电缆选型 (2008-03-03 20:07:00)
标签：杂谈
电缆截面选择计算
题：
一台给水泵电动机功率37KW，额定电流71.4A，起动电流469A，低压馈线断路器额定电流85A，速断动作电流850A，已知年最大负载利用小时TMAX=6000H，电源电缆由变电所低压屏直接配电，采用VV-1-(3+1)型电缆架空桥架明敷，线路长度150米，环境温度30度，变电所低压屏母线短路电流有效值26KA，低压屏母线单相接地(相保）电流23KA。求选用电缆截面？
答：
自动开关瞬动脱扣器整定电流应计入电机起动时其非周期分量的影响,其值约为1.7倍.再计入瞬动脱扣器20%的误差,所以这个整定电流不应小于1.2*1.7*电机起动电流.自动开关瞬动脱扣器有两种:一种为配电保护型,10倍;另一种为电机保护型,12倍.低压电机配套电缆及自动开关的选择
感谢Lengbing先生的短信，不过有些方面我有不同观点。现将我的计算过程及观点列出，供大家讨论（以下省略了大家无异议的计算过程）。
一、基本资料
1.依据：《工业与民用配电设计手册》第二版 中国电力工业出版社以下简称（手册）
2.为便于从（手册）中查找数据，选择了与题目中条件相近的设备。
（1）变压器 S7-1000 D,yn11
10kv侧系统阻抗为200MVA 低压侧带5米 LYM母线 3*（125*10）+80*8
三相短路电流 25.83kA 单相相保短路电流22.75KA 与题中所给条件相近
正序电阻 2.12毫欧 正序电抗 8.65毫欧
相保电阻 2.34毫欧 相保电抗 9.38毫欧
（2）电动机 Y250M－6 37kw 额定电流72A起动电流468A
功率因数为０.８６与题中所给条件相近
二、选自动开关
注意两点：
１.塑壳自动开关分断时间均在２０毫秒之内，所以校验其分断能力应计入短路第一周期内非周期分量的影响，应按短路全电流最大有效值Ich来校验。在变电所低压母线，正序电抗一般大于3倍正序电阻，所以取 Kch =1.8 Ich=1.51 I″ =1.51*25.83=39kA
２.电机如全压起动，自动开关应选用电机保护型，其瞬动脱扣器动作电流为额定电流1２倍．
在此选用 CM1－100MZ /33002 脱扣器80A 额定极限短路分断能力为50kA>39kA 瞬动脱扣器动作电流为12*80=960A>1.2*1.7*468=955A
三、初选电缆截面
１.按发热取环境温度30度，桥架敷设，不考虑桥架内有其他动力电缆。 选VV－3*16+1*10 载流量为77A
2.校验电压降
（１）正常运行时，电机端子处电压降应不大于５％.
电机功率因数cosφ=0.86 sinφ=0.51
校验 VV－3*16+1*10
R=1.272 X=0.082
Δu% = 3(开方 )* (1.272*0.86+0.082*0.51)*72*0.15/3.8=5.59 % >5%
再选VV－3*25+1*16
R=0.814 X=0.07
5Δu%= 3(开方)*(0.814*0.86+0.075*0.51)*72*0.15/3.8=3.63 %
（２）关于电机起动压降问题
注意：
除个别被拖动机械要求起动转矩较高外，绝大部分电机应在配电母线处，而不是在电机端子处校验起动压降。电机不常起动时，此压降值应不大于15%.如变压器容量远大于电机容量且（1）校验通过(如本题),则依我经验,该项一般都能通过，不必校验。
四、相－保（中）短路灵敏度校验
因本题目中影响电缆截面的最大因素就是这一项，所以下面将详细阐述。
为保证电缆末端相—保短路时自动开关动作灵敏性，应满足其最小相—保短路电流不小于
1.3倍自动开关瞬动脱扣器动作电流，即 1.3*960=1248A=1.248kA
1.选四芯不等截面电缆
因 VV—3*25+1*16 肯定不能通过校验，故直接选
VV—3*70+1*35
相保电阻 1.128 毫欧 相保电抗 0.178 毫欧
相保短路电流
=220/【(2.34+150*1.128)(平方)+(9.38+150*0.178)(平方)】(开方) = 1.255kA>1.248kA 通过
2.选四芯等截面电缆
VV—4*50
相保电阻 1.053 毫欧 相保电抗 0.158 毫欧
相保短路电流
=220/【（2.34+150*1.053）(平方) +（9.38+150*0.158）(平方)】(开方)
= 1.344 kA >1.248 kA 通过
对于增加电缆末端相—保短路电流来说，加大PE线截面要比加大相线截面效果明显。我们用五芯电缆 VV—5*35 , 将其PE线与N线并联，则计算结果为 1.259 kA > 1.248 kA 也通过.
3.不加大电缆截面的方案
电缆截面过大将增加施工难度，因此，如果其它校验都能通过，而仅仅为了解决相—保短路灵敏性问题，也可不加大电缆截面而采取另外措施。特别是对于目前大量使用的Y,yn0 变压器，因其本身相—保阻抗很大，有时靠加大电缆截面就解决不了问题。举一例：在我作的一个改造工程里，
电动机 Y315M2—4 160kw 额定电流 291A 降压起动 电缆长度50米
自动开关 DZ20J—400/3300 脱扣器 315A 10倍动作电机端子处相—保短路电流应不小于
1.3*10*315=4095A=4.095kA
变压器 S9—500 Y,yn0 其10kv侧在系统最小运行方式时短路容量为75MVA
低压侧带5米LYM 母线 3*（80*6.3）+50*5 则其低压母线相—保短路电流为
3.98kA
规范要求相—保短路电流不小于开关瞬动或短延时脱扣器动作电流的1.3倍，其目的有两个：（1）保证电缆热稳定需要。
（２）保证当发生相—保短路时，装置外露导电部分出现50V以上接触电压的时间不超过5秒钟。
对于（1）可采用自动开关热脱扣器作后备保护，这时应满足电缆载流量(包括PE线、N线)≥自动开关热脱扣器额定电流。在本题中，选 VV—4*25
载流量为100A＞80A 通过（此时自动开关动作时间在15秒之内）
对于（2）可在电机安装处作局部等电位联接，使得发生相—保短路时，装置外露导电部分的接触电压在50V以下。
另外，对于大容量电机也可采用设置单相接地保护的方案。
五、关于电缆热稳定校验
只要不是直接接在变压器低压母线上且特别短的小截面电缆，一般按发热选择的电缆截面都能通过校验。要注意的是：
1.校验电缆热稳定时所假设的短路点，不能取自电缆首端。对于不超过制造长度的单根电缆，短路点应取自电缆末端。短路电流应采用最大三相稳态短路电流值。
2.对于塑壳自动开关，短路假想时间t应按高速断路器取0.1秒。
在本题中取截面最大的 VV ─3*70+1*35 来计算电缆末端短路电流值。
电缆正序电阻 0.251 毫欧 正序电抗 0.078 毫欧 三相短路电流
=230/【(2.12+150*0.251)(平方)+(8.65+150*0.078)(平方)】(开方)=5148A
下面看一下即使按这一短路电流值，满足热稳定校验的最小电缆截面是多少。
Smin=5148*0.1(开方)/114=14.3 mm2
可见如果分别用50 mm2、35 mm2、25 mm2电缆来计算,其短路电流值会更小，相应的Smin也更小。
综上所述，在本题中选用VV-3*70+1*
35、VV-4*50、VV-5*35 电缆都能通过各项校验，但我觉得还是采用 VV—4*25 电缆，并在电机安装处作局部等电位连接的方案好一些。不知大家想过没有，37kw电机的接线盒里，最大能接多大截面的电缆？
我还没有看到有关低压电缆也要按经济电流密度选的规定。国际铜业协会这样规定，是不是有他的商业目的呀？电缆截面选得大，用铜量就多，铜一短缺就可以涨价，他们就可以大笔挣银子啦。对不起，说笑话了。不过说实话,对国际铜业协会的这个答案，我觉得有些地方在道理上讲不通。
参考答案公布在此，供讨论
1，按发热选：Ie=71.4A，查载流量选S＝3X16＋1X10
2，按电动机直接起动压降选：起动时功率因数按0.3考虑，由公式
U%=1.732*I*L*(Rcos$+Xsin$)/10*U得，
U%=1.732X469X0.15X(1.376X0.3+0.082X0.95)/10X0.38=15.7%,因压降大，改选70，压降为
5.13％。
3，校验短路热稳定：设短路切断时间t＝0.2秒，S=26000乘以（0.2的0.5次方）/C，VV电缆c＝114，YJV电缆c＝137。求得s＝102，选95较接近。
4，单相接地灵敏度校验：16截面时，Id=338，（自己算算，较复杂，查表），断路器拒动，70截面时，Id=1190，1190/850=1.4大于1.25，满足要求。
5，按经济电流选：电缆属I-A类别，TMAX=6000H,P=0.5元/KWH，查的j=0.88A/mm2，取电动机负载率0.85，则S=71.4*0.85/0.88=69mm2。取70。（上述方法软件提供） 综合上述，选最大技术条件（热稳定）95mm2
如果是三相380V，电流约为电压的二倍，90A，铜芯用16平方mm，铝芯用25平方mm；电缆的载流量都是查表的，没有人计算它。
电缆桥架的规格根据所走桥架的电缆的总截面进行选择，通常电力电缆总截面积不大于桥架断面面积的40％，控制及信号电缆总截面积不大于桥架断面面积的50％。
电缆桥架的载荷G总、电缆桥架宽度B的计算；
G总＝n1q1+n2q1+n3q3+.......
B=n1(d1+k1)+n2(d2+k2)+.....(电力电缆)
Sn=n1n(d1)2/2+n2n(d2)2/2 S=S/40% B=S/h=Sn/40%h (控制电缆)
查查04DX101-1，没根电缆都有其外径大小，把所有的电缆外径相加。
根据桥架允许的填充率选择规格。
具体选宽点的还是高点的，根据工程实际情况
