配電電纜截面選擇的經(jīng)濟(jì)技術(shù)

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　摘要：文章對(duì)配電電纜設(shè)計(jì)選擇載流量截面、投資費(fèi)用與選擇方案等方面均進(jìn)行了有關(guān)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的分析，提出了可行的補(bǔ)償年限法，在經(jīng)濟(jì)方面取得了顯著效果。

　　關(guān)鍵詞：配電電纜選擇　　投資與償還　　節(jié)電

　　配電電纜選擇時(shí)，通常是根據(jù)敷設(shè)條件確定電纜型號(hào)，而后根據(jù)常用數(shù)據(jù)選出適合其載流量要求并滿足電壓損失及熱穩(wěn)定要求的電纜截面。用這種方法選出的截面，技術(shù)上是可靠的，工程投資也最低。但是，這種選擇結(jié)果是否合理呢？我們知道，配電線路存在著電阻，它所消耗浪費(fèi)的電能是不可忽視的。為了節(jié)約電能，減少電路電能損耗，可以考慮適當(dāng)加大線路截面，而加大截面勢(shì)必造成工程初投資的提高。本文將利用補(bǔ)償年限回收方法對(duì)這個(gè)問(wèn)題加以討論，通過(guò)定量分析計(jì)算即經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較來(lái)尋求具有最佳經(jīng)濟(jì)效益的選擇方案。

　　1.經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析的方法

　　對(duì)工程經(jīng)濟(jì)效益的分析方法通常有：

　?。?）補(bǔ)償年限法；

　?。?）年總費(fèi)用法；

　?。?）財(cái)務(wù)報(bào)表法等。

　　償還年限法是直接比較兩個(gè)技術(shù)上可行的方案在投資和年運(yùn)行費(fèi)上的差值，并算出投資高的方案在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可以通過(guò)其年運(yùn)行費(fèi)的節(jié)省，將多支出的投資收回來(lái)，其目的是找出最佳方案。

　　如方案Ⅰ的投資F1低于方案Ⅱ的投資F2，而方案Ⅰ的年運(yùn)行費(fèi)Y1高于方案Ⅱ的年運(yùn)行費(fèi)Y2.這時(shí)應(yīng)正確權(quán)衡投資和年運(yùn)行費(fèi)兩個(gè)方面的因素，即應(yīng)計(jì)算選擇投資高的方案償還年限N.

　　N＝（年）

　　如果年值較?。喝缰欢?、三年，則顯然初投資高的方案經(jīng)濟(jì)。若N值較大，如十年左右，即償還年太長(zhǎng)，投資長(zhǎng)期積壓，初投資高的方案就不經(jīng)濟(jì)了。因此，償還年限法的關(guān)鍵在于合理的確定標(biāo)準(zhǔn)償還年限NH.我國(guó)的電力設(shè)計(jì)通常取5～6年。在方案比較時(shí)，把計(jì)算的償還年限N與標(biāo)準(zhǔn)償還年限NH作比較，若N＝NH，則認(rèn)為兩個(gè)方案均可；若N＜NH，則認(rèn)為投資高的方案優(yōu)于投資低的方案，若N＞NH，則相反。

　　2利用補(bǔ)償年限法選擇電纜截面

　　本節(jié)以380V動(dòng)力配電電纜為例，取下列幾種典型情況進(jìn)行計(jì)算。

　　設(shè)回路負(fù)荷P1、P2、P3、P4其線路長(zhǎng)度均為100m，計(jì)算電充（即線路長(zhǎng)期通過(guò)的最大負(fù)荷電流）分別為7.5A、50A、100A、150A、210A，根據(jù)敷設(shè)要求，可選用VLV或VV型電力電纜直接埋地敷設(shè)。

　　第一步：查閱相關(guān)資料，按常規(guī)方法，即按發(fā)熱條件選擇電纜截面，并校驗(yàn)電壓損失，其初選結(jié)果如表1所示。

　　在這里，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，取負(fù)荷功率因數(shù)0.8，實(shí)際上一般情況下應(yīng)好0.7，V用電設(shè)備組的cosΦ值都低于0.8.所以，實(shí)際的電壓損失與計(jì)算值各有不同，但基本不影響對(duì)于截面的選擇。

　　上面電纜截面是按發(fā)熱條件選取的，所選截面均滿足電壓損失小于5％的要求。這種選擇方案自然是技術(shù)上可靠，節(jié)省有色金屬，初投資最低的。但是，因截面小而電阻較大，投入運(yùn)行后，線路電阻年浪費(fèi)電能較多，即年運(yùn)行費(fèi)用較高。那么，適當(dāng)?shù)卦龃蠼孛媸欠窨尚?，加大幾?jí)截面才是最為經(jīng)濟(jì)合理的呢？

　　第二步：多種方案比較。

　　首先，對(duì)P1回路適當(dāng)增大截面的幾種可行方案進(jìn)行比較：

　　方案1：按發(fā)熱條件選截面，即3×2.5mm2；

　　方案2：按方案1再增大一級(jí)截面，即3×4mm2.

　　分別計(jì)算兩種方案的投資與年運(yùn)行費(fèi)。為簡(jiǎn)化計(jì)算，僅比較其投資與年運(yùn)行費(fèi)的不同部分。就投資而言，因截面加大對(duì)直埋或溝內(nèi)敷設(shè)，除電纜本身造價(jià)外，其它附加費(fèi)用基本相同，故省去不計(jì)。年運(yùn)行費(fèi)用中的維護(hù)管理實(shí)際上也與電纜粗細(xì)關(guān)系不大，這一項(xiàng)費(fèi)用的差價(jià)所占比重較小，同樣可以略去不計(jì)，于是：

　　方案1的初投資F1＝電纜單價(jià)×電纜長(zhǎng)度＝3500元／km×0.1／km＝350元。

　　方案2的初投資F2＝電纜單價(jià)×電纜長(zhǎng)度＝3800元／km×0.1／km＝380元。

　　方案1的年折舊費(fèi)E1＝初投資F1×年折舊率＝350×0.030＝10.5，方案1年電能損耗費(fèi)D1＝年電能消耗量×電度電價(jià)＝ΔAkwh×0.085.

　　式中：ΔA＝3I2ls×R0×L×τ×10－3kwh

　　R0——線路單位長(zhǎng)度電阻（VLV－2.5mm2R0＝14.7／km）；

　　L——線路長(zhǎng)度；

　　Ijs——線路計(jì)算電流；

　　τ——年最大負(fù)荷小時(shí)數(shù)，根據(jù)最大負(fù)荷，利用小時(shí)數(shù)T和功率因數(shù)查曲線得出，這里取T＝3000n及T＝2000n，則查出τ分別為：

　　T＝3000n　　τ＝2100n

　　T＝2000n　　τ＝1600n

　　于是：

　　（1）當(dāng)T＝3000n、τ＝2100n時(shí)，方案1的年電能損耗費(fèi)：

　　D1＇＝ΔA×0.085＝3×7.52×14.7×0.1×2100×0.085×10－3＝44元

　?。?）當(dāng)T＝2000n、τ＝1600n時(shí)，方案1的年電能損耗費(fèi)：

　　D1＇＝ΔA×0.085＝3×7.52×14.7×0.1×1600×0.085×10－3＝33.7元

　　方案1的年運(yùn)行費(fèi)Y1＝年折舊費(fèi)＋年電能損耗費(fèi)。

　　T＝3000n時(shí)Y1＇＝10.5＋44＝54.5元

　　T＝2000n時(shí)Y1＇＇＝10.5＋33.7＝44.2元

　　按與上面相同的方法可求得方案2的年運(yùn)行費(fèi)（計(jì)算略）：

　　T＝3000n時(shí)Y2＇＝11.4＋27.8＝39.2元

　　T＝2000n時(shí)Y1＇＇＝11.4＋21.2＝32.6元

　　顯然，方案2投資高于方案1，但年運(yùn)行費(fèi)卻低于方案1，其償還年限N為：

　　當(dāng)T＝3000n時(shí)N＇2－1＝＝＝2.0年

　　當(dāng)T＝2000n時(shí)N＇＇2－2＝＝2.5年

　　可見(jiàn)，償還年限小于5年，說(shuō)明方案2優(yōu)于方案1，其方案2的多投資額僅在2～3年內(nèi)，即可通過(guò)節(jié)省年運(yùn)行費(fèi)而收回。也就是說(shuō)，人為增加一級(jí)截面是經(jīng)濟(jì)合理的。那么，若是人為增加兩級(jí)三級(jí)，其經(jīng)濟(jì)效果如何？則需類(lèi)似計(jì)算比較。

　　現(xiàn)在根據(jù)表2的結(jié)果，將方案3與方案2比較，方案3投資高于方案2，但年運(yùn)行費(fèi)用少，其償還年限為：

　　當(dāng)T＝3000n時(shí)N＇3－2＝＝3.3年

　　當(dāng)T＝2000n時(shí)N＇＇3－2＝＝4.6年

　　綜上所述，投資高的方案3優(yōu)于方案2.為了找出最佳方案，我們可以將方案4與方案3比較，其償還年限為：

　　當(dāng)T＝3000n時(shí)N＇4－3＝＝20年

　　當(dāng)T＝2000n時(shí)N＇＇4－3＝＝29年

　　顯然，因償還年限遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)償還年限5年，故投資高的方案是不合理的，即投資方案3優(yōu)于方案4.

　　通過(guò)以上分析計(jì)算，最終確定方案3（即按發(fā)熱條件選出截面之后，再人為加大兩級(jí)）是所選截面的最佳方案。對(duì)其它P2～P5線路經(jīng)過(guò)上述計(jì)算方法均得出同樣結(jié)論，即方案3為最佳方案。

　　因此，我們認(rèn)為在選擇截面時(shí)，按發(fā)熱條件選出后，再人為加大兩級(jí)，從經(jīng)濟(jì)角度看有明顯的效益。即使側(cè)重考慮節(jié)省有色金屬的觀點(diǎn)，人為加大一級(jí)也是完全可行的。從技術(shù)方面看，增大電纜截面，線路壓降減小，從而提高了供電質(zhì)量，而且截面的增大也為企業(yè)或系統(tǒng)的增容改造創(chuàng)造了有利條件。

　　但是，當(dāng)負(fù)荷電流較?。↖js≤5A）時(shí)，計(jì)算結(jié)果表明：沒(méi)有必要再加大截面，因?yàn)樨?fù)荷電流較小，所產(chǎn)生的線路損耗也較小，增加截面而多投資部分，需要在5年以上才能收回，故此時(shí)按發(fā)熱條件選擇即可。

　　以上是按VLV鋁芯電纜為例作出的結(jié)論，如換為VV銅芯電纜其結(jié)果：以P3回路為例，計(jì)算略。

　　從表3中可以看出方案2為最佳方案，即按發(fā)熱條件所選截面之后再加大一級(jí)。雖然這僅是在一種情況下得出的結(jié)果，但具有一定的普遍意義，因?yàn)?，各?jí)電纜截面的級(jí)差與相應(yīng)的投資額之差均符合趨勢(shì)。

　　3.結(jié)論

　　從以上分析可見(jiàn)，按償還年限法選擇電纜截面，不僅具有突出的節(jié)電效果和最佳的經(jīng)濟(jì)效益，而且還具有一定規(guī)律。

　　3.1按投資年限法選擇電纜截面

　　首先，按發(fā)熱條件選出允許截面，然后再加大兩級(jí)，當(dāng)負(fù)荷計(jì)算電流小于5A時(shí)就不必加大截面。當(dāng)然，仍要計(jì)算電壓損失，在損失超過(guò)允許的5％時(shí)，可增大一級(jí)。一般情況下，由于按償還年限法選出截面均能滿足電壓損失的要求，同時(shí)也滿足短路熱穩(wěn)定的要求，這種方法對(duì)裸導(dǎo)線架空敷設(shè)也同樣有效。

　　3.2線路長(zhǎng)短與償還年限無(wú)關(guān)

　　前邊計(jì)算線路均設(shè)為100m，因?yàn)閷?shí)際上，線路長(zhǎng)度對(duì)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果沒(méi)有影響。讓我們看看償還年限的具體公式。

　　N＝（年）

　　其中：

　　F2～F1——分別為兩方案的投資；

　　Y1～Y2——分別為兩方案年運(yùn)行費(fèi)用。

　　將上公式展開(kāi)：

　　N＝－

　　其中：

　　L——線路長(zhǎng)度（km）；

　　R10、R20——兩種電纜單位長(zhǎng)度電阻（Ω／km）；

　　β——電纜年折舊費(fèi)率（取3％）；

　　d——度電價(jià)（元／kwh）。

　　公式的分母、分子都有線路長(zhǎng)度L，顯然可以消掉，因此，償還年限的計(jì)算結(jié)果與電纜長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。這一點(diǎn)很有意義，無(wú)論電路長(zhǎng)短，都可以用該方法選擇電纜導(dǎo)線截面。

　　3.3最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)T與選擇截面經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)系

　　重新分析其償還年限的表達(dá)式并整理得：

　　N＝

　　可見(jiàn)，在其它因素相同的條件下，償還年限與最大負(fù)荷損耗小時(shí)數(shù)τ成反比。而τ取決于最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)T和負(fù)荷功率因數(shù)，τ值隨T的增大而增大，隨功率因數(shù)提高而減小。

　　在計(jì)算時(shí)分別選T為3000n和2000n，這是企業(yè)一班制估算的，如兩班和三班制其T值大于3000n即負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)較大，適當(dāng)增大導(dǎo)線截面更具明顯的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)電效果。