关键词：
电缆截面（精选七篇）
电缆截面 篇1
1 经济技术分析的方法
对工程经济效益的分析方法通常有: (1) 补偿年限法; (2) 年总费用法; (3) 财务报表法等。
偿还年限法是直接比较两个技术上可行的方案在投资和年运行费上的差值, 并算出投资高的方案在多长时间内可以通过其年运行费的节省, 将多支出的投资收回来, 其目的是找出最佳方案。
如方案Ⅰ的投资F1低于方案Ⅱ的投资F2, 而方案Ⅰ的年运行费Y1高于方案Ⅱ的年运行费Y2.这时应正确权衡投资和年运行费两个方面的因素, 即应计算选择投资高的方案偿还年限N。
如果年值较小:如只二、三年, 则显然初投资高的方案经济。若N值较大, 如十年左右, 即偿还年太长, 投资长期积压, 初投资高的方案就不经济了。因此, 偿还年限法的关键在于合理的确定标准偿还年限NH.我国的电力设计通常取5~6年。在方案比较时, 把计算的偿还年限N与标准偿还年限NH作比较, 若N=NH, 则认为两个方案均可;若N
2 利用补偿年限法选择电缆截面
本节以380V动力配电电缆为例, 取下列几种典型情况进行计算。
设回路负荷P1、P2、P3、P4其线路长度均为100m, 计算电充 (即线路长期通过的最大负荷电流) 分别为7.5A、50A、100A、150A、210A, 根据敷设要求, 可选用VLV或VV型电力电缆直接埋地敷设。
第一步:查阅相关资料, 按常规方法, 即按发热条件选择电缆截面, 并校验电压损失, 其初选结果如表1所示。
在这里, 为了简化计算, 取负荷功率因数0.8, 实际上一般情况下应好0.7, V用电设备组的cosΦ值都低于0.8.所以, 实际的电压损失与计算值各有不同, 但基本不影响对于截面的选择。
上面电缆截面是按发热条件选取的, 所选截面均满足电压损失小于5%的要求。这种选择方案自然是技术上可靠, 节省有色金属, 初投资最低的。但是, 因截面小而电阻较大, 投入运行后, 线路电阻年浪费电能较多, 即年运行费用较高。那么, 适当地增大截面是否可行, 加大几级截面才是最为经济合理的呢?
第二步:多种方案比较。
首先, 对P1回路适当增大截面的几种可行方案进行比较:
方案1:按发热条件选截面, 即3×2.5mm2;
方案2:按方案1再增大一级截面, 即3×4mm2。
分别计算两种方案的投资与年运行费。为简化计算, 仅比较其投资与年运行费的不同部分。就投资而言, 因截面加大对直埋或沟内敷设, 除电缆本身造价外, 其它附加费用基本相同, 故省去不计。年运行费用中的维护管理实际上也与电缆粗细关系不大, 这一项费用的差价所占比重较小, 同样可以略去不计, 于是:
方案1的初投资F1=电缆单价×电缆长度=3500元/km×0.1/km=350元。
方案2的初投资F2=电缆单价×电缆长度=3800元/km×0.1/km=380元。
方案1的年折旧费E1=初投资F1×年折旧率=350×0.030=10.5。
方案1年电能损耗费D1=年电能消耗量×电度电价=ΔAkwh×0.085。
式中:ΔA=3I2ls×R0×L×τ×10-3kwh;
R0—线路单位长度电阻 (VLV-2.5mm2R0=14.7/km) ;
L—线路长度;
Ijs—线路计算电流;
τ—年最大负荷小时数, 根据最大负荷, 利用小时数T和功率因数查曲线得出, 这里取T=3000n及T=2000n, 则查出τ分别为:
于是:当T=3000n、τ=2100n时, 方案1的年电能损耗费:
当T=2000n、τ=1600n时, 方案1的年电能损耗费:
方案1的年运行费Y1=年折旧费+年电能损耗费。
T=3000n时, Y1′=10.5+44=54.5元;
T=2000n时, Y1″=10.5+33.7=44.2元。
按与上面相同的方法可求得方案2的年运行费 (计算略) :
T=3000n时, Y2′=11.4+27.8=39.2元;
T=2000n时, Y1″=11.4+21.2=32.6元。
显然, 方案2投资高于方案1, 但年运行费却低于方案1, 其偿还年限N为:
当T=3000n时, N′2-1===2.0年;
当T=2000n时, N″2-2==2.5年。
可见, 偿还年限小于5年, 说明方案2优于方案1, 其方案2的多投资额仅在2~3年内, 即可通过节省年运行费而收回。也就是说, 人为增加一级截面是经济合理的。那么, 若是人为增加两级三级, 其经济效果如何?则需类似计算比较。
现在根据表2的结果, 将方案3与方案2比较, 方案3 投资高于方案2, 但年运行费用少, 其偿还年限为:
当T=3000n时, N′3-2==3.3年;
当T=2000n时, N″3-2==4.6年。
综上所述, 投资高的方案3优于方案2.为了找出最佳方案, 我们可以将方案4与方案3比较, 其偿还年限为:
当T=3000n时, N′4-3==20年;
当T=2000n时, N″4-3==29年。
显然, 因偿还年限远超过标准偿还年限5年, 故投资高的方案是不合理的, 即投资方案3优于方案4.
通过以上分析计算, 最终确定方案3 (即按发热条件选出截面之后, 再人为加大两级) 是所选截面的最佳方案。对其它P2~P5线路经过上述计算方法均得出同样结论, 即方案3为最佳方案。
因此, 在选择截面时, 按发热条件选出后, 再人为加大两级, 从经济角度看有明显的效益。
但是, 当负荷电流较小 (Ijs≤5A) 时, 计算结果表明:没有必要再加大截面, 因为负荷电流较小, 所产生的线路损耗也较小, 增加截面而多投资部分, 需要在5年以上才能收回, 故此时按发热条件选择即可。
以上是按VLV铝芯电缆为例作出的结论, 如换为VV铜芯电缆其结果:以P3回路为例, 计算略。
从表3中可以看出方案2为最佳方案, 即按发热条件所选截面之后再加大一级。虽然这仅是在一种情况下得出的结果, 但具有一定的普遍意义, 因为, 各级电缆截面的级差与相应的投资额之差均符合趋势。
3 结论
从以上分析可见, 按偿还年限法选择电缆截面, 不仅具有突出的节电效果和最佳的经济效益, 而且还具有一定规律。
3.1 按投资年限法选择电缆截面
首先, 按发热条件选出允许截面, 然后再加大两级, 当负荷计算电流小于5A时就不必加大截面。当然, 仍要计算电压损失, 在损失超过允许的5%时, 可增大一级。一般情况下, 由于按偿还年限法选出截面均能满足电压损失的要求, 同时也满足短路热稳定的要求, 这种方法对裸导线架空敷设也同样有效。
3.2 线路长短与偿还年限无关
前边计算线路均设为100m, 因为实际上, 线路长度对经济比较结果没有影响。让我们看看偿还年限的具体公式。
公式的分母、分子都有线路长度L, 显然可以消掉, 因此, 偿还年限的计算结果与电缆长度无关。这一点很有意义, 无论电路长短, 都可以用该方法选择电缆导线截面。
3.3 最大负荷利用小时数T与选择截面经济效益的关系
在其它因素相同的条件下, 偿还年限与最大负荷损耗小时数τ成反比。而τ取决于最大负荷利用小时数T和负荷功率因数, τ值随T的增大而增大, 随功率因数提高而减小。
在计算时分别选T为3000n和2000n, 这是企业一班制估算的, 如两班和三班制其T值大于3000n即负荷利用小时数较大, 适当增大导线截面更具明显的经济效益和节电效果。
参考文献
电缆截面选择方法浅析 篇2
以往,由于经济匮乏和缺少经济方面数据,设计人员往往只能单纯从技术条件来选择。随着电气设计领域与国际的接轨,推广应用IEC287-3～2/1995“电力电缆截面的经济最佳化”的条件已经成熟。
1 按技术条件选择电缆截面
选择电缆截面步骤:(1)按允许载流量选择;(2)按允许电压损失校验;(3)按短路热稳定校验;(4)按保护灵敏度校验;(5)按机械强度校验电缆截面
1.1 按允许载流量选择电缆截面
这个方法的实质是按发热条件选择电缆截面,因线芯导体存在电阻,当电流通过时就会发热,发热量是
Q=KI2Rt
式中:Q——发热量;
K——常数;
I——通过线芯的电流均方根值;
R——线芯电阻;
T——通电时间。
这些热量穿越绝缘层,通过电缆外表面向周围介质(空气或土壤)散热。当发热量与散热量相等时,线芯温度不再上升,导体和绝缘合理寿命的热平衡时对应的电流值就是线芯长期允许最大工作电流,俗称“载流量”。
目前,国家已颁布规范GB/T16895.15-2002《布线系统载流量》,且相应的国家标准图集中也已列出常用电力电缆的载流量,为此我们实际设计时可根据线路计算电流和国家规范要求(导体允许持续载流量应大于等于线路计算电流),通过查国家规范或标准图集选择合适的电缆截面。
1.2 按允许电压损失校验
由于电压损失,使负荷端的实际电压水平与系统的标称电压产生偏差,而导致电动机转矩下降,照明光源的光通量下降等等。为保证用电设备的可靠、正常运行,对负荷端的电压偏差给了一定的限定值,所以,作为设计人员在电缆截面选定后,必须进行电压损失校验,以保证负荷端电压损失在用电设备的端子电压偏差允许值之内。
一般线路电压损失可按下式计算:
三相平衡负荷线路
线电压的单相负荷线路
相电压的单相负荷线路
以上式中:
u——线路电压损失,%
Un——系统标称电压,kV
I——负荷电流,A
cosφ——负荷功率因数
P——负荷的有功功率,kW
I——线路长度,km
R'、X'——三相线路单位长度的电阻和电抗,Ω/km
ua——三相线路单位电流长度的电压损失,%/(A·km)
up——三相线路单位功率长度的电压损失,%/(kW·km)
1.3 按电缆短路热稳定校验
所谓热稳定,就是指在短路电流通过时,导体的温度不超过绝缘所能承受的温度,如交联聚乙烯绝缘电缆250℃;聚氯乙烯绝缘电缆140℃(S﹥300mm2);或160℃(S﹤300mm2)。
根据IEC规定,热稳定计算公式为:
IK2t=K2S2Ln(θ+β/θa+β)
式中:
IK——短路电流周期分量有效值,kA
t——短路切除时间,S
K——电缆结构特性系数,交联聚乙烯电缆或PVC,绝缘,K取226
S——热稳定最小截面,mm2
θ——电缆短路允许温度
θa——线芯长期允许工作温度,交联聚乙烯绝缘90℃,聚氯乙烯绝缘70℃
β——常数,取234.5
由上式,根据短路电流和切除时间,就可计算电缆热稳定时的最小截面。
1.4 按保护灵敏度校验
根据国家规范GB50054-95《低压配电设计规范》规定,配电线路应按照不同系统制式校验短路保护的灵敏度。如当保护电器为低压断路器时,配出电缆的截面应保证末端的短路电流不小于断路器瞬时脱扣器电流或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。
1.5 按机械强度校验电缆截面
配电线路的电缆截面除应满足载流量、电压损失、热稳定、保护灵敏度的要求外,还必须满足机械强度的要求。
2 按经济条件选择电缆截面
电缆截面的选择除满足上述技术条件外,还应考虑经济条件,即按经济电流选择电缆截面。
我们知道,配电线路存在着电阻,它消耗浪费的电能是不可忽视的。而按技术条件选择线芯截面时,只计算初始投资;按经济电流选择线芯截面时,除计算初始投资外,还要考虑经济寿命期内导体损耗费用,二者之和应最小,这也是我们追求的目标-经济选型。所谓经济电流指“寿命期内,投资和导体损耗费用之和最小的适用截面所对应的工作电流”。且IEC287-3-2/1995标准已规定了关于导体经济电流和经济截面选择的原理和方法-即总费用最小法则。
但在实际进行电气设计时,因总费用与负载(电流)大小、年最大负荷利用小时、电价、电缆电阻(截面)、使用寿命等有关,计算起来比较麻烦。通常我们可以简化设计程序,可按技术条件选择的截面再放大1～2级,基本上能接近按经济条件所选择的结果。但是,当负荷电流较小(Ijs﹤5A)时,通过计算可以发现:没有必要再加大截面。因为当负荷电流较小,所产生的线路损耗也较小,增大截面而多投资的部分,需要5年以上才能回收,故此时只需按技术条件选择即可。
3 总 结
通过以上论述可知,电力电缆截面选择时,技术和经济是一件事情的两个方面,相互依存的,“经济条件”是必要条件,但不是充分条件,必须同时满足“技术条件”。所以设计时,我们应当遵循通过经济、技术比较来找出最佳电缆截面,这样可以节约总费用、节约能源,可以利国利民。
参考文献
[1]GB50217-1994.电力工程电缆设计规范[S].
[2]DGJ 08-93-2002.民用建筑电线电缆防火设计规程(上海市工程建设规范)[S].
[3]99D163.矿物绝缘电缆敷设[S].
[4]任元会.工业与民用配电设计手册[M].北京:中国电力出版社2,005.
浅谈电缆截面选择的几种依据 篇3
电力电缆截面选择是电气 (供配电) 设计的主要内容之一。电缆截面选择方法一般是按照如下原则进行的:
(1) 按长期允许载流量选择电缆截面; (2) 校验其短路时的热稳定度; (3) 按经济电流密度选择电缆截面; (4) 按电网允许电压降校验电缆截面。
1 按长期允许载流量选择电缆截面
1.1 电缆的长期允许载流量取决于电
缆的材质、敷设处的环境温度、敷设方式及土壤热阻系数等因素。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。因此, 在选择电缆截面时, 必须满足下列条件:Imax≤KI0。
式中:Imax-通过电缆的最大持续电流;I0-电缆载流量;
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不同:
(1) 单根直埋敷设时:K=K1K2; (2) 并列直埋敷设时:K=K1K2K3;
(3) 空气中并列敷设时:K=K1K4; (4) 空气中单根穿管敷设时:K=K1K5;
(5) 电缆桥架中敷设时:K=K1K6。
式中:K1—温度修正系数;K2—土壤热阻系数不同时的修正系数;K3—并列直埋修正系数;
K4—空气中并列修正系数;K5—空气中穿管修正系数;K6—电缆桥架中敷设修正系数。
1.2 电缆运行环境温度不同时的载流量修正。
当电缆敷设处环境温度不同时, 电缆运行环境温度的改变, 会导致电缆长期允许载流量的改变, 电缆载流量须乘相应的修正系数, 即载流量乘温度修正系数。
电缆在不同周围环境温度下的修正系数, 我们可查阅其他相关资料得出。如《工业与民用配电设计手册》、《电力电缆应用技术问答》等相关资料。
1.3 电缆运行环境热阻不同时的载流量修正。
土壤热阻是指土壤与电缆表面界面的热阻, 它和界面大小、土壤性质、土壤密度、含水量及电缆表面温度等因素有关。当电缆直埋或穿管埋地时, 土壤热阻系数是影响电缆载流量的主要因素之一。电缆周围环境热阻越大, 电缆散热情况越差, 电缆的长期允许载流量就越小。
不同土壤的特征、热阻系数及其载流量修正系数不同, 其土壤修正系数我们同样可查阅其他相关资料得出。
1.4 电缆并列敷设运行时的载流量修正。
电缆多回路并列敷设时, 尤其是在电缆敷设受到一定限制而导致电缆间距较小时, 电缆所产生的热量就更难以散发出去, 因而其电缆长期允许载流量比正常情况下载流量要小些许, 并列电缆的根数越多电缆间距越小, 则电缆的长期允许载流量修正系数就越小。
并列直埋敷设和空气中单层多根并列敷设电缆长期允许载流量修正系数可查阅其他相关资料得出。
1.5 电缆穿管或在桥架内敷设运行时的载流量修正。
电缆运行中, 为了防护机械外力的损伤等原因, 将电缆线路的某个危险段穿管运行, 如果穿管段长度大于10m时, 其长期载流量需要修正。电缆桥架上无间距配置多层并列电缆敷设运行时的载流量也需要修正。载流量修正系数可查阅其他相关资料得出。
2 按电缆短路时热稳定性选择电缆截面
对于电压为0.6/1k V及以下的电缆, 当采用自动开关或熔断器作保护时, 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3.6/6k V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。 (可查阅其他相关资料得出。)
3 按经济电流密度选择电缆截面
选择电缆截面除了要考虑初始投资外, 还应考虑电缆在使用期内的损耗。选择小截面电缆可以减少初始投资, 但损耗会增加;反之, 增大电缆截面可以减少电缆损耗, 但初始投资则增加。因此在电缆某一截面区间内, 找到使投资与损耗总用度和最少的截面, 就是我们电缆截面的最终选择。
按经济电流密度选择电缆截面, 可按下式计算电缆截面:
式中:Imax—最大负荷电流, A;jn—经济电流密度, A/mm2;
根据公式, 首先要知道电缆线路中年最大负荷利用时间, 然后按从表中查得线芯材料的经济电流密度计算。计算所得的截面值, 通常选择不小于这个值、并最靠近这个值的标准电缆截面。经济电流密度可查阅其他相关资料得出。
4 按电网允许压降校验电缆截面
配电设计中, 按电压损失检验截面时, 应使各种用电设备端电压符合电压偏差允许值。还应考虑设备的运行状况, 对于少数远离变电所的用电设或者使用次数很少的用电设备, 其电压偏移的允许范围可适当放宽, 以免过多地耗费投资。
为了保证供电质量, 按允许电压降校核电缆截面积时, 其校核公式如下:
式中:S-电缆截面积, mm2;I-负荷电流, A;
U-网络额定电压, 三相系统为线电压, 单相系统为相电压;L-电缆长度, m;
Δu%-网络允许电压降百分数;ρ-电阻率, Ω·mm2/m。
结语
在电缆截面选择时, 无论按哪种方法选择的电缆截面, 都应该用其他方法去校核, 用各种方法分别求出最小截面, 从中选择出合适的最终选定值。经济离不开技术的支持, 技术最终是为降低成本减少投入来提高收益, 两者是互不可分割、相互制约、相互依存的。使用多种方法相互验证电缆截面的选择, 可以节约电力运行总用度, 改进电力运行的可靠性, 还可以节省能源、改善环境、推动可持续发展。
摘要：本文通过对配电电缆截面选择的几种方法进行分析比较, 以得出最理想的电缆截面选择方案。使得电缆设计做到技术先进、经济合理、安全适用、便于施工与维护。避免因为电缆截面选择不当而造成的损失或浪费。
关键词：电缆截面选择,载流量,热稳定,经济电流密度,电压降
参考文献
[1]GB50217-2007, 电力工程电缆设计规范[S].
[2]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].北京:中国电力出版社.
电缆截面 篇4
在当前经济形势下滑,电缆行业市场萎缩,企业利润率越来越低的情况下,如何控制好生产成本,降低企业自身在生产中的不必要损耗,已成为各电缆企业最为关注的一件事情。在电缆产品中导体成本的占比较大,特别是电力电缆,大截面铜芯导体的成本可占到电缆总成本的70%以上。随着电力行业的快速发展,大截面导体电缆的使用越来越普遍,为有效控制好生产成本,本公司根据多年的生产经验,结合企业设备的实际生产情况,制定了一套大截面中压电缆导体结构设计及拉拔模具的选配方案。以下以630mm2导体为例,阐述该大截面中压电缆导体结构设计及拉拔模具选配方案在实际工作中的运用,以供大家参考。
1 大截面导体的实际截面积计算
导体实际面积Ss的计算公式为:
式中:k1为导体系数,其与导电线芯组成、单线直径、金属种类有关,对于630 mm2导体一般取值1.02;k2为绞合系数,其与导体的绞合方式有关,对于630mm2导体一般取值1.02;k3为成缆系数,其与绝缘线芯成缆有关,对于大截面630mm2导体中压电缆一般取值1.0;R为导体电阻,按GB/T3956—2008《电缆的导体》标准规定,630mm2导体结构最少根数不少于53根,630 mm2绞合导体在20℃时的导体直流电阻应不大于0.028 3Ω/km;ρ为导体电阻率,20℃时铜导体电阻率为0.017 241Ω·mm2/m。由此,根据上述常规取值可计算出630mm2导体实际面积Ss=633.835mm2。
由于本公司在630mm2导体实际生产中有其特殊性,因此根据常规取值计算出的630mm2导体实际面积并非完全符合实际情况。根据《电线电缆绞制工艺学》中的描述,k2应为绞线的平均绞入系数,即等于各层绞入系数的算术平均值[1],在生产中大都采用最大绞入系数与最小绞入系数的算术平均值。结合本公司在实际生产中所采用的绞合节距,可推算出绞合系数k2的实际值在1.009 8~1.012 0之间,考虑到后续工序对绞合导体电阻的影响,本公司的630mm2导体k2宜取值为1.012。根据本公司质量部门提供的数据,无论是自行生产的规格铜线还是外购的规格铜线,均将其20℃时导体电阻率ρ控制在0.017 0Ω·mm2/m以内,凡20℃时导体电阻率ρ超过0.017 0Ω·mm2/m的规格铜线都作为不合格品不予入库。由此,结合本公司实际生产情况计算出的630mm2导体实际面积Ss=620.070mm2。这表明在原材料及生产工艺控制良好的情况下,本公司生产630 mm2导体时,只要导体实际截面积达到620.070mm2即能满足相关标准要求。
2 大截面导体参数的确定
实芯导体时导体直径Ds的计算公式为:
式中:Sb为导体的标称截面积,对于630 mm2导体取值630mm2。由此,可计算出Ds=28.3mm。
大截面中压电缆导体采用绞合圆形导体紧压工艺生产,经过紧压后,原有的空隙大部分被单线填满,提高了导体的紧压填充系数,以确保导体变形小、表面光滑、紧密。导体紧压绞合外径Dj的计算公式为:
式中:η为紧压系数,根据本公司在实际生产中的设备能力及生产经验,取值0.88。由此,可计算出Dj=30.0mm。因绞合圆形导体紧压工艺采用的是拉拔紧压工艺,故在设计时暂不考虑导体在绞合过程中存在的反弹现象。
通常圆形紧压线芯选取结构较稳定的1+6正规排列方式,因此根据本公司在实际生产中的设备能力及生产经验,将630mm2导体的绞合根数n设定为60根,排列结构为1+6+12+18+23。经紧压后,导体单线在绞合过程中易产生塑性变形和弹性变形,将影响紧压系数η和延伸系数λ。根据经验数据和公式,并在生产试验的基础上,对工艺作出适当调整,以确保绞合后紧压导体的工艺质量良好。单线直径d可由以下经验公式求得:
当紧压圆形导体的紧压系数η达0.88~0.91时,延伸系数λ在1.06~1.10之间[2],结合本公司在实际生产中的设备能力及生产经验,紧压系数η取值为0.88,因此延伸系数λ取值为1.06。由此,可计算出d=3.73mm。这表明在原材料及生产工艺控制良好的情况下,本公司生产630 mm2导体时,只要选取60根直径为3.73mm的铜线即可满足标准要求。但在实际生产过程中发现,因设备老化而出现了张力增大的情况,最后将单线直径确定为3.74mm。
3 大截面导体紧压分层模具的选配
大截面中压电缆紧压绞合圆形导体采用的紧压方式有一次紧压和分层紧压两种。一次紧压方式的压缩量较小,常用于要求光滑而填充系数要求不大的产品或电压等级不高的产品;分层紧压方式的压缩量较大,每绞一层就可紧压一次,紧压出的绞线填充系数也较大,但工艺比较复杂,需用多副拉拔模具。对于630mm2导体,本公司在实际导体绞合过程中采用1+6+12+18+23的排列结构,且经计算导体紧压绞合外径为30.00 mm,因此最外层拉拔模具应选用内径为30.00mm的拉拔模具。由内而外的各层拉拔模具内径Dmi可根据以下公式计算:
式中:ni为各层紧压线芯的单线总根数,即内层紧压线芯的单线总根数n1=1+6=7,次外层紧压线芯的单线总根数n2=1+6+12=19,外层紧压线芯的单线总根数n3=1+6+12+18=37;Soi为各层紧压线芯截面积;S′i为各层总的截面积;ηi为各层紧压线芯的紧压系数,根据本公司多次实际的操作验证,紧压圆形导体采用分层紧压时,内层的紧压系数应不大于外层的紧压系数,否则会出现导体外层松散和鼓包的现象,最后根据紧压系数每层逐渐增大的原则(最外层紧压系数η=0.88),设定内层紧压线芯的紧压系数η1=0.865,次外层紧压线芯的紧压系数η2=0.870,外层紧压线芯的紧压系数η3=0.875;λi为各层紧压线芯的延伸系数,根据本公司多次实际的操作验证,紧压圆形导体采用分层紧压时,各层紧压线芯的延伸系数λ1=λ2=λ3=1.06。由此,可计算出内层的拉拔模具内径Dm 1=10.33mm≈10.3 mm、次外层的拉拔模具内径Dm2=16.98mm≈17.0mm、外层的拉拔模具内径Dm3=23.62mm≈23.6mm。
4 大截面导体绞制及工艺验证
根据工艺指导卡和采用经过计算选配的拉拔模具进行630mm2导体绞合生产,绞合出来的导体表面光滑、紧密、圆整,无毛刺、尖角等影响导体质量的问题出现,经现场实际测量导体直径控制在30.02~30.05mm之间。本公司质量部门对生产出的6盘共18km绞合导体,在每盘上截取1.5m长的导体进行称重,经过精度为0.1g的电子称上称重后,计算出生产的630 mm2的实际截面积在619.2~621.3mm2之间,测得的导体电阻值在0.027 7~0.028 1Ω/km之间,完全符合当初设计要求。
5 结束语
紧压绞合导体是电缆结构设计的重要环节之一,每一个电缆企业所采取的方法都大同小异,但通过最简单的方法计算出符合标准要求,达到节省材料,提高企业经济效益的方法,才是各个企业最优先选用的。虽然本文中介绍的大截面中压电缆导体结构设计及拉拔模具选配方案是结合本公司生产设备的生产能力以及实际生产中的相关情况进行制定的,但同样也适用于其他截面的紧压电力电缆导体结构设计。在实际运用中,企业可根据自身生产设备的生产能力以及实际生产中的相关情况对该方案进行调整,通过实践并进行验证后进行实施。
参考文献
[1]朱爱荣.电线电缆绞制工艺学[M].上海:中国电器工业协会电线电缆分会,2013.
电缆截面 篇5
关键词：电厂热控,电缆,终端设备,敷设长度,截面积
0 引言
在电力热控电缆设计的过程中, 常按照工程经验和规程规范选择电缆截面积, 对负荷类电缆按照载流量选择, 对信号类电缆统一规定截面积, 很少考虑电缆敷设长度的影响。而实际工程中电缆敷设长度从十几米到几百米不等, 电缆敷设长度很长时仍选择和短距离敷设相同的截面积能否保证电缆终端设备正常工作就成为一个问题。本文将对热控不同终端设备的电缆进行分析计算, 总结出工程中热控电缆敷设长度和截面积的关系, 优化电缆选型。
1 热控间断性负荷
热控间断性负荷主要是电动门, 其运行特性是只有其开、关或调节的过程中才带负荷。由于电缆导体存在电阻所以电力电缆有电压降的问题, 当传输距离较远时, 应考虑电缆电压压降, 否则超出电动门额定电压要求范围后, 会导致电动门无法正常打开关闭。根据DL/T641—2005《电站阀门电动执行机构》中要求, 电动门终端需求特性一般为三相四线, 电压额定值380V (1±10%) , 因此电缆损耗 (压降) 应不大于电动门本体电压的10% (38V) 。下面计算电力电缆线路压降ΔU:
式中, I为流过电缆的电流;P为功率;U为电压;cosθ为功率因数。
式中, R为线路电阻;ρ为导体电阻率, 铜芯电缆取0.017 4, 铝导体取0.028 3;L为电缆长度;S为电缆标称截面。
联合式 (1) 、 (2) 、 (3) 可得到:
实际工程热控电动门工作电压380 V, 功率因数一般选0.85, 根据前述电压降选择最大允许压降38V, 热控电缆均选择铜芯, 终端设备功率一定, 根据DL/T5182—2004《火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定》附录F中对应电动门功率初选出电缆截面, 代入式 (4) 校验, 若实际电缆敷设长度小于该值, 说明电缆截面积合适;反之, 则应当增大一级电缆截面, 重复校验, 直到满足要求。
2 热控连续性负荷
热控连续负荷主要是需外供电的仪表, 常见的有烟温探测装置、分析仪表、测量振动/转速/密度/料位的仪表等, 以上类型设备的终端需求特性是220V AC的连续负荷, 功率不等, 大部分小于200 W, 电压额定值要求220V (1±5%) , 计算流过电缆的电流I:
其余计算方法和间断负荷相同, 式 (5) 、 (2) 、 (3) 联合可得到:
实际工程热控仪表测量装置工作电压为220V, 功率因数一般选0.85, 根据前述电压降选择最大允许压降11V, 热控电缆均选择铜芯, 终端设备功率一定, 根据DL/T5182—2004《火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定》附录E初选出电缆截面, 代入式 (6) 校验, 若实际电缆敷设长度小于该值, 说明电缆截面积合适;反之, 则应当增大一级电缆截面, 重复校验, 直到满足要求。
3 热控信号回路
电力工程热控信号按常规可分为AI、AO、DI、DO、PI五种 (A———模拟量, D———数字量, P———脉冲量, I———输入, O———输出) 。
3.1 开关量信号DO
控制系统DO卡件通道负载能力一般很小, 在1 W左右, 负载常为继电器, 继电器的触点串入电气二次回路来控制电机, 或串入电动执行机构的控制回路来控制电动门, 或通过继电器触点将电源串入, 输出给现场电磁阀等执行器件。
3.1.1 电机二次回路
触点串入电气二次回路控制电机时, 某些情况下, 合闸回路和跳闸回路电流过大而产生较大压降, 为使断路器可靠动作, 需要根据电缆允许压降来校验电缆截面, 一般操作回路按照正常最大负荷下至各设备电压的压降不得超过10%, 电缆长度计算公式:
式中, ΔUxu%为控制线圈正常工作时允许的电压压降, 取10%;Ue为直流额定电压;S为电缆芯截面积;γ为电导系数, 铜取;Imax为流过线圈的最大电流, 此处为合分闸瞬间的最大电流, 与选择的断路器有关, 按照目前主流厂家的断路器, 一般选择220V AC、5A或110VDC、2A。
电气控制回路为220V AC时, 1.5 mm2截面积的控制电缆最大敷设长度根据式 (7) 计算为188 m, 电气控制回路为110VDC时计算为235m。若实际工程敷设长度超过以上值, 应当增加电缆截面积。
3.1.2 一体化电动执行机构
电厂电动门一般配置一体化电动执行机构, 控制回路为24VDC, 查阅ROTORK、EMG、AUMA、SIPOS主流厂家电动执行机构的控制回路, Imax为250mA, 根据式 (7) 计算最大敷设长度为410m。若实际工程敷设长度超过该值, 应当增加电缆截面积。
3.1.3 电磁阀
电磁阀工作原理是控制系统DO卡件通过继电器触点将电源串入, 输出给现场电磁阀的线圈, 通过线圈得电失电实现触点吸合断开, 进而实现控制目的, 所以, DO信号传输电缆实际上是供电电缆, 适用式 (6) 进行计算。660 MW容量机组电磁阀有110VDC和220VAC两种, 电磁阀功耗在10W以下, 允许电压变动为额定电压±10%。电磁阀为110 V DC时, 1.5mm2截面积控制电缆最大敷设长度为8 866 m;电磁阀为220V AC时, 1.5 mm2截面积控制电缆最大敷设长度为35 465m。电厂实际电缆敷设长度不会超过上面计算值, 因此电磁阀DO信号选择1.5mm2截面积的控制电缆即可, 电缆长度对电磁阀DO信号电缆的影响可忽略。
3.2 开关量信号DI
DI/PI信号指接入控制系统的数字量 (开关量) , 电路的实质是将现场开关串入回路, 控制系统的DI/PI卡件中每个通道负载能力决定了回路的最大电流, 一般DI卡件每个通道最大电流在5mA, PI卡件每个通道最大电流在40mA。电厂热工DI信号一般都是无源干接点, 卡件靠检测外部电阻来判断无源干接点的触点是否闭合:ON<1kΩ, OFF>100kΩ, 可见只要回路电阻不大于1kΩ, 就不会影响DI卡件对无源干接点信号开关状态的采集。将R=1kΩ、S=1.5mm2代入线路电阻计算公式 (2) 计算L为86 206m, 电厂实际电缆敷设长度不会超过该值, 因此无源干接点DI信号选择1.5mm2截面积的控制电缆即可, 电缆长度对信号传输的影响可忽略。
3.3 模拟量信号AI、AO (4~20mA)
模拟量信号 (4~20mA DC) 本身是恒流源传输, 只要传送回路不出现分支回路中的电流, 就不会随着电线的长度增加而减小, 从而保证了传送精度。
这里有两种情况, 一种情况是卡件通道不需要向仪表供电, 即有外部供电的仪表或采集回路为4~20mA信号供电, 这时信号作为单纯恒流源使用, 对电缆长度无要求。另一种情况是卡件通道需要向两线制仪表或受控设备供电, 以ROSE-MOUNT 3051标准变送器为例, 工作电压要求是10.5~55V DC, 可见模拟量信号虽不会减弱, 但还是要考虑仪表本身工作电压的要求, 适合采用式 (7) 进行计算, 其中ΔUxu%为仪表正常工作时允许的电压压降;直流额定电压Ue取24VDC;Imax取20mA, 代入式 (7) 对电缆芯截面积为1.0mm2的电缆进行校验计算得3 420m。电厂实际电缆敷设长度不会超过该值, 因此4~20mA信号选择1.0mm2的计算机电缆即可, 电缆长度对模拟量信号传输的影响可忽略。
3.4 模拟量信号热电阻 (RTD)
电力工程热电阻普遍采用三线制接法, 测量原理图如图1所示, 根据欧姆定律:
式中, R为热电阻;U1、U2为图示各端点之间电压;I为电流;RL为线路等效电阻。
由式 (8) 可见只要保证恒流源电流稳定, 导线电阻对热电阻测量结果就没有影响。实际工程中, 恒流源只要在其负载能力范围内就能保证输出电流恒定, 因此对回路电阻有限制, 不同厂家控制系统卡件对回路电阻的限制不同, 例如OVATION的RTD卡件负载电阻范围为5~1 000Ω, 电厂热电阻的应用场合大部分在0~200℃, 查热电阻温度阻值对照表可见, 0℃对应的阻值是100Ω, 200℃对应180.39Ω, 查阅主流厂家计算机电缆型式规范, 1.0mm2截面积的单根导体计算机电缆直流电阻≤18.1Ω/km, 将该值与最大回路负载电阻和RTD量程最大电阻代入式 (9) , 计算得最大电缆敷设长度22 000m, 电厂实际电缆敷设长度不会超过该值, 因此RTD信号选择1.0 mm2的计算机电缆即可, 电缆长度对RTD信号传输的影响可不考虑。
3.5 模拟量信号热电偶 (TC)
热电偶测量原理决定了热电势只与导体材料的性质和导体两端的温度以及两种导体接点的温度有关, 与导体长度、截面大小及沿导体长度上温度分布无关。因此只要热电偶测量回路的最大允许电阻在控制系统卡件负载能力范围内, 保证控制系统卡件能正常工作, 补偿导线长度便不会影响热电偶的测量。
电厂应用时一般大于200℃小于500℃采用E分度热电偶 (镍铬铜镍) , 500℃及以上采用K分度热电偶 (镍铬镍硅) 。查询热电偶温度与热电势绝对毫伏数据对照表可知, 热电偶热电势信号范围是0~50mV, OVATION控制系统模拟量输入卡件的最大负载电阻为500Ω, 查询热电偶补偿导线往复电阻可见, 1.0mm2截面积E分度和K分度补偿导线往复电阻1.1Ω/m, 1.5mm2截面积E分度和K分度补偿导线往复电阻0.73Ω/m, 不难计算出1.0 mm2截面积补偿导线最长敷设长度不宜大于400m, 1.5mm2截面积不宜大于500m, 实际工程补偿导线敷设长度超过该值时可采用就地冷端补偿的连接方式, 必要时也可增大线芯截面积以满足外部负载电阻的要求。
4 结语
本文从工程实际应用的角度对不同热控终端设备电缆截面积和敷设长度之间的关系进行了分析, 结论是热控负荷电缆可按照文中方法, 在原有载流量选型基础上对电缆截面积进行核算;无源干接点DI信号、电磁阀DO信号选择1.5mm2, 热电阻信号、4~20mA信号选择1.0 mm2截面积电缆可满足电力工程应用, 设计时可不考虑电缆敷设长度的影响;电动机DO信号、电动执行机构DO信号、热电偶信号设计时需考虑电缆敷设长度的影响, 并按照文中计算方法选择电缆截面, 以满足信号正常传输需要。
参考文献
[1]DL/T5182—2004火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定[S].
[2]DL/T641—2005电站阀门电动执行机构[S].
电缆截面 篇6
1 电缆输送机敷设方式及其优缺点
电缆输送机是用于长距离输送大截面电缆的机具, 尤为适用于隧道、排管、直埋等长距离敷设各种类型的电缆, 不受地形的限制, 可在弯曲的电缆沟中, 交叉道路、管道中进行电缆敷设作业。实际使用时多台输送机配合使用, 以500m距离为例, 一般配备15台电缆输送机。同时配备相应数量的导向滑轮等。以输送3*240电缆 (直径80mm) 为例, 每台输送机可输送电缆50m左右, 遇转角、爬坡等处可适当增设电缆输送机。电缆输送机由电机驱动两根高弹性的、坚韧抗磨的橡胶犁形皮带, 电缆被两根皮带挤在中间, 左、右双作用推动电缆前行, 摩擦系数小、输送力大, 对电缆无丝毫损伤。两根皮带间的间隙可调, 适用外径15-130mm的电缆, 放好电缆后取出电缆也很方便[1]。
特点;重量轻、体积小、方便灵活, 尤其适用坑道窄、条件差的情况下施工, 对电缆损伤极小。缺点:由于中间环节较多, 实际敷设速度稍慢;电缆头在两台输送机之间时需人力将其从一台输送机拉到下一台 (一般两台输送机间的距离为50m) , 电缆较大时, 50m的距离还是需要相对较大的劳动力 (见图1) 。
电缆输送机可几组同时操控, 也可单台单机运转。每台输送机内置分控箱, 不需要附带分控箱, 一组采用一台总控箱即可。
2 卷扬机敷设方式及其优缺点
利用电动调速卷扬机驱动卷筒、卷绕绳索来完成牵引工作。电动卷扬机由电动机、联轴节、制动器、齿轮箱和卷筒组成, 共同安装在机架上。卷扬机敷设电缆就是利用卷扬机卷绕绳索连接电缆进行电缆的牵引敷设。在转角、爬坡处和直线段每间隔20m左右放置导向滑轮以减小电缆输送的摩擦力。实际使用时多台输送机配合使用, 以500m距离为例, 一般配备2台卷扬机。以便在长距离及转角敷设时两台卷扬机能够相互配合, 一台从电缆头牵引, 另一台从电缆中间牵引。
特点:中间环节少, 敷设速度快, 尤其适合于特长距离直线段的敷设。缺点是整根电缆受一个或两个点的力量牵引, 会对电缆受力点造成一定程度的损伤;卷扬机速度相对于电缆输送机的速度来说较高, 敷设时因为速度较高容易造成操作失误, 造成对电缆的损伤。
3 结合性敷设方式及其优缺点
实际上, 施工现场转角的多少、地理环境的复杂程度是防不胜防、千奇百怪的, 单纯的采用电缆输送机敷设方式虽然保证了电缆敷设质量, 但是在直线段占比例较大的地方不利于施工速度。同样单纯的采用卷扬机敷设方式在直线段的敷设速度及质量是完全可以保证的, 但是在现场复杂的地理环境中无法保证电缆在敷设过程由于转角太多而造成对电缆的无意损伤。有鉴于此, 笔者大胆地提出将这两种方式有机地结合起来。结合性敷设方式就是在转角较多的地方地理环境较复杂的地方采用电缆输送机敷设方式, 在转角较少、尤其直线距离较长的地方采用卷扬机敷设方式。这样既避免了卷扬机敷设方式自身灵活程度不够在复杂地理环境中易造成对电缆的损伤, 同时也消除了电缆输送机敷设方式在直线段的较低的敷设速度, 有益地提高了电缆敷设的施工质量和速度。
另外, 这种方式在保证敷设过程中电缆基本不受损伤的前提下, 大幅度的降低了敷设机具的投资成本, 是中小型施工队伍比较理想的选择方式。下面就以500m敷设长度为例, (见表1) 将三种方式不同配置的投资进行比较 (不含相同配置的投资, 如电缆盘支架、滑轮、导向滑轮等) 。
备注:以上价格均为网络参考价[2]。
结合性敷设方式实施时应注意的几个问题一般来说, 电缆盘处放置一台电缆输送机, 电缆进出电缆室和生产厂房各放置一台电缆输送机, 转角处适当位置放置电缆输送机, 中途以卷扬机敷设为主。一般速度不应超过8m/min, 牵引头加装钢丝套[3]。期间, 每台输送机和卷扬机处都应有专人操作, 并且相互间要有类似对讲机的通信方式保持无间断联络, 尤其要保持与电缆头同步行进的监护人员联络畅通, 无论那一个人员发出异常信号, 所有人都必须首先停止机器运行, 等待查询或故障解除再进行作业[4]。
参考文献
[1]电缆牵引机-无锡市东南节能电力设备厂http://www.wxdnjn.com/_d269137751.htm, 2010.1.10.
[2]中国供应商.http://detail.cn.china.cn/provide/detail, 1418652948.html, 2010.1.10.
[3]周希章.工技术手册[M].北京:中国电力出版社, 2006.12.
电缆截面 篇7
高电压大截面多芯电缆中XLPE绝缘电力电缆的开发不但能为用户工程设计提供很大的便利, 同时也为其创造了经济效益和社会效益, 同时为企业提高了竞争力, 扩大了销售市场, 对提高公司的经济效益将起到积极地作用。
1 高压大截面多芯交联聚乙烯绝缘电缆的结构特点
与平常用电缆不同的是, 除高电压大截面多芯电缆结构特点外, 还有以下结构特点:
1.1 YJV、26/35 k V、3×400mm2电缆
根据用户特殊要求, 打破常规结构, 绝缘屏蔽采用可剥离型结构。
绝缘和绝缘屏蔽之间空隙时对游离值的影响很大, 电缆的额定电压越高, 要求局放值越小, 如:18/20k V及以下为≤20p C, 21/35k V、26/35k V为≤10p C, 可剥离型绝缘屏蔽与绝缘之间粘合力总不如不可剥离型, 因此在制造过程中或在安装敷设时, 经多次弯曲或在长期使用中热胀冷缩, 它们之间的界面处产生空隙的可能性、可剥离性远大于不可剥离型屏蔽。因此, 为保证电性能, 标准中明确35k V电缆的绝缘屏蔽必须采用不可剥离。对18/20k V及以上电缆, 国外也几乎不采用可剥离型绝缘屏蔽结构, 但是我们按用户特殊要求, 采用了可剥离型绝缘屏蔽结构, 但是要做到局放值在≤10p C, 又要满足剥离强度8~40N/10mm要求, 在材料选用或制造工艺上都有很大困难。
为解决这些难题, 正确选料是关键之一, 国产材料粘合力为8~40N/10mm, 不仅分散性大, 而且粘合力较小, 不宜采用, 只好采用国外材料, 对国外5~6种比较好的屏蔽料进行对比筛选, 决定采用HFDA-0691绝缘屏蔽料, 其粘合力范围为42~63 N/10mm, 不仅分散性小, 而且粘合力也较大, 适合于这种特殊要求的可剥离型绝缘屏蔽电缆。另一方面, 在工艺上采用相应措施, 始终保持最佳控制状态。
1.2 YJV22、12/20k V、3×500mm2电缆
(a) 金属屏蔽采用双重铜带间隙绕包结构, 既保证用户所要求的金属屏蔽截面, 又保证电缆的弯曲性能。
(b) 金属屏蔽接头采用特殊焊接工艺, 大大降低金属屏蔽接头接触电阻, 因而提高了承受短路电流的能力。
(c) 绞合紧压导体的填充系数由一般的0.82~0.84提高到0.90, 从而彻底防止导体屏蔽潜入导体缝隙造成塌坑, 保证屏蔽层光滑, 电场均匀, 提高了电性能, 而且导体外径进一步缩小, 相应的节约了导体外部的所有材料, 同时电缆外径也进一步缩小。
2 经济效应分析
YJV、26/35k V、3×400mm2电缆和YJV22、12/20k V、3×500mm2电缆分别于1989年和1996年试制成功, 因此经济效益分析均以当时经济效益为例说明。
2.1 YJV、26/35k V、3×400mm2电缆
2.1.1 载流量
A.YJV、26/35k V、3×400mm2载流量:615A
B.YJV、26/35k V、1×400mm2载流量:695A
C.YJV、26/35k V、1×300mm2载流量:610A
经载流量计算可得出:一条YJV、26/35k V、3×400mm2电缆的载流量相当于三条YJV、26/35k V、1×300mm2电缆的载流量。
2.1.2 减少挖地土方量
电缆规格、敷设根数不同, 占用面积不同, 挖地土方量也不同。
不同条件下, 一条YJV、26/35k V、3×400mm2电缆管路占用体积 (土方量) 为三条YJV、26/35k V、1×300mm2电缆的百分比不同, 其中:
A.钢管路时:55%
B.钢筋混凝土管路时:45%
C.石棉水泥管路时:57%
D.玻璃纤维加强管或PVC管路时:56%
2.1.3 节省占地面积
不同条件下, 一条YJV、26/35k V、3×400mm2电缆管道占用面积为三条YJV、26/35k V、1×300mm2电缆的百分比不同:
A.钢管时:41%
B.钢筋混凝土管时:47%
C.石棉水泥管时:45%
D.玻璃纤维加强管或PVC管时:43%
2.2 YJV22、12/20k V、3×500mm2电缆
2.2.1 载流量
A.YJV22、12/20k V、3×500mm2载流量:676A
B.YJV、12/20k V、1×500mm2载流量:780A
C.YJV、26/35k V、1×400mm2载流量:690A
经载流量计算可得出:以一条YJV22、12/20k V、3×500mm2电缆可代替三条直径YJV、12/20k V、1×400mm2电缆的载流量。
2.2.2 土方量比较
A.三条1×400mm2电缆人行道土方量约为3×500mm2人工挖沟的1.91倍, 约为机械挖沟的3.84倍;
B.三条1×400mm2电缆车道土方量约为3×500mm2人工挖沟的3.2倍, 约为机械挖沟的6.5倍。2.2.3占地面积比较
A.一条YJV22、12/20k V、3×500mm2人工挖沟占地面积约为三条YJV、12/20k V、1×400mm2的68%;
B.一条YJV22、12/20k V、3×500mm2机械挖沟占地面积约为三条YJV、12/20k V、1×400mm2的34%。
综上所述, YJV、26/35k V、3×400mm2和YJV22、12/20k V、3×500mm2电缆开发与经济效益分析得出:高压大截面多芯电缆的开发, 不仅给电缆制造厂带来相当可观的经济效益, 而且给用户大大降低了电缆工程费用;同时, 在不扩大或减少公用供电线路用地情况下, 有可能大幅度提高输电能力, 给用户也带来相当可观的社会效益。
参考文献
[1]SIEVERTS KABELV DK Dsign and dimemssions of XLPE-insulated cables[Z].
[2]26/35kV、3×400mm2XLPE绝缘PVC护套力缆鉴定文件[Z].
[3]YJV22、12/20kV、3×500mm2力缆试制总结[Z].
[4]IEC502[S].
[5]GB/T12706-2008[S].
[6]古河手册[S].
[7]日本手册[S].
[8]英国电缆手册[S].
