探討低壓電纜的電壓損失校驗及優(yōu)化

欒家斌

(中昊(大連)化工研究設計院有限公司，遼寧大連 116023)

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探討低壓電纜的電壓損失校驗及優(yōu)化

欒家斌

(中昊(大連)化工研究設計院有限公司，遼寧大連 116023)

分析了工業(yè)項目中低壓動力電纜的電壓損失校驗方法、標準，計算出滿足電壓損失允許值(△μ%≤5%)條件下的電纜最小截面，針對投資成本控制的相關要求，在保證用電運行可靠性的前提下，對低壓動力電纜的截面進行一定程度上的優(yōu)化設計，降低投資成本，保證工程項目的順利進行。

低壓電纜；電壓損失；電纜截面；優(yōu)化；成本控制

工程項目在實施過程中，投資成本控制是其中的重要環(huán)節(jié)，項目的相關參與方可通過施工圖的優(yōu)化設計，在滿足有關規(guī)范要求的前提下，適當降低裕量，從而達到功能、安全和投資成本控制的有機統(tǒng)一。

從現(xiàn)場實際經(jīng)驗中得知，關于施工圖的優(yōu)化設計范圍，在滿足電壓損失允許值的前提下，低壓動力電纜的截面優(yōu)化可謂投資成本控制的重要一環(huán)。低壓動力電纜的導體材質(zhì)一般為金屬銅，電纜截面的優(yōu)化實際上就是金屬銅使用量的優(yōu)化。因此，優(yōu)化低壓動力電纜的截面，將對降低工程項目的投資成本具有一定的積極作用。

1 電壓損失原理

低壓配電系統(tǒng)電纜的電壓損失是由電纜的阻抗等原因引起的。阻抗是表示電路電性能的物理量，由電纜線路的構(gòu)造、材質(zhì)及環(huán)境溫度等多方面因素所決定，包括電阻、感抗、容抗三個部分，其公式為：

Z=R+j(XL-XC)

其中，R代表電阻，XL代表感抗，XC代表容抗，(XL-XC)代表電抗。

在電流通過電纜線路時，由于阻抗對電流所產(chǎn)生的阻礙作用，一部分電能以熱能的形式損耗掉，同時線路的起始點與終端點之間會產(chǎn)生相應的電勢差，這個電勢差即為該條電纜線路的電壓損失。

2 電壓損失計算

根據(jù)《工業(yè)與民用配電設計手冊》，在三相平衡負荷線路中，電壓損失的計算公式如下：

Δμ%為線路電壓損失百分數(shù)，%；

Un為標稱線電壓，kV；

cosφ為功率因數(shù)；

I為負荷計算電流，A；

l為線路長度，km。

通過以上公式，就可以對低壓電纜的電壓損失情況進行校驗，對超過電壓損失允許值的電纜線路便可以進行優(yōu)化設計。

3 電壓損失校驗的實際應用

在工程項目中，低壓配電系統(tǒng)的電纜敷設長度大多在幾百米范圍內(nèi)，而電壓損失往往就發(fā)生在這幾百米的電纜線路上。電壓損失超過規(guī)定的允許值將造成終端點無法達到額定電壓，用電設備就會無法使用，而電壓損失遠小于規(guī)定允許值又將造成不必要的浪費，不利于投資成本控制。因此，必須將電壓損失控制在一定范圍內(nèi)。在當前通行的設計規(guī)范中，低壓配電線路的電壓損失允許值，一般按μ%≤5%為原則。

電壓損失校驗的關鍵環(huán)節(jié)當屬施工圖設計階段。在施工圖設計階段，電氣專業(yè)工程師在選擇電纜規(guī)格型號時，應當按照電壓損失校驗公式對每一條電纜線路進行電壓損失的校驗，必須將電壓損失控制在5%以內(nèi)。例如，某工程項目部分低壓電纜的電壓損失校驗如表1。

表1 電壓損失校驗

從表1中可以看出，5號電纜的電壓損失校驗結(jié)果為6.66%，已超出了5%的電壓損失允許值，該條電纜線路不符合終端用電設備的用電要求，因此必須采取相關措施，將電壓損失控制在允許范圍內(nèi)。

1～4號電纜的電壓損失校驗結(jié)果均控制在5%以內(nèi)，符合終端用電設備的用電要求。同時，我們也應該注意到，由于1～4號電纜截面本身就已經(jīng)很小，進行電纜截面優(yōu)化的空間也不是很大。通常情況下，對于35mm2及以下的電纜截面，我們只進行電壓損失校驗，不進行電纜截面的優(yōu)化。

6～10號電纜的電壓損失校驗結(jié)果也控制在5%以內(nèi)，符合終端用電設備的用電要求。其中，7～10號電纜的截面積均在50mm2及以上，在保證電壓損失不超過5%以及安全可靠用電的范圍內(nèi)，我們認為完全可以對該部分電纜的截面進行優(yōu)化，進一步降低電纜的采購成本。例如，10號電纜的電壓損失為0.35%，在保證安全可靠用電的前提下，現(xiàn)將10號電纜的規(guī)格優(yōu)化為ZR-YJV-8.7/10-3x70，重新進行電壓損失的校驗結(jié)果如表2。

表2 重新校驗10號電纜電壓損失

從表2中可以看出，10號電纜截面優(yōu)化后的電壓損失為0.55%，仍控制在5%的允許值范圍內(nèi)，但是非常明顯地降低了電纜的采購成本。

在項目實際中，我們一般只對電纜截面積在50mm2及以上的低壓電纜進行截面優(yōu)化，在滿足安全可靠用電的情況下，通常最多只降低2個截面等級。在南方某項目實施過程中，僅通過電纜截面的優(yōu)化設計，就已經(jīng)有效降低工程成本1 000余萬元，可見低壓電纜的優(yōu)化設計是降低工程成本的一個重要途徑。

4 電壓損失的其它原因

電纜阻抗的存在是電壓損失的主要原因，除此之外還存在一些其它的因素。例如，在敷設電纜的過程中，電纜遭受到機械外力的破壞，造成絕緣部分區(qū)域損壞，電纜線路的盤根錯節(jié)以及違反電纜最小彎曲半徑的規(guī)定進行敷設等等情況，均有可能會引起電壓的損失，造成終端用電設備的無法使用。

5 電壓損失的補償措施

在了解了電壓損失的原理及原因后，對于電壓損失超過允許值(Δμ%>5%)的情況，我們就可以通過各種方式對電壓的損失進行補償，以使電壓損失控制在允許值范圍內(nèi)。一般情況下，我們采取以下措施進行補償：

①提高低壓電纜截面積的等級，以降低電纜的阻抗系數(shù)。

②在符合用電設備要求的前提下，縮短電纜線路的敷設長度。

③現(xiàn)場設置配電箱。

④檢查電纜線路的絕緣狀況，保證絕緣水平正常。

⑤按規(guī)定進行電纜敷設施工，不違反電纜的最小彎曲半徑。

6 結(jié) 語

在工程項目的設計過程中，設計單位通常出于保證供配電安全可靠的目的，一般將電壓損失控制在最小范圍內(nèi)，遠低于5%的電壓損失允許值，建設單位或EPC承包商由于成本管理的考核制度，在施工圖的優(yōu)化設計階段，完全可以在保證供配電安全可靠以及電壓損失不超過5%的前提下，降低低壓電纜的截面積等級，有效控制低壓電纜的采購成本，保證工程項目的順利推進。

[1] 工業(yè)與民用配電設計手冊(第三版)[M].北京：中國電力出版社，2005

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