地铁低压配电电缆热稳定性校验

地铁低压配电电缆热稳定性校验

杨光

中铁二院工程集团有限责任公司地下铁道设计研究院四川成都610031

在地铁低压配电设计中，电缆截面的选择，不仅要满足允许温升、电压损失、过负荷保护、机械强度，还要校验其热稳定。本文对地铁低压配电中常用到的0.6/1kV交联聚乙烯绝缘电缆进行热稳定性校验，计算出在容量不同的变压器下，此电缆允许的最小截面。

1电缆热稳定计算公式

电缆热稳定允许的最小截截面积按公式（1）来计算，并选用不小于计算值的电缆截面积

1.2短路电流的周期分量起始有效值的确定

对于低压网络短路计算，用电单位的电源来自地区中大型电力系统，配电用变压器的容量远小于系统的容量，因此短路电流可按远离发电机端，即无限大电源容量的网络短路进行计算，短路电流周期分量不衰减；电路中电弧电阻、导线连接点、开关设备和电器的接触电阻可以忽略不计；在计算三相最大短路电流时，导体积算温度取为20℃。

在地铁低压供电中选用的为35/0.4kV变压器，不同容量变压器短路阻抗的大小，如表1所示

低压柜馈线电缆的短路阻抗可以在《工业与民用配电设计手册（第四版）》查表得知，根据地铁低压配电的经验，一般低压柜馈出回路的截面都是不小于16mm2，因此本文只列出几种可能存在热稳定风险的电缆的阻抗，如表2所示

得知以上数据，通过公式（3）就可以求得以上四种截面的电缆在不同容量的变压器下的短路电流，图（1）列出了电缆3×25+2×16在1000KVA、1250KVA、1600KVA变压器下的短路电流，横坐标为发生末端短路时电缆的长度，纵坐标为短路电流的大小。

图1电缆3×25+2×16在1000KVA、1250KVA、1600KVA变压器下短路电流

1.3不同变压器下低压柜馈出的电缆最小标称截面

由公式（1）与公式（2）得出电缆最小截面与短路电流的的关系，即

由图1、图2得知，变压器低压侧短路电流的大小不仅与变压器容量有关，还与发生短路时，短路电流流过电缆的长度有关。因此低压柜馈出的电缆最小标称截面与发生短路的位置有很大关系。我们只需要算出变压器低压侧出口处短路电流的大小，就可以算出此变压器连接的低压柜馈出电缆最小标称截面。表3就是变压器出口处短路电流以及与此对应的电缆最小标称截面。

下电缆长度与电缆最小截面的关系

图3电缆5×16、3×25+2×16在1000KVA变压器

下电缆长度与电缆最小截面的关系

如果短路发生在电缆末端，则对应的电缆最小截面积会根据电缆长度的不同而不同，根据经验，地铁低压柜馈线电缆一般不会小于16mm2，所以只需要校验800KVA以上的变压器即可。图列出了5×16、3×25+2×16在不同变压器下的短路电流，横坐标为发生末端短路时电缆的长度，纵坐标为低压柜馈出电缆最小截面。

由上图（2）（3）可以看到，当电缆长度增加时，电缆的最小截面也会相应的减小。如采用16mm2电缆，在800KVA时电缆长度大于5.5m就可以满足要求；在1000KVA时，电缆长度需8m。所以如果我们在考虑电缆末端发生短路的时候来校验电缆的热稳定性电缆的截面会适当减小。但是在工程设计上为了安全起见，还是习惯于用变压器低压侧出口处短路电流来选取电缆截面。

2问题与讨论

采用以上方法计算出的最小电缆截面基本能满足地铁低压配电的设计需求，但是还有几点问题值得讨论与进一步研究：

1）电缆的温度本文选取的是20℃，在不同温度下，电缆的电阻变化很大。在工作状态下电缆的温度与敷设方式，外部环境温度等等都有关系，一般情况下电缆的工作温度也会高于20℃，电阻也会变大，此时电缆末端短路电流会减小。

2）高压侧短路容量的大小同样决定着短路电流的大小，本文是按照高压侧短路容量为无穷大来进行计算，如果获取高压侧短路容量，算出的短路电流数值同样会减小。

3）保护装置的动作时间对电缆最小截面有较大影响，选用动作时间更迅速的保护设备可有效的减小电缆最小截面。

参考文献：

[1]中国航空规划设计研究院有限公司.工业与民用配电设计手册（第四版）[M].北京：中国电力出版社，2016.

[2]GB50217-2007，电力工程电缆设计规范[S].