变电站电缆选型手册

1、目录一. 概述 2二. 范围 2-3三. 参考标准及参数取值依据 3四符号说明 3-4五.IEC 287-3-2/1995标准电力电缆截面经济最佳化计算方法的应用4-11六电力电缆经济截面最佳化数据查找的使用方法 11-12七. 电缆经济截面与发热截面总费用比较及投资回收年计算 12-15八. 经济截面的校验条件 16-17附录1铜芯电力电缆综合造价统计表 18-19附录2 电缆造价类别的平均 A值 20附录3 电缆型号与电缆造价类别对照表 20附录4-1铜芯电力电缆经济电流范围（I-A类别） 21-23附录4-2铜芯电力电缆经济电流范围（II-A类别） 24-26附录4-3铜芯电力电缆经济电

2、流范围（HI-A 类别）27-29附录4-4铜芯电力电缆经济电流范围（IV-A类别） 30-32附录4-5铜芯电力电缆经济电流范围（V-A类别） 33-35附录5铜芯电力电缆经济电流密度计算数据及图表（不同电价） 36-40附录6电缆导体交流电阻及感抗 41-42附录7铜芯电力电缆允许载流量表 42附录8 损耗费用辅助量F Tmax-P关系的统计值 43附录9最大负载利用小时Tmax与最大负载损耗小时t和cos的关系43附录10不同行业的年最大负载利用小时 Tmax,（h） 44九. 参考资料44电力电缆经济选型实用手册一. 概述导体的经济电流密度是选择导体的必要条件之一。 当选择导体的诸多技

3、术条件 （ 如发热温 升、机械强度及电压降要求等 ） 得到控制或改善时，往往是经济电流密度起着支配作用。实践 证明，经济电流密度对于选择导体进而节省能源，改善环境，提高电力运行可靠性有着重要 的技术经济意义。过去，在计划经济的条件下，工程设计往往偏重技术、轻视经济；重视初 投资，忽视长期运行的经济性。工程建设也因此付出过沉重代价。当前，我国已经进入到社 会主义市场经济的发展时期，工程投资方和经营方都越来越注重投资效益和运营效益。追求 工程建设整体的、长远的合理性，倡导基建优化设计。而导体的经济电流密度正是这种优化 设计的内容之一。传统的设计方法按载流量选择导体截面时只计算初始投资，导体的截面选

4、 择过小，将增加电能的损耗；选择的过大，则增加初始投资。研究和确定导体电流密度的目 的，就是在已知负荷的情况下，选择最佳的导体截面；或是在已选定导体截面的情况下，确 定经济的负荷范围，以寻求投资的最优方案，取得最理想的经济效益。本实用手册应用 IEC 287-3-2/1995 电力电缆尺寸的经济最佳化标准和方法，采用我国常用的铜芯聚氯乙稀绝缘聚氯乙稀护套（PVC绝缘）和交联聚乙稀绝缘聚氯乙稀护套 （XLPE绝缘） 中低压电力电缆数据， 统计和汇集了为计算电缆系列截面的经济电流范围、 经济截面和电 缆经济电流密度所需资料，可供电气设计人员和运行人员选择电缆导体经济截面参考。二. 范围1本实用手册

5、适用于电压为 6/6kV, 8.7/10kV 及 0.6/1.0kV 中低压等级铜芯电力电缆的 经济选择。电缆类型为铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆（W型），铜芯聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆 （VV22 型），以及交联铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电 缆（YJV型），交联铜芯聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆（YJV22型）。电缆芯数包括：根据产品目录有等截面的三芯、四芯及五芯，非等截面的四芯及五芯。 2按照 IEC 287-3-2/1995 国际标准，导体截面经济选择只计及发热损耗，不考虑电压 有关的损耗 , 也不包括诸如维修等因素。三. 参考标准及参数取值依据国际电

6、工委员会标准 IEC 287-3-2/1995 电力电缆截面的经济最佳化 。国家标准 GB/T16895.15-2002 等效于 IEC 60364-5-523:1999 建筑物电气装置电气设 备的选择和安装布线系统载流量以及GB 50217-94电力工程电缆设计规范 。金融贴现率，电价年增长率等按照近年来国家电力公司经济研究中心提供的数据。低压 电力电缆出厂价格根据北京工程造价信息 2001 年第 2 期。中压电力电缆价格及中低压电 缆敷设综合费用根据西北电力设计院 1981 年及东北电力设计院 2001 年的专题报告导体的 经济电流密度资料。四. 符号说明本手册使用的符号及其量值说明如下：

7、A与导体截面有关的单位长度成本的可变部分（ 造价费用斜率 ） 元 /m.mm2B邻近效应、集肤效应的综合系数 C与敷设条件等有关的单位长度成本的不变部分元 /mCT电缆系统总成本 （ 总费用 ） 元Imax最大负载电流 AL电缆截面某段长度 mCJ年期间内电缆导体发热损耗费用的现值元N电缆使用的经济寿命期 年Np每回路相导体数目 -Nc传输同型号电缆和负载值的回路数目-P电价，电度电费 元 /kWhD每年最大需量电费 元/kW 年F由公式（6）定义的辅助量（线损辅助量）元/WQ由公式 （4） 定义的辅助量-r由公式 （5） 定义的辅助量-aImax 的年增长率 %b电价P的年增长率，不计及通货

8、膨胀%i计算现值用贴现率 %CI拟确定某段长度的标准截面规格的初始费用元CI1最接近某段长度较小标准截面规格的初始费用元CI2最接近某段长度较大标准截面规格的初始费用元R拟确定电缆截面规格的单位长度交流电阻 Q /kmR1最接近较小标准截面规格的单位长度交流电阻Q /kmR2最接近较大标准截面规格的单位长度交流电阻Q /kmTmax最大负载利用小时 ht最大负载损耗小时hS电缆导体截面 mm2Sec电缆导体的经济截面 mm2P 20导体20C下的电阻率 Q .ma 20 导体20C下的电阻温度系数1/ C0 m导体平均运行温度°CK温度及B系数的综合系数 -T投资回收年 年五. IE

9、C 287-3-2/1995 标准电力电缆截面经济最佳化计算方法的应用1 电缆的总费用。总拥有费用法 （TOC ,Total Owning Cost） 是全面评价电气装置能效费 用的方法，包含：初始投资 （ 采购及安装费用 ） 及其寿命期运行费用的两个部分。其表达式如 下：总费用 CT=CI +CJ（1）式中 : CI 所安装的电缆造价 （ 初始投资 ）, 包括电缆购置费及敷设安 装费用 ,（ 元） CJ 等效于电缆购买时的线路损耗费用 ,即电缆 N 年经济寿命期发热损耗费用现 值,（ 元） 。1.1 电缆初始投资 CI包括电缆出厂价及敷设费用 （附录 1），敷设费用以综合造价系数来折算， 综

10、合造价系数计 及电缆的运输，敷设安装及电缆构筑物等费用，综合造价系数随电缆截面增大而降低。以下 用单位长度和截面有关系的投资费用斜率A来表示，又叫做投资费用的可变部分A值。各种 类型电缆的A值因价格不同而异，为求得各类型电缆截面与投资的线性关系，其斜率 A(以下 简称 A 值)按下式计算：A=(截面S2电缆的初始投资-截面S1电缆的初始投资)/(截面S2-S1)，( 元 /m.mm2) (2)对于每一种型号电缆，都存在各自变化幅度不大的系列截面斜率A。本手册共统计28种型号电缆的A值，将其之间误差小于10%勺A合并为同一类平均 A值，平均A值由小到大分成 五组以 I-A, II-A, III-

11、A, IV-A, V-A类别标志，见附录 2。电缆造价类别与电缆型号对照表见附录 3。五个组的平均A值代表型号数量不等的电缆单位造价，它们之间的偏差为18125%为了使电缆导体截面范围建立较好的线性关系，以平均A值对相应型号电缆的初始造价做线性调整。采用平均A值比用自身A值计算经济截面和经济电流密度所得结果只有小于3%艮小的误差。1.2 电缆在N寿命年期间发热损耗现值CJ这是计算电缆造价以外的运行费用，它与负载大小、年运行时间、电价、电缆截面、使 用寿命期及资金贴现率等因素有关。(1) 电缆在N经济寿命年运行的电能损耗费，折算到电缆购买日的现值：CJ=(l2max x RX LX NpX Nc

12、 /1000) x ( tX P+D)x Q /(1+ i/100),( 元) (3)式中：Q为计及N年负载增长、电价增长和贴现率的系数，Q=(1-rN)/ (1-r) (4)其中 r=(1+a/100)2 X(1+b/100) / (1+ i/100) (5)(2) 为方便于以后对不同截面损耗费用的一系列计算，将 (3) 式中 除导体电流和电阻以 外的所有参数以线损辅助量F来表示。令 F=NpX NcX ( tX P+D) X Q / (1+ i %)/1000,(元/W)(6)F总括了回路相数 Np和Nc、电价P、D最大负载损耗小时t和现值系数Q / (1+ i %)。此处采用我国常用的最

13、大负载损耗小时(T )法来计算线损。因此最大负载损耗小时T需由已知的年最大负载利用小时 Tmax和功率因数cos©关系表中查出，见附录9。功率因数cos 0对经济电流范围和经济截面的计算结果影响很小，本手册采用该关系表的中间值cos ©=0.9，在Tmax=1000h至8500h范围取下t值作为计算用数。按公式 (6)便可算得Tmax / t范围内的线损辅助量F(见附录8),它在经济电流范围和经济电流密度计算过程是经常使用的中间量值。在绘制经济电流密度j曲线中习惯用Tmax而不用t来表示。不同行业的Tmax可从现成统计资料查出(见附录10)。公式 的线损辅助量F算式中现值系

14、数Q / (1+ i %)的参数：a, b, i, 和N均系根据国家电力公司经济研究中心近年提供的数据，即a=0, b=2%, i=10%, N=30年，按公式 算出r=0.927,进而算得Q和现值系数Q / (1+ i %)=11.2。这样，总费用的计算式简化为：CT= Cl + I2max x RX F,(元)(7)2系列标准截面中每一导体经济电流范围的算法 原理：电缆系列截面的经济电流范围是在总费用相等和敷设条件相同的条件下取得。计算公式可以有两种表达方式：一种是按总费用计算式通过输入电缆初始投资和电缆线路电阻等参数来计算电流范围(IEC表达方式)，另一种是通过输入单位造价平均A值，电缆

15、截面S和导体电阻率等参数替代第一种公式原形计算。2.1 第一种计算的表达式： 每一线芯截面都有一个经济电流范围 , 按电缆相邻线芯截面总费 用相等为条件，其低限值和高限值分别由下列公式给出 :Imax(低限值)=(CI - CI1)/(Fx L x (R1-R)0.5(8)Imax(高限值)=(CI2 - CI)/(Fx L x (R-R2)0.5(9)式中：CI 拟确定某段长度电缆截面规格的初始费用， (元)R拟确定电缆截面规格的单位长度交流电阻，(Q /km)CI1最接近某段长度较小标准截面规格的初始费用，(元)R1最接近较小标准截面规格的单位长度交流电阻，(Q/km)CI2 最接近某段长

16、度较大标准截面规格的初始费用， (元)R2最接近较大标准截面规格的单位长度交流电阻，(Q/km)L确定电缆截面规格某段长度， (km)2.2 第二种表达式： 为便于对每一线芯截面经济电流范围的计算，原理不变，将电缆造价平 均A值替代CI以及电阻率除以截面替代电阻R来表达。因交流电阻 R = p 20x Bx 1+ a 20( 0 m-20) x 106 / S , ( Q /m)令 K=B1+ a 20( 0 m-20)，于是交流电阻 R = p 20x K x 106 / S , ( Q/m)式中：p 20为铜导体直流电阻率，p 20=18.35 X 10-9, ( Q .m)B为综合邻近效

17、应、集肤效应的系数，取VV型和YJV型电缆的B平均值=1.006。a 20为铜线20C的电阻温度系数等于 0.00393,(/ C )0 m为导体温度，在经济电流运行时导体温度可降低，Bm=40C。(IEC推荐)代入相关参数，取得 K =1.085。将A、S和p 20替换(8)(9)式中的CI与R。公式经整理后，可得经济电流范围高低限值的另一表达式：Imax(低限值)=A(S1X S)/ F X 0.01990.5(10)Imax(高限值)=A(S2X S)/ F X 0.01990.5(11)3给定负载电流下经济截面的算法 原理：计算以给定负载电流下电缆总费用为最小时的截面，公式演算如下。电

18、缆总费用按公式(7)可写成以导体截面S为函数的表达式：CT(S)=CI(S) + I2max X R(S) X LX F,( 元)(12)3.1 CI(S)以上述不同电缆类型初始投资推导为线性模型的A值表示：CI(S)= L(A X S+C)式中： A-成本的可变部分(元/m.mm2)，各型电缆可取平均 A值；S- 导体截面 (mm2)；C-成本的不变部分(元/m);L-电缆长度(m)。3.2 交流电阻以导体截面 S的函数式表示：R(S) =p20XBX1+a20(0m-20) X106 / S ， (Q/m)3.3 总费用为最小时的经济截面Sec可通过以总费用公式(12)对截面S求导，并令其

19、为零取得：Sec = I2max XFXp 20X BX1+ a 20( 0 m-20) X106 / A0.5 ,(mm2)(13)式中：p 20、a 20、0 m、B和K的取值与上节相同，代入公式(13)整理后可得经济截面:Sec= I2max XFX0.0199/ A0.5， (mm2) (14)4电缆导体经济电流密度的算法电力电缆经济电流密度的计算方法很多，例如年费用最小法，计算费用法，返本期法和 财务表报法等， 但因出发点不同， 各个国家的各部门都采用不同的计算方法。 以上 IEC 287-3-2 标准的两种计算方法实际上已表述了电缆经济电流密度的内容，因为经济电流密度就是流过 经济

20、截面中电流的密度。4.1 经济电流密度的算式： j= Imax / Sec（A/mm2）将公式（13）的 Sec 代入上式,得:j=lmax / I2max x FXp 20x BX 1+ a 20（ 0 m-20） X 106 / A0.5或公式 （14） 的 Sec 代入上式 , 得: j= A / F x 0.01990.5（A/mm2）（15）为求电缆的经济电流密度，只需代入电缆造价平均 A值与Tmax小时下的F值（设定不同的 电价P条件）,便可求得Tmax与 j的关系数据和曲线。本手册收集28种常用的中低压电力电 缆造价（附录 1）合并为 5 种类别的平均 A 数值（见附录 2）。由

21、公式 （15） 计算不同电价 （设 P=0.21.0元/kWh）5种类别28种常用的中低压电缆的经济电流密度数据及曲线（ 见附录 5） 。4.2 各参数对经济电流密度 j 的影响由经济电流密度j的算式（15）可见，经济电流密度j与A值开方成正比，A的增加表明电 缆投资增加， j 便应该增大，即要求采用较小截面是经济的（为要求投资回收年不因此而增长 ）。j与F值开方成反比，F是Tmax和P的中间辅 助量值， F 增大相当于运行时间加长或电价增加，j 应该减小， j 减小就是要使截面加大使损耗费用减小才经济。不可能对每一种型号电缆都分别给出它们的经济电流密度，只能按不同类型电缆A的大小分组合成的平

22、均 A值来设置，虽存在一定误差，在Tmax不变的情况下平均 A值开方的差值控制j之间的差值范围，而平均A值与其组内各型电缆本身 A值的误差范围从0.58%不等， 影响 j 的误差小于 3%是允许的。考虑我国地区电价差别较大，电价P对j的影响偏差宽度不等，低电价影响j的宽度比高电价大，可以控制j之间的差值1015%来确定P值，附录5列出的经济电流密度 Tmax-j 曲线是以电价整数 P=0.2、0.3、0.4、0.5、0.7、1.0元/kWh范围，在两电价数值间的实际电 价可在曲线间按 插入法就近取值，由于高电价中的误差所影响最终经济截面的选择很小， 可不于计较。必要时 （例如电价超出所列范围很

23、大 ）仍可按计算公式修改线损辅助量 F 值来补 充新电价条件下的 j 值。5 电力电缆截面经济最佳化计算方法举例以上电力电缆截面经济最佳化的三种计算方法， 简单易行， 只要代入相关参数 ( 大多已汇 集在附录中 ) 就可取得所需结果。举例如下：5.1题1:计算VV-1型3 X 50 mm2电缆导体的经济电流高低限值范围。假设条件：Tmax=5000h, 电度电价 P=0.5元/kWh,L= 1km,电缆为明设。已知：由附录1查得VV-1型电缆数据：3X 35mm2 3X 50mm2 3 X 70mm2初始投资CI每公里分别为55418元,74993元,101093元，导体交流电阻R由附录6查得

24、每公里分别为0.566 Q ,0.397 Q , 0.284 Q。 由附录8查得线损辅助量系数 F=65.60元/W。解：(1) 3 X 50mm2电缆导体的经济电流高低限值范围由上列参数代入公式(8) , (9)计算：Imax(低限值)=(74993-55418)/(65.6 X 1 X (0.566-0.397)0.5=42.0AImax(高限值)=(101093-74993)/(65.6 X 1X (0.397-0.284)0.5=59.3A50mm2截面的经济电流低限是35mm2截面经济电流的高限，50mm2截面的经济电流高限是 70mm2截面经济电流的低限。(2) 同上，用(10)

25、, (11)公式计算，由附录 2、3查VV-1型电缆为I-A类别，其A=1.305元/m.mm2,计算结果与(1)相同。Imax(低限值)=1.305 X (50 X 35) / (65.6X 0.0199)0.5= 41.8 AImax(高限值)=1.305 X (50 X 70) / (65.6X 0.0199)0.5=59.1 A(3) 查附录4的电力电缆经济电流范围数据表，可直接得到Imax范围为4259A与(1)或(2) 相同数值。5.2题2:计算一路VV-1型电缆负载电流Imax=100A的经济截面，电缆长度为1km(假设不计较电压损失)。假设条件:Tmax=5000h，电度电价=

26、0.5元/kWh。解：由附录2、3查VV-1型电缆属I-A造价类别，其平均 A值=1.305 (元/m.mm2),附录8查F=65.6(元/W)。将相关数据代入公式(14)，电缆经济截面为：Sec= 1002 X65.6X0.0199 / 1.3050.5 =100.0mm2 因为由计算公式得出的截面数不可能正好等于一个标准截面 , 一般宜选用小于计算值的 标准截面95 mm2如需要精确计算，也可由公式(7)计算总费用大小来确定。此时还需查电缆 的单位长度造价 (附录1)和截面的交流电阻(附录 6)。CT95=133718+1002X 0.209 X 65.6=270822 元CT120=16

27、6343+1002X0.166X65.6=275239 元比较总费用的计算结果，最经济的截面应是95 mm2。5.3 题 3: 题同 5.2 例 , 用经济电流密度选择电缆截面。 解: 由经济电流密度数据表或曲线 (附录 5) 查：当 Tmax=5000h, 电 缆 为 I-A 类 别 ， A=1.305 元 /m.mm2, 得 j=1.0A/mm2, 对 于 Imax=100A, 经 济 截 面 S=100/1.0=100 mm2, 同样仍按 5.2 题选小的原则，选用 95 mm2。5.4题4:如何修改经济电流密度。当要求电价P=0.85元/kWh, Tmax=6500h,采用的电缆为YJ

28、V-10kV, 求经济电流密度。解：(1)查附录 9,设 cos e =0.9，当 Tmax=6500h,得 t =5100h, 代入公式(6) : F=NpX NcX ( tX P+D)X Q / (1+ i %)/1000,(元/W),假设公式(6)的其他条件不变，即Np=3, Nc=1, D=252 元/kW,现值系数Q / (1 +i %)=11.2,(3)新的 F=3X (5100 X 0.85+252) X 11.2/1000 =154.1 元/W, 查附录2、3, YJV-10kV属电缆造价II-A 类别，其平均 A值=1.598元/m.mm2,(5)修改新的经济电流密度，代入F

29、与A于公式(15)，当Tmax=6500h,j= A / F X0.01990.5=1.598 / 154.1 X0.01990.5=0.722A/mm26. 总结经济截面最佳化的计算方法 综上所述,电力电缆经济电流范围、经济截面和经济电流密度的计算公式是很简捷的, 从这些计算公式可见,只要输入以下必要的参数进行计算就可获得所需数据：(1) 不同型号电缆的平均 A值(由附录3先查出电缆造价类别，由附录 2即得平均A值)。 例如VV-1-(3 x S)型电缆的造价类别为I-A，其平均A值等于1.305元/m.mm2(2) 电缆线损辅助量F,是计算过程的中间值，由不同的年运行最大负载利用小时Tma

30、x(计算过程用负载损耗小时T )和不同的电费价格 P 计算确定。在计算经济电流范围和截面的公式都用着它,为计算操作方便,附录8 列出了损耗费用辅助量FTmax- P关系的统计值。(3) 当单独计算线路损耗费用或总拥有费用时,需要输入实际使用的最大负载电流Imax和电缆导体交流电阻(附录6)以及电缆线损辅助量F值。六. 电力电缆经济截面最佳化数据查找的使用方法应用 IEC 的计算方法所取得电力电缆截面经济最佳化的计算数据，为便于在实际工作中查找使用，大多已汇集在附录之中，其方法与步骤 都比较简单易行。不论求取各种型号电缆和不同运行条件的经济电流范围、负载电流的经济 截面和经济电流密度， 只要按步

31、查找附录中的相关参数和自定条件( 如已知电价或最大负载利用小时 ) 即可取得。1已知电缆型号，负载电流Imax和运行小时Tmax，求经济截面。(1)从附录3类别对照表查出给定电缆型号的造价类别。例如YJV-10型，造价类别为II-A 。2已知项目电缆所在电网的最大负载利用小时Tmax,和电价P。例如Tmax=7000h, P=0.5元/kWh。从附录4中，找到对应电缆造价类别为 II-A 的经济电流范围 表，找出给定电价P的经济电流范围小表，选定最大负载利用小时 Tmax 一列，确认负载电流 在高低限电流范围的一行，其左端对应的截面就是所求的经济截面。例如在附录4-2 电缆造价类别为II-A

32、的经济电流范围表中， 找到P=0.5元/kWh的小表，查Tmax=7000h一列，找到 经济电流范围中Imax=150A正包括在145-183A 一行，左端对应的截面一列 185mm型是它的 经济截面。2 已知电缆型号和截面，求经济电流范围。(1) 从附录3查出给定电缆型号的造价类别。例如VV-1-(3 X 70)型，造价类别为I-A。(2) 已知项目电缆所在电网的最大负载利用小时 Tmax,和电价P。例如Tmax=7000h, P=0.4 元/kWh。从附录4中，找到对应电缆造价类别为 I-A的经济电流范围表，找出给定电价 P的 经济电流范围小表，选定最大负载利用小时Tmax一列，从已知截面一行便可查到未知的电缆经济电流范围。例如从已知截面为70mm2勺一行，它与已知Tmax=7000h一列的交点处便是该截面的经济电流范围 52-71A。3 已知电缆型号，求经济电流密度。(1) 从附录3查出给定电缆型号的造价类别。例如VV-1-(5 X S)，查类别为IV-A。(2) 已知项目电缆所在电网的最大负载利用小时Tmax和电价P。例如Tmax=7000h, P=0.7元 /kWh。(3) 从附录 5 查