附录B 10kV及以下电力电缆经济电流截面选用方法和经济电流密度曲线

    系在原标准附录B基础上修改，并增加了电缆的经济电流密度曲线，供参考使用。本附录电缆经济截面选用方法基于IEC 287-3-2《电力电缆线芯截面的经济最佳化》标准。
    电缆的经济电流密度是选择电缆的必要条件之一，对于选择电缆即而节省能源，改善环保，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；选择的过大，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。
    在经济电流密度的两个表达式中，有以下几个参数：CI、A、YP、YS、P、i、b、a、N、R、Np、Nc、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)CI：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。材料价格按照《电力建设工程装置性材料预算价格》(2013年版)统计，安装工程费包括直接费、间接费、利润、税金，安装定额按照《电力建设工程预算定额》(2013年版)统计，取费标准按照《火力发电工程建设预算编制与计算规定》(2013年版)地区为北京。同时，本次电缆本体及安装成本测算已经融入营改增部分调整，营改增部分相关调整执行相应如下两份文件：电力工程造价与定额管理总站文件定额[2016]9号关于发布电力工程计价依据适应营业税改增值税调整过渡实施方案的通知，执行电力工程造价与定额管理总站文件定额[2016]45号关于发布电力工程计价依据营业税改增值税估价表的通知。
    (2)A：电缆投资中有一部分和电缆截面有关，这部分叫作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·m㎡。用公式表示如下：
    A＝(截面S1导体的总投资—截面S2导体的总投资)/(S1—S2)(元/m·m㎡)
    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)YP、YS：YP为集肤效应系数，YS为临近效应系数。
    集肤效应系数YP与导体的直流电阻、截面积及材质有关，其函数表达式为：     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(θm—20)为温度系数，其中θm为经验数值(见IEC 287-3-2)，取40℃。α20(铜)取0.00393，α20(铝)取0.00403。
    邻近效应系数YS的表达式为：     式中：d——导体外径；
              s——导体中心距离；
              ρ20——20℃时电缆导体的电阻率(Ω·m㎡/m)，铜芯为17.24×10-9Ω·m㎡/m、铝芯为28.26×10-9Ω·m㎡/m，计算时可分别取17.24和28.26。
    每种不同型号和材料的电缆，都可以求出各自对应截面的YP、YS值，因同种型号和材料的导体的YP、YS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，P为电价，是在相关电压水平上千瓦·时的成本，也就是使用者的用电成本；D为供给电能损耗的额外供电容量成本，也就是两部制电价中的基本电价。
    我国现阶段实行的是“三段式”电价，即电价由上网电价、输配电价、销售电价组成。P值的选取同样应该根据使用对象的不同进行选取，对于使用本标准的三类用户，即发电企业、供电企业和电力用户，要分别进行讨论。对于发电企业可采用上网电价，对于供电企业可采用输配电价，对于电力用户可采用销售电价。
    我国现阶段的电价政策，对于发电企业实施单一制或两部制电价，电网的互供电价同样实行单一制电价，对于销售电价根据用户采用单一制或两部制电价。因此在D值的选取中，应该针对不同的电价标准，进行选取，对于单一制电价D值为0。由于不同地区，两部制电价体系中基本电价D值有较大差异，本标准附录B中，按照平均值取值为424元/(kW·年)。
    (5)i：贴现率(％)，可取全国现行的银行贷款利率，取6.4。
    (6)b：能源成本增长率(％)，根据IEC 287-3-2，取2％。
    (7)a：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：经济寿命。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。N取30年。
    (9)R：交流电阻，单位为Ω/m。计算公式为：     式中：R0——20℃下的直流电阻；
              B——导体损耗系数，附录B经济电流密度曲线中，取值1.005；
              K1——温度系数。
    (10)NP：每回路相线数。本标准指三相回路，所以NP取3。
    (11)NC：传输同样型号和负荷值的回路数。考虑为独立的导体，NC取1。
    (12)τ：最大损耗的运行时间(h/a)，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。其表达式如下：     式中：W0——视在功率；
              Wm——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小时数Tmax来近似求τ值。所谓最大负荷利用小时数，就是负荷始终等于最大负荷，经过Tmax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Tmax与τ的关系是由负荷曲线的形状和功率因素决定的。Tmax的表达式如下：     式中：P——有功功率；
              Pm——有功功率的最大值。
    表11中，最大负荷利用小时数Tmax与最大负荷损耗小时数τ和cos的关系摘自《供用电技术》(中国科技大学出版社，1992年)，可参考使用，cos取值0.85。