15中低压电缆载流量的实践刘焕新Word格式.docx
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120
480
483
0.6%
YJV22
8.7/10
土壤中
180
155
-13.9%
225
196
-12.9%
235
-11.3%
300
264
-12.0%
150
340
283
-16.8%
185
380
319
-16.1%
240
440
377
-14.3%
495
423
-14.5%
从表格可以看出，结构确定的情况下，GB50217推荐载流量（A）比《电线电缆载流量》大，并随着规格的增加差值减小，而10kV电缆的载流量《电线电缆载流量》比马国栋教授编写的《电线电缆载流量》小，很明显看出GB50217在10kV电缆载流量得选择上要比0.6/1kV的载流量保守，体现出设计规范也许是出于运行安全的要求更重视高电压电缆的选择。
事实上：
1、在与客户（如中冶赛迪设计院）技术沟通交流中，客户询问电缆载流量在满足GB50217-2007的情况下电缆成本是否会有所提高，特别是低压电缆；
2、另外有些客户发现电缆运行时护套表面温度用手摸发现温度较高，就认为生产厂家的电缆有质量问题。
电缆使用寿命是根据绝缘和护套材料老化性能来确定的，电缆表面温度过高会加速绝缘和护套的热老化，甚至发生热击穿，降低电缆使用寿命，这也正是客户关注电缆表面温度的原因
3、本文出于对电缆载流量以上的差异进行工程实际验证，查找载流量理论计算值与实际运行值的差异，对比成本，通过实际验证提出建议。
二．研究方法
载流量研究小组经过分析讨论，决定从某一公司扩建工程的一根电源电缆和配电电缆的设计阶段进行跟踪，根据初期设备的负荷计算出载流量，按照敷设环境参照《电力工程电缆设计规范》[1]和《电线电缆载流量》[2]选择电缆，然后对电缆现场实际运行情况进行跟踪，根据跟踪数据反推电缆导体理论温度，分析电缆选择的差异，并通过运行成本测算，得出在中低压电缆选择方面的建议
三．电缆型号规格确定
3.1电缆运行环境和工程条件如下：
3.1.1环境条件
周围空气温度
最高气温：
+40℃
最低气温：
-10℃
历年平均气温：
16.5℃
历年平均降雨量：
≤1600mm
覆冰厚度：
5mm
使用环境相对湿度：
≤95％
海拔高度：
<
1000m
污秽等级：
III级
安装现场基本地震烈度：
6度,安全系数≥1.67
日照：
0.1W/cm2
3.1.2工程条件
3.1.2.1系统概况
系统额定电压：
6kV
系统额定频率：
50Hz
系统接地方式：
中性点直接接地系统
属C类系统
3.1.2.2敷设方式
土地直埋或电缆沟
3.2载流量计算及电缆型号确定
3.2.1电源电缆型号规格的确定
通过对该公司配置的所有设备功率进行统计，总的装机容量（P）大约为3600KVA，主线路供电电压（U0）为6kV，功率因素（
）为0.9，则根据
（1-1）
根据式（1-1）计算出电流（I）为385A。
根据系统概况和敷设条件及计算出的电流，然后参照马国栋教授编写的《电线电缆载流量》中YJV228.7/10kV3×
240的载流量为440A，比计算值大15%，所以选择电缆型号规格为：
YJV228.7/10kV3×
240mm2；
，而按照GB50217推荐载流量（377A），是小于以上计算值的。
3.2.2配电电缆型号规格的确定
其中某一机组的额定功率为195kW，供电电压为380V，功率因素（
）为0.9采用电缆沟敷设的方式，则根据
按照公式（1-1）计算出电流为330A。
根据敷设方式及参照马国栋教授编写的《电线电缆载流量》YJV0.6/1kV3×
70的载流量为350A，比计算值大6.1%，而YJV0.6/1kV3×
95的载流量为405A，比计算值大22.7%，经过综合考虑最终选择电缆型号规格为：
YJV0.6/1kV3×
95。
而按照GB50217推荐载流量（410A），是大于以上选择值，更大于计算值
四．电缆实际运行监测
为了能够更好了解这两根电缆的实际运行情况，我们对10kV线路的中压电缆YJV228.7/10kV3×
240（如图1）和1kV线路的低压电缆YJV0.6/1kV3×
95（如图2）进行跟踪。
图1图2
4.110kV的电源电缆
从实际情况来看，10kV中压电缆作为电力输送的主线路，敷设环境比较规范，电缆实际运行负荷波动也非常小（如图3所示），电缆表面温度变化也很小（如表1），进一步证明电缆的选择是没有问题的，而且电缆运行在比较符合设计环境的条件下，电缆表面的温度低于设计值下的表面温度。
图310kV中压电缆运行实时监控图
运行监控图显示，电缆运行负荷比较稳定，实际载流量的平均值在210A-230A，比设计值相比450A小很多，下表1展示了，在实际载流量下不同时点的电缆表面温度：
表110kV中压电缆表面温度
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
表面温度
30℃
31℃
32℃
4.20.6/1kV配电电缆
1kV低压电缆一般作为一台或多台设备的电力传输，电缆敷设不规范，所有敷设在一个电缆沟中的电缆紧挨在一起，电缆散热条件较差（如图4所示），另外电缆负载波动也比较大，本次重点对1kV低压电缆载流量实践做一个研究。
图4低压电缆沟内电缆敷设情况
低压电缆跟踪研究方法，由小组成员每隔2小时对电缆表面温度，电缆沟内温度，采用钳形电流表对电缆的电流进行测量，然后根据跟踪数据倒推出导体温度。
1、首先对1kV线路的电缆表面温度、载流量及实际环境温度进行实际测量（如图5、图6所示）。
图5电缆载流量测量图6温度测量
2、通过一段时间测量数据的收集（见表2），我们发现电缆载流量变化对电缆表面温度影响很小（图6所示），由于该电缆负荷波动变化频繁，但是电缆所敷设的电缆沟散热条件又很差，热量散发的非常缓慢，导致电缆表面温度并不随环境温度变化而呈现规律的变化。
表21kV电缆实际测量数据
电缆沟环境温度（℃）
电缆实测表面温度（℃）
电缆实测电流（A）
34℃
172
37℃
36
33℃
34
35℃
39
33
190
41℃
42
40
205
36℃
38
207
46
220
223
41
43
250
44
255
40℃
49
266
45
305
图71kV电缆实际测量数据曲线
3、根据实际测量电缆载流量，利用载流量计算公式
倒推导体温度（见表3）。
表31kV电缆导体温度
电缆实测电流
（A）
电缆导体理论计算温度℃
导体温度℃
温度差℃
2.0
47
48.5
1.5
44.5
46.5
48
49.0
1.0
52
53.5
51.6
1.6
51.0
56
58.0
51
53.0
53
55.8
2.8
61
64.6
3.6
63
66.5
2.5
66.6
上表格表明，尽管电缆散热相对不好，但随着载流量的增加，电缆表面温度并没有较大的上升，而实际电流尽管没有达到线路设计的载流量，但其导体的温度已经快速上升。
实际推算的导体温度则上升较快（如图8），电缆自身的损耗增幅是比较大的，因此电缆设计不但只应考虑满足载流量，还应考虑长期的运行成本。
图8载流量与导体温升图
此电缆设计载流量405A，当电缆载流量为320A时，导体计算温度经达到74℃（环境温度40℃时）；
按照图7推算，在这样的敷设环境下，当电缆的载流量为405A的电流下（环境温度40℃时），导体的温度甚至达到99℃，已超出导体最高长期允许运行温度90℃，会加速绝缘和护套的老化给电缆正常运行带来热老化击穿的隐患，缩减运行寿命
五．导电线芯损耗计算
该损耗主要是导体通过电流时造成的功率损耗（Wc），根据《电力电缆设计原理》[3]：
式中：
I为导体电流；
Rc为单位长度在其允许工作温度下每相导体交流电阻。
其中：
R0—为20℃时导体直流电阻；
—为每一绝对温度下20℃时材料温度系数；
—为导体最高工作温度；
—为集肤效应因素，
，
；
—为领进效应因素。
表4型号规格为YJV228.7/15kV3×
240和3×
300举例说明：
规格
电缆成本C1
（万元/km）
载流量
90℃交流电阻
（Ω/km）
导体损耗kW/km
通过相等载流量时导体温度（℃）
交流电阻
一年损耗电费（0.8元计算）
36.5
0.09834
19.0
90
13.3
42.8
0.07950
19.5
80
0.07722
14.9
10.5
表5以型号规格：
95和3×
120举例说明：
26.2
0.11720
19.2
13.4
33.5
485
23.1
75
0.09399
15.4
10.8
从上表可以看出，中压电缆通过运行2.25年就可以把最初1km多投入的6.3万元给节约回来，低压电缆通过运行2.8年就可以把最初1km多投入的7.3万元给节约回来，也意味着电缆导电线芯损耗是个不可小视的一个因素。
六．结论
1.由于中压及以上电缆敷设环境比较规范，用户在电缆选择时可以根据设计负荷计算出的载流量来选择相应规格的电缆；
但低压电缆在敷设环境比较差的情况下，电缆选择就不能单从设计载流量的大小来确定导体截面，还应考虑电缆长期运行的线损（P=I2R）。
本工程在低压电缆的选择上也是出于这样的原因，推荐用户选择了大于计算值22%的载流量的电缆，而实际运行也反映了低压电缆运行中的问题。
无论是按GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》[1]和马国栋教授编写的《电线电缆载流量》[2]上的载流量来选取电缆，厂家所生产的电缆都可以满足载流量的要求，但电缆敷设环境散热条件不好将使导体温度升过高，导致电缆线芯损耗增加，用户在选择低压电缆时不够重视，载流量取值的富余量考虑较少，而在运行维护方面，不能按照设计时要求的设计条件运行维护，导致环境温度居高不下，尽管电缆的设计结构满足自身的散热，但过高的环境温度会使导体处于较高甚至超过额定运行温度的情况下运行，增加运行成本，长期运行，导致热老化，寿命降低。
2.电缆敷设环境散热条件不好，会造成电缆本体温度偏高会加速绝缘、护套老化，造成电缆热老化击穿的事故。
3.在帮助客户电缆选型时，要了解清楚电缆的敷设条件和环境，然后确定电缆型号规格；
同时跟客户讲解清楚敷设环境对电缆实际运行的影响，消除客户的一些顾虑，帮助用户加强低压电缆敷设与运行管理，符合设计条件，营造一个更加和谐的供求关系。
参考文献
[1]GB50217-2007电力工程电缆设计规范[S]。
[2]马国栋.电线电缆载流量[M]中国电力出版社2003。
[3]卓金玉.电力电缆设计原理[M]机械工业出版社1999年。
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