浅谈经济电流密度的应用（二）

三、经济电流密度的应用

3.1、按经济电流密度选择架空导线截面

导线是架空输电线路的主要材料之一，在架空输电线路的建设中占有很大的比重。导线截面选择过大，不仅增加有色金属的消耗量，而且还显著地增加线路的建设投资。导线截面选择过小，则运行时在线路中的电压和电能损耗加大，使电能传输受限和运行经济性变差。如何合理地选择导线截面积是个非常重要的问题。其导线截面积，一般按经济电流密度来选择。

按经济电流密度选择导线时，可按下式计算：

                           

式中   P—线路设计输送容量（kW）;

      U—线路额定电压（ｋＶ）；

――功率因数；

　Ｊ――经济电流密度（A/mm2 )

3.1.1在电网建设中

架空输电线路导线截面一般按经济电流密度来选择，先初步确定导线的截面，然后再以电压损失、导线允许载流量、机械强度、电晕和事故情况下的发热条件等进行校验。如果按经济电流密度选出的导线截面介于两种标准线号中间，应按高一级导线截面选择。必要时通过技术经济比较确定。对超高压线路，电晕往往是选择导线截面的决定因素，应进行选择导线截面的技术经济专题论证。

3.1.2在电网规划设计中

一般考虑线路投入运行后5～10年的输送容量，根据经济电流密度选择导线截面。在进行系统设计(如电站接入系统，向大用户供电等)时，一般是先按输送容量，根据经济电流密度初选导线截面，然后可按照具体条件进行两个以上方案的技术经济论证比较，最后确定导线截面。故在一定的输送容量条件下，经济电流密度是选择输电线路导线截面的基本依据。而且在电网规划设计中，会遇到各种电压级若干条输电线路导线截面选择问题，如果要用经济电流密度表或曲线来选每条线路的导线截面，则要将传输容量换算成电流值，然后根据不同的年最大负荷利用小时数，查出对应的经济电流密度，最后用传输的电流除以经济电流密度，才得到相应的导线截面。比较复杂繁琐。应注意以下问题：

1) 按经济电流密度选择导线截面用的输送容量，应考虑线路投运后 5～10 年的发展。在计算中必须采用稳定的经常重复的最高负荷，在系统发展还很不明确的情况下，应注意不要使导线截面定得过小。

2) 在查表前根据输送容量，输送距离，供电可靠性要求等情况，先考虑采用的输电电压级和输电线路的回路数。

3) 对年最大负荷利用小时数分的比较细，2 000～7 500小时，每1 000小时为一档 ，并增加了常遇到的5 500小时一档。

4）在考虑输电线路的最大负荷利用小时值时，应根据该条线路在电网中的作用而定。

3.1.3选输电线路导线截面的几点注意事项

1) 对一般的输电线路导线截面的选择，可根据线路投运后 5～10 年的输送容量，按经济电流密度进行选择，必要时对电晕、发热和机械强度进行检验;但对有些线路除了按上面定量的方法选择导线截面外还应根据输电线路在电网中的位置、作用和性质，从宏观发展方面，多种运行方式等方面进一步分析、研究、核定所选的导线截面是否合理。

2) 在电网建设中，为了定型化设计，为了方便运行和检修，减少备品备件种类，建议在电网中各种电压级应选用较少的几种类型导线截面。根据电网实际情况，推荐采用《城市电力网规划设计导则》中各级电压的导线截面型号。

3) 对电网规划中的主干输电线路的导线截面选择，一般用经济输送容量查表法来选，必要时再进行技术经济比较后，选定。有时会遇到在某一输送容量和送电距离，两种电压级均可采用时，就必须先电压等级论证，后进行导线截面选择。

3.2、根据电缆截面选择电缆

3.2.1简述

电力电缆截面的选择,是供配电系统设计的主要内容之一,传统的电缆截面选择方法多按技术条件进行选择。为便于对电缆截面选择有个系统地认识,有必要对其简述。《GB50217-2007电力工程电缆设计规范》明确规定了电力电缆截面选择应满足的技术条件:

（1）最大工作电流作用下的电缆导体温度，不得超过电缆使用寿命的允许值。持续工作回路的电缆导体工作温度,应符合本规范附录A的规定。

（2）最大短路电流和短路时间作用下的电缆导体温度，应符合本规范附录A的规定。

（3）最大工作电流作用下连接回路的电压降，不得超过该回路允许值。

（4）10kV及以下电力电缆截面除应符合上述1～3款的要求外，尚宜按电缆的初始投资与使用寿命期间的运行费用综合经济的原则选择。10kV及以下电力电缆经济电流截面选用方法宜符合本规范附录B的规定。

（5）多芯电力电缆导体最小截面，铜导体不宜小于2.5mm2，铝导体不宜小于4mm2。

（6）敷设于水下的电缆，当需要导体承受拉力且较合理时，可按抗拉要求选择截面。

　以上规范第4 条,规定了电缆截面选择的经济条件:10 kV及以下电力电缆截面除应符合上述1～3 款的要求外,尚宜按电缆的初始投资与使用寿命期间的运行费用综合经济的原则选择. 10 kV 及以下电力电缆经济电流截面选用方法宜符合本规范附录B 的规定。 而原《电力工程电缆设计规范GB50217 —1994》的第3. 7. 1. 4 条局限于高压线路,中低压线路不适用,新规范条文的规定比原废止规范更为合理。 根据统计,中国实际使用的35 kV 及以下的电缆约占电缆总用量的85 %. 显然,针对15 %的电缆进行经济核算选型,必将是舍本求末. 其次,原条文的可操作性不强,年运行费用的计算涉及诸多因素,各类资料中又没有提供这些基础计算数据,实际上是无法进行计算的。《GB50054-2011低压配电设计规范》的第3. 3. 3条,也规定了电缆截面选择的经济条件:当电缆用于长期稳定的负荷或必要时,经技术经济比较合理时,宜按经济电流密度选择导体截面。该条文适用于低压电力电缆配电线路,补充了低压电力电缆按经济条件选择的要求.。其编入的出发点在于响应国家提出的节能减排的号召,按经济电流(寿命期内,投资和导体消耗费用之和最小的适用截面所对应的工作电流) 选择电缆截面。

3.2.2按经济电流密度选择

　　按经济电流密度选择电缆截面的方法与按经济电流密度选择母线截面的方法相同，即按下式计算：

式中   P—线路设计输送容量（kW）;

      U—线路额定电压（ｋＶ）；

   ――功率因数；

　　　Ｊ――经济电流密度（ A/mm2）

　　按经济电流密度选出的电缆，还必须按最大长期工作电流校验。

　　　3.2.3注意事项

1）按经济电流密度选出的电缆，还应决定经济合理的电缆根数，截面S≤150mm2时，其经济根数为一根。当截面大于150 mm2时，其经济根数可按S/150决定。例如计算出Sec为200mm2，选择两根截面为120 mm2的电缆为宜。

2）为了不损伤电缆的绝缘和保护层，电缆弯曲的曲率半径不应小于一定值(例如，三芯纸绝缘电缆的曲率半径不应小于电缆外径的15倍)。为此，一般避免采用芯线截面大于185 mm2的电缆。

3）线芯截面选择时,技术和经济是相互依存的2 个方面. 通常按经济条件选择大于按技术条件选择的截面1～2 级,但有时按短路热稳定等技术条件选择的截面大的情况,因此应该同时满足经济条件和技术条件,取两者截面较大者。

4) 最大负荷利用小时数Tmax越大,经济电流值越小,选择的经济截面越大, Tmax 越小,经济电流值越大,选择的经济截面越小. 工程设计中,就选择电缆的经济截面而言, Tmax对其选择结果影响不大,Tmax毋须采用精确数值,仅采用行业的统计数据即可满足要求。

5) 按经济电流选择电缆截面,通常会大于按载流量所选的截面. 初始投资费用会增大;但运行损耗费用和总费用支出会很小,而且增加的初期投资一般仅需2～4 a即可收回。

                                                                                未完待续...

                                                           

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