史金春
摘要:室外路燈照明、高大空間照明、室外綜合管廊照明具有配電線路長(zhǎng)的特點(diǎn),電纜截面選擇除考慮保護(hù)性配合、敷設(shè)方式、敷設(shè)環(huán)境修正等因素外,還需要對(duì)其電壓降進(jìn)行校驗(yàn)。在進(jìn)行電力室外工程設(shè)計(jì)時(shí),電力電纜的電壓降通常采用第四版《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》中查表法,即綜合考慮末端負(fù)荷計(jì)算電流、線路長(zhǎng)度、功率因數(shù)和三相(單相)線路每1A·km的電壓損失百分?jǐn)?shù),%/A·km。照明設(shè)計(jì)通常每個(gè)燈具容量相等,布置間距也相等,在普通電力電壓降計(jì)算方法基礎(chǔ)上可結(jié)合自身特點(diǎn)推導(dǎo)出簡(jiǎn)便電壓降計(jì)算方法,且通過(guò)此方法計(jì)算出的電纜截面要小于普通電力電壓降算法,利于節(jié)省金屬材料。
關(guān)鍵詞:照明設(shè)計(jì)、電壓降、電壓損失百分?jǐn)?shù)
一、照明電壓偏差要求
根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50052、《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50034和《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》CJJ45中對(duì)照明電壓偏差允許值規(guī)定整理如表1所示。
可知一般場(chǎng)所照明電壓偏差允許值為+5%~-10%,工程上為方便計(jì)算,從配電變壓器二次側(cè)母線算起供給有照明負(fù)荷的低壓線路允許電壓降為3%~5%,考慮從變電所低壓側(cè)至照明配電箱線路壓降,從照明配電箱至末端負(fù)荷線路壓降可按3%計(jì)算。
二、照明線路電壓降計(jì)算
第四版《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》中線路電壓降計(jì)算提供了兩種方法:公式計(jì)算法和查表法。
(1)公式計(jì)算法。室內(nèi)大空間照明和綜合管廊安全低電壓照明通常為單相負(fù)荷,室外路燈通常按三相負(fù)荷考慮,二者常用的電壓降計(jì)算公式如表2所示。
(2)查表法。在工程應(yīng)用中,線路電壓降計(jì)算通常采用查表法,由表2中公式可知,接相電壓的單相負(fù)荷線路電壓降為三相平衡負(fù)荷線路電壓降的2倍。在配電手冊(cè)中僅提供三相電力線路的電壓降表格,室外路燈三相配電時(shí)可以直接套用表格中數(shù)據(jù),室內(nèi)大空間照明和綜合管廊安全低電壓照明等單相負(fù)荷電壓降計(jì)算時(shí)可以按三相負(fù)荷考慮,然后取2倍即可。
根據(jù)公式 (三相平衡負(fù)荷線路),結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)針對(duì)不同電纜截面、功率因數(shù)統(tǒng)計(jì)得出三相線路每1A·km的電壓損失百分?jǐn)?shù),整理成表格即為《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版表9.4-19,1kV交聯(lián)聚乙烯電力電纜用于三相380V系統(tǒng)的電壓降,本文截選部分表格如下。
我們根據(jù)查表法計(jì)算室內(nèi)大空間照明線路電壓降,假設(shè)照明供電電源為單相220V,計(jì)算電流17A,距離80m(配電箱至首端燈具線路長(zhǎng)度40m,首端至末端燈具線路長(zhǎng)度40m),功率因數(shù)0.9,允許壓降值3%,根據(jù)公式得出 ,代入數(shù)據(jù),結(jié)合上述表格可知選擇電纜截面應(yīng)為10mm?。
三、照明線路電壓降簡(jiǎn)便算法
設(shè)計(jì)中采用上述方法計(jì)算電壓降選擇電纜截面可行,但計(jì)算的電纜截面偏大,造成浪費(fèi),下面分析一個(gè)簡(jiǎn)單可行的照明線路電壓降計(jì)算方法:計(jì)算電流取供電回路所有燈具的總計(jì)算電流,線路長(zhǎng)度為配電箱到負(fù)荷中心,然后再用上述查表法計(jì)算。通常室外路燈照明、高大空間照明、室外綜合管廊照明設(shè)計(jì)時(shí)燈具均布,如圖1所示。
設(shè)O處為照明配電箱,此類(lèi)型照明設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn):
(1)供電電壓為220V或36V;
(2)每個(gè)燈具容量相等,為便于計(jì)算取單燈計(jì)算電流為1A;
(3)燈具間距離近似相等,設(shè)兩燈之間線纜長(zhǎng)度為L(zhǎng)2,配電箱至首端燈線纜長(zhǎng)度為L(zhǎng)1;
(4)照明配電箱至末端燈具電纜等截面。設(shè)計(jì)中我們通常不會(huì)改變線纜截面,燈具自帶接線忽略不計(jì)。
根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版P866頁(yè)表9.4-3接相電壓的單相負(fù)荷線路計(jì)算公式及歐姆定律,我們知道供配電系統(tǒng)中電壓降是隨著負(fù)荷電流的變化在變化的,即電壓降是一段一段的,我們將上圖分段考慮并計(jì)算線路電壓降。
(1)CD段線路壓降為2△ua%·L2·1A;
(2)BC段線路壓降為2△ua%·L2·2A;
(3)AB段線路壓降為2△ua%·L2·3A;
(4)OA段線路壓降為2△ua%·L1·4A;
整段線路OD壓降:
合并同類(lèi)項(xiàng)后
我們?nèi)∈啄艟呔€路中點(diǎn)(如圖中實(shí)心圓點(diǎn)所示),可知A點(diǎn)到實(shí)心圓點(diǎn)間距離為L(zhǎng)2+L2/2=3·L2/2,將此數(shù)代入到公式1-1中得
從公式1-2中證明了通常照明設(shè)計(jì)時(shí),配電線路電壓降計(jì)算中線路長(zhǎng)度可取配電箱到負(fù)荷中心,而不是配電點(diǎn)到負(fù)荷末端。將此結(jié)論應(yīng)用到上文舉例中,可知線路長(zhǎng)度為60m,代入公式,結(jié)合《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版表9.4-19可知選擇截面為6mm?即可滿足要求。
當(dāng)然上述結(jié)論是有前提條件的,如文中所示,若負(fù)荷間距、容量差別較大,則需要分段計(jì)算。
此結(jié)論亦可應(yīng)用到室外路燈電纜截面壓降計(jì)算中,一般路燈供電回路如下所示:
就整條線路而言,路燈均勻分布在三相上,可近似認(rèn)為三相負(fù)荷平衡,可按配四表9.4-3中三相平衡負(fù)荷線路相關(guān)公式計(jì)算壓降。
同樣此結(jié)論也可應(yīng)用在室外綜合管廊及隧道照明設(shè)計(jì)中,此類(lèi)工程照明電壓等級(jí)多為安全電壓交流36V,壓降計(jì)算方法參考本文中交流220V照明供電計(jì)算方法。
四、結(jié)語(yǔ)
在室外路燈照明、高大空間照明、室外綜合管廊照明設(shè)計(jì)中,若選取的線纜長(zhǎng)度為配電點(diǎn)至負(fù)荷末端,計(jì)算得出的電壓降百分?jǐn)?shù)要比按線路從配電點(diǎn)至負(fù)荷中心大,由此可能不滿足規(guī)范對(duì)電壓偏差和電壓降的要求而需要放大一級(jí)電纜截面,造成有色金屬浪費(fèi)。
本文首先結(jié)合規(guī)范要求提出實(shí)際設(shè)計(jì)中照明端電壓偏差要求,然后分別敘述《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版電壓降公式計(jì)算法和查表法,提出設(shè)計(jì)中電纜電壓降簡(jiǎn)便算法,并給出分析過(guò)程,最后結(jié)合同一實(shí)例證明簡(jiǎn)便方法相比普通電壓降算法對(duì)電纜截面選擇具有優(yōu)化意義。
參考文獻(xiàn):
1.淺析道路照明工程低壓配電電纜截面選擇,白敬中,《科技創(chuàng)新與應(yīng)用》
2.《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50052-2009
3.《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版,中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司