農(nóng)田水利泵站的電纜選型設(shè)計(jì)

李春保 殷憲柱 曹 志

（宿遷市水務(wù)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司 宿遷 223800）

1 基本資料

1.1 土壤、水文氣象

土壤資料：土壤主要成分為粉質(zhì)粘土，土壤干容重1.5g/cm3，土壤較干燥，雨量不大，濕度為8%～12%。

1.2 水文氣象

眾程灌區(qū)屬暖溫帶季風(fēng)氣候，四季分明，光照充足，年平均日照數(shù)2245h，無(wú)霜期在179～235d之間，年平均無(wú)霜期216d，年平均氣溫在14.2℃，極端最低氣溫-19.4℃，極端最高氣溫39.2℃，最熱月平均氣溫為35℃。灌區(qū)多年平均降雨量906.2mm，年內(nèi)季節(jié)分配極不均勻，春季少雨，夏秋兩季雨量集中，7～9月份占全年降水量的60%～70%，秋季天高氣爽，日照充足，以干旱為主，冬季干燥少雨。灌區(qū)歷年平均蒸發(fā)量1622.1mm。

2 電機(jī)功率計(jì)算和變壓器的選擇

2.1 電機(jī)功率的選擇

根據(jù)三莊灌溉站的進(jìn)出水池水位以及《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50265-2010）和《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》（下冊(cè)），電動(dòng)機(jī)的功率P見下式：

式中：

KC—電動(dòng)機(jī)的備用系數(shù)，見表1；

P2—水泵工作范圍內(nèi)的最大軸功率；

ηM—機(jī)械傳動(dòng)效率，直連取1.0；

Q—水泵工作范圍內(nèi)的最大軸功率對(duì)應(yīng)的流量，m3/s；

H—揚(yáng)程，m；

ηPUM—效率，%；

γ—水的容重，kg/m3；

102 —換算系數(shù)，（1kW=102kg·m/s）

根據(jù)流量揚(yáng)程計(jì)算得出選用YE2-280M-6-55kW電動(dòng)機(jī)，滿足要求。

2.2 變壓器的選擇

由于新版泵站設(shè)計(jì)規(guī)范刪除了變壓器容量計(jì)算與校驗(yàn)，但是很多設(shè)計(jì)人員仍繼續(xù)使用《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50265-97）附錄D進(jìn)行主變壓器容量計(jì)算域校驗(yàn)。

D.0.1主變壓器容量應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：S—變器容量，kVA；

P1—電動(dòng)機(jī)額定功率，kW；

P2—照明等用電總負(fù)荷，kW；

η—電動(dòng)機(jī)效率；

cosθ—電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)；

K2—照明同時(shí)系數(shù)；

K1—電動(dòng)機(jī)負(fù)荷系數(shù)，按（D.0.2）式確定：

P1=55kW；P2=6kW；P3=48kW。

根據(jù)上式K3=1.0，K1=1.0，參考南京環(huán)球電機(jī)有限公司的樣本，電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表3。

根據(jù)計(jì)算出來(lái)的視在功率，故選擇主變的型號(hào)為SC13-80kVA-10/0.4kV，Ud%=4.0，D.yn11，變比為10/0.4kV。

3 電流計(jì)算

3.1 電纜選擇的依據(jù)

根據(jù)《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50055-2011）中2.4.5條規(guī)定，導(dǎo)線或電纜的選擇應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）電動(dòng)機(jī)主回路導(dǎo)線或者電纜的載流量不應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)的額定電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)常接近滿載工作時(shí)，導(dǎo)線或電纜載流量宜有適當(dāng)?shù)脑Ａ?；?dāng)電動(dòng)機(jī)為短時(shí)工作或斷續(xù)工作時(shí)，其導(dǎo)線或電纜在短時(shí)負(fù)載下或斷續(xù)負(fù)載下的載流量不應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)的短時(shí)工作電流或額定負(fù)載持續(xù)率下的額定電流。

（2）電動(dòng)機(jī)主回路的導(dǎo)線或電纜應(yīng)按機(jī)械強(qiáng)度和電壓損失進(jìn)行校驗(yàn)。對(duì)于向一級(jí)負(fù)荷配電的末端線路以及少數(shù)更換導(dǎo)線很困難的重要末端線路，尚應(yīng)校驗(yàn)導(dǎo)線或電纜在短路條件下的熱穩(wěn)定。

（3）繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路導(dǎo)線或電纜載流量應(yīng)符合下列規(guī)定：①起動(dòng)后電刷不短接時(shí)，其載流量不應(yīng)小于轉(zhuǎn)子額定電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)為斷續(xù)工作時(shí)，應(yīng)采用導(dǎo)線或電纜在斷續(xù)負(fù)載下的載流量。②起動(dòng)后電刷短接，當(dāng)機(jī)械的啟動(dòng)靜阻轉(zhuǎn)矩不超過(guò)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的50%時(shí)，不宜小于轉(zhuǎn)子額定電流的35%；當(dāng)機(jī)械的起動(dòng)靜阻轉(zhuǎn)矩超過(guò)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的50%時(shí)，不宜小于轉(zhuǎn)子額定電流的50%。

3.2 電動(dòng)機(jī)額定電流

根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第四版）第十二章式12.1-1得電動(dòng)機(jī)額定電流：

式中：IrM—電動(dòng)機(jī)的額定電流，A；

PrM—電動(dòng)機(jī)的額定功率，kW；

UrM—電動(dòng)機(jī)的額定電壓，kV；

ηr—電動(dòng)機(jī)的滿載時(shí)效率；

cosθ—電動(dòng)機(jī)的滿載時(shí)功率因素。

參考南京環(huán)球電機(jī)有限公司的樣本，電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表4。

表1 電動(dòng)機(jī)備用系數(shù)Kc表

表2 修正系數(shù)K3表

表3 電動(dòng)機(jī)參數(shù)表

電動(dòng)機(jī)額定電流：

3.3 修正電纜載流量

根據(jù)《電力工程電流設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50217-2018）附錄D進(jìn)行修正：①按照表D.0.1進(jìn)行不同環(huán)境溫度時(shí)的載流量校正；根據(jù)氣象資料得出，環(huán)境溫度最高為35°，校正系數(shù)為0.92。②按照表D.0.3不同土壤熱阻系數(shù)時(shí)電纜載流量的校正；根據(jù)地質(zhì)資料，土壤較干燥，雨量不大，濕度為8%～12%，查表D.0.3的得出，該工程熱阻系數(shù)為1.5（k·m/w），校正系數(shù)為0.93，查電纜載流量表C.0.1-4，熱阻系數(shù)基準(zhǔn)值為2.0（k·m/w），校正系數(shù)為0.87，故綜合校正系數(shù)為0.87/0.93。③按照表D.0.4土壤中直埋多根并行敷設(shè)時(shí)電纜載流量的校正；該工程為單根電纜直埋，校正系數(shù)為1.0；根據(jù)實(shí)際工作電流確定電纜載流量為

4 電纜相線選擇

根據(jù)《電力工程電流設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50217-2018）附錄C，表C.0.1-4，查得電纜直徑為35mm2。

5 電纜保護(hù)線的選擇

根據(jù)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50054-2011）中3.2.14條規(guī)定，保護(hù)導(dǎo)體截面積的選擇，應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）應(yīng)能滿足電氣系統(tǒng)間接接觸防護(hù)自動(dòng)切斷電源的條件，且能承受預(yù)期的故障電流或短路電流。

（2）保護(hù)導(dǎo)體的截面積應(yīng)符合下式的要求，或按表5的規(guī)定確定：

表4 電動(dòng)機(jī)參數(shù)表

表5 保護(hù)導(dǎo)體的最小截面積表（mm2）

式中：S—保護(hù)導(dǎo)體的截面積，mm2；

I—通過(guò)保護(hù)電器的預(yù)期故障電流或者短路電流，交流方均根值（A）；

t—保護(hù)電器自動(dòng)切斷電流的動(dòng)作電流（s）；

k—系數(shù)，按規(guī)范公式（A.0.1）計(jì)算或按表A.0.2～表A.0.6確定。

筆者認(rèn)為規(guī)范提出公式和表格可任選其一，建議直接按照表格進(jìn)行選擇，故保護(hù)導(dǎo)體選擇為16mm2。

6 電纜中性導(dǎo)體的選擇

根據(jù)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50054-2011）中3.2.7和3.2.8條規(guī)定，建議相導(dǎo)體與中性導(dǎo)體選擇一樣大，故中性導(dǎo)體選擇為35mm2。

綜上所述，該泵站主回路電纜選用為YJV 4×35+1×16mm2，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)布置，長(zhǎng)度需要10m。

7 短路電流的校驗(yàn)

該泵站電機(jī)功率55kW，變壓器采用80kVA容量較小，對(duì)電網(wǎng)沖擊較小，同時(shí)該泵站直接接入公共電網(wǎng)，電網(wǎng)的短路容量無(wú)窮大。

參照徐州恒通變壓器有限公司的樣本，查得短路損耗1.38kW，空載損耗為0.295kW，短路阻抗為4%。查《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）中表4-25查得電纜YJV 4×35+2×16mm2，電阻為2.397mΩ/m，電抗為0.191 mΩ/m。

電纜參數(shù)：R1=2.397×10=23.97mΩ

X1=0.191×10=1.91Mω

三相短路電流：

根據(jù)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50054-2011）中3.1.2條規(guī)定：

三相短路沖擊電流為：

電纜選擇的考慮短路電流的影響，短路電流有效值為2.437kA ，沖擊電流為6.20kA ，以便廠家進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)。

8 結(jié)語(yǔ)

電纜的選擇是機(jī)電設(shè)備選擇中一個(gè)重要組成部分，有的設(shè)計(jì)人員只根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流進(jìn)行選擇，不考慮敷設(shè)條件，有的廠家只按照設(shè)計(jì)人員提供的電纜型號(hào)直接進(jìn)行選擇，沒有考慮電纜的熱穩(wěn)定，建議設(shè)計(jì)人員各個(gè)方面都要考慮，以便選擇安全可靠經(jīng)濟(jì)的電力電纜