电力电缆经济电流截面选用方法的疑问.pdf

建 裁电乞。 I——_l—●-—lI■ BUl L DI NG 2口1 5 年 第 9 期 1 ELE CTRI CI TY 6 电力电缆经济电流截面选用方法的疑问 钱澄清 张先玉 ( 中科院建筑设 计研 究院有限公 司，北京 市 1 0 0 1 9 0 ) Do u b t s a b o u t S e l e c t i o n M e t h o d f o r Ec o n o mi c Cur r e n t S e c t i o n o f Po we r Ca b l e QI AN Ch e n g q i n g Z HANG Xi a n y u ( I n s t i t u t e o f Ar c h i t e c t u r e De s i g n a n d Re s e a r c h ， C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s ，B e i j i n g 1 0 0 1 9 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Do u b t s h a v e b e e n p r o p o s e d f o r ma x i mu m l o a d l o s s t i me f a p p r o x i ma t e l y c a l c u l a t e d b y ma x i mu m l o a d u s e t i me T me n t i o n e d i n Ap p e n d i x B o f G B 5 0 2 1 7—2 0 0 7 C o f o r D e s i g n o f C a b l e o f El e c t r i c En g i n e e r i n g； a u t h o r s o f t h i s p a p e r h a v e p r o p o s e d t h e i r O Wn s o l u t i o n for r e f 、e r e n c e a n d d i s c us s i o n． Ke y wo r ds ： ma x i mu m l o a d u s e t i me ： ma x i mu m l o a d l O S S t i me ．r ； e c o n o mi c c u r r e n t s e c t i o n； l o s s ； p o we r f a c t o r ； l o a d c u r v e； p o we r c a b l e； e n e r g y c 0 ns e r v a t i n n a n d e mi s s i 0 n r e d u c t i 0 n 摘要 ：对 GB 5 0 2 1 7—2 0 0 7 《 电力3 - 程 电缆设 计规 范》 附录 B 中使 用最 大 负荷利 用 时间 近 似 求 最大 负荷损耗 时问 的数据提 出质疑 ，给 出自己的解 决方法 以供 参考讨论 。 关键词 ：最 大负荷利 用时间 ；最大 负荷损耗 时 间 ；经济 电流 截 面 ；损耗 ；功 率 因数 ；负荷 曲线 ； 电 力 电 缆 ：节 能 减 排 中图分 类号 ：T U 8 5 2 文献标识码 ：A d o i ：1 0 ， 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 1 0 0 3—8 4 9 3 ． 2 0 1 5 ． 0 9 ． 0 0 2 0 引言 按 经济 电 流密度 选择 电力 电缆 截面 是一 个既 熟 悉 又陌 生的方 法 ，说 它熟 悉是 因 为按经 济 电流密 度 选择 电力 电缆 截面并 不 是一个 新 概念 、新方 法 ：说 它 陌生是 因为 过去很 多年 中 ，建筑 电气设 计 人员并 未真正使用 过它。在 当今 节能减排的大潮流 中 ，按 经 济电流密度 选择 电力 电缆截 面 已被提 上 了议 事 日程 。 因此 ．弄清 按经济 电流密度选择 电力电缆的方法 ，已 经刻不容缓 。 1 电力电缆经 济电流截面选 用方 法 在 G B 5 0 2 1 7—2 0 0 7《 电力 工程 电缆 设计 规 范 》 附录 B中给出了 1 0 k V及 以下电力 电缆经济 电流截面 选用方法 。在电缆总成本 的计算公式 中包括 了电缆线 路损耗引起 的总成本和电缆本体及安装成本 。而电缆 线路 损耗 引起 的 总成 本 由线路 损 耗 的能源 费用 和 提 供线 路损 耗 的额外 供 电容量 费用 两部 分组 成 。在线 路损 耗的能源费用 当中 ，需要求 出最大负荷损耗时 间 ( h ) ，即相 当于负荷 始终保 持 为最 大值 ，经过 tr 小 时后 ，线路 当中的电能损 耗与实际负荷在线路 中引起 的损耗相 等 。设 为最 大负荷利 用时 间( h ，即相 当 于负荷始终 保持 为最大值 ，经过 T小时后 ，负 荷消耗 的电能 与实际负荷 消耗 的电能相等 ) ，可使 用最 大负 荷利用 时间 近似求 r 值 ，且 T =0 ． 8 5 。 因此 ，在 G B 5 0 2 1 7 — 2 0 0 7《 电力_丁程 电缆设计规 范》附录 B中 ， 是大于 的，如果该结论有误 ，那么 按附录 B选 出的电力 电缆经济电流截面也是有误 的。 2 线路在不 同功率因数 时 与 对应值 根据 《 工业 与民用配 电设计手册》第 3 版第 一章 第 十节 电网损耗计 算 ， 与 r的关系 曲线 ( 见 图 1 ) ， 大致 可得 到以下 可供参考 的数据 。 作者信息 钱澄清 ，男 ，中科院建筑设计研究 院有限公司 ，研究 员 ，电气顾 问总工程师 。 张先玉 ，女 ，中科 院建筑设计研究院有限公 司 ，高级工程师 。 毫 n 9 0 1 5 Vo l 3 4 No 9 表 l 线路在不 同功率 因数时 与 r对应值 T a b ．1 T h e c o r r e s p o n d i n g v a l u e s o f T a n d i n c i r c u i t u n d e r d i f f e r e n t p o w e r f a c t o r s r ／ h ~c ~ s 1 ～ O ． 6 O ． 7 0． 8 0． 9 1 ． O 3 O 0 o 2 7 0 0 2 5 0 o 2 1 0 H 0 1 8 0 0 1 3 0 0 4 0 H0 O 3 3 0 0 3 1 0 0 2 7 0 0 2 5 0 0 20 o O 5 0 HD O 40 0 0 3 8 0 0 3 5 0 0 3 3 0 0 27 0 0 6 o o O 5 o o O 4 7 0 0 4 5 0 0 4 3 o o 3 9 0 0 表 2线 路 在不 同 功率 因数 时 ， r值 Ta b． 2 T| T v a l ue i n c i r c u i t u nd e r d i ffe r e nt p o we r f ac t o r s Tf ＼c o s ‘ P ～ 0 ． 6 0． 7 0． 8 0． 9 1 ． 0 3 O o o 1 ． 1 1 ． 2 1 ． 4 1 ． 7 2 ． 3 4O 0 0 1 ． 2 1 ． 3 1 ． 5 1 ． 6 2 ． 0 5 O o 0 1 ． 3 1 ． 3 1 ． 4 1 ． 5 1 ． 9 6 o o 0 1 ． 2 1 ． 3 1 ． 3 1 ． 4 1 ． 5 80 0 0 60O 0 4 000 200 0 0 ． l，／／ ／ ，／／ _／／ ／ ／ 2000 4000 6 0 00 8 0 00 ／h 图 1 T与 r 关系 曲线图 Fi g ．1 T V S r c ur v e = 0 6 - - - — 一 =0 7— - - - — 一 =0 8 — - — - — 一 = 0 9 — — — — 一 从 图 1可知 T>r且 ≠ 0 ． 8 5 。 由此可 见 ，G B 5 0 2 1 7—2 0 0 7《 电力 工程 电缆 设 计 规范》 附 录 B与《 工业 与 民用 配 电设 计 手册 》第 3版关于电网损耗计算 中， 与 数 据不同。 3最 大负 荷利 用时 间 与 最大 负荷 损耗 时 间 的关 系 3 ．1 与 谁大 首先 ，设备全年消耗 的电能为 A，最大负荷 为 P m ，则 A= e m T 。 而实际上负荷是随时间变化的 ： r 8 7 6 0 A = l P dt J 0 P=、 ／ 3 U ／C O S ‘ D ( 1 ) ( 2 ) t l 智 le 造g ra ， , 用 d 心 W ~U 供电与配 智造 电气 - 用 心于众 ’ 。 式 中： —— 电路 线 电压 ，V，此处 可认为是 常数 ； ， —— 线路负荷 电流 ，A； C O S —— 线路 负荷 功率 因数 ，为简 化 问题 ， 可认为 C O S 也是常数。 所 以 ， A = J 。X ／ TU ／ c 。 s d t = 、 ／3 U ／ m a x C O S T = P m ‘T ( 3 ) 式 中 ：， —— 最大负荷 电流 ，A 。 故 ，J 。I d t = I m T ( 4 ) 假设 ：线路上 的电能损耗为 △ A，则 ： r 8 7 6 0 △A=J 3， R d J 0 = 3 I m x 2 R ( 5 ) 式 中 ： —— 线 路 电阻 。为使 问题 简单也 认 为它是 常数 。 f 8 7 6 0 I ， d t = I m x 2 ( 6 ) J IJ 令 t m =1 由 ( 4)得 ： ( ， l +， 2 +⋯⋯ +， n )At =T ( 7 ) 由 ( 6 )得 ： ( ， 1 +， 2 2 +⋯⋯ +， n 2 )A t = 丁 ( 8 ) 因 ， l 、， 2 、⋯⋯ ， n ≤ 1 ，故 ： I ≥ l ，I 2 ≥ I ， ⋯ ⋯ I n≥ 1 ( 7 ) ， l + +⋯⋯ + ， n ( 8 ) ， 1 + 十⋯⋯ +， n 2 『 由此 可 见 ，只有 当 J =1 2= ⋯⋯ =j =1时 ， T=tr ；其 他 情况 下 ，， 1 +， 2 + ⋯⋯ n>， l + +⋯⋯ +， n 2 ，即： T>r ( 9) 3 ．2 与 丁关 系曲线分析 任何一个用户 ，其全年所使用 的电能通过 电度 表 就可得 到。 因此 通过 式( 3 )就 可求 出。但某一 网 络全年 电能损耗 的多少 ，由于没有专 门测量 网络各部 门 电能损耗 的仪表 ，因此无法直接计算 。但有一点 可 肯定 ， 和负荷 曲线 有关 ， 也和 负荷 曲线 有关 。利 用这种近 似关 系 ，可从 求 出 。但对 不同 的负荷 曲 建 电乞。 _____—-___BUI L DI NG 2口1 5 年 第 9 期 I EL EeTRl Cl TY 线 ，其 和 的关 系是不 同的 。若 负荷 曲线形 状不 同 ，但 只要 负 荷 曲线 与 纵轴 、横轴 间所 包 的面 积相 同 ，则 T就相 同 ，而这 些 负荷 曲线 的 并 不一 定相 同。也就是对应一个 值 ，可 以有不 同的 tr 值 。 为 了从 值求得 ．r 。下 面先从 极端 情况 来分 析 。 首先假定负荷 的功率 因数都为 1 。分 两种情 况 ：① 假 定 负 荷 除 了最 大 负 荷 以 外 ，其 他 负 荷 为零 ，这 时 T= tr ；② 假定负荷的最大值是 P m ，但实际上负荷 全年都是 P ( 见 图 3 ) 。 图 2 除了最 大负荷 外其 他 负荷 为零 Fi g．2 Al l l o a ds a r e z e r o e x c e p t t h e ma x l o a d 图 3 负荷最大值为 P m ， 实际全年负荷均为 P Fi g． 3 Ma x l o a d i s ema x a n d a c t u a l a n n u a l l o a d i s P ：—8 7 6 — 0 P ( 1 0 ) P lm 从公式( 5 ) ： r J i Z d t ：—J _ — 一 ， 『n x 2 f P d ￡ = —一 ( 1 1 ) P m x 2 对于情况 ② ： ： ： ： ! 鱼 ( 1 2 ) 。x 2 由公式( 1 0 ) 、 ( 1 2 )得 ： r ：— l_ z 8 7 6 0 因 ≤8 7 6 0，故 ．再 次证明 ≤ 。 实际上 任何 负荷 曲线形状都介乎两者之间 。代表 这两 种极 限情况下 的 和 r的关 系是一 条直线 a 和一 条抛 物线 b 。 3 ．3小 结 以上分析是为 了说 明从 来求 r的可能性和合理 性 。所 以在分析 时假定 C O S =1 。实际 上各种用户 的 功率 因数是不 同的。当功率 因数不 同时 ， 和 的关 ．．．．一 旦 _ ， 、 ， 。 ． 。 系也不 同。因为求 用 的是有功负荷 曲线 ，而求 用 的是视在功率负荷 曲线 。当 C O S =1 时 ，这两种为同 一 曲线 ，因此 得到 上述 分析结 果 ；当 c o s ≠ 1时 ， 视在功率负荷 曲线与有功负荷 曲线形状一般不 同。通 常视在功率负荷 曲线与有功负荷 曲线形状不 同，一般 视在功率 曲线 比有功功率负荷 曲线稍平缓些 。当有功 功率减少时 。视在功率并不是成 比例地减小 ，而是改 变得不大 。例如很多 电器在轻负荷时 ，功率 因数会变 低 ．视在功率负荷 曲线也越平 ，这时 南负荷 曲线求得 的 值 也越大 。但无 论怎样变化 ，r值均在 图 4的 曲 线 b与直线 a所包 围的范 围内。 4 结语 图例 ： b - -- - - - - —— 图 4 与 r关 系 曲线 分 析 图 Fi g ．4 T V S an a l y s i s c u r v e 关 于经济 电流 截面 选用 方法 的研 究 和应 用 比较 少。如今 ，绿色建筑广泛推行 ，如果公 式有误 ，将导 致设计人员选用的 电力 电缆截面并不经济 ，希 引起 同 行重视 。 盏 凶 1 ] 中国电力T程顾 问集 团西 南电力设计 院 ，等．G B 5 0 2 1 7—2 0 0 7 电力工程电缆设计规范 [ S ] ． 北京 ：中国规 划 出 版 社 ．2 0 0 8 ． 『 2 ] 中国航空丁业规 划设计研究院． 工业与 民用配 电 设 计手册 『 M] ． 第 3版． 北京 ：中国电力 出版神 ，2 0 0 5 ． 『 3 ] 戴瑜兴 ，黄铁兵 ．梁 志超． 民用建筑 电气设计手 册 『 M] ． 第 2版． 北京 ：中国建筑工业 出版社 ，2 0 0 7 ． 『 4 ] 戴瑜兴 ，黄铁兵 ，梁 志超． 民用建筑 电气设计数 据手册 『 M] ． 第 2版． 北京 ：中国建筑工业 出版社 ，2 0 1 0 ． [ 5 ] 韩 帧详 ． 电力系统 分析 [ M] ． 杭 州 ：浙 江 大学 } } l 版 社 ．1 9 9 3 ． [ 6 ] 《 钢铁企业电力设计 手册 》编委会． 钢铁企业 电 力设计手册 『 M] ． 北京 ：冶金工业 版礼 ，1 9 9 6 ． 2 0 1 5—0 3—2 5来稿 2 0 1 5一O 7—1 7修 回