配电电缆截面的经济性选择分析

1.3 总结

1.3.1 按投资年限法选择电缆截面

首先，按发热条件选出允许截面，然后再加大一级，当负荷计算电流小于5A时就不必加大截面了。当然，电压损失仍要计算，如损失超过允许的5%时，可以增大一级。

1.3.2 线路长短与偿还年限无关

前面计算过程中为简化计算而把电缆长度均设为100m，实际上，线路长度对比较结果是没有影响的，下面把偿还年限公式展开：

N=[α2L/3I2JS*R10*L*τ*d10-3]-[ α1L/3I2JS*R20*L*τ*d10-3]

其中：

L-线路长度（km）；

R10、R20-两种电缆单位长度电阻（Ω/km）；

d-电度单价（元/kwh）。

公式的分母、分子都有线路长度L，显然可以消掉。因此，偿还年限的计算结果与电缆长度无关。这一点很有意义，因为无论线路长短，都可以用该方法选择电缆导线的截面。

1.2 利用偿还年限法选择电缆截面

现以380V动力配电电缆为例，取一些典型情况进行计算（实例见附录图纸《商铺导线选择计算书》）。

设回路负荷P1、P2、P3、P4、P5的线路长度都为100m，计算电流（即线路长期通过的最大负荷电流）分别为7.5A、50A、100A、150A、210A，根据敷设要求，选用YJV电力电缆沿桥架敷设。

第一步：查阅相关资料，按常规方法，即按发热条件选择电缆截面，并校验电压损失，其初选结果如表4所示。为了简化计算，此表中数据是取功率因数0.8时计算得出的，实际上一般情况下用电设备的功率因数都低于0.8。所以，实际的电压损失与计算值各有不同，但基本不影响对于截面的选择。

电缆参数初选结果 表4

回路号
计算电流（A）
电缆截面（mm2）
载流量（A）
电压损失（△U％）

P1
7.5
3X2.5
25
4.06

P2
50
3X10
58
4.3

P3
100
3X25
105
4.1

P4
150
3X50
157
3.2

P5
210
3X95
245
2.79


上表中电缆截面是按发热条件选取的，所选截面均满足电压损失小于5%的要求。这种选择方案自然是技术上可靠，节省有色金属，初投资也是最低的。但是，因截面小而电阻较大，投入运行后，线路电阻年浪费电能较多，即年运行费用较高。那么，适当的增大截面是否能改善这种情况呢？加大几级截面才最为经济合理呢？

第二步：多种方案比较。

首先，对P1回路适当增加截面的几种方案进行比较：

方案1：按发热条件选截面，即3X2.5mm2。

方案2：按方案1再增大一级截面，即3X4 mm2。

接下来分别计算两种方案的投资与年运行费。为简化计算，仅比较其投资与年运行费的不同部分。就投资而言，因截面加大对直埋敷设，除电缆本身造价外，其它附加费用基本相同，故省去不计。年运行费用中的维护管理实际上也与电缆粗细无多大关系，可以忽略不计，折旧费也忽略不计，所以：

方案1的初投资F1=电缆单价X电缆长度=3500①元/kmX0.1/km=350元。

方案2的初投资F2=电缆单价X电缆长度=3800元/kmX0.1/km=380元。

方案1的年电能损耗费D1=年电能消费量X电度单价=△AkwhX0.8。

式中：△A=3I2JS*R0*L*τ10-3kwh

R0-线路单位长度电阻（YJV-0.6/1KV-2.5mm2 R0=9.16/km）；

L-线路长度；

IJS-线路计算电流；

τ-年最大负荷小时数，这里取3000h（按8小时计算）。

于是：

D1=△AX0.8=3X7.52*0.916*0.1*3000*0.8*10-3=37元

所以，方案1的年运行费Y1即是年电能损耗费37元。

按与上面相同的方法可求得方案2的年运行费（计算略）为30.7元。

显然，方案2投资高于方案1，但年运行费却低于方案1，其偿还年限N为：

N=（F2-F1）/（Y1-Y2）=（380-350）/（37-30.7）=4.7年

可见，偿还年限小于5年，说明方案2优于方案1，方案2的多余投资在3年左右就可通过节省运行费而回收。也就是说，人为增加一级截面是经济合理的。那么增大两或三级，甚至更多，其经济效果如何，是否更加经济？下面作类似计算比较。

现在根据表5的结果，将方案3与方案2比较，方案3的投资高于方案2，但年运行费用少，其偿还年限为：

N’=（409-380）/（30.7-26）=6.17年

显然，因偿还年限超过标准偿还年限5年，故投资高的方案是

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①因近来铜价不稳定，所以这里采用的是2004年铜价未涨时的电缆价格。

不合理的，即投资方案2优于方案3。

同样，方案4与方案3比较，方案4的偿还年限远远高于方案3的：

N’’=（499-409）/（26-21）=18年

P1回路电缆选择方案比较 表5

回路号
电缆截面（mm2）
初投资（元）
年运行费

1
3X2.5
350
37

2
3X4
380
30.7

3
3X6
409
26

4
3X10
499
21


通过以上分析计算，最终可以确定方案2（即按发热条件选出截面之后，再人为加大一级）是该回路选择截面的最佳方案。对其它P2-P5线路经过上述计算方法均可以得出同样结论，这里不再一一赘述。

因此，我认为在选择电缆截面时，按发热条件选出后，再人为加大一级，从经济学的角度看是明显有效益的；从技术角度看，增大电缆截面，线路压降减小，从而提高了供电质量，而且截面的增大也为系统的增容创造了有利的条件。

但是，当负荷电流较小（IJS<5A）时，通过计算可以发现：没有必要再加大截面。因为负荷电流较小，所产生的线路损耗也较小，增大截面而多投资的部分，需要5年以上才能回收，故此时只需按发热条件选择即可。