+11200.03178.812.44总计/万元252.39注：本价格取至电力工程装置性材料预算价格（2008年版）中福建地区的价格，并乘上0.8的调整系数，该预算费用包含运杂费方案二合金电缆报价单规格型号长度（/千米）合金电缆 5163.467合金电缆5255.149合金电缆435+1253.476合金电缆450+12510.037合金电缆470+1250.541合金电缆4120+1700.027合金电缆4150+1700.137合金电缆4185+1950.138合金电缆4240+11200.065合金电缆4300+11500.154合金电缆4400+11850.031总计/万元232.56根据比较的结果，可得合金电缆的电缆材料总费用约为铜芯电缆的电缆材料总费用的92%。（2）安装材料费用合金电缆的安装不需要使用桥架，可以沿墙或沿屋顶明敷，因此，采用方案二，使用合金电缆只需采购少量的托架及辅材，总费用约13万元。采用方案一，使用铜芯电缆，需要的桥架总价约为75万元。方案二的安装材料费比方案一约节省62万元。（3）人工费用因合金电缆轻便和较好的机械特性，安装灵活方便，可大量节约人力，并缩短工期。方案二可比方案一减少约40%的工日数，在此忽略不计。一次投资成本对比表费用项目方案一方案二铜芯电缆合金电缆电缆材料费用（万元）W1252.39232.56安装材料费用（万元）W27513人工费用（万元）W3基准值基准值现值合计（万元）W1+W2+W3327.39245.56在一次投资成本计算中，可以看出，由于合金电缆价格较低，并且安装方便，方案二的一次投资成本与方案一相比，具有明显优势，减少了81.83万元，约为方案一的75%。5.3.2.2 运行成本（OC）电缆投入运行后，单位长度的年运行成本主要为电能的损耗及维护费用。（1）电能损耗电能的损耗主要分为两部分：电缆导体的电能损耗和涡流损耗。电能损耗的公式如下：式中 年损耗金额 通过导体的电流 导体的电阻 年工作小时数两个方案中相应的电缆型号，电阻相当，因此两个方案导体的电能损耗接近。方案一中的铜芯电缆一般采用钢带铠装，会产生涡流损耗，而方案二中的铠装材料为非磁性材料，不会产生涡流，能够降低运行成本。降低的成本在此忽略不计。（2）维护费用电缆工程的年维护费用一般可按工程造价的一定比例计算，本文中，维护费用取电缆工程一次投资总额的2%。计算公式如下：结果见下表：费用项目方案一方案二铜芯电缆合金电缆维护费用（万元）W4196.43147.34运行成本计算中，方案二的全寿命维护费用比方案一约减少49.09万元。5.3.2.3 故障引起的中断供电损失成本（FC）电力电缆发生故障不仅会给企业带来较大的经济损失，而且严重影响供电可靠性，给生活与生产带来极大的不变。电缆发生故障的原因是多方面的，常见的几种主要原因归纳如下：（1）机械损伤：机械损伤引起的电缆故障占电缆事故很大的比例，约占60%，造成机械损伤的原因有安装时损伤、直接受外力损伤、行驶车辆碾压损伤、土地沉降造成的电缆接头和导体损伤。（2）绝缘老化变质：受运行中的电、热、化学、环境等因素的影响，电缆的绝缘都会发生不同程度的老化。（3）材料缺陷：材料缺陷主要包括三方面，一是电缆制造的问题，二是电缆附件制造上的缺陷，三是对绝缘材料的维护管理不善，造成电缆绝缘受潮、脏污和老化。材料缺陷引起的故障所占比例较小。由上可以得出，电缆故障大多是由电缆的机械性能与绝缘受到破坏