道路照明工程施工中低压电力电缆选择的设计优化

摘要：本文通过对低压电力电缆的最小截面的计算，以选择出合理的低压电力电缆截面，从而计算出各照明回路的施工支出总费用，可为道路照明工程施工中低压电力电缆的设计优化提供参考。

关键词：截面、电压损失、电压偏差、供电距离

低压电力电缆作为道路照明工程中的主要材料，在整个工程投资中占有很大的比例，因此工程施工中对电缆截面大小选择就显得尤为重要。而设计单位在选择低压电缆截面时，通常只考虑技术要求。但从工程施工经济角度出发，有时适当改变电缆截面和提供距离会起到降低工程总成本的效果。因此我们在道路照明工程施工中，应在保证各项技术要求的前提下充分考虑施工现场的实际环境和其他各项费用支出情况，对低压电力电缆进行设计优化，以达到降低施工成本支出的目的。

基本原理

在工程施工现场勘测的基础上，通过对电缆最小截面的计算，以确定各回路的电缆规格，从而可计算出各回路施工预计支出的总费用，通过总施工费用的计算比较，并以此为依据进行电力电缆的设计优化，以得出合理的供电方案。

计算条件

由于低压电力电缆运行参数受到外部环境、负荷分布情况、负荷性质、电缆截面、供电距离等多种因素影响，因此以下针对电缆的最小截面的计算是在以下假定条件下进行的：

最小截面结算：已知线路负荷P和供电距离L的大小

导线温度：70℃；

环境温度：40℃；

线路负荷性质：全阻性负荷

负荷分布情况：三相负荷平衡

不考虑电缆的集肤效应和临近效应

最小截面的计算

1、               最小截面选择的计算公式。道路照明工程中由于照明灯具对电压要求较高，因此电缆截面的选择应按电压损失作为计算依据。低压电缆线路的电压损失主要是由于电缆导体本身的阻抗引起的，而道路照明工程的具有供电线路长、负荷小、电缆截面不大的特点，因此电缆导体本身的阻抗主要是导体电阻值，导体的电抗值相对很小，可以忽略不计。导体本身的电阻大小可由下式计算：

  R=(p・L*10^{6)/S    (1)}

      式中R―导体电阻，Ω

      S―电缆标称截面，mm2；

      P―导体电阻率，Ω・M，70℃时导体电阻率：铜2.082*10^{-8、铝3.323*10-8；}

      L―供电距离，m；

      根据《照明设计手册》（第二版）中关于低压线路的电压损失计算公式可知单相220V线路电压损失：

Ｕ=2I_{f・R       （2）}

三相380V线路电压损失：

Ｕ=1.72305I_{f・R        （3）}

式中Ｕ―线路电压损失，V；

I_{f―线路负荷电流，A；}

将（1）式分别代入（2）式和（3）式得单相220V线路：

         S=2I_{f ・p・L*10^{6/U    （4）}}

三相380V线路：

         S=1.72305I_{f ・p・L    （5）}

而线路的负荷流量I_{f的大小为单相220V线路：}

         I_{f=P/Un・COSφ            (6)}

三相380V线路：

         I_{f=P/1.72305・Un・COSφ    （7）}

分别将(6)代入（4）式、（7）式代入（5）式得到电缆截面计算公式为：

单相220V线路：

         S=2P・p・L*10^{6/U・ U_{n・COSφ   （8）}}

三相380V线路：

         S=P・p・L*10^{6/U・ U_{n・COSφ   （9）}}

式中P―线路负荷，KW，

COSφ―负荷的功率因素

U_{n―额定电压KV，三相供电时取0.38KV，单相供电时取0.22KV；}

    确定U的建议：《供电营业规则》（以下简称《规则》）第五十四条中关于电压质量标准的规定：10千伏及以下三相供电的电压允许偏差为额定值的±7%，220V单相供电的，电压允许偏差为额定值的+7%―10%。因此只要线路末端电压不低于354V和198V就符合（规范）要求。因此，在计算电缆截面时不应一概采用7%的电压损失系数，而应通过计算保证电压偏差不低于-7%（380V线路）或-10%（220V线路），从而就可满足使用要求。因此U的确定如下：

三相380V线路：U=380*7%=26.6V

单相220V线路：U=220*10%=22V

最小截面计算

      A、三相供电

      电缆为铜芯时，最小截面为：S_{st=(p・L*2.082*10^{-8*106)/（0.38*26.6*COSφ）=2.06PL/ COSφ  *10-3mm2       (10)}}

电缆为铝芯时，最小截面为：S_{sl=(p・L*3.323*10^{-8*106)/（0.38*26.6*COSφ）}}

=3.29PL/ COSφ  *10^{-3mm2       (11)}

     B、 单相供电

      电缆为铜芯时，最小截面为：S_{Dt=(2・p・L*2.082*10^{-8*106)/（0.22*22*COSφ）=8.6PL/ COSφ  *10-3mm2       (12)}}

电缆为铝芯时，最小截面为：S_{DL=(2p・L*3.323*10^{-8*106)/（0.22*22*COSφ）}}

=13.73PL/ COSφ  *10^{-3mm2       (13)}

      上述各式中下角标ST、SL、DT、DL分别表示三相铜芯、三相铝芯、单相铝芯、单相铜芯。所以只要知道了用电负荷KW和供电距离M，就可以运用上述（10）~（13）式简单、快捷的求出电缆最小截面了。

      几点说明：1）用公式计算出的电缆截面时保证电压偏差要求的最小截面，实际选用一般是就近偏大一级。再者负荷是按集中考虑的，如果负荷分散，所求截面就留有了一定裕度。2）考虑到机械强度的要求，选出的电缆应有最小截面的限制，一般情况主干线；铝芯电缆不小于35 mm2，支线铝芯电缆不小于25mm2，铜芯电缆不小于16mm2。3）计算出的电缆截面，还应用最大允许载流量，则应增大截面。

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