時間：2023-06-20 17:05:35
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關鍵詞：XLPE電纜；線芯溫度；熱路模型；暫態(tài)線芯溫度
中圖分類號： TN911⁃34； TM247文獻標識碼： A文章編號： 1004⁃373X（2014）08⁃0009⁃03
Calculation method of XLPE cable conductor temperature
JIANG Xiao⁃Bing1，2
（1. College of Electrical Engineering， Changsha University of Science and Technology， Changsha 410004， China；
2. Changsha Power Co.， Ltd.， Hunan Huadian， Changsha 410203， China）
Abstract： To monitor the running state and improve the power supply reliability of XLPE cable， the calculation method of XLPE cable conductor temperature is researched in this paper. To simplify the analysis and calculation， the lumped parameter method is used to character each layer structure of the cable， the steady⁃state thermal circuit model of the lumped parameter is established according to the characteristics of short laying distance of the power distribution cable， and then the formula of conductor temperature and carrying capacity is derived. The effectiveness of the method is verified by experimental analysis. The calculation method of conductor temperature considering the transient process is discussed. It provided a reference for on⁃line monitoring of running status of the cable.
Keywords： XLPE cable； cable conductor temperature； thermal circuit model； transient conductor temperature
0引言
隨著交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電力電纜在配電網(wǎng)中使用量的逐年增加，相應的診斷維護工作也越來越重要。線芯溫度作為XLPE電纜的一個重要運行參數(shù)，是判斷電纜運行狀態(tài)及其實際載流量的重要依據(jù)[1]：正常運行時，電纜的線芯溫度不超過交聯(lián)聚乙烯的最高工作溫度（[≤]90 ℃）；一旦過負荷，電纜線芯溫度將急劇上升，從而加速絕緣老化甚至擊穿。要準確掌握電纜的真實載流量也需要先計算電纜的線芯溫度從而間接判斷負載電流是否超過最大允許載流量。因此，從安全運行和電力系統(tǒng)調(diào)度的角度出發(fā)，都需要實時監(jiān)測XLPE電纜的線芯溫度。實際工程中直接測量XLPE電纜的線芯溫度難以實現(xiàn)，需要建立合適的電纜熱路模型并由外部溫度推算求得線芯溫度[2]。隨著分布式光纖測溫技術（DTS）的發(fā)展與推廣，已有在高壓XLPE電纜線路上應用光纖測溫系統(tǒng)監(jiān)測電纜護套溫度的實例[3⁃4]，這無疑為計算電纜線芯溫度，掌握電纜運行狀態(tài)及其真實載流量創(chuàng)造了有利條件。
筆者以單芯XLPE電纜為研究對象，根據(jù)配電電纜敷設距離短的特點，采用集中參數(shù)法建立其穩(wěn)態(tài)等效熱路模型，并推導出線芯溫度計算公式。同時對考慮暫態(tài)過程的電纜線芯溫度計算方法進行討論，為電纜運行狀態(tài)的在線監(jiān)測提供參考。
1電纜穩(wěn)態(tài)線芯溫度計算方法
所謂電纜穩(wěn)態(tài)線芯溫度即引起電纜溫度變化的各種因素都已達到穩(wěn)定狀態(tài)且不會隨時間發(fā)生變化時的電纜導體溫度，此時不需考慮引起電纜各部分材料溫度變化時產(chǎn)生的放、吸熱過程。
1.1 線芯溫度計算模型及方法
單芯XLPE電纜的一般結構如圖1所示。
圖1 單芯XLPE電纜典型結構
由圖1可知，單芯XLPE電纜可分為導體、絕緣及內(nèi)外屏蔽層、墊層、氣隙層、金屬護套層、外護層6層結構。建立電纜熱路模型時，一般將各層熱阻作分布式參數(shù)考慮，然后根據(jù)電纜熱流場的歐姆定律來求解線芯溫度[5]，這樣便會給線芯溫度的分析和計算帶來較大困難。由于城市配電電纜的敷設距離較短，一般不超過3 km，因此可以運用集中參數(shù)法來表征XLPE電纜的熱路模型，即將電纜以其幾何中心為圓心，把絕緣及內(nèi)外屏蔽層、墊層和氣隙層、金屬護套層和外護層分別用集中參數(shù)表示，這樣便簡化了電纜熱路模型。集中參數(shù)法[6]的應用范圍廣泛，可以很好地描述配電電纜的結構參數(shù)、敷設條件、表面溫度與線芯溫度之間的換算關系。單芯XLPE電纜的集中參數(shù)等效熱路模型如圖2所示。
圖2 單芯XLPE電纜等效熱路模型
圖2中：Tc為XLPE電纜線芯溫度；Te為環(huán)境溫度；T0為外護套溫度；T1~T4分別為絕緣層（含內(nèi)外屏蔽層）熱阻、內(nèi)墊層（含氣隙）熱阻、外護層（含金屬護套）熱阻、外界媒介（外部熱源至電纜表面）熱阻；Wd和Wc分別表示電纜單位長度的介質(zhì)損耗和線芯損耗；λ1，λ2分別為金屬護套和線芯損耗之比、鎧裝損耗與線芯損耗之比。
在已知XLPE電纜外護套溫度與負載電流的情況下，根據(jù)集中參數(shù)熱路等效模型可以推得線芯溫度的計算公式為：
[Tc=T0+WcT1+(1+λ1)T2+(1+λ1+λ2)T3+Wd(0.5T1+T2+T3)]（1）
式中線芯損耗Wc和電纜導體交流電阻R相關，而R與線芯溫度Tc有關，因此須由式（1）解出Tc來進行計算。
在已知線芯最高工作溫度Tcmax的情況下[7]，可由式（1）推導出電纜的長期運行載流量Ia：
[Ia=（Tcmax-T0）-Wd（0.5T1+T2+T3）RT1+(1+λ1)T2+(1+λ1+λ2)T3] （2）
利用式（2）即可完成電纜載流能力的計算與預測。
1.2誤差分析
在影響電纜溫度變化因素不發(fā)生改變的情況下，上述計算方法計算出的電纜線芯溫度與載流量誤差主要取決于式（1）中各參數(shù)的精度。
式（1）中電纜外護套溫度T0由測溫裝置測得，測量結果易受外界環(huán)境影響；各集中參數(shù)等效層熱阻T與電纜各層熱阻系數(shù)聯(lián)系緊密，特別是墊層的厚度，需要充分考慮并選取合適的數(shù)值；導體損耗Wc=I2R，其中I為電纜負載電流，可準確測得，導體交流電阻R會隨溫度發(fā)生變化，應注意鄰近效應和集膚效應的影響；介質(zhì)損耗Wd相比于Wc相差3個數(shù)量級以上，因此其取值對計算結果影響較??；金屬護套和鎧裝損耗因數(shù)λ1，λ2與敷設方式有關，常采用IEC60287標準[8]中的相應公式進行計算。
由上述分析可知，XLPE電纜的結構、敷設參數(shù)及實時監(jiān)測量（負載電流、外護套溫度）對結果均有較大影響，設值時應盡量接近實際值。
2實驗分析
為驗證該計算模型與方法的有效性，應用C#程序編寫了相應的計算程序，并通過實驗對一條長為400 m的110 kV XLPE電纜進行模擬實驗運行。表1為電纜處于穩(wěn)態(tài)時線芯溫度與計算溫度對比實驗結果，表2為載流量計算結果與實測數(shù)據(jù)對比。
表1 線芯溫度計算值與實測值對比
表2 載流量計算值與實測值對比
從表1和表2可以看出，運用此種線芯溫度計算方法時，線芯溫度計算值與實測值在90 ℃以下時最大誤差不超過±3 ℃，電纜載流量計算值與實測值之間誤差最大不超過3%，因此具有較高的精度。
3考慮暫態(tài)過程的電纜線芯溫度計算
雖然上述計算方法精度較高，但其只能用于計算穩(wěn)態(tài)下的電纜線芯溫度與載流量，實際中電纜負載會隨時間變化，特別是城市配電網(wǎng)的電纜線路，日負荷的變化很大，因而電纜外部熱源的溫度變化也很大[9]，所以大多數(shù)情況下需要考慮電纜線芯溫度的暫態(tài)變化過程。
考慮暫態(tài)過程的電纜線芯溫度計算非常復雜，電纜的等效熱路模型中必須考慮電纜結構材料中熱容的影響，式（1）中的介質(zhì)損耗Wd和線芯損耗Wc也將變?yōu)闀r間函數(shù)，從而給計算帶來很大困難。文獻[9]根據(jù)電纜等效熱路與電路在數(shù)學上的相似性，運用節(jié)點電壓法先求解電纜穩(wěn)態(tài)線芯溫度，并在此基礎上提出了電纜暫態(tài)線芯溫度計算公式：
[T(t)=eAt+eAt0teAtEBQ(τ)dτ]（3）
式中A，B，T，Q都是影響電纜線芯溫度變化的外部因素的矩陣形式，而且它們都是隨時間變化的函數(shù)。文獻[10]在得到電纜外皮溫度的基礎上，以“只考慮負載電流變化和只考慮表皮溫度變化”兩種情況進行電纜線芯暫態(tài)溫度的公式遞推，進而推導出XLPE電纜線芯暫態(tài)溫度的完整疊加式：
[θcx=θw0+Δθc1n+Δθc2n+θcd]（4）
式中：θcx表示運行x個小時后的電纜線芯溫度；θw0為初始測量時刻的電纜表皮溫度；Δθc1n表示電纜運行n小時后（n[≤]x）的線芯溫升；Δθc2n表示電纜運行n小時后（n[≤]x）的外護套溫升；θcd為絕緣損耗引起的導體溫升，可以看出電纜的暫態(tài)線芯溫度為各個溫升的疊加。文獻[11]在完整演算電纜暫態(tài)熱路模型的基礎上，以“電纜表皮為等溫面、絕緣層與導體具有相同熱阻系數(shù)、僅考慮導體損耗和絕緣層損耗”三個假設條件對熱路模型進行簡化，并通過實驗和誤差分析驗證了簡化模型的有效性，簡化后的模型將大大減少計算量。文獻[12]則提出了基于電纜實際負載電流和表面溫度的拉普拉斯動態(tài)熱路模型，并通過實驗研究和誤差分析驗證了該模型可滿足電纜線芯溫度的實時監(jiān)測。從文獻[9⁃12]可以看出，計算電纜暫態(tài)線芯溫度是一個非常復雜的過程，但不管應用何種方法，都必須在得到電纜材料參數(shù)和結構參數(shù)以及電纜外護套溫度或電纜的穩(wěn)態(tài)線芯溫度的情況下，通過不同理論和方法進行電纜暫態(tài)線芯溫度計算公式的遞推和推導。
4結語
為了掌握XLPE電纜的運行狀態(tài)及其真實載流量，根據(jù)配電電纜的敷設特點分析了其暫態(tài)線芯溫度計算公式，驗證了計算方法的有效性，并對考慮暫態(tài)過程的電纜線芯溫度計算方法進行了討論，得到如下結論：
（1） 運用集中參數(shù)法表征配電電纜的穩(wěn)態(tài)熱路模型貼合實際，推導出的計算公式只需在監(jiān)測到電纜表面溫度的情況下就可反推求得電纜線芯溫度。實驗數(shù)據(jù)表明此種計算方法具有較高的精度。
（2） 電纜暫態(tài)線芯溫度的計算非常復雜，且必須在得到電纜材料參數(shù)和結構參數(shù)以及電纜外護套溫度或者電纜穩(wěn)態(tài)線芯溫度的情況下，通過不同理論方法進行暫態(tài)線芯溫度計算公式的分析。
值得一提的是，XLPE電纜發(fā)生絕緣故障后通常會在故障部位伴隨有溫度異常升高的現(xiàn)象發(fā)生，因此已有相關學者[13]將電纜溫度在線監(jiān)測與絕緣監(jiān)測聯(lián)系起來，并試圖通過試驗說明兩者之間的關系。這表明隨著電纜測溫技術的發(fā)展，也將為電纜絕緣在線監(jiān)測提供了一種新的思路和方法。
參考文獻
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關鍵詞：礦用電纜 截面積 選擇 校驗
中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）03（b）-0042-03
隨著煤炭生產(chǎn)機械化、自動化程度的不斷提高，煤礦生產(chǎn)設備逐步向復雜化、多樣化邁進，煤礦設備的可靠運行對生產(chǎn)效益的提高起著決定性作用，因此，礦井設備的選型顯得尤為重要，合理、準確的選型可以為設備安全可靠運行提供基本保障，該文對礦用電纜的截面積選擇方法做出了介紹。
1 電纜選用的基本要求
礦用電纜由于其使用環(huán)境的復雜性，基于其所敷設的位置、傾角、作用等因素，必須滿足一些基本要求，這些要求是電纜選型必須遵從的基本原則，大體有以下幾條。
（1）電纜實際敷設地點的水平差應與規(guī)定的電纜允許敷設水平差相適應。
（2）電纜應帶有供保護接地用的足夠截面的導體。
（3）嚴禁采用鋁包電纜。
（4）必須選用經(jīng)檢驗合格并取得煤礦礦用產(chǎn)品安全標志的阻燃電纜。
（5）電纜主線芯的截面應滿足供電線路負荷的要求。
（6）對固定敷設的高壓電纜要求。
①在立井井筒或傾角45°其以上的井巷內(nèi)，應采用聚氯乙烯絕緣粗鋼絲鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜、交聯(lián)聚乙烯絕緣粗鋼絲鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜。
②在水平巷道或傾角45°以下的井巷內(nèi)，應采用聚氯乙烯絕緣鋼帶或細鋼絲鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜、交聯(lián)乙烯鋼帶或細鋼絲鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜。
③在進風斜井、井底車場及其附近、中央變電所至采區(qū)變電所之間，可以采用鋁芯電纜；其他地點必須采用銅芯電纜。
④固定敷設的低壓電纜，應采用MW鎧裝或非鎧裝電纜或?qū)妷旱燃壍囊苿酉鹛总涬娎|。
⑤非固定敷設的高低壓電纜，必須采用符合Mr818標準的橡套軟電纜。移動式和手持式電氣設備應使用專用橡套電纜。
⑥照明、通信、信號和控制用的電纜，應采用鎧裝通信電纜、橡套電纜或M型塑料電力電纜。
⑦低壓電纜不應采用鋁芯，采區(qū)低壓電纜嚴禁采用鋁芯。
2 電纜截面積選穹椒
通常井下電纜線路的截面選擇步驟大體如以下幾點。
（1）計算線路最大長時電流。
（2）按長時允許電流初選導線截面。
（3）校驗機械強度允許最小截面。
（4）校驗允許的電壓損失。
2.1 線路最大長時電流的計算
線路最大長時電流即指電纜線路所帶負荷最大時所對應的電流，假設電纜線路所帶最大負荷功率為Pmax（kW），則最大電流計算方法如下：
由于 Pmax=UNImaxcosφ （1）
則
Imax=Pmax/（UNcosφ）=1/（UNcosφ）×Pmax （2）
設：K=1/（UNcosφ），
則 Imax=K×Pmax （3）
式中：
Pmax為電纜線路所帶最大負荷功率，單位kW；
UN為電纜線路的額定電壓，單位kV；
Imax為電纜線路最大負荷電流，單位A；
cosφ為電纜線路所帶最大負荷時的功率因數(shù)；
K為電纜線路最大電流對應的功率系數(shù)；
通過計算，功率系數(shù)取值大體（如表1）。
對于煤礦井下設備，cosφ一般取0.75～0.8，所以當額定電壓UN確定后，便可以計算出K的值，然后根據(jù)線路的最大負荷功率Pmax與K的乘積，便可以計算出線路最大負荷電流。
2.2 按長時允許電流初選導線截面
為了使導線在正常運行時溫度不超過其長時允許溫度，導線的長時允許電流應不小于流過導線的最大長時工作電流。即：
Ip>Ica
式中：
Ip為標準環(huán)境溫度（一般為25 ℃）時，電纜線路長時允許電流，單位A；
Ica為電纜線路最大長時電流，單位A；
Ip的值可以由查表得出，以礦用移動屏蔽橡套軟電纜（MYP）為例，表格（如表2），其他電纜也可通過相應表格查出，此處不再一一列出。
Ica的值一般取式（3）中的Imax，可由2.1中線路最大長時電流的計算方法算出，然后依據(jù)Ip>Ica的原則對導線截面積進行初選。
3 電纜截面積的校驗
通過電纜長時最大電流與電纜長時允許電流的比較，再通過查表即可初步選擇出電纜的截面積，但是要真正滿足實際選型要求，還必須對電纜的機械強度和電壓降落進行校驗，合格后才是最終的型號。
3.1 機械強度校驗
電纜在工作面和巷道中敷設，難免會受到外部機械力的作用，截面太小的電纜容易出現(xiàn)斷線、護套破裂、絕緣損壞現(xiàn)象。礦用橡套電纜應符合表3的要求，以避免在拖拽、碰撞等外力作用下斷線、破裂。
3.2 電壓損耗校驗
輸電線路通過電流時，將產(chǎn)生電壓損失，所謂電壓損失是指輸電線路始、末兩端電壓的算術差值，為了保證電壓質(zhì)量，從變壓器出口處至電動機的線路電壓損失應不大于線路的允許電壓損失。
3.2.1 電壓損耗的計算方法
（1）線路等效電路圖。
在交流供電系統(tǒng)中，電纜線路存在阻抗，阻抗由電阻和電抗組成，電流流過阻抗時，在阻抗兩端產(chǎn)生的電壓差稱為電壓降。電壓損耗指電壓降得代數(shù)值。一般用百分數(shù)表示。（如圖1）
U末-U初=ΔU=I×ZL
式中：
U末為電纜靠近負荷側(cè)末端電壓，單位V；
U初為電纜靠近變壓器側(cè)始端電壓，單位V；
ΔU為電纜線路電壓降，單位V；
I為電纜線路電流，單位A；
Z為電纜線路電抗，Z=，單位Ω/km；
L為電纜線路長度，單位km；
（2）電壓降向量圖。
以線路末端電壓UOA為基準值，假設其初相為零，Φ為電壓UOA與負荷電流I的相位差，cosΦ即為負荷的功率因擔電纜有效電阻上的電壓UAE與與電流同向，阻抗兩端的電壓UED與電流方向相差90°，所以電壓降向量圖（如圖2）。
由圖2可見，電壓降為矢量，電壓損耗為AC：
ΔU=UOD-UOA=UAE+UED
而UAE=IR，UED=I×jX，故ΔU=I（R+jX），若設電流有效值為IOA，用有效值表示為：
ΔU=I×
按圖2換算成長度，有：
AC=AB+BC，
AB=IOAR×cosΦ，
BC=IOAX×SinΦ，
故電壓損失值：
ΔUΦ=IOAR×cosΦ+IOAX×SinΦ
ΔU、ΔUΦ為每相電壓降、電壓損耗，再乘以就換算成了線電壓降和線電壓損耗。
3.2.2 基于電壓降的截面積校驗
井下變壓器的二次側(cè)額定電壓1.05UN，電動機的允許最低電壓為0.95UN，因此，變壓器和線路的電壓損失之和不能超過10%UN?？紤]到變壓器的電壓損失通常不超過5%UN，故從變壓器出口處到線路末端的線路電壓損失不得超過5%UN，因此，當計算出電壓損耗ΔUΦ時，通過下式進行校驗：
ΔUΦ%≤5%
若滿足要求，則所選電纜截面積合格，若不滿足條件，則增加截面積型號，重新校驗。
4 結語
電纜截面積的選擇是煤礦生產(chǎn)過程中所面臨的一個最為基本也尤為重要的環(huán)節(jié)，電纜的合理選型不僅有利于降低成本提高經(jīng)濟效益，更重要的是可以為安全生產(chǎn)打下堅實基礎，因此，電纜選型也是工程技術人員所應掌握的一個基本技能。
參考文獻
[1] GB/T 17737.1-2000 射頻電纜第1部分總規(guī)范[S].
關鍵詞：電纜、價格、經(jīng)濟截面、總費用、初始投資費用、運行損耗費用、單位長度和截面有關系的投資費用
中圖分類號： TM247 文獻標識碼： A 文章編號：
電力電纜線路具有較高供電可靠性和安全性，在允許的工作溫度下，使用壽命可長達30～40年，被廣泛的用于工業(yè)與民用的中低壓電源與用電設備的電力傳輸。
電力電纜截面的選擇,是供配電系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容之一?！峨娏こ屉娎|設計規(guī)范GB50217 ―2007》的第3. 7. 1. 4 條,規(guī)定:10kV及以下電力電纜截面除應符合上述1～3 款的要求外,尚宜按電纜的初始投資與使用壽命期間的運行費用綜合經(jīng)濟的原則選擇。國際電工委員會IEC 287-3-2/1995《電力電纜截面的經(jīng)濟最佳化》標準推薦的經(jīng)濟截面選擇的兩種計算方法都是基于TOC總費用的經(jīng)濟概念，電纜總費用（TOC總擁有費用）包含：初始投資（采購及安裝費用）及其壽命運行費用兩個部分。即：CT (總費用) = CI (初始投資費用) + CJ (運行損耗費用)。CI (初始投資費用)與CJ (運行損耗費用)都與電纜截面密切相關，當增大電纜截面時，CI (初始投資費用)將上升而CJ (運行損耗費用)將下降；而減小電纜截面時，CI (初始投資費用)將下降，CJ (運行損耗費用)將上升。因此，CI 與CJ 是存在矛盾的2 個方面,尋找二者之間的平衡點,使CT 最小,其平衡點就是經(jīng)濟截面,它是一個截面區(qū)間。
圖1：經(jīng)濟截面示意圖
當計算給定電流下的經(jīng)濟截面時，其公式為：
（1）
其中 F（線損輔量）：包括了回路相數(shù)、電價、最大負荷損耗小時和現(xiàn)值系數(shù)。表一列出了當cosφ=0.9，P＝0.5元/kw.h時，F(xiàn)與最大利用小時數(shù)（Tmax）及最大負載損耗小時(τ)之間的關系。
表1：F與最大利用小時數(shù)（Tmax）及最大負載損耗小時(τ)之間的關系
A值是單位長度和截面有關系的投資費用：
A＝（截面S1電纜的初始投資－截面S2電纜的初始投資）/（截面S1－截面S2），（元/m.mm2）。 （2）
電纜初始投資費用包括電纜價格和綜合安裝費用，因為綜合安裝費用在整個投資費用中所占比例較少，因此，電纜價格成為影響A值的主要因素。根據(jù)電纜規(guī)格型號的不同，電纜的價格存在差異，為了計算方便，按照計算出的各型電纜A值，在不影響計算精度的情況下，用平均A值來計算經(jīng)濟電流截面密度，平均A值的誤差小于10%。表1為電力電纜計算A值及推薦平均A值比較
表2：各型電力電纜初始投資斜率A值統(tǒng)計及取用A值表
注1：A為單位截面長度初始投資斜率，包含電纜截面及安裝敷設綜合費用
受近幾年來有色金屬市場價格變動影響，電纜價格（特別是銅芯電纜價格）波動較大。以YJV銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜為例，從2009年到2011年期間，該型電纜價格波動達35%。如此大的價格變化將對單位長度和截面有關系的投資費用（A）產(chǎn)生影響，從而使電纜截面計算失真。
圖2：YJV銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜價格走勢圖
電纜價格波動對經(jīng)濟電流選型計算的影響分析：
1 電纜價格的上漲，使A值增大。
以低壓VV電力電纜為例，表3列出該型電纜在2011年的市場價，根據(jù)綜合造價折算方式，估算出該型電纜的初始投資費用。通過公式（2）可以計算出該型電纜的A值曲線。如圖3。由圖可看出該型電纜的A值在2.5左右。而由表2查得低壓VV22-1kV-(4×S)電纜的平均A值為1.602?？梢?，由于電纜價格的上漲，導致A值增大。
表3：低壓電纜價格及初始投資費用
圖3：VV22－4*S電纜A值曲線
2 A值的增大，在相同的條件下，使電纜計算截面減小
假設條件：負載電流I=100A,Tmax=5000h，電能電價P=0.5元/kWh，L=1km,由表1查得對應的F=65.6(元/W)。
當A=1.602（元/m.mm2），代入公式（1）：
宜選取截面為95mm2 電纜。
當A=2.5（元/m.mm2），代入公式（1）：
宜選取截面為70mm2電纜。因此，在相同的條件下，A值增大使電纜經(jīng)濟截面減小。
3 結論
電纜價格上升，導致電纜工程初始投資費用增加，電纜單位長度和截面有關系的投資費用A值增大。在一定額定負載電流情況下，A值越大，電纜經(jīng)濟截面越小，反之亦然。
【關鍵詞】導線;電力電纜;導線截面;電流
一、引言
導線和電力電纜的選擇是電力企業(yè)供電系統(tǒng)設計中的一個重要組成部分，由于其是構成供電網(wǎng)絡的主要設備元件，電力輸送只能依靠導線和電力電纜來進行。因此，在選擇導線和電力電纜的截面時，就必須在滿足供電輸送能力的同時保證供電線路的運行安全。此外，導線和電力電纜生產(chǎn)所需的有色金屬是國家經(jīng)濟建設需求量很大的原材料，因此，如何經(jīng)濟合理地選擇導線和電力電纜的截面，對節(jié)約有色金屬的使用具有重大的意義。
二、導線和電纜選擇應具備的資料
導線和電纜的截面選擇通常是趨向于最小可采用的截面。即減少導線和電纜的初始投資費用，這其中并不包括導線電纜的使用壽命等條件。為了選擇合適的導線和電纜的截面，電力企業(yè)就要向電纜生產(chǎn)制造廠提供盡可能多的必要資料。
（一）系統(tǒng)額定電壓
任意兩根導體之間的工作平率電壓的均方根值。
（二）三相系統(tǒng)的最高電壓
在正常的運行條件下相間電壓的最高均方根值。
（三）雷電過電壓
（四）系統(tǒng)的運行頻率
（五）導線和電纜的接地方式以及在中性點未有效接地的情況下，任意一次接地故障下的最大允許持續(xù)時間和年總持續(xù)時間
（六）最大額定電流
導線和電纜連續(xù)運行、周期運行及緊急運行或過載運行等情況下的額定電流。
（七）當發(fā)生短路時，電流的最大持續(xù)時間
三、導線和電力電纜截面的選擇原則
為了保證供電系統(tǒng)的安全可靠及經(jīng)濟合理地運行，就必須按照選擇導線和電力電纜截面安全、經(jīng)濟的原則進行。
（一）發(fā)熱問題
由于電流具有的熱效應，因此當電流通過量超過導線和電纜的允許電流時，就會出現(xiàn)導線和電纜發(fā)熱的現(xiàn)象，加速絕緣導線和電纜的絕緣老化。
表1
此外，還會拉伸導線的距離加大電力電纜對地及交叉跨越的危險，甚至出現(xiàn)燒毀導線和電纜的問題，導致危險事故的發(fā)生。為了保證供電的安全性，在選擇導線和電力電纜截面時，首先，必須要充分考慮到發(fā)熱的問題。其次，導線和電纜長期通過的最大恒定的電流不能超過導線和電纜生產(chǎn)標準規(guī)定的允許值，就是要按照導線和電纜的允許通過量來選擇截面。
（二）電壓損失的問題
由于導線和電纜上有電阻和電抗的存在，當電流通過導線和電纜時，通常情況下除產(chǎn)生一定的電能損耗外，還會產(chǎn)生電壓的損失，從而影響電壓質(zhì)量。電壓損失超過一定范圍后，就會造成用電設備的電壓不足，影響用電設備的正常工作，損害用電設備。因此，為了保證用電設備的正常運行，在選擇導線和電纜截面時，首先要考慮導線和電纜上的電壓損失問題。其次，導線和電纜線路的電壓損失不能超過國家相關規(guī)定，根據(jù)線路允許的電壓損失來選擇導線和電纜截面。
（三）經(jīng)濟運行問題
保證經(jīng)濟的運行主要體現(xiàn)在對高壓線路和特大電流的低壓線路上，應該按照規(guī)定的經(jīng)濟電流密度來選擇導線和電纜的截面，使電能損耗降到最低。而對于長距離的輸送的電纜來說，應該按最佳的經(jīng)濟截面來選擇電纜的載流量，最大程度上的保證電纜的使用壽命周期。
（四）機械強度問題
在電力運輸?shù)募芸站€路中，為了盡量滿足線路架設施工時的機械強度以及線路運行時遭受的風、雨、氣溫等外力變化的對線路造成的威脅，就要保證導線和電纜要有足夠的機械強度，保證線路運行的安全性。如在10kV線路中最小截面不應小于16mm?。如表2所示為最小截面Smin 的值。
表2
（五）熱穩(wěn)定性的問題
為了減少電纜發(fā)生熱穩(wěn)定性故障的機率，在導線和電纜截面的選擇時，就要保證導線和電纜在發(fā)生故障時按照熱穩(wěn)定性校驗選擇的截面必須大于熱穩(wěn)定性最小的截面。
四、選擇導線和電力電纜截面的計算
為了保證輸電線路的安全、可靠、經(jīng)濟地運行，在選擇導線和電力電纜截面時，一方面要滿足正常運行時的最高允許溫度，另一方面要考慮到正常運行時的電壓損耗、經(jīng)濟電流密度以及機械強度等。
（一）按發(fā)熱條件的計算選擇導線和電纜的截面
當電路通過導線時，就會產(chǎn)生電能損耗從而使導線發(fā)熱。當導線溫度過高時，就會導致絕緣體的損壞，從而引發(fā)事故。因此導線和電纜的發(fā)熱溫度不能超過規(guī)定的允許值，即允許的導線電纜的載流量Iyx不小于通過導線和電纜的最大負荷電流Ijs，用公式表示為：
Iyx≥Ijs
此外，還要考慮到導線和電纜的電流允許載流量與環(huán)境溫度有關，因此，當架設地點的環(huán)境溫度與導線和電纜的允許載流量對應的黃金溫度不同時，導線和電纜的允許載流量應該乘以溫度校正系數(shù)，即：
K=[（tyx-t0'）/（tyx-t0）]b
tyx指導線正常工作時的最高允許溫度
t0指導線的允許載流量對應的環(huán)境溫度
t0'指導線敷設地的實際環(huán)境溫度
而在中性線截面的選擇中，一般在正常情況下，中性線通過的電流都比較小，只是三相平衡電流零序電流，因此在選擇時中性線截面不得小于相線截面的50%。即：
S0≥0.5Sφ
（二）按經(jīng)濟電流密度的計算選擇導線和電纜截面
通常來說，導線和電纜的截面越大，電能的損耗就越小，相對應就是線路投資、后期維修管理費用等的增加。因此，從經(jīng)濟學的觀點來看，導線和電纜就要選擇一個經(jīng)濟合理的截面，既要保證電能損耗小，又要保證不過分增加線路投資及后期維修管理費用。
表3
如表3所示為導線和電纜經(jīng)濟密度的關系，而經(jīng)濟截面與電流密度的公式為：
Sji=Ijs/jji
Ijs指計算電流
（三）導線選擇和電纜敷設地的環(huán)境溫度
目前，通常用的電纜敷設方式主要有：穿鋼管或塑料管敷設，直接埋入地下敷設，敷設于電纜地溝內(nèi)，敷設于電纜隧道內(nèi)，沿廠房或土建構筑物敷設。從技術上來將，敷設于電纜隧道內(nèi)和敷設于電纜地溝內(nèi)的方式是最佳的，因為便于電纜的施工、維護及檢修。時間證明公用隧道的運行效果也是最好的，這達到減少了投資。避免反復開挖路面，耽誤工期，但是高哦公用隧道的初期投資較大。相對而言，電纜地溝敷設和直接埋入地下敷設是最經(jīng)濟的方式，但是其不利于電纜的后期維護和檢修。
表4
無論選擇何種敷設方式，要保證導線和電纜的運行安全就必須要考慮敷設地的環(huán)境溫度。首先，對架空輸電線路來說，要計算出當?shù)厥鞘陙淼淖顭嵩路葑罡邭鉁仄骄祷蚴暌陨系目偲骄怠Ｆ浯?，對電力電纜來說，若周圍介質(zhì)為空氣，就要計算出十年來的晝夜平均空氣溫度中最高的三天及最低的一個晝夜平均溫度或十年以上的晝夜平均值;若周圍介質(zhì)為土壤，就要計算出每年最熱月份土壤的全月平均溫度。最后，對絕緣導線來說，就要計算出十年來最熱月的晝夜平均空氣溫度及月平均值或十年以上的平均值。表4所示為我國規(guī)定的經(jīng)濟電流密度。
五、結語
導線和電力電纜截面的選擇直接影響了供電網(wǎng)絡的投資費用以及電能損耗的大小。當導線和電力電纜的截面選小些時，可以減少供電網(wǎng)絡建設的投資，但是卻會造成電能損耗的增大;而當導線和電力電纜的截面選大些時，供電網(wǎng)絡的投資就會增加，但是電能損耗就會減少。因此，使供電網(wǎng)絡中導線和電纜找到一個最理想的截面使年運行費用要最小化，就必須按照我國規(guī)定的經(jīng)濟電流密度選擇導線和電力電纜的截面。
參考文獻
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【關鍵詞】 電纜截面 載流量 熱穩(wěn)定性 壓降 敷設方式 環(huán)境溫度
1 電力電纜結構
常用10kV高壓電力電纜額定電壓為8.7/15kV，低壓電力電纜額定電壓為0.6/1kV，電力電纜從內(nèi)至外一般分為導體-->絕緣-->內(nèi)護層-->鎧裝型-->外護層，內(nèi)外護套材料一樣時，省寫內(nèi)護套材料（非鎧裝電纜可以無內(nèi)護套）。電力電纜結構表1所示。
例：VV22-銅芯聚氯乙烯絕緣雙層鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套（第2個V表示內(nèi)護套材質(zhì)，第2個2表示外護套材質(zhì)）電力電纜，YJLV-鋁芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套（V表示外護套，若有內(nèi)護套則也為聚氯乙烯材質(zhì)）電力電纜。YJV-銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套（V表示外護套，若有內(nèi)護套則也為聚氯乙烯材質(zhì)）電力電纜，YJV23-銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯內(nèi)護套雙層鋼帶鎧裝聚乙烯外護套電力電纜。電力電纜導體通常采用銅和鋁兩種，實際應用中往往采用銅，銅導電率高電阻率低，鋁導電率較銅低，鋁電阻率較銅高，在同等載流量下，鋁導體電纜截面大概是銅導體電纜截面的1.5倍。銅芯電力電纜電損耗較鋁導體電力電纜低，機械性能比鋁材優(yōu)越，銅芯比鋁芯抗疲勞約1.7倍。往往工程實際應用中采用的是銅芯電力電纜。
電纜芯之間的額定電壓必須大于等于系統(tǒng)標稱電壓，比如標稱電壓380V，那么選擇電纜額定電壓1kV就滿足要求，電纜芯之間能承受的最高工頻電壓必須大于等于系統(tǒng)的最高工作電壓。
絕緣材料工程中一般選用交聯(lián)聚乙烯，少用聚氯乙烯，因為交聯(lián)聚乙烯性價比高，允許長期工作溫度90℃，短路熱穩(wěn)定允許溫度250℃，而聚氯乙烯允許長期工作溫度70℃，短路熱穩(wěn)定允許溫度約140～160℃。還有其他比如橡皮絕緣電纜允許長期工作溫度60℃，短路熱穩(wěn)定允許溫度200℃，等。工程中火災報警一般采用耐火電纜，普通工程采用阻燃電纜。耐火電纜就是在火焰中被燃燒一定時間內(nèi)能保持正常運行特征的電纜。耐火電纜按絕緣材質(zhì)分為有機和無機型，有機型式采用耐高溫800℃的云母帶以50%重疊搭概率包覆兩層作為耐火層，外護采用聚氯乙烯或交聯(lián)聚乙烯為絕緣，耐火主要依賴于云母層的保護。無機型就是礦物絕緣電纜（MI電纜），采用氧化鎂作為絕緣材料，銅管作為護套的電纜，這是真正意義上的耐火電纜，只要火焰溫度不超過銅的熔點1083℃，電纜就安然無恙。阻燃電纜就是在絕緣及護套里添加無鹵及含鹵阻燃劑。含鹵型有聚氯乙烯等，無鹵型有交聯(lián)聚乙烯等，含鹵價格低但是燃燒時煙霧濃、酸霧及毒氣大，阻燃劑分為有機和無機兩類，最常用的是無機類無鹵材料氫氧化鋁。
2 電纜、導體、電器載流修正因素
采用熱穩(wěn)定性校驗或電流密度法選截面，不用再考慮其它修正了，電纜按載流量選截面需要按各種因素修正，比如環(huán)境溫度，敷設方式等。所謂的負荷計算電流就是在實際環(huán)境中所得的真實負荷電流。電纜與導體有區(qū)別，電纜分很多層，每層都有相對應的作用，導體包括母線及一般的導線，比如架空線、硬母線，裸導體需要按實際環(huán)境溫度和海拔高度修正其載流量，電纜載流量無海拔修正，高壓電器載流量有環(huán)境溫度修正無海拔修正，海拔因素用來修正其外絕緣強度。
例如，某一負荷計算電流，（三班制），當?shù)仉妰rP=0.4元/kWh，電纜6根無間距并排敷設在梯架上，梯架兩層，環(huán)境溫度℃；選用YJV-0.6/1kV-4芯電纜，求截面。
（1）按電纜載流量來選擇電纜截面。電纜敷設方式為6根無間距并排梯架敷設，梯架兩層，查配三P504續(xù)表9-24，得到修正系數(shù) 0.76，修正后負荷電流為，查配三P515表9-34得到電纜截面S=35mm2。（2）按經(jīng)濟電流來選擇電纜截面。根據(jù)，，P=0.4元/kWh，查配三P533表9-58，S=70mm2。
3 10kV高壓電纜熱穩(wěn)定性校驗
10kV高壓電纜需要校驗的項目有額定電壓、額定電流、熱穩(wěn)定性等，例如2000kVA的干式變壓器所需多大型號的電纜，10kV標稱電壓，選擇8.7/15kV額定電壓電纜，2000kVA變壓器額定電流約115A，選25mm2銅芯電纜，25mm2銅芯電纜空氣中載流量129A，滿足額定電流要求，但是需要進一步校驗熱穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性校驗采用以下公式。
（1）
其中是電纜要求最小截面積，c是熱穩(wěn)定系數(shù)。
（2）
其中是短路電流熱效應，最大短路電流有效值，是短路電流持續(xù)時間。假如高壓母線處短路容量為100MVA，可得短路電流為5.5kA，帶入公式可得：
（3）
選擇70mm2交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜。
綜合以上校驗，最終電纜選擇70mm2可以滿足以上要求。
4 電力電纜壓降校驗
無論高壓還是低壓電纜都存在壓降，電纜導體無論是銅還是鋁，都存在電阻，電阻流過電流一定會發(fā)熱，有電阻和電流就會有電壓差，也就是所說的電纜電壓降，電壓降必須要有效控制。國家標準限制了各種用電設備正常運行的電壓范圍，如電動機，要求正常運行情況下，電動機端子處電壓偏差允許值宜為±5%，那么就要根據(jù)電纜截面，長度，電機額定電流等等來計算電壓損失，當然也可以根據(jù)電壓損失要求反算最多能敷設多長電纜。
（1）例如45kW，額定90A，380V，功率因數(shù)0.9電動機，電纜敷設200m；假如選用50mm2電纜，查配三手冊P551表9-78，對應50mm2電纜，電壓損失0.194%/（A.km），得到總電壓損失為（90x0.194x 0.2）%，即3.5%，滿足要求。（2）例如45kW，額定90A，380V，功率因數(shù)0.9電動機；假如選用50mm2電纜，電壓損失5%，查配三手冊P551表9-78，對應50mm2電纜，電壓損失0.194%/（A.km），可以敷設電纜長度為（5÷0.194÷90）=0.285km，為滿足電動機正常運行，電纜最長可以敷設285米。
5 電力電纜按敷設方式及環(huán)境修正載流
無論高壓還是低壓電力電纜均需按敷設方式及環(huán)境校驗載流，也就是按載流量選電纜，按載流量選電纜需要依據(jù)環(huán)境和敷設方式這兩條核心因素。在不同環(huán)境溫度（空氣中或埋地）下需要乘以修正系數(shù)。
（4）
其中，表示電力電纜線芯允許長期工作溫度，YJV為90℃，表示敷設處環(huán)境溫度，表示現(xiàn)載流量對應的溫度。
例如16平0.6/1kV YJV電纜，橋架敷設，30℃時載流量100A，敷設處環(huán)境溫度40℃，通過式（4）計算可知，修正系數(shù)為0.91，得到敷設處實際載流量為91A。埋地敷設時環(huán)境溫度不等于基準溫度時也需要按式（4）修正，埋地時，不同土壤熱阻系數(shù)的載流量也需要修正。在此就不再分析。
電纜敷設方式各種各樣，通常采用直埋、穿管埋地、電纜溝、電纜橋架、電纜隧道、排管、墻體樓板內(nèi)敷設等，載流量表中均為單回路或單根電纜的載流量，在不同敷設方式下，多回路電纜有不同的排列方式，多回路的排列方式對應不同修正系數(shù)，這些修正系數(shù)是假定各回路電纜截面相等且都是在額定載流量的情況下計算而得的數(shù)字，實際情況會有所不同，計算方法十分繁瑣，工程設計時，可應用這些數(shù)字，當負荷率小于100%時，實際修正系數(shù)可提高一些。
例如：YJV-0.6/1kV-（3x70+1x35），環(huán)境溫度30℃，敷設方式E，單回路電纜載流量246A；敷設方式D（直埋或穿管埋地），單回路電纜載流量166A。
（1）成束，明敷穿管靠墻，共6根，查得載流量校正系數(shù)為0.57，得載流量為246x0.57=140A。（2）6回路直埋地電纜，埋深0.7m，土壤熱阻系數(shù)2.5（K.m）/W，電纜相互接觸，查得載流量校正系數(shù)為0.5，得載流量為166x0.5=83A。（3）6回路穿鋼管埋地電纜，埋深0.7m，土壤熱阻系數(shù)2.5（K.m）/W，電纜相互接觸，查得載流量校正系數(shù)為0.6，得載流量為166x0.6=100A。（4）3層梯架，每層梯架單層電纜6根，無間距布置，查得載流量校正系數(shù)為0.73，得載流量為246x0.73=180A。（5）每層梯架電纜層數(shù)2層，緊靠排列，查得校正系數(shù)0.65，得載流量為246x0.65=160A.每層梯架電纜層數(shù)3層，緊靠排列，查得校正系數(shù)0.55，得載流量為246x0.55=135A。
如果電纜是在戶外敷設，且無遮陽時，除了以上修正外，還要乘以一個電纜戶外敷設無遮陽時載流量校正系數(shù)，仍以以上示例為例，查得校正系數(shù)為0.99。電纜在電纜溝內(nèi)敷設時，電纜的長期允許載流量比空氣可以自由流動的地方小，也就是說電纜溝敷設電纜載流量類似于空氣中敷設電纜的載流量，只是資料表明，電纜溝敷設電纜的載流量需要按照空氣中敷設的環(huán)境溫度提高約5℃來修正。當電纜數(shù)量較多，采用電纜隧道敷設電纜時，一般電纜隧道采用自然通風，當隧道內(nèi)氣溫達到50℃時，須采取機械通風。
關于環(huán)境溫度的選取，可按下列取值。裸導體屋外安裝，最熱月平均最高溫度；裸導體室內(nèi)安裝，該處通風設計溫度，當無資料時，可取最熱月平均最高溫度加5℃。電纜屋外電纜溝敷設，最熱月平均最高溫度；電纜屋內(nèi)電纜溝敷設，屋內(nèi)通風設計溫度，當無資料時，可取最熱月平均最高溫度加5℃。電纜電纜隧道敷設，有機械通風時取該處通風設計溫度，無機械通風時，可取最熱月的日最高溫度平均值加5℃。電纜土中直埋，最熱月的平均地溫。
高壓電器屋外安裝，年最高溫度；高壓電器之屋內(nèi)電抗器，該處通風設計最高排風溫度；高壓電器之屋內(nèi)其它處，該處通風設計溫度，當無資料時，可取最熱月平均最高溫度加5℃。年最高溫度為多年所測得的最高溫度平均值；最熱月平均最高溫度為最熱月每日最高溫度的月平均值，取多年平均值。
6 結語
為了保證電纜及設備正常運行，必須根據(jù)敷設環(huán)境、敷設方式等對電纜載流進行修正，根據(jù)各種校驗方法對電纜截面進行校驗，通過修正及校驗后選得的電纜才能符合現(xiàn)場實際情況，才能運用于實際工程。
參考文獻：
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[2]賀曉強.電力電纜選型分析[J].電氣應用，2007（7）.
關鍵詞電纜隧道 通風傳熱換熱系數(shù)
中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：
一、引言
隨著城市化進程的不斷進行，城市的面積也在不斷擴容，為滿足城市發(fā)展的需要，原架空電網(wǎng)必須入地，電力電纜入地建設后，其通風問題就呈現(xiàn)出來，目前國內(nèi)實際設計采用按照一定換氣次數(shù)計算，使得設備配置明顯偏大，主要原因在于沒有掌握電纜隧道內(nèi)的傳熱學過程。本文試圖通過對南方某電纜隧道進行傳熱學分析計算，提供正確的電纜隧道通風傳熱計算方法。
二、電纜隧道基本情況
擬建的南方某特大型城市220kv電纜隧道將布置4回12根截面積為25002載流量為1900A的220kv銅芯電纜、4回12根截面積為12002載流量為937A的110kv銅芯電纜，線路全長約0.8 km。采用明挖隧道，斷面尺寸為2.3×2.05m，如下圖1所示。
由于本工程基本上位于城市主干道下方，受條件限制其最大通風井間距達到1km，其他普遍大于200m，與《電力工程電纜設計規(guī)范》中通?？刂频拿魍谒淼腊踩拙嚯x不大于200m相比，本工程通風條件比較惡劣。
為保證隧道內(nèi)的通風排熱效果，本工程采用機械送、排風方式。
三、電纜隧道通風的傳熱學分析
由于電纜在隧道內(nèi)將產(chǎn)生大量的熱量，這部分熱量將一部分通過隧道壁面?zhèn)髦镣寥溃硪徊糠謩t通過機械通風方式排出室外。
電纜隧道傳熱學計算的基本假設
隧道內(nèi)電纜滿負荷運行；
隧道內(nèi)最高溫度不超過40℃；
由于隧道深埋，可以假定隧道周圍土壤溫度恒定、隧道壁面溫度恒定，隧道通過壁面?zhèn)鬟f到土壤的熱量恒定；
電纜隧道內(nèi)的氣流方向與各回電纜敷設方向一致，可視為氣流沿軸向流過水平管束；
由于采用機械通風方式，空氣流經(jīng)隧道與電纜及隧道墻壁之間的傳熱過程為混合對流換熱過程。
隧道內(nèi)每m電纜的最大發(fā)熱量q
q=q1+q2=12(I12R1+I22R2)=12ρ(I12/S1+I22/S2)
………（1）
式中q1，q2分別為220kv和110kv電纜的每m發(fā)熱量，W;ρ為銅芯電纜的電阻率，Ω?m; I、R、S分別為電纜的電流、電阻及橫截面積；
混合對流換熱過程試算
根據(jù)上述假定，電纜隧道內(nèi)的傳熱過程可視為流體在水平管內(nèi)的混合對流換熱過程，布朗和高文 [1]導出下列層流時的計算公式：
Num=1.75[Gzm+0.012(GzmGrm1/3)4/3]1/3(μf/μw)0.14
……（2）
式中，Num=αm L /λm,稱為努謝爾特準則，αm為混合對流換熱系數(shù)，W/(m2℃)；λm為空氣導熱系數(shù)，W/(m℃);L為與流體換熱的壁面定型參數(shù)，這里取為隧道斷面的寬度及高度尺寸，m.
Gzm=RemPrmD/L,稱為格萊茲準則；
Grm=βgL3t/ν2,為格拉曉夫準則, β為空氣體脹系數(shù)，K－1；g為重力加速度，m/s; t=tf-tt為空氣平均溫度與土壤溫度差值，tf＝（tp-tj）/2, tp,tj分別為隧道排風溫度和送風溫度，℃；ν為空氣運動粘度，m2/s;D為水平管內(nèi)徑或當量直徑，m;
μf,μw為分別以tf和tw為定性溫度的空氣動力粘度，kg/(m?s)
在紊流時，梅坦斯 [3]和埃克特建議采用下式：
Num=4.69Rem0.27Prm0.21Grm0.07(D/L)0.36
…………（3）
式中，Rem為雷諾準則，Rem＝v L/ν, v為空氣流速，m/s;
Prm為普朗特準則，Prm＝ν/a；a為熱擴散率或稱導溫系數(shù)，m2/s;
按上式分別求出空氣與側(cè)墻壁面、頂板和底板的αm1、αm2值后，可得出通過每m長隧道圍護結構傳至土壤的熱量qs為：
qs=LK(tf-tt)
…………（4）
上式中，K＝1/(1/αm+δ/λ),為隧道內(nèi)空氣與土壤的傳熱系數(shù)，δ為圍護結構厚度，λ為圍護結構的導熱系數(shù)，由于隧道圍護結構的導熱系數(shù)在1.28～1.74 W/(m℃)范圍內(nèi)，因此隧道壁面與土壤之間存在較大的導熱溫差，長期運行結果該溫度趨于恒定，并滿足下式：
q=qs+qt
…………（5）
式中的qt為機械通風排除的熱量，qt＝M cpρ（tp-tj）,M為機械通風量，m3/s, cp為空氣的定壓比熱，kj/kg?℃.
聯(lián)立上述各式，通過試算及驗算，當該假設壁面溫度與驗算壁面溫度一致時，本計算結果收斂。
本工程按上述原理計算后的結果見下表1~6，可以發(fā)現(xiàn)各區(qū)段隧道所需通風斷面平均風速為0.90m/s，各區(qū)段混合對流換熱量與通過壁面導熱量之間的傳熱誤差平均為0.05%，其隧道壁面溫度計算假定值與核算后達到熱交換平衡時的壁面溫度平均相差僅1.41%，兩者趨于相等，因此計算結果是可信的。
表1 各區(qū)段電纜發(fā)熱量、機械通風排除熱量及通過壁面?zhèn)鬟f到土壤熱量計算結果
表2 各區(qū)段混合對流換熱與壁面導熱量之間的傳熱誤差
表3 各區(qū)段假設壁溫與達到熱交換平衡時的計算壁溫比較表
表4 各區(qū)段排除余熱所需計算通風量
上述結果與供電部門實際運行情況基本相符，符合上海市工程建設規(guī)范DG/TI08-2017-2007《世博會園區(qū)綜合管溝建設標準》和廣東省標準DBJ/T15-64-2009《城市地下空間開發(fā)利用規(guī)劃與設計技術規(guī)程》相關條文要求，因此本計算方法是可信的。
如果僅按照電纜發(fā)熱量等余熱完全由通風系統(tǒng)排除，則通風量將達到39.5m/s即142222m3/h，隧道斷面風速達到8.4m/s,其設備及土建投資和運行費用將大大增加，如果措施不力還將給周邊環(huán)境帶來噪聲污染，增大了環(huán)保風險。
因此正確的計算方法是保證工程順利推進，降低工程造價，節(jié)省運行費用和降低運營期環(huán)保風險的重要保證和基礎，應該引起通風設計工程師的高度重視。
三、結論及建議
通過上述實例分析，可得出以下結論：
深埋電纜隧道通風問題實質(zhì)上是一個流過隧道內(nèi)的空氣與電纜、電纜隧道壁面及隧道周圍土壤之間的傳熱學過程，且通過隧道壁面?zhèn)魅胪寥赖臒崃坎豢珊鲆暎?/p>
電纜隧道的通風量除與隧道內(nèi)電纜種類、數(shù)量、負載電流大小等有關外，還與所處地區(qū)、隧道尺寸及通風區(qū)段的長度有關；
在隧道內(nèi)敷設電纜數(shù)量和隧道斷面尺寸不變的情況下，隧道每米長度所需的通風量也將不變。
為此，建議電力運營部門應加強電纜隧道投運后的監(jiān)測并將相關數(shù)據(jù)反饋給設計部門，以便改進設計思路和方法，更好的服務于供電部門，為推進城市架空電線入地創(chuàng)造更好條件。
【參考文獻】
[1]俞佐平，傳熱學（第二版），高等教育出版社，1985.
關鍵詞：小區(qū)；供配電系統(tǒng)；設計
Abstract: in this paper, the residential electrical design of power supply and distribution system has carried on the simple analysis and elaboration.
Keywords: residential area; Power supply and distribution system; design
中圖分類號：U223.5文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013)
一.設計說明
1.1 住宅小區(qū)基本情況
該住宅小區(qū)占地面積約73000平方米，共有建筑27座，其中高層住宅樓6座、多層住宅樓10座、寫字樓4座，此外還有小區(qū)物業(yè)、泵房、熱力交換站及車棚、地下車庫等公共用電設施。
1.2 設計范圍
按照市區(qū)供電部10kV及以下配電網(wǎng)絡設計的規(guī)定，對于住宅小區(qū)配電工程，設計范圍為：高壓側(cè)從市區(qū)公用10kV配電線路起，在接引10kV電源處設置明顯斷開點，低壓側(cè)至小區(qū)內(nèi)各建筑低壓用電計量裝置上表位。
1.3 設計原則
隨著我國城鎮(zhèn)化建設的加速，各地的開發(fā)小區(qū)悄然興起，以滿足城市人口急劇膨脹的需求。小區(qū)的特點是占地面積大、人口集中。在供配電設計中，必須根據(jù)小區(qū)實際特點，采用多種供配電形式和方法以滿足使用功能的要求，做到整體布局合理，給每個用戶提供一個良好的用電環(huán)境。在實現(xiàn)安全可靠配電的同時，還要做到環(huán)境的美化，使整個小區(qū)的配電合理、適用、經(jīng)濟。
住宅小區(qū)的供電方案主要有：柱上變壓器配電、獨立配電室配電、箱式變電站配電三種。其中，柱上變壓器配電方案投資小，但對小區(qū)環(huán)境影響較大，不易深入負荷中心。獨立配電室配電方案需要一定面積的土建占地，增大了建設投資，對于本設計所選擇的小區(qū)來說并不適宜。箱式變電站配電方案的特點是，體積小、占地小、外形美觀，高壓側(cè)采用電纜引入，箱變位置可以隨意選擇，使得低壓配電部分更加合理，提高了供電可靠性。因此，本設計考慮將住宅小區(qū)的主要供電模式定位為箱式變電站配電工程。
1.4 環(huán)境條件
1.當?shù)啬曜罡邷囟?40 C°，年最低溫度-30 C°，年平均溫度+10 C°。
2.覆冰-5mm，最大風速30m/S。
3.當?shù)睾０胃叨?00米。
2. 住宅小區(qū)負荷計算
2.1 供配電系統(tǒng)概述
隨著國民生活水平的提高和房地產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，各地新建中高檔住宅小區(qū)越來越多。準確計算出住宅小區(qū)的用電負荷，合理選擇配變電設施，才能既滿足小區(qū)居民現(xiàn)在及將來的用電需要，又能合理降低工程造價、節(jié)省投資。供配電系統(tǒng)設計要徹執(zhí)行國家的技術經(jīng)濟政策，做到保障人身安全，供電可靠，技術先進和經(jīng)濟合理。另外，供配電系統(tǒng)的還必須做統(tǒng)籌兼顧，按照負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件，合理確定設計方案。
2.2 負荷分級及供電要求
2.2.1 負荷分級的相關規(guī)范：
電力負荷應根據(jù)對供電可靠性的要求及中斷供電在政治、經(jīng)濟上所造成損失或影響的程度進行分級，并應符合下列規(guī)定：
1.符合下列情況之一時，應為一級負荷：
(1)中斷供電將造成人身傷亡時。 (2)中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成重大損失時。
(3)中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟意義的用電單位的正常工作。
在一級負荷中，當中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應視為特別重要的負荷。2.符合下列情況之一時，應為二級負荷：
(1)中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失時。
(2)中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。
3.不屬于一級和二級負荷者應為三級負荷 。
2.2.2 本工程的負荷情況：
按我國有關規(guī)范規(guī)定，凡多層住宅用電均按三級負荷供電，而小區(qū)的配套設施如面積較大或帶有空調(diào)系統(tǒng)的會所、商鋪及地下停車庫等則應根據(jù)《建筑防火設計規(guī)范》（GBJ 16-87）、《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB 50116-98）、《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規(guī)范》（GB 50057-97）設置相應的消防設施，且上述消防設備應按二級負荷供電。為小區(qū)服務的保安系統(tǒng)、遠程集中收費系統(tǒng)、電視、信息網(wǎng)絡系統(tǒng)的負荷等級不應低于二級，即宜兩路供電或地區(qū)供電條件困難時，二級負荷可由一路專用10 kV架空線路或電纜供電。本工程包含高層普通住宅、多層住宅、商鋪、車庫等，屬于規(guī)范規(guī)定的二級負荷。
2.3 電源及高壓供配電系統(tǒng)
本小區(qū)位于城市主城區(qū)，高壓電源由附近10kV配網(wǎng)線路接引。近年來，為保證供電質(zhì)量和供電可靠性，某些小區(qū)高壓部分采用雙電源的供電模式，但對于本設計中的小區(qū)來說，參考《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設計導則》有關規(guī)定，并不符合規(guī)定中重要用戶的標準，因此，只允許接入一路高壓電源。如有需要，可對電梯、消防設施自備應急電源，但應急電源與工作電源之間必須采取措施，防止并列運行對10kV供電網(wǎng)絡造成反送電事故。應急電源的設置需經(jīng)供電部門審查同意后方能接入。
小區(qū)南側(cè)即為10kV高壓架空線路，可直接在就近砼桿上引一路10kV電源，組立附桿1基，使用絕緣導線從線路主桿接引至附桿，再從附桿敷設高壓電力電纜至小區(qū)內(nèi)高壓設備。
2.4 負荷計算
2.4.1 住宅小區(qū)住戶照明用電負荷計算方法：
簡單測算住宅小區(qū)住戶照明用電負荷的方法可以有兩種：
1.單位指標法
單位指標法確定計算負荷Pjs(適用于照明及家用電負荷)即： Pjs=∑Pei×Ni÷1000(kW)
式中Pei——單位用電指標，如：W/戶(不同戶型的用電指標不同)，由于地區(qū)用電水平差異，各地區(qū)應根據(jù)當?shù)貙嶋H情況取用
Ni——單位數(shù)量，如戶數(shù)(對應不同面積戶型的戶數(shù))
應用以上方法計算負荷應乘以同時系數(shù)，即實際最大負荷(PM)。 PM=Pjs×η
式中η——同時系數(shù)，η值按照住戶數(shù)量多寡不同取不同的數(shù)值：一般情況下，用戶數(shù)量在25～100戶時取0.6；用戶數(shù)量在101～200戶時取0.5；用戶數(shù)量在200戶以上時取0.35
2.單位面積法
按單位面積法計算負荷，在一定的面積區(qū)有一個標準，面積越大的區(qū)其負荷密度越小，其表達式為：PM=Ped×S×η
式中PM——實際最大負荷，kW S——小區(qū)總面積，m2
Ped——單位面積計算負荷，W/m2η——同時系數(shù)，取值范圍同上
2.4.2 其它負荷計算方法：
根據(jù)以上兩種方法求出照明及家用負荷后，還需考慮其它用電負荷。比如本小區(qū)還包括小區(qū)物業(yè)公司、泵房、熱力交換站及車庫、自行車棚等用電負荷；另外還有四座小高層，還應考慮電梯負荷；二次加壓泵房負荷(供生活及消防用水)，以上諸負荷在計算住宅小區(qū)負荷中占比重較大的是照明及家用電負荷，而其出現(xiàn)最大值的時段為每天19：00～22：00，因而在計算小區(qū)的最大負荷時以19：00～22：00時段的照明及家用電負荷為基礎，然后再疊加其它負荷。其它負荷計算方法為：
1.電梯：
PD=∑PDi×ηD。
式中PD——電梯實際最大總負荷，kW
PDi——單部電梯負荷，kW
ηD——多部電梯運行時的同時系數(shù)(取值范圍見表2-1)
表2-1 電梯同時系數(shù)一覽表
2.二次加壓水泵：PMS=∑PSi×NSi
式中PMS——二次加壓水泵最大運行方式下(開泵最多的方式)的實際最大負荷
PSi——各類水泵的單臺最大負荷
NSi——最大運行方式下各類水泵的臺數(shù)
3.物業(yè)樓：
PWM=PWS×ηW
式中PWM——物業(yè)樓在照明及家用電最大負荷時段實際最大負荷
PWS——物業(yè)樓設計最大負荷，kW
ηW——物業(yè)樓負荷、照明及家用電最大負荷的同時系數(shù)
4.路燈及公用照明：
按照路燈的盞數(shù)及每盞燈的瓦數(shù)進行累加計算。路燈負荷為PL(kW)。
5.住宅小區(qū)的綜合最大負荷
P∑=PM+PD+PMS+PWM+PL(kW)
3. 住宅小區(qū)供配電措施
住宅小區(qū)供配電特點：住宅小區(qū)樓房林立，各棟樓房之間空間較大，供電面積較大，負荷點的離散性大，每臺箱變供電范圍有限，因此需用多臺箱變才能滿足用戶負荷要求。
首先把開發(fā)小區(qū)根據(jù)單體建筑的布局和負荷容量進行分塊，形成以箱變?yōu)橹行牡呐潆妳^(qū)域。每一臺箱變置于區(qū)域的位置中心地帶，向周邊區(qū)采用電纜放射式配電（一般為6～10回路）。每一組區(qū)一般由5～8棟多層建筑組成。再由各建筑低壓電纜分支箱敷設低壓分支線纜至各單元內(nèi)配電箱。除高層樓房內(nèi)配電箱及多層樓房單元內(nèi)電表箱有電表位置外其它均需加裝低壓電表計量箱。配電模式示意如圖3-1：
圖3-1配電模式示意
3.1. 箱式變的臺數(shù)與容量、類型的選擇
3.1.1 變壓器的容量選擇
電源采用現(xiàn)場一級變壓，10 kV變0.4 kV(戶外箱式變電站)。住宅小區(qū)負荷點多而分散，箱變分布在負荷中心，減小一次投入，降低運行成本，提高用戶的用電質(zhì)量。從站變到箱變的10 kV用電纜連接，各個箱變的容量由各進戶單棟樓房的區(qū)域計算總負荷選定。
3.1.2 變壓器的類型選擇
目前國內(nèi)10kV以下配網(wǎng)主要采用的變壓器類型有：油浸式配電變壓器S9系列配電變壓器，S11系列配電變壓器，卷鐵心配電變壓器，非晶合金鐵心變壓器，浸漬絕緣干式變壓器和環(huán)氧樹脂絕緣干式變壓器。
非晶合金鐵心變壓器是新一代的配網(wǎng)變壓器，主要優(yōu)點是空載損耗低，其空載損耗值與同容量S9型變壓器相比，可降低75%，節(jié)能效果明顯。但價格較高、材料依賴進口，且并未完全推廣開來。普遍設計還是使用S9系列油浸式配電變壓器。由于采用油變?nèi)萘吭?00kVA及以上時需加裝瓦斯保護裝置，使箱變的設計變得復雜、不易操作，也增加了安全隱患。因此，通常變壓器容量在800kVA及以上時選擇構簡單，維護方便，又有防火、難燃等特點的環(huán)氧樹脂絕緣干式變壓器，
綜上所述，本工程所使用的四臺變壓器型號分別為S9-630kVA 10/0.4kV，SCB10-800kVA 10/0.4kV，SCB10-1000kVA 10/0.4kV兩臺。
3.1.3 箱式變及內(nèi)部設備的類型選擇
國內(nèi)配網(wǎng)主要應用的箱式變有兩類：美式箱變、歐式箱變。
美式箱變是高壓開關與變壓器共箱結構的小型化預裝式變電站，它具有供電可靠、安裝迅速、操作方便、造價低等優(yōu)點，但共箱式箱變的變壓器、柜體都不方便單獨拆卸，不易檢修。在實際應用中，主要用在建設空間不足、地域狹窄的位置。
歐式箱變?yōu)槟K化結構布局，將高壓開關設備、配電變壓器和低壓配電裝置三個不同的隔室內(nèi)、通過電纜或母線來實現(xiàn)電氣連接，所用高低壓配電裝置及變壓器均為常規(guī)的定型產(chǎn)品。外形美觀大方，內(nèi)部操作空間較大，安裝操作比較方便，易于后期檢修維護，一般為商住小區(qū)配電工程的首選。本工程所選用的箱式變型號為：ZBW-12型
3.2 高、低壓分線設備選擇
3.2.1 高壓電纜分支箱的選擇
由上述內(nèi)容可知，本小區(qū)共需安裝箱式變四座，高壓主進線為一路，因此高壓電纜分支箱宜采用進線側(cè)單開關型電纜分支箱。此類新型高壓電纜分支箱為單元柜式，采用模塊化復合絕緣柜，一體化充氣SF6負荷開關，具有安全、易操作、進出線組合靈活的特點。因此本設計中高壓電纜分支箱選用長度小、電纜排列清楚、三芯電纜接引不需交叉的歐式電纜分支箱。本設計高壓電纜分支箱選擇型號為：KDF-1K-1/5型
3.2.2低壓電纜分支箱的選擇
低壓電纜分支箱采用DFW-0.4kV低壓電纜分接箱，此類低壓電纜分支箱的特點是：采用預制型電纜插器件，具有全絕緣、全密封、全防水、免維護、安全可靠。適合安裝在住宅小區(qū)的環(huán)境中，位置通常選擇安裝在需要分支進線電纜的樓房側(cè)面散水上，結構緊湊、體積較小，既不會影響住宅小區(qū)的美觀環(huán)境，也不會影響小區(qū)內(nèi)正常交通。
3.3. 高、低壓電纜類型及截面型號選擇
3.3.1 低壓電纜配置原則
電纜路徑的選擇應符合下列要求：
1.應避免電纜遭受機械性外力、過熱、腐蝕等危害；
2.應便于敷設、維護；
3.應避開場地規(guī)劃中的施工用地或建設用地；
4.應在滿足安全條件下，使電纜路徑最短。
在住宅小區(qū)配電工程中，電纜主要采用直埋式敷設方式，纜外皮至地面的深度不應小于0．7m，并應在電纜上下分別均勻鋪設100mm厚的細砂或軟土，并覆蓋建筑用磚作為保護層。電纜路徑穿越小區(qū)主干道等可能有機動車行經(jīng)的道路時，需穿鑄鐵保護管敷設。
10kV降壓變壓器的供電半徑通常設計值不大于500米，由箱變出線的低壓主纜敷設至各用電建筑，有單元進線的則需在建筑物的外墻上明設低壓電纜分支箱，與箱變的距離一般控制在30～200 m以內(nèi)。低壓電纜分支箱接箱至各棟電源箱的進戶電纜控制在25～150 m以內(nèi)，設計應考慮電纜路走捷徑。
3.3.2 高壓電纜的選擇
高壓電纜選用鋁芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝氯乙烯護套電力電纜（YJLV22 6/10kV）。
交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜具有卓越的熱—機械性能，優(yōu)異的電氣性能和耐化學腐蝕性能，還具有結構簡單、重量輕、敷設不受落差限制等優(yōu)點，是目前廣泛用于城市電網(wǎng)、礦山和工廠的新穎電纜。交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜導體最高額定工作溫度為90℃，比紙絕緣電纜、聚氯乙烯絕緣電纜、聚乙烯絕緣電纜均高，所以電纜的載流量也進一步提高。
3.3.3 高壓電纜截面選擇
依據(jù)3.1.2中變壓器一次側(cè)的額定電流，可以確定所要選的高壓電纜截面型號：
630kVA變壓器選用YJLV22-3×35高壓電纜，800kVA變壓器選用YJLV22-3×50高壓電纜，1000kVA變壓器選用YJLV22-3×50高壓電纜，高壓主進線選用YJLV22-3×150高壓電纜。
3.3.4 低壓電纜的選擇
低壓電力電纜采用銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜（YJV22 0.6/1kV ）。本工程中除自行車棚照明用電選用兩芯電纜外，其余低壓電纜均為四芯電纜。
3.3.5 低壓電纜截面選擇
低壓電纜截面可根據(jù)負荷值的大小計算選擇，依據(jù)有功功率計算公式：P=√3UIcosφ
根據(jù)第二章計算出的負荷值，代入上式得出各居民樓負荷電流值：I=P÷（√3UIcosφ）
再依據(jù)不同規(guī)格電纜載流量選擇所需電纜截面，考慮低壓電纜使用中熱穩(wěn)定影響以及線路長度造成的電壓降的情況，實際使用的電纜截面選擇必須在按需用電流的基礎上增大一到二個型號的截面。
各住宅樓單元進線電纜選擇：本小區(qū)多層住宅樓每單元每層為2戶，每單元共12戶，按單位指標法計算Pjs=Pei×Ni×η=4kW×12戶×0.8=38.4kW，所需電流為I=P÷（√3UIcosφ）=68.64A，選YJV22 -4×25mm2型。自行車棚負荷主要為照明負荷，從低壓電纜分支箱至車棚電表電源電纜選用YJV22 -2×10mm2型；地下車庫負荷為三相四線，從低壓電纜分支箱至車庫電表電源電纜統(tǒng)一選用YJV22 -4×16mm2型；
小區(qū)商戶一般為二層，平均面積在200平方米，依面積法計算單戶負荷為：PM=Ped×S=80W/m2×200m2÷1000=16kW，所需電流為I=P÷（√3UIcosφ）=28.6A，從電纜分支箱至各商戶低壓電纜選用YJV22 -4×16mm2型。
4.防雷接地
4.1 電力設備防雷
在配電網(wǎng)絡中，由于接地種類的不同，其保護接地方式、供電系統(tǒng)也有所不同。正確理解和推廣使用幾種低壓保護接地方式及供電系統(tǒng)，對提高電網(wǎng)安全、可靠運行水平有著十分重要的意義。
4.2 低壓配電系統(tǒng)的接地型式和基本要求
低壓配電系統(tǒng)的接地形式可分為TN、TT、IT三種系統(tǒng)，其中TN系統(tǒng)又可分為TN-C、TN-S、TN-C-S三種形式。
1.TN系統(tǒng)應符合下列基本要求：
(1)在TN系統(tǒng)中，配電變壓器中性點應直接接地。所有電氣設備的外露可導電部分應與配電變壓器中性點相連接。
(2)保護導體或保護接地中性導體應在靠近配電變壓器處接地，且應在進入建筑物處接地。
(3)保護導體上不應設置保護電器及隔離電器。
(4)保護導體單獨敷設時，應與配電干線敷設在同一橋架上。
采用TN--C-S系統(tǒng)時，當保護導體與中性導體從某點分開后不應再合并，且中性導體不應再接地。
2.TT系統(tǒng)應符合下列基本要求：
(1)在TT系統(tǒng)中，配電變壓器中性點應直接接地。電氣設備外露可導電部分所連接的接地極不應與配電變壓器中性點的接地極相連接。
(2)TT系統(tǒng)中，所有電氣設備外露可導電部分宜采用保護導體與共用的接地網(wǎng)或保護接地母線、總接地端子相連。
3.IT系統(tǒng)應符合下列基本要求：
(1)在IT系統(tǒng)中，所有帶電部分應對地絕緣或配電變壓器中性點應通過足夠大的阻抗接地。電氣設備外露可導電部分可單獨接地或成組的接地。
(2)電氣設備的外露可導電部分應通過保護導體或保護接地母線、總接地端子與接地極連接。
(3)1T系統(tǒng)必須裝設絕緣監(jiān)視及接地故障報警或顯示裝置。
(4)在無特殊要求的情況下，IT系統(tǒng)不宜引出中性導體。
4.設計時應根據(jù)系統(tǒng)安全保護所具備的條件，并結合工程實際情況，確定系統(tǒng)接地形式。
4.3 接地種類
1.工作接地：為保證電力設備達到正常工作要求的接地，稱為工作接地。中性點直接接地的電力系統(tǒng)中，變壓器中性點接地，或發(fā)電機中性點接地。
2.保護接地：為保障人身安全、防止間接觸電，將設備的外露可導電部分進行接地，稱為保護接地。保護接地的形式有兩種：一種是設備的外露可導電部分經(jīng)各自的接地保護線分別直接接地；另一種是設備的外露可導電部分經(jīng)公共的保護線接地。
3.重復接地：在中性線直接接地系統(tǒng)中，為確保保護安全可靠，除在變壓器或發(fā)電機中性點處進行工作接地外，還在保護線其他地方進行必要的接地，稱為重復接地。
4.保護接中性線：在380/220V低壓系統(tǒng)中，由于中性點是直接接地的，通常又將電氣設備的外殼與中性線相連，稱為低壓保護接中性線。
本工程中所使用的高、低壓設備接地均選擇保護接中性線方式，將接地裝置與設備外殼連接實現(xiàn)接地保護。
4.4 接地裝置
1.接地裝置：
接地裝置可使用自然接地體和人工接地體。在設計時，應首先充分利用自然接地體。
(1)自然接地：
在新建的大、中型建筑物中，都利用建筑物的構造鋼筋作為自然接地。它們不但耐用、節(jié)省投資，而用電氣性能良好。
(2)人工接地體：
人工接地體有兩種基本型式：垂直接地體和水平接地體。垂直接地體多采用截面為50mm×50mm×4mm，長度為2500mm的角鋼或圓鋼；水平接地體多采用截面為40mm×4mm的扁鋼。
2.接地電阻：
《電力設備接地設計技術規(guī)程》規(guī)定，低壓中性點直接接地系統(tǒng)中，100kVA以上變壓器接地電阻值≤4Ω。
本工程所使用的設備接地均為人工接地體接地，按設備基礎設計圖配套安裝，箱式變及高壓電纜分支箱的接地電阻值應控制在≤4Ω，低壓電纜分支箱的接地電阻值≤10Ω。
5.總結
通過此開發(fā)小區(qū)的設計，使我們的設計理念有了更深層次的認識和提高。設計必須根據(jù)小區(qū)實際，符合其特點，采用多種供配電形式和方法，滿足使用功能的要求，不但做到整體布局合理，在宏觀上保持三相負荷分配基本平衡，而且在微觀上要做到細致，給每個用戶提供一個良好的用電環(huán)境。在實現(xiàn)安全可靠配電的同時，還要做到環(huán)境的美化，使整個小區(qū)的配電合理、適用、經(jīng)濟。
參考文獻
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關鍵詞：電力系統(tǒng)；規(guī)劃設計；電力工程設計
中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）35-0031-02
1 電力系統(tǒng)規(guī)劃設計的基本內(nèi)容
整個電力系統(tǒng)的規(guī)劃設計主要涉及中期電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃和長期電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃兩個方面，這項工作對于單項電力工程設計規(guī)劃具有十分重要的指導意義，也是電力工程設計的主要依據(jù)。單項電力工程規(guī)劃設計過程中的電力系統(tǒng)規(guī)劃設計主要包括下述幾點內(nèi)容：分析工程所處地區(qū)電力負荷特性；分析附近地區(qū)電網(wǎng)電源規(guī)劃設計情況；從電源規(guī)劃和負荷預測結果出發(fā)，分析電量與電力平衡；設計電力工程電網(wǎng)系統(tǒng)接入的優(yōu)化方案；接入方案的電氣計算；對計算結果進行分析，比較方案的經(jīng)濟性。
第一，分析和預測電力負荷情況。對電力工程計劃建設區(qū)域的電力負荷情況進行分析和預測是電力系統(tǒng)設計規(guī)劃工作的基礎。在設計規(guī)劃電力工程前，需要預測其中短期負荷情況，在總結分析歷年電力負荷數(shù)據(jù)的基礎上，充分考慮社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，準確預測該地區(qū)中短期電力負荷情況，另一方面，對在建的和已有的電力系統(tǒng)工程負荷情況進行系統(tǒng)分析，從而最終確定其對于電力供應網(wǎng)絡所產(chǎn)生的影響。
第二，電源規(guī)劃情況和出力。電力系統(tǒng)規(guī)劃設計的關鍵在于規(guī)劃電源分布，在附近地區(qū)電網(wǎng)電源規(guī)劃設計的基礎上，形成詳細全面的調(diào)查分析報告，這也是電力系統(tǒng)規(guī)劃設計的核心內(nèi)容，有助于單項電力工程的開展建設。電源通常包括統(tǒng)調(diào)電源和地方電源兩種，其中，統(tǒng)調(diào)電源主要指的是電網(wǎng)所調(diào)度管理的各個大型發(fā)電站，而地方電源是指企業(yè)、集體和個人自備的發(fā)電機組。
第三，電力電量平衡。在電力系統(tǒng)規(guī)劃設計過程中，首先需要考慮的問題就是電力電量平衡，在前期評估分析電源出力和電力負荷的基礎上，對電力系統(tǒng)每年的平均負荷情況進行準確計算，將各種電源出力計算結果相結合，對電力電量盈虧情況進行計算，從而獲得電力系統(tǒng)所需的變電數(shù)據(jù)和發(fā)電裝置容量資料。
第四，接入系統(tǒng)方案。以電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃、電源負荷分布以及現(xiàn)有電力網(wǎng)絡基本特征等情況為基礎，對電網(wǎng)項目工程在整個電力系統(tǒng)中的基本作用和地位進行分析，根據(jù)政府相關部門和電網(wǎng)規(guī)劃的審批意見，設計出項目接入電網(wǎng)系統(tǒng)的基本方案，在電網(wǎng)新技術、節(jié)能降耗、綜合考慮節(jié)約用地、遠近結合等基本原則指導下，對項目接入系統(tǒng)方案的合理性與可行性進行論述分析。
第五，電氣計算公式。①無論變壓器進行多少次油過濾處理，均應保證過濾質(zhì)量符合標準，計量單位設置為t，其計算方法為：油過濾數(shù)量（t）= （l+損耗率）×設備油重（t）。②帶形母線計算方法為：根據(jù)電力系統(tǒng)設計方案，對單項延長米門象線的預留長度進行計算。③根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)劃設計方案，對基礎槽鋼角鋼的安裝長度進行準確計算，若為單個柜盤，則L=2（A+B）；若為多個相連接的同規(guī)格柜盤，則L=nZA+2B，其中，n表示柜或屏的數(shù)量，B表示的是柜或屏的厚度；A表示的是柜或屏的寬度，L表示的是所需長度。④盤柜配線長度計算方法為：L=配線回路數(shù)×盤柜板面半周長。⑤電纜安裝工程量計算方法為：L=■（各種預留長度+垂直長度+水平長度）×（1+2.5%電纜曲折折彎余系數(shù)）。⑥電纜保護管計算方法：穿過建筑物外墻的電纜保護管應為基礎外緣加1 m；垂直敷設電纜保護管應為穿地面與管口之間距離加2 m；過排水溝電纜保護管應為溝壁外緣加l m；橫穿公路電纜保護管應為路基的寬度加4 m。⑦電力電纜中間頭數(shù)量計算方法：N=L/l-1，其中，1為每段電纜的平均長度，L為電纜的設計長度，n為中間頭的數(shù)量。⑧避雷線和接地母線敷設工程量的計算方法：L=■（施工圖設計垂直長度+水平長度）×（1+3.9%附加長度）。
第六，方案比較分析。對各種項目接入方案效果進行對比分析，以各類電氣的計算結果為基礎，從經(jīng)濟性、發(fā)展適應性、實施性和可靠性等幾個方面出發(fā)，對各個方面進行綜合比較，從而準確評估其運行和設計效果，并選擇最佳的電力系統(tǒng)規(guī)劃設計方案。
第七，系統(tǒng)專業(yè)提資。利用可續(xù)的規(guī)劃設計系統(tǒng)，通過準確可靠的電氣系統(tǒng)計算，最終選擇出最為有效且合理的項目接入系統(tǒng)方案，從而對電力項目工程的投產(chǎn)時間和工程建設規(guī)模進行最終確定，并為電力系統(tǒng)其他工程的設計提供專業(yè)有效的數(shù)據(jù)支持和設計依據(jù)。
2 電力系統(tǒng)規(guī)劃設計經(jīng)驗總結
2.1 準備階段
在電力系統(tǒng)規(guī)劃設計工作開始前，相關設計人員應全面了解附近區(qū)域的電力系統(tǒng)建設和使用情況，對大網(wǎng)區(qū)的基本特征和情況進行深入分析，同時，對相關系統(tǒng)資料進行手機整理和分析。了解現(xiàn)有統(tǒng)調(diào)電源、線路和變電站相關資料，并將其制作為數(shù)據(jù)表錄入數(shù)據(jù)庫，從而建立現(xiàn)有電網(wǎng)網(wǎng)架的基礎數(shù)據(jù)系統(tǒng)。另一方面，還應對最新的電力主網(wǎng)規(guī)劃建設情況進行收集整理，從而掌握附近區(qū)域電網(wǎng)發(fā)展的基本特點和方向，最終建設成為各規(guī)劃水平電力網(wǎng)架的基礎數(shù)據(jù)系統(tǒng)。
2.2 開展工作
電力系統(tǒng)規(guī)劃設計人員應及時了解電力系統(tǒng)的發(fā)展變化情況，對數(shù)據(jù)庫信息進行及時的更新出來，全面了解不同地區(qū)的電力負荷特征和情況，系統(tǒng)收集各個地區(qū)電力線路、變電站和電廠的運行資料和分布情況，從而提高電力系統(tǒng)規(guī)劃設計的合理性與有效性。對于新建設的電力工程項目，需要以當?shù)仉娏ω摵汕闆r分析為基礎，收集整個附近地區(qū)和當?shù)氐碾娏ο到y(tǒng)數(shù)據(jù)資料，準確計算各個電力系統(tǒng)的電氣情況，從而為電力系統(tǒng)工程的設計提供數(shù)據(jù)基礎。
3 總 結
綜上所述，隨著電力系統(tǒng)規(guī)劃設計作用和影響的逐步擴大，電力工程設計對于電力系統(tǒng)規(guī)劃設計也提出了更高的要求，因此，對于電力系統(tǒng)規(guī)劃設計單位和人員來說，應不斷創(chuàng)新和改進技術，使其更加符合社會發(fā)展的新要求、新形勢，從而推進我國電力行業(yè)的進一步發(fā)展，促進社會經(jīng)濟的健康穩(wěn)定發(fā)展。
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