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附录B 10kV及以下电力电缆经济电流截面选用方法

B.0.1 电缆总成本计算式如下：
电缆线路损耗引起的总成本由线路损耗的能源费用和提供线路损耗的额外供电容量费用两部分组成。
考虑负荷增长率a和能源成本增长率b，电缆总成本计算式如下：

式中 C_T——电缆总成本（元）；
     C₁——电缆本体及安装成本（元），由电缆材料费用和安装费用两部分组成；
   I_max——第一年导体最大负荷电流（A）；
      R——单位长度的视在交流电阻（Ω）；
      L——电缆长度（m）；
      F——由计算式（B.0.1-2）定义的辅助量（元/kW）；
     N_P——每回路相线数目，取3；
     N_c——传输同样型号和负荷值的回路数，取1；
     τ——最大负荷损耗时间（h），即相当于负荷始终保持为最大值，经过τ小时后，线路中的电能损耗与实际负荷在线路中引起的损耗相等。可使用最大负荷利用时间（T）近似求τ值，T＝0.85τ；
      P——电价（元/kW·h）,对最终用户取现行电价，对发电厂企业取发电成本，对供电企业取供电成本；
      D——由于线路损耗额外的供电容量的成本（元/kW·年），可取252元/kW·年；
     Φ——由计算式（B.0.1-3）定义的辅助量；
      i——贴现率（％），可取全国现行的银行贷款利率；
      N——经济寿命（年），采用电缆的使用寿命，即电缆从投入使用一直到使用寿命结束整个时间年限；
      r——由计算式（B.0.1-4）定义的辅助量；
      a——负荷增长率（％），在选择导体截面时所使用的负荷电流是在该导体截面允许的发热电流之内的，当负荷增长时，有可能会超过该截面允许的发热电流。a的波动对经济电流密度的影响很小，可忽略不计，取0。
      b——能源成本增长率（％），取2％。

B.0.2 电缆经济电流截面计算式如下：
1 每相邻截面的A₁值计算式：

式中 S_1总投资——电缆截面为S₁的初始费用，包括单位长度电缆价格和单位长度敷设费用总和（元/m）；
S_2总投资——电缆截面为S₂的初始费用，包括单位长度电缆价格和单位长度敷设费用总和（元/m）。
同一种型号电缆的A值平均值计算式：

式中 n——同一种型号电缆标称截面档次数，截面范围可取25～300mm²。
2 电缆经济电流截面计算式：
1）经济电流密度计算式：

2）电缆经济电流截面计算式：

S_j=I_max/J (B.0.2-4)

式中 J——经济电流密度（A/mm²）；
    S_j——经济电缆截面（mm²）；
     B=(1+Y_p+Y_s)(1+λ₁+λ₂)，可取平均值1.0014；
  ρ₂₀——20℃时电缆导体的电阻率（Ω·mm²/m），铜芯为18.4×10^-9、铝芯为31×10^-9，计算时可分别取18.4和31；
  α₂₀——20℃时电缆导体的电阻温度系数（1/ ℃），铜芯为0.00393、铝芯为0.00403。

B.0.3 10kV及以下电力电缆按经济电流截面选择，宜符合下列要求：
    1 按照工程条件、电价、电缆成本、贴现率等计算拟选用的10kV及以下铜芯或铝芯的聚氯乙烯、交联聚乙烯绝缘等电缆的经济电流密度值。
    2 对备用回路的电缆，如备用的电动机回路等，宜按正常使用运行小时数的一半选择电缆截面。对一些长期不使用的回路，不宜按经济电流密度选择截面。
    3 当电缆经济电流截面比按热稳定、容许电压降或持续载流量要求的截面小时，则应按热稳定、容许电压降或持续载流量较大要求截面选择。当电缆经济电流截面介于电缆标称截面档次之间，可视其接近程度，选择较接近一档截面，且宜偏小选取。

条文说明

系新增附录。
    电缆的经济电流密度是选择电缆的必要条件之一，对于选择电缆继而节省能源、改善环境、提高电力运行可靠性有着重要的技术经济意义。
    导体的截面选择过小，将增加电能的损耗；选择过大，则增加初投资。使用经济电流密度选择电缆的目的，就是在已知负荷的情况下，选择最经济的电缆截面。
    在经济电流密度的表达式中，有以下几个参数：C₁、A、Y_p、Y_s、P、i、b、a、N、R、N_p、N_c、τ。参数中除i为国家规定的贷款利息外,其余的参数均要进行数据统计或调查研究。
    经济电流密度计算公式中参数的确定：
    (1)C₁：电缆本体及安装成本(元)，由电缆材料费用和安装费两部分组成。电缆安装费中不包括电缆头制作及直埋电缆挖填土的费用。
    (2)A：电缆投资中有一部分和电缆截面有关，这部分叫做成本的可变部分即为A。其数值是相邻截面电缆的投资差与截面差的比值，即是电缆截面与投资形成函数的曲线的斜率。单位为元/m·mm²，其公式见本规范式(B.0.2-1)。
    对相同型号的电缆，随着截面积的变化A值变化的幅度不大，取其平均值作为计算数值。
    (3)Y_p、Y_s:Y_p为集肤效应系数，Y_s为临近效应系数。
    集肤效应系数Y_p与导体的直流电阻、截面积及材质有关,其函数表达式为：

Y_p=f(X) (13)

    X=1256/(R₀·K₁),其中R₀·K₁为在工作温度下导体的直流电阻(Ω/m)。
    R₀=ρ₂₀/S(Ω/m)为20℃下的直流电阻最大值。
    K₁=1+α₂₀(θ_m-20),为温度系数，其中θ_m为经验数值（见IEC 287-3-2/1995）取40℃。
    K₁（铝）=1.0806
    K₁（铜）=1.077
    邻近效应系数Y_s的表达式为：

式中 d——导体外径；
S——导体中心距离。
    每种不同型号和材料的电缆，都可以求出各自对应截面的Y_p、Y_s值，因同种型号和材料的导体的Y_p、Y_s值随截面的变化波动不大，所以在计算中取其平均值。
    (4)P：根据IEC 287-3-2/1995，P为电价，是在相关电压水平上kW·h的成本，也就是使用者的用电成本。P值根据使用对象的不同是各不相同的。对于使用本专题的三类用户，即发电企业、供电企业和最终用户，要分别进行讨论。对于最终用户P值为现行电价，而对于发电企业和供电企业来说则是发电成本和供电成本。
    由于发电行业和供电行业还没有完全分开，他们之间仍存在千丝万缕的联系，而且发电厂本身由于发电方式的差异和地域性的差别，其发电成本是千差万别的，而发电企业给电网的上网电价也是各不相同的。因此，国家电力公司动力经济研究中心建议发电成本和供电成本各取一个全国平均价。
    (5)i：为贴现率(％)，可取全国现行的银行贷款利率。
    (6)b：为能源成本增长率(％)，根据IEC 287-3-2/1995，取2％。
    (7)a：为负荷增长率。我们在选择导体截面时所使用的负荷电流是在该导体截面允许的发热电流之内的，当负荷增长时，有可能会超过该截面允许的发热电流。考虑a的目的是预计负荷的增长而将导体截面留有一定的裕度。
    当使用经济电流密度选择导体截面时，往往选择的经济截面要比发热截面大很多，不存在负荷的增长使发热截面不满足要求的情况；同时，负荷增长率是随时间、空间不断变化的，很难确定其数值；根据灵敏度分析，a的波动对J的影响又很小。所以忽略不计。
    (8)N：为经济寿命，即采用导体的使用寿命。考虑某种导体从投入使用一直到使用寿命结束整个时间内的投资和运行费用的总和最小，而不是使用中的某个阶段。
    根据IEC 287-3-2/1995及国家电力公司动力经济研究中心的建议，N取30年。
    (9)R：为交流电阻(Ω/m)。计算公式为：

R=R₀·B· K₁ （15）

式中 R₀——20℃下的直流电阻；
      B——导体损耗系数；
     K₁——温度系数。
    (10)N_p：为每回路相线数。本报告中讨论的均为三相导体，所以N_p取3。
    (11)N_c：为传输同样型号和负荷值的回路数。考虑为独立的导体，N_c取1。
    (12)τ：为最大负荷损耗时间，即相当于负荷始终保持为最大值，经过τ小时后，线路中的电能损耗与实际负荷在线路中引起的损耗相等。单位为小时，其表达式如下：

（16）

式中 W₀——视在功率；
W_m——视在功率最大值。
实际系统中负荷是随时间变化的，所以送电网络的功率损耗也随着负荷变化而变化。表示负荷随时间变化的曲线称之为负荷
曲线。设计新电网时，负荷曲线是不知道的，同时负荷变化同很多因素有关，因此要准确预测某线路的τ值是相当困难的。特别是最大负荷损耗时间τ和视在功率(全电流)的负荷曲线有关，而一般负荷曲线都是用有功负荷表示，若要将有功负荷曲线改为视在功率负荷曲线就要知道每一时刻的功率因素，这就更困难了。目前可使用最大负荷利用时间T来近似求τ值。所谓最大负荷利用时间，就是负荷始终等于最大负荷，经过T小时后它所送出的电能恰好等于负荷的全年实际用电量。显然T与τ的关系是由负荷曲线的形状和功率因素决定的。T的表达式如下：

(17)

式中 P——有功功率；
P_m——有功功率的最大值。

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