道路照明工程施工中低壓電力電纜選擇的設(shè)計(jì)優(yōu)化
摘要：本文通過對低壓電力電纜的最小截面的計(jì)算，以選擇出合理的低壓電力電纜截面，從而計(jì)算出各照明回路的施工支出總費(fèi)用，可為道路照明工程施工中低壓電力電纜的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考。
關(guān)鍵詞：截面、電壓損失、電壓偏差、供電距離
低壓電力電纜作為道路照明工程中的主要材料，在整個(gè)工程投資中占有很大的比例，因此工程施工中對電纜截面大小選擇就顯得尤為重要。而設(shè)計(jì)單位在選擇低壓電纜截面時(shí)，通常只考慮技術(shù)要求。但從工程施工經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，有時(shí)適當(dāng)改變電纜截面和提供距離會起到降低工程總成本的效果。因此我們在道路照明工程施工中，應(yīng)在保證各項(xiàng)技術(shù)要求的前提下充分考慮施工現(xiàn)場的實(shí)際環(huán)境和其他各項(xiàng)費(fèi)用支出情況，對低壓電力電纜進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，以達(dá)到降低施工成本支出的目的。
基本原理
在工程施工現(xiàn)場勘測的基礎(chǔ)上，通過對電纜最小截面的計(jì)算，以確定各回路的電纜規(guī)格，從而可計(jì)算出各回路施工預(yù)計(jì)支出的總費(fèi)用，通過總施工費(fèi)用的計(jì)算比較，并以此為依據(jù)進(jìn)行電力電纜的設(shè)計(jì)優(yōu)化，以得出合理的供電方案。
計(jì)算條件
由于低壓電力電纜運(yùn)行參數(shù)受到外部環(huán)境、負(fù)荷分布情況、負(fù)荷性質(zhì)、電纜截面、供電距離等多種因素影響，因此以下針對電纜的最小截面的計(jì)算是在以下假定條件下進(jìn)行的：
最小截面結(jié)算：已知線路負(fù)荷P和供電距離L的大小
導(dǎo)線溫度：70℃；
環(huán)境溫度：40℃；
線路負(fù)荷性質(zhì)：全阻性負(fù)荷
負(fù)荷分布情況：三相負(fù)荷平衡
不考慮電纜的集膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)
最小截面的計(jì)算
1、 最小截面選擇的計(jì)算公式。道路照明工程中由于照明燈具對電壓要求較高，因此電纜截面的選擇應(yīng)按電壓損失作為計(jì)算依據(jù)。低壓電纜線路的電壓損失主要是由于電纜導(dǎo)體本身的阻抗引起的，而道路照明工程的具有供電線路長、負(fù)荷小、電纜截面不大的特點(diǎn)，因此電纜導(dǎo)體本身的阻抗主要是導(dǎo)體電阻值，導(dǎo)體的電抗值相對很小，可以忽略不計(jì)。導(dǎo)體本身的電阻大小可由下式計(jì)算：
R=(p·L*106)/S (1)
式中R—導(dǎo)體電阻，Ω
S—電纜標(biāo)稱截面，mm2；
P—導(dǎo)體電阻率，Ω·M，70℃時(shí)導(dǎo)體電阻率：銅2.082*10-8、鋁3.323*10-8；
L—供電距離，m；
根據(jù)《照明設(shè)計(jì)手冊》（第二版）中關(guān)于低壓線路的電壓損失計(jì)算公式可知單相220V線路電壓損失：
Ｕ=2If·R （2）
三相380V線路電壓損失：
Ｕ=1.72305If·R （3）
式中Ｕ—線路電壓損失，V；
If—線路負(fù)荷電流，A；
將（1）式分別代入（2）式和（3）式得單相220V線路：
S=2If ·p·L*106/U （4）
三相380V線路：
S=1.72305If ·p·L （5）
而線路的負(fù)荷流量If的大小為單相220V線路：
If=P/Un·COSφ (6)
三相380V線路：
If=P/1.72305·Un·COSφ （7）
分別將(6)代入（4）式、（7）式代入（5）式得到電纜截面計(jì)算公式為：
單相220V線路：
S=2P·p·L*106/U· Un·COSφ （8）
三相380V線路：
S=P·p·L*106/U· Un·COSφ （9）
式中P—線路負(fù)荷，KW，
COSφ—負(fù)荷的功率因素
Un—額定電壓KV，三相供電時(shí)取0.38KV，單相供電時(shí)取0.22KV；
確定U的建議：《供電營業(yè)規(guī)則》（以下簡稱《規(guī)則》）第五十四條中關(guān)于電壓質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定：10千伏及以下三相供電的電壓允許偏差為額定值的±7%，220V單相供電的，電壓允許偏差為額定值的+7%—10%。因此只要線路末端電壓不低于354V和198V就符合（規(guī)范）要求。因此，在計(jì)算電纜截面時(shí)不應(yīng)一概采用7%的電壓損失系數(shù)，而應(yīng)通過計(jì)算保證電壓偏差不低于-7%（380V線路）或-10%（220V線路），從而就可滿足使用要求。因此U的確定如下：
三相380V線路：U=380*7%=26.6V
單相220V線路：U=220*10%=22V
最小截面計(jì)算
A、三相供電
電纜為銅芯時(shí)，最小截面為：Sst=(p·L*2.082*10-8*106)/（0.38*26.6*COSφ）=2.06PL/ COSφ *10-3mm2 (10)
電纜為鋁芯時(shí)，最小截面為：Ssl=(p·L*3.323*10-8*106)/（0.38*26.6*COSφ）
=3.29PL/ COSφ *10-3mm2 (11)
B、 單相供電
電纜為銅芯時(shí)，最小截面為：SDt=(2·p·L*2.082*10-8*106)/（0.22*22*COSφ）=8.6PL/ COSφ *10-3mm2 (12)
電纜為鋁芯時(shí)，最小截面為：SDL=(2p·L*3.323*10-8*106)/（0.22*22*COSφ）
=13.73PL/ COSφ *10-3mm2 (13)
上述各式中下角標(biāo)ST、SL、DT、DL分別表示三相銅芯、三相鋁芯、單相鋁芯、單相銅芯。所以只要知道了用電負(fù)荷KW和供電距離M，就可以運(yùn)用上述（10）~（13）式簡單、快捷的求出電纜最小截面了。
幾點(diǎn)說明：1）用公式計(jì)算出的電纜截面時(shí)保證電壓偏差要求的最小截面，實(shí)際選用一般是就近偏大一級。再者負(fù)荷是按集中考慮的，如果負(fù)荷分散，所求截面就留有了一定裕度。2）考慮到機(jī)械強(qiáng)度的要求，選出的電纜應(yīng)有最小截面的限制，一般情況主干線；鋁芯電纜不小于35 mm2，支線鋁芯電纜不小于25mm2，銅芯電纜不小于16mm2。3）計(jì)算出的電纜截面，還應(yīng)用最大允許載流量，則應(yīng)增大截面。