电气工程设计与计算550例
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33.按经济电流密度选择导线截面积的计算

(1)经济电流密度标准

①沿用的经济电流密度标准。我国于1956年由电力部颁布的经济电流密度标准,见表2-19。

表2-19 经济电流密度  单位:A/mm2

②我国1995年颁布的经济电流密度标准。1995年我国根据具体情况,综合考虑输电线路中导线的总投资额、折旧、提成、线损等多个因素,制定了符合总的经济效益的综合性参数,即经济电流密度值,见表2-20。

表2-20 经济电流密度j  单位:A/mm2

③国外超高压送电线路电流密度参考值,见表2-21。

表2-21 国外超高压送电线路电流密度  单位:A/mm2

④建议采用的经济电流密度,见表2-22。

表2-22 建议采用的经济电流密度j  单位:A/mm2

(2)计算公式

根据导线年运行费用最小的要求,应采用表2-22的经济电流密度选择导线。

按线损率要求选择导线截面积可按下式计算:

式中 S——导线截面积,mm2

 P——输送功率,kW;

 β——导线功率损耗率(%),

如农网10kV改造建设要求,线路功率损耗率为6%~8%。

(3)实例

【实例1】 有一条10kV线路,采用钢芯铝线,输送容量P为450kW,功率因数cosφ为0.7,线路长度L为10km,最大负荷年利用小时数Tmax为4000h,试选择导线截面积。

 ①导线截面积的选择。

导线流过的电流为

a.按1995年我国颁布的经济电流密度标准选择:根据Tmax及采用LGJ型导线,查表2-20,j=1.15A/mm2,导线截面积为

S=I/j=37.1/1.15=32.2(mm2) 选用LGJ-35型  

b.按导线功率损耗率6%选择:导线电阻率ρ=31.2Ω·mm2/km。

c.按推荐的经济电流密度选择:由表2-22查得经济电流密度j=0.59A/mm2,导线截面积为

S=I/j=37.1/0.59=62.9(mm2) 选用LGJ-70型  

②选用不同导线截面积时线路年电能损耗比较。

选用LGJ-35型时

选用LGJ-50型时

ΔA50=10.31×104(kW·h)  

选用LGJ-70型时

ΔA70=6.87×104(kW·h)  

【实例2】 欲新建一条35kV送电线路,采用钢芯铝线,输送容量P为1900kW,功率因数cosφ为0.8,线路长度L为30km,最大负荷年利用小时数Tmax为5000h,实际运行小时数T为4500h,要求线损率5%,试选择导线截面积。

 ①导线截面积的选择。

导线流过的电流为

a.按1995年我国颁布的经济电流密度标准选择:根据Tmax及采用的LGJ型导线,查表2-21,经济电流密度j=1.15A/mm2,导线截面积为

S=I/j=39.2/1.15=34.1(mm2),选用LGJ型35mm2导线。

b.按导线功率损耗5%选择:导线电阻率ρ=31.2Ω·mm2/km。

选用LGJ型50mm2导线。

c.按推荐的经济电流密度选择:由表2-23查得经济电流密度j≈0.59A/mm2,导线截面积为

S=I/j=39.2/0.59=66.4(mm2),选用LGJ型70mm2导线。

②选用不同导线截面积时线路年电能损耗比较。

当选用LGJ-35型时年电能损耗

线损百分数为

,即线损率为6.5%。

当选用LGJ-50型时年电能损耗:

,即线损率为4.5%。

选用LGJ-70型时:

ΔA70=27.74×104(kW·h),ΔA70%=3.2,即线损率为3.2%。

③选用不同导线截面积时线路电压损失计算。

设导线线间几何均距为1.5m。查电工手册得各型导线线路电阻和电抗如下:

LGJ-35型 R0=0.85Ω/km x0=0.385Ω/km  

LGJ-50型 R0=0.65Ω/km x0=0.376Ω/km  

LGJ-70型 R0=0.46Ω/km x0=0.365Ω/km  

当选用LGJ-35型时:

电压损失百分数为

即电压损失率为5.3%。

当选用LGJ-50型时:

电压损失百分数为

即电压损失率为4.3%。

选用LGJ-70型时:

电压损失百分数为

即电压损失率为3.4%。

④三种方案比较,见表2-23。

表2-23 三种方案比较  

注:设投资与导线截面积成正比;采用50mm2导线的投资为Y万元。

由表2-23可见,LGJ-35型导线,线损率和电压损失率均超过了允许的5%的要求,不予选用。其实它是根据旧经济电流密度标准选择的,已不适用。

LGJ-50型和LGJ-70型导线均符合线损率和电压损失率的要求。究竟选用何种导线,需计算比较。LGJ-70型年有功线损比LGJ-50型线损减少38.84-27.74=11.1×104(kW·h),假设电价δ=0.5元/kW·h,则选用LGJ-70型比选用LGJ-50型每年节约电费11.1×0.5=5.55(万元),但前者的投资要比后者多40%(包括导线价格、安装材料等费用),在5~6年内若不能收回成本,则宜选用LGJ-50型导线;若节约的线损费用能收回多投入的40%建设费用的话,则应选用LGJ-70型导线;否则应选用LGJ-50型。当然,在选择方案时,还要考虑线路今后的负荷发展等情况。

目前,在未制定出新标准之前,可以这样考虑选用导线,即按我国1956年颁布的经济电流密度标准或我国1995年颁布的经济电流密度标准选定的导线,加大一级取用。如按我国1956年颁布的经济电流密度标准或我国1995年颁布的经济电流密度标准选定的导线截面积为70mm2,则实际选用时可取95mm2

一般情况下,任意接近的两级导线,选择截面积较大的导线,均能在1~2年内收回导线增加的成本,而且随着时间的推移,负荷的增加,选择大截面积导线的效益将越来越明显。