电力电缆选型手册

目 录

一. 概述…………………………………………………………………………… 2 二. 范围…………………………………………………………………………… 2-3 三. 参考标准及参数取值依据…………………………………………………… 3 四. 符号说明……………………………………………………………………… 3-4 五. IEC 287-3-2/1995标准电力电缆截面经济最佳化计算方法的应用……… 4-11 六. 电力电缆经济截面最佳化数据查找的使用方法…………………………… 11-12 七. 电缆经济截面与发热截面总费用比较及投资回收年计算………………… 12-15 八. 经济截面的校验条件………………………………………………………… 16-17 附录1 铜芯电力电缆综合造价统计表………………………………………… 18-19 附录2 电缆造价类别的平均A值……………………………………………… 20 附录3 电缆型号与电缆造价类别对照表……………………………………… 20 附录4-1 铜芯电力电缆经济电流范围(I-A类别)……………………………… 21-23 附录4-2 铜芯电力电缆经济电流范围(II-A类别)……………………………… 24-26 附录4-3 铜芯电力电缆经济电流范围(III-A类别)………………………………27-29 附录4-4 铜芯电力电缆经济电流范围(IV-A类别)……………………………… 30-32 附录4-5 铜芯电力电缆经济电流范围(V-A类别)……………………………… 33-35 附录5 铜芯电力电缆经济电流密度计算数据及图表(不同电价)…………… 36-40 附录6 电缆导体交流电阻及感抗……………………………………………… 41-42 附录 7 铜芯电力电缆允许载流量表…………………………………………… 42 附录8 损耗费用辅助量F─Tmax─P关系的统计值……………………… 43 附录9 最大负载利用小时Tmax与最大负载损耗小时τ和cosΦ的关系… 43 附录10 不同行业的年最大负载利用小时Tmax,(h)…………………………… 44 九. 参考资料……………………………………………………………………… 44

电力电缆经济选型实用手册 一.概述

导体的经济电流密度是选择导体的必要条件之一。当选择导体的诸多技术条件(如发热温升、机械强度及电压降要求等)得到控制或改善时，往往是经济电流密度起着支配作用。实践证明，经济电流密度对于选择导体进而节省能源，改善环境，提高电力运行可靠性有着重要的技术经济意义。过去，在计划经济的条件下，工程设计往往偏重技术、轻视经济；重视初投资，忽视长期运行的经济性。工程建设也因此付出过沉重代价。当前，我国已经进入到社会主义市场经济的发展时期，工程投资方和经营方都越来越注重投资效益和运营效益。追求工程建设整体的、长远的合理性，倡导基建优化设计。而导体的经济电流密度正是这种优化设计的内容之一。传统的设计方法按载流量选择导体截面时只计算初始投资，导体的截面选择过小，将增加电能的损耗；选择的过大，则增加初始投资。研究和确定导体电流密度的目的，就是在已知负荷的情况下，选择最佳的导体截面；或是在已选定导体截面的情况下，确定经济的负荷范围，以寻求投资的最优方案，取得最理想的经济效益。 本实用手册应用IEC 287-3-2/1995《电力电缆尺寸的经济最佳化》标准和方法，采用我国常用的铜芯聚氯乙稀绝缘聚氯乙稀护套(PVC绝缘)和交联聚乙稀绝缘聚氯乙稀护套(XLPE绝缘)中低压电力电缆数据，统计和汇集了为计算电缆系列截面的经济电流范围、经济截面和电缆经济电流密度所需资料，可供电气设计人员和运行人员选择电缆导体经济截面参考。

二. 范围

1．本实用手册适用于电压为6/6kV, 10kV及中低压等级铜芯电力电缆的经济选择。电缆类型为铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆(VV型)，铜芯聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆(VV22型)，以及交联铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆(YJV型)，交联铜芯聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆(YJV22型)。 电缆芯数包括：根据产品目录有等截面的三芯、四芯及五芯，非等截面的四芯及五芯。 2．按照IEC 287-3-2/1995国际标准，导体截面经济选择只计及发热损耗，不考虑电压有关的损耗, 也不包括诸如维修等因素。

三.参考标准及参数取值依据

国际电工委员会标准IEC 287-3-2/1995《电力电缆截面的经济最佳化》。 国家标准 GB/ 等效于IEC 60364-5-523:1999《 建筑物电气装置电气设备的选择和安装布线系统载流量》以及GB 50217-94《电力工程电缆设计规范》。 金融贴现率，电价年增长率等按照近年来国家电力公司经济研究中心提供的数据。低压电力电缆出厂价格根据《北京工程造价信息》2001年第2期。中压电力电缆价格及中低压电缆敷设综合费用根据西北电力设计院1981年及东北电力设计院2001年的专题报告《导体的经济电流密度》资料。

四.符号说明

本手册使用的符号及其量值说明如下： A 与导体截面有关的单位长度成本的可变部分 (造价费用斜率) 元/ B 邻近效应、集肤效应的综合系数 — C 与敷设条件等有关的单位长度成本的不变部分 元/m CT 电缆系统总成本(总费用) 元 Imax 最大负载电流 A L 电缆截面某段长度 m CJ 年期间内电缆导体发热损耗费用的现值 元 N 电缆使用的经济寿命期 年 Np 每回路相导体数目 -- Nc 传输同型号电缆和负载值的回路数目 -- P 电价，电度电费 元/kWh D 每年最大需量电费 元/kW·年 F 由公式(6)定义的辅助量(线损辅助量) 元/W Q 由公式(4)定义的辅助量 -- r 由公式(5)定义的辅助量 -- a Imax的年增长率 % b 电价P的年增长率，不计及通货膨胀 % i 计算现值用贴现率 % CI 拟确定某段长度的标准截面规格的初始费用 元 CI1 最接近某段长度较小标准截面规格的初始费用 元 CI2 最接近某段长度较大标准截面规格的初始费用 元 R 拟确定电缆截面规格的单位长度交流电阻 Ω/km R1 最接近较小标准截面规格的单位长度交流电阻 Ω/km R2 最接近较大标准截面规格的单位长度交流电阻 Ω/km Tmax 最大负载利用小时 h τ 最大负载损耗小时 h S 电缆导体截面 mm2 Sec 电缆导体的经济截面 mm2 ρ20 导体20℃下的电阻率 Ω.m α20 导体20℃下的电阻温度系数 1/℃ θm 导体平均运行温度 ℃ K 温度及B系数的综合系数 -- T 投资回收年 年

五.IEC 287-3-2/1995标准电力电缆截面经济最佳化计算方法的应用

1．电缆的总费用。总拥有费用法(TOC ,Total Owning Cost)是全面评价电气装置能效费用的

方法，包含：初始投资(采购及安装费用)及其寿命期运行费用的两个部分。其表达式如下： 总费用 CT=CI +CJ------------------------------------------------(1) 式中: CI 所安装的电缆造价(初始投资), 包括电缆购置费及敷设安 装费用,(元) CJ 等效于电缆购买时的线路损耗费用,即电缆N年经济寿命期发热损耗费用现值,(元)。

电缆初始投资CI 包括电缆出厂价及敷设费用(附录1)，敷设费用以综合造价系数来折算，综合造价系数计及电缆的运输，敷设安装及电缆构筑物等费用，综合造价系数随电缆截面增大而降低。以下用单位长度和截面有关系的投资费用斜率A来表示，又叫做投资费用的可变部分A值。各种类型电缆的A值因价格不同而异，为求得各类型电缆截面与投资的线性关系，其斜率A(以下简称A值)按下式计算：

A=(截面S2电缆的初始投资-截面S1电缆的初始投资)/(截面S2-S1)， (元/ -----------------------------------------------------------------(2) 对于每一种型号电缆，都存在各自变化幅度不大的系列截面斜率A。本手册共统计28种型号电缆的A值，将其之间误差小于10%的A合并为同一类平均A值, 平均A值由小到大分成五组以I-A, II-A, III-A, IV-A, V-A类别标志，见附录2。电缆造价类别与电缆型号对照表见附录3。 五个组的平均A值代表型号数量不等的电缆单位造价，它们之间的偏差为18~125%。为了使电缆导体截面范围建立较好的线性关系，以平均A值对相应型号电缆的初始造价做线性调整。采用平均A值比用自身A值计算经济截面和经济电流密度所得结果只有小于3%很小的误差。

电缆在N寿命年期间发热损耗现值CJ 这是计算电缆造价以外的运行费用，它与负载大小、年运行时间、电价、电缆截面、使用寿命期及资金贴现率等因素有关。 (1) 电缆在N经济寿命年运行的电能损耗费,折算到电缆购买日的现值: CJ=(I2max×R×L×Np×Nc /1000) ×(τ×P+D)×[Q /(1+ i/100)], (元)------------------------------------------------------------------- (3) 式中: Q为计及N年负载增长、电价增长和贴现率的系数， Q=(1-rN)/ (1-r) ---------------------------------------------------------(4) 其中 r=[(1+a/100)2×(1+b/100)] / (1+ i/100) ----------------------------(5) (2) 为方便于以后对不同截面损耗费用的一系列计算，将(3)式中 除导体电流和电阻以外的所有参数以线损辅助量F来表示。

令F=Np×Nc×( τ×P+D) ×[Q / (1+ i %)]/1000，(元/W)---------------(6) F总括了回路相数Np和Nc、电价P、D、最大负载损耗小时τ和现值系数[Q / (1+ i %)]。 此处采用我国常用的最大负载损耗小时(τ)法来计算线损。因此最大负载损耗小时τ需由已知的年最大负载利用小时Tmax和功率因数cosφ关系表中查出，见附录9。功率因数cosφ对经济电流范围和经济截面的计算结果影响很小，本手册采用该关系表的中间值cosφ=，在Tmax=1000h至8500h范围取下τ值作为计算用数。按公式(6)便可算得Tmax /τ范围内的线损辅助量F(见附录8),它在经济电流范围和经

济电流密度计算过程是经常使用的中间量值。在绘制经济电流密度j曲线中习惯用Tmax而不用τ来表示。不同行业的Tmax可从现成统计资

料查出(见附录10)。公式(6)的线损辅助量F算式中现值系数[Q / (1+ i %)]的参数：a, b, i, 和N均系根据国家电力公司经济研究中心近年提供的数据，即a=0, b=2%, i=10%, N=30年, 按公式(5)算出 r=,进而算得Q和现值系数[Q / (1+ i %)]=。这样，总费用的计算式简化为：

CT= CI + I2max×R×F，(元)-----------------------------------------------(7)

2．系列标准截面中每一导体经济电流范围的算法

原理：电缆系列截面的经济电流范围是在总费用相等和敷设条件相同的 条件下取得。 计算公式可以有两种表达方式：一种是按总费用计算式通过输入电缆初始投资和电缆线路电阻等参数来计算电流范围(IEC表达方式)，另一种是通过输入单位造价平均A值，电缆截面S和导体电阻率等参数替代第一种公式原形计算。

第一种计算的表达式：每一线芯截面都有一个经济电流范围, 按电缆相邻线芯截面总费用相等为条件，其低限值和高限值分别由下列公式给出: Imax(低限值) =[(CI - CI1)/(F ×L ×(R1-R))](8) Imax(高限值) =[(CI2 - CI)/(F ×L ×(R-R2))](9) 式中： CI 拟确定某段长度电缆截面规格的初始费用，(元) R 拟确定电缆截面规格的单位长度交流电阻，(Ω/km) CI1 最接近某段长度较小标准截面规格的初始费用，(元) R1 最接近较小标准截面规格的单位长度交流电阻，(Ω/km) CI2 最接近某段长度较大标准截面规格的初始费用，(元) R2 最接近较大标准截面规格的单位长度交流电阻，(Ω/km) L 确定电缆截面规格某段长度，(km)

第二种表达式：为便于对每一线芯截面经济电流范围的计算，原理不变，将电缆造价平均A值替代CI以及电阻率除以截面替代电阻R来表达。 因交流电阻R =ρ20×B×[1+α20(θm-20)] ×106 / S，(Ω/m) 令 K=B[1+α20(θm-20)]，于是交流电阻R =ρ20×K ×106 / S，(Ω/m) 式中： ρ20 为铜导体直流电阻率，ρ20=×10-9, (Ω.m) B为综合邻近效应、集肤效应的系数，取VV型和YJV型电缆的B平均值=。 α20为铜线20℃的电阻温度系数等于,(/℃) θm为导体温度，在经济电流运行时导体温度可降低，θm=40℃。(IEC推荐) 代入相关参数，取得K =。将A、S和ρ20替换(8)(9)式中的CI与R。公式经整理后，可得经济电流范围高低限值的另一表达式： Imax(低限值)=[ A(S1 ×S)/ F×] ---------------------(10) Imax(高限值)=[ A(S2 ×S)/ F×] ---------------------(11)

3．给定负载电流下经济截面的算法

原理：计算以给定负载电流下电缆总费用为最小时的截面，公式演算如下。 电缆总费用按公式(7)可写成以导体截面S为函数的表达式： CT(S)=CI(S) + I2max×R(S) ×L×F,(元)-----------------------(12) CI(S)以上述不同电缆类型初始投资推导为线性模型的A值表示： CI(S)= L(A×S+C) 式中： A---成本的可变部分(元/，各型电缆可取平均A值； S---导体截面(mm2)； C---成本的不变部分(元/m)； L---电缆长度(m)。