電纜選型軟件應(yīng)用分析論文

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摘要：本文通過(guò)對(duì)ICACable2001電纜選型軟件的背景、特征和關(guān)鍵技術(shù)等問(wèn)題的分析和研究，提倡在工程設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電纜選型經(jīng)濟(jì)電流密度經(jīng)濟(jì)截面選型軟件

ICA是國(guó)際銅業(yè)協(xié)會(huì)的英文縮寫(xiě)，全稱(chēng)InternationalCopperAssociation.Ltd。眾所周知，多年來(lái)，國(guó)際銅業(yè)協(xié)會(huì)（中國(guó)）為推動(dòng)銅導(dǎo)線的應(yīng)用和促進(jìn)建筑電氣技術(shù)的發(fā)展作了大量的工作。筆者認(rèn)為，ICACable2001電纜選型軟件是國(guó)際同業(yè)協(xié)會(huì)（中國(guó)）為我國(guó)建筑電氣行業(yè)所作的又一重大貢獻(xiàn)。下面，筆者就這一軟件應(yīng)用的問(wèn)題談一些粗淺的感受，衷心希望國(guó)際同業(yè)協(xié)會(huì)（中國(guó)）和廣大建筑電氣設(shè)計(jì)人員提出寶貴意見(jiàn)，以便更好的推廣這一軟件的應(yīng)用，減少設(shè)計(jì)中的計(jì)算工作量，并為設(shè)計(jì)提供可靠的、科學(xué)的依據(jù)。

1.設(shè)計(jì)中的現(xiàn)狀和軟件推出的背景

從安全運(yùn)行角度出發(fā)，在設(shè)計(jì)中一般是按溫升（允許載流量）選擇導(dǎo)線截面，遵從《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范GB50054-95》第4.3.4條，以保證線芯的實(shí)際工作溫度不超過(guò)長(zhǎng)期允許的最高工作溫度，維持線纜的正常使用年限。有的人堅(jiān)持夠用就行的的觀點(diǎn)，只考慮初始投資（含購(gòu)置費(fèi)用和安裝費(fèi)用），忽略長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)效益——即運(yùn)行期內(nèi)的電能損耗費(fèi)用；有的人考慮了電力負(fù)荷遠(yuǎn)期增長(zhǎng)的需求（這本是好事），從末端逐級(jí)將線纜放大，結(jié)果低壓配電干線截面很大，大大增加了初始投資；并且設(shè)計(jì)文件也不能提供有說(shuō)服力的依據(jù)，所以建設(shè)方對(duì)此意見(jiàn)很大。

從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)分析，若想減少電能損耗，導(dǎo)線截面越大越有利；若想減少初始投資，節(jié)約有色金屬，導(dǎo)線截面肯定越小越好。不難看出，這是存在矛盾的兩個(gè)方面。那么，二者之間是否存在一個(gè)平衡點(diǎn)呢？答案是肯定的，那就是經(jīng)濟(jì)截面。因此，除了從安全運(yùn)行角度考慮，按照允許載流量選擇線芯截面外，還應(yīng)該堅(jiān)持電能損耗和初始投資之和最少的原則，按照經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面（或者校驗(yàn)截面）。這樣確定的經(jīng)濟(jì)截面才是設(shè)計(jì)人員和建設(shè)方都滿(mǎn)意的結(jié)果。這就是ICA電纜選型軟件推出的背景。

值得提出的是，2004年年初以來(lái)，有色金屬的價(jià)格大幅上揚(yáng)。在此背景下，經(jīng)濟(jì)電流密度設(shè)計(jì)方法有著更加現(xiàn)實(shí)的意義。

2.軟件的一些主要特點(diǎn)

軟件提供了直觀的操作方法和輸出結(jié)果，并且提供了豐富的文檔資料供用戶(hù)查詢(xún)。

進(jìn)入電纜選型系統(tǒng)，軟件提供了五大板塊內(nèi)容供用戶(hù)選擇：公式計(jì)算、分析比較、文件、數(shù)據(jù)查詢(xún)維護(hù)、文檔手冊(cè)。

“公式計(jì)算”含三個(gè)菜單，分別進(jìn)行不同的計(jì)算：經(jīng)濟(jì)導(dǎo)體截面、經(jīng)濟(jì)電流范圍、載流量截面。在已知負(fù)荷的情況下，可按經(jīng)濟(jì)電流密度方法確定經(jīng)濟(jì)導(dǎo)體截面，也可以按載流量確定導(dǎo)體截面。而在導(dǎo)體截面選定的情況下，則可以確定經(jīng)濟(jì)的電流范圍。在軟件安裝完成后，系統(tǒng)自動(dòng)建立ICACable2001文件夾，計(jì)算結(jié)果將以ICAFiles（*.ica）的特定文件類(lèi)型存入此文件夾，以便用戶(hù)查詢(xún)和打印輸出。

“分析比較”含兩個(gè)菜單：經(jīng)濟(jì)截面校驗(yàn)、經(jīng)濟(jì)因素分析。進(jìn)入“經(jīng)濟(jì)截面校驗(yàn)”，軟件可以以載流量、熱穩(wěn)定、電壓降等條件對(duì)計(jì)算出的經(jīng)濟(jì)截面進(jìn)行校驗(yàn)，并能算出各截面電纜的投資及回報(bào)。“經(jīng)濟(jì)因素分析”則以圖形曲線的的形勢(shì)直觀的顯示出不同的經(jīng)濟(jì)因素條件對(duì)經(jīng)濟(jì)導(dǎo)體截面或者經(jīng)濟(jì)電流密度的影響，如經(jīng)濟(jì)壽命期限的影響、最大年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)的影響、初始投資的影響等。

“文件”含兩個(gè)菜單：打開(kāi)文件、退出。“打開(kāi)文件”就是查看軟件計(jì)算的存儲(chǔ)結(jié)果，軟件自動(dòng)引導(dǎo)用戶(hù)到ICACable2001文件夾，查找以“.ica”為擴(kuò)展名的文件。“退出”則指退出電纜選型軟件。

“數(shù)據(jù)查詢(xún)維護(hù)”功能包含數(shù)據(jù)輸入向?qū)А㈦娎|型號(hào)、電纜參數(shù)、電纜載流量、電纜成本、電價(jià)維護(hù)等。在設(shè)計(jì)中，用戶(hù)可以方便的對(duì)這些數(shù)據(jù)查詢(xún)，并且可以根據(jù)實(shí)際情況的變化對(duì)數(shù)據(jù)更改。

“文檔手冊(cè)”包含使用手冊(cè)和參考文檔。“使用手冊(cè)”提供了本軟件的幫助文件。“參考文檔”包含三個(gè)內(nèi)容：電力電纜線芯經(jīng)濟(jì)截面的選擇、中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、電力電纜尺寸的經(jīng)濟(jì)最佳化。分別對(duì)經(jīng)濟(jì)方法選擇截面的原理和歷史淵源、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)電線電纜的載流量標(biāo)準(zhǔn)和IEC的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作了較為全面的闡述和引用。

3.軟件應(yīng)用的可信度

在學(xué)習(xí)此軟件的過(guò)程中，筆者留意了國(guó)家相關(guān)規(guī)范和電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)，驗(yàn)證軟件在一些技術(shù)細(xì)節(jié)上的可信度。

《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范GB50054-95》第2.2.2條規(guī)定如下：“選擇導(dǎo)體截面，應(yīng)符合下列要求：一、線路電壓損失應(yīng)滿(mǎn)足用電設(shè)備正常工作及起動(dòng)時(shí)端電壓的要求；二、按敷設(shè)方式及環(huán)境條件確定的導(dǎo)體載流量，不應(yīng)小于計(jì)算電流；三、導(dǎo)體應(yīng)該滿(mǎn)足動(dòng)穩(wěn)定與熱穩(wěn)定的要求；四、導(dǎo)體最小截面應(yīng)滿(mǎn)足機(jī)械強(qiáng)度的要求，固定敷設(shè)的導(dǎo)線最小芯線截面應(yīng)符合表2.2.2的規(guī)定。”這條規(guī)定列入了建設(shè)部2002年版的《工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文—房屋建筑部分》。其中第四款是不需要計(jì)算的，并且在設(shè)計(jì)中也沒(méi)人違反，不需討論。

ICACable2001軟件針對(duì)規(guī)范前三款均提供了完善的計(jì)算功能：載流量截面計(jì)算、經(jīng)濟(jì)導(dǎo)體截面計(jì)算，經(jīng)濟(jì)截面校驗(yàn)中提供了熱穩(wěn)定校驗(yàn)和電壓降分析。這樣，電氣設(shè)計(jì)人員能為施工圖審查提供翔實(shí)的依據(jù)。

應(yīng)該注意到，規(guī)范要求考慮敷設(shè)方式和環(huán)境條件對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。另外，建設(shè)部2003年了《建筑工程施工圖設(shè)計(jì)文件審查要點(diǎn)》。其中，建筑電氣專(zhuān)業(yè)審查要點(diǎn)的“供配電”部分也要求在選擇電氣導(dǎo)體截面時(shí)考慮敷設(shè)環(huán)境、環(huán)境溫度及敷設(shè)方式的修正系數(shù)。大家無(wú)需擔(dān)憂(yōu)，ICACable2001軟件對(duì)這些因素都作了考慮，設(shè)計(jì)人員只需要逐項(xiàng)選擇即可，軟件計(jì)算時(shí)自動(dòng)加入修正系數(shù)。可以想象，靠手工完成這些工作有多么困難！

軟件提供的線路電壓損失校驗(yàn)依據(jù)的計(jì)算公式是終端負(fù)荷用電流矩（A﹒km）表示的，同《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）表9-65完全吻合，具有可信度。參數(shù)的錄入相當(dāng)簡(jiǎn)單，只需給出標(biāo)稱(chēng)電壓、負(fù)荷計(jì)算電流、線路長(zhǎng)度和功率因數(shù)，而三相線路單位長(zhǎng)度的電阻和感抗這兩個(gè)參數(shù)軟件會(huì)根據(jù)用戶(hù)選定的電纜規(guī)格自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)讀入。不過(guò)，用戶(hù)在錄入?yún)?shù)時(shí)要注意物理量的計(jì)量單位，一定要符合軟件的要求。

關(guān)于線路電壓損失計(jì)算問(wèn)題，筆者想再羅嗦幾句。我們知道，進(jìn)行線路電壓損失計(jì)算時(shí)，終端負(fù)荷可以用電流矩（A﹒km）表示,也可以負(fù)荷矩（kW﹒km）表示。很多設(shè)計(jì)人員參考《92DQ1圖形符號(hào)與技術(shù)資料》進(jìn)行電壓損失校驗(yàn)，終端負(fù)荷采用負(fù)荷矩表示，而在《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》中找不到類(lèi)似的表格，筆者倒是在陳元麗所著《現(xiàn)代建筑電氣設(shè)計(jì)實(shí)用指南》（第一版）表5-65發(fā)現(xiàn)了，只是《92DQ1》的數(shù)據(jù)稍微偏大一點(diǎn)，差別不大。但是，使用《92DQ1》無(wú)法對(duì)電纜和銅芯氯丁橡皮絕緣架空電線進(jìn)行電壓損失校驗(yàn)。

因此，筆者認(rèn)為：終端負(fù)荷電壓損失校驗(yàn)用電流矩表示較好，可以從《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）獲得各種參數(shù)。大家可以運(yùn)用Excel編制電壓損失校驗(yàn)的計(jì)算表格，只需錄入三相線路每1A﹒km的電壓損失百分?jǐn)?shù)Ua%（%/A﹒km）（此參數(shù)可查手冊(cè)獲得）和負(fù)荷計(jì)算電流Ij（A）、線路長(zhǎng)度L(km)，計(jì)算表格會(huì)根據(jù)簡(jiǎn)化公式U%=Ua%*Ij*L自動(dòng)計(jì)算，不再需要錄入線路單位長(zhǎng)度的電阻和感抗，可以應(yīng)對(duì)各種情況下電壓損失校驗(yàn)的計(jì)算。但是要明白，這和ICACable2001引用的公式殊途同歸。

ICACable2001也提供了電纜的熱穩(wěn)定校驗(yàn)功能。我們知道，配電線路發(fā)生短路時(shí)，短路電流對(duì)導(dǎo)體和連接件產(chǎn)生熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)。而導(dǎo)線熱穩(wěn)定校驗(yàn)的目的就是保證設(shè)備開(kāi)斷故障電流前不致因過(guò)熱而損壞線路絕緣。軟件引用的是《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）的高壓系統(tǒng)短路穩(wěn)定校驗(yàn)公式（5-21），而低壓系統(tǒng)絕緣導(dǎo)體的熱穩(wěn)定校驗(yàn)公式（11-1）和公式（5-21）略有不同，但很相似。那么，軟件引用的計(jì)算公式是否也可用于低壓系統(tǒng)呢？

我們知道，低壓系統(tǒng)和高壓系統(tǒng)發(fā)生短路的情形是不一樣的，短路電流計(jì)算條件差別也很大。例如，當(dāng)?shù)蛪合到y(tǒng)電路電阻較大，電路電流非周期分量衰減較快，一般不考慮非周期分量；只有在離配電變壓器低壓側(cè)很近處才需要計(jì)算非周期分量；《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范GB50054-95》第4.2.2條亦規(guī)定“（低壓系統(tǒng)）短路持續(xù)時(shí)間小于0.1S時(shí)，應(yīng)計(jì)入短路電流非周期分量的影響”。而高壓系統(tǒng)短路時(shí)，一般要考慮非周期分量，只有遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)端的網(wǎng)絡(luò)發(fā)生短路時(shí)，短路電流周期分量在整個(gè)短路過(guò)程不發(fā)生衰減。因此，高壓系統(tǒng)熱穩(wěn)定校驗(yàn)公式具有普遍意義，對(duì)低壓系統(tǒng)同樣適用，公式（11-1）可以看成是公式（5-21）的特例。只不過(guò)，兩個(gè)公式的電流和時(shí)間參數(shù)在概念上有差別。在錄入計(jì)算參數(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要注意參數(shù)的概念和計(jì)量單位，凡是低壓系統(tǒng)沒(méi)有的參數(shù)均輸入0。

限于筆者水平有限，僅對(duì)個(gè)別技術(shù)問(wèn)題作了粗淺的探索。通過(guò)這些討論，筆者認(rèn)為ICACable2001電纜選型軟件具有可靠的技術(shù)支持，具備應(yīng)用的可信度，可以廣泛推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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