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技術文章

淺談電力電纜的“壓降”

閱讀:863發布時間:2012-6-4

  
  前言
  對于動力裝置,例如發電機、變壓器等配置的電纜target="_blank">電力電纜,當傳輸距離較遠時,例如900m,就應考慮電纜電壓的“壓降”問題,否則電纜采購、安裝以后,方才發覺因未考慮壓降,導致設備無法正常啟動,而因此造成工程損失。但是如何正確計算電力電纜的壓降,卻是一個現實的問題;另外,筆者在實際工作中,也遇到過因電纜敷設不當而造成電纜壓降超出許可范圍的案例。本文試圖就這二方面的問題談談個人的看法。
  一.電力線路為何會產生“電壓降”?
  英語中,“Voltagedrop”就是電壓降,“drop”是“往下拉”的意思。
  電力線路的電壓降是因為導體存在電阻。正因為此,所以不管導體采用哪種材料(銅,鋁)都會造成線路一定的電壓損耗,而這種損耗(壓降)不大于本身電壓的5%時一般是不會對線路的電力驅動產生后果的。例如380V的線路,如果電壓降為19V,也即電路電壓不低于361V,就不會有很大的問題。當然我們是希望這種壓力降越小越好。因為壓力間本身是一種電力損耗,雖然是不可避免,但我們總希望壓力降是處于一個可接受的范圍內。
  二.在哪些場合需要考慮電壓降?
  一般來說,線路長度不很長的場合,由于電壓降非常有限,往往可以忽略“壓降”的問題,例如線路只有幾十米。但是,在一些較長的電力線路上,有些用戶在電力線路配置問題上往往只是很在意如何選用電纜(型號,規格),而往往忽略、忽視了電纜壓降的問題。一旦電纜敷設后在啟動設備時方才發現:或因電壓太低,根本啟動不了設備;或設備雖能啟動,但處于低電壓運行狀態。而到這種情況出現時就會顯得非常被動。那么在哪些情況下需要事先考慮電壓降的問題呢?
  首先,較長電力線路需要考慮壓降的問題。所謂“長線路”一般是指電纜線路大于500米。其次,對電壓精度要求較高的場合也要考慮壓降。例如,有些電力設備對電壓有要求,當壓降超過了設備許可范圍,設備就無法啟動。還有就是電纜用于驅動重要的機械設備,當電壓低于某一數值時,設備雖仍可運轉,但因是處于“低電壓”狀態,時間長了會損壞設備。如果設備價格昂貴,或者設備損壞后會造成較大經濟損失時,就必須事先關注壓降的問題。
  三.如何計算電力線路的壓降?
  一般來說,計算線路的壓降并不復雜,可按以下步驟:
  1.計算線路電流I
  公式:I=P/1.732×U×cosθ
  其中:P—功率,用“千瓦”U—電壓,單位kVcosθ—功率因素,用0.8~0.85
  2.計算線路電阻R
  公式:R=ρ×L/S
  其中:ρ—導體電阻率,銅芯電纜用0.01740代入,鋁導體用0.0283代入
  L—線路長度,用“米”代入
  S—電纜的標稱截面
  3.計算線路壓降
  公式:ΔU=I×R
  舉例說明:
  某電力線路長度為600m,電機功率90kW,工作電壓380v,電纜是70mm2銅芯電纜,試求電壓降。
  解:先求線路電流I
  I=P/1.732×U×cosθ=90÷(1.732×0.380×0.85)=161(A)
  再求線路電阻R
  R=ρ×L/S=0.01740×600÷70=0.149(Ω)
  現在可以求線路壓降了:
  ΔU=I×R=161×0.149=23.99(V)
  由于ΔU=23.99V,已經超出電壓380V的5%(23.99÷380=6.3%),因此無法滿足電壓的要求。
  解決方案:增大電纜截面或縮短線路長度。讀者可以自行計算驗正。
  四.電力線路壓降超大的種種原因
  在電力線路的設計中,明明壓降沒有超出5%,但為何電纜敷設后會出現壓降過大、乃至無法正常啟動設備呢?從上面的計算過程中,我們不難發現:電纜截面過小或線路過長都會造成線路壓降超大。除此之外,還有沒有其它的原因呢?
  1.電纜安裝過程中或其后,電纜受到外力破壞,絕緣受損,但還不至于立馬就造成短路的狀態。
  在這種情況下,因存在“漏電流”現象,線路電壓自然受到損失,就好比一根自來水管出現破損,遠端的水壓顯然是下降的;破洞越大,水壓下降也越大。要驗證是否存在這種情況,驗證的方法很簡單:測量電纜線芯的絕緣狀況。若發現此時的絕緣水平較之安裝之前有確認的下降,那么原因也就找到了。真的驗證了絕緣水平有所下降,此時的問題就不是“壓降”了,而是要想方設法找到電纜受損位置進行處理,不然會因電纜絕緣缺陷的擴大,早晚就會造成電纜“短路”的后果。在筆者實踐中就有這樣的例子。
  2.另一種原因是,電纜敷設后,因余留較多,在靠近開關柜處將余留電纜收成小圓圈所造成。這是筆者親身經歷的一個案例。
  上海某臺資企業生產一種汽車部件,其加工過程對于環境溫度、濕度要求較高,于是生產車間里專門有排氣、送濕的空調系統。動力電纜選用本公司4芯240平方銅芯電纜(VV220.6/1kV4×240mm2),電纜是二年前出廠的。接到用戶“投訴”我們立即到達現場了解情況。到現場了解到該電力電纜線路長度約420米,單臺空調負載為60kW,廠方使用6臺這樣的大功率空調裝置,共配備了二條上述電纜,也即“一拖三”。現場測得變壓器輸出電壓接近400V,但終端電壓只有320~340V,根本無法啟動空調:不要說拖動3臺,就是一臺空調也啟動不了,生產處于停頓,廠方非常著急。根據這樣的線索,我們現場計算壓降無論如何不會超過3%(讀者可以按上面的闡述試著計算看看)那么問題出在哪里呢?
  首先,電纜線路上有很長一段是埋在水泥地下的,會不會是在敷設過程中電纜局部受損,絕緣有所下降造成的呢?經現場測定,電纜絕緣情況良好。于是就排除了這種可能。至此,問題仍未得到解決。不要說廠方著急,我們也非常著急:為用戶排憂解難也是我們電纜企業義不容辭的一種責任!第二天,我們又重返現場,這次主要是沿電纜420米路徑查看線路情況。由于電纜很大部分是直埋在地下的,我們能看到的只是電纜的變壓器始端和開關柜終端。先是查看變壓器房,沒有發現異常。但接下來來到配電房開關柜處,終于找到問題的癥結了:由于電纜采購的長度留有充分余地,電纜敷設后余留有十多米,廠方不舍得截去,就將多余的電纜全部打成直徑約1m不到的“圈”,這“圈”就是造成電壓降的“罪魁禍首”!因為電纜被過分彎曲后,造成電流事實上的“阻力”(這也是所有電力電纜都規定了小彎曲半徑的道理)。有了這種判斷后,要求廠方采取措施“松結”,給電纜“松綁”。廠方也接受了我們的建議。二天后,我們再到現場時,空調已全部能正常工作了,車間恢復了生產。
  從上面的例子中,我們可以發現,不當的敷設方法也會造成線路“異常壓降”。

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