城市道路照明铝合金电缆应用分析 刘永杰

发表时间:2019/3/28   来源:《电力设备》2018年第29期   作者:刘永杰
[导读] 摘要:当前,在我国城市道路照明中应用的电缆主要有铜芯电缆、铝芯电缆和合金电缆,而在铜资源相当匮乏的情况下如何正确和经济的选择电缆型号和截面, 成为道路照明电缆选择的关键。

        (咸阳市规划设计研究院)
        摘要:当前,在我国城市道路照明中应用的电缆主要有铜芯电缆、铝芯电缆和合金电缆,而在铜资源相当匮乏的情况下如何正确和经济的选择电缆型号和截面, 成为道路照明电缆选择的关键。 本文主要分析了铝合金导体的性能优势以及在照明配电线路的接地故障保护中如何正确选择电缆截面两个方面。
        关键词:铜;铝合金;接地故障;电缆截面
        1、概述
        道路照明系统是市政道路设计中的一个重要环节,也是提升城市形象的标志之一。应用于城市道路照明的电缆主要有铜芯电缆、铝芯电缆和合金电缆,而我国的铜矿资源在数量和品位方面均比较差,其国际竞争力低,铜资源特别是富铜资源不足,国内铜需求主要是依赖靠进口,在这一背景下,如何能够在节约资源的前提下正确选择电缆型号和截面,是道路照明电缆选择的关键。
        2、铝合金导体性能优势
        2.1铝合金导体特性
        上世纪六、七十年代由于铜价的高速攀升铝合金导体迎来了飞速的发展。在国际铝行业协会的铝合金牌号中,用作导体的铝合金主要有AA1000系列即纯铝,AA6000系列导体,和AA8000系列导体。 AA1000系列导体主要用在高压架空线;AA6000 Al-Mg-Si(铝镁硅合金)系列导体主要用在高压架空线和铝母排;这两类导体都是以硬态导体存在,接头的连接方式以焊接为主。AA8000 Al-Mg-Cu-Fe(铝镁铜铁合金)系列是真正用在配电线路上的软质铝合金[1]。AA8000 系列导体与铜、铝导体的物理特性对比见下表:


        (1)通过表1可以看出 AA8000铝合金导体和铜导体、铝导体的电阻率的不同,所以它们的 IACS也不同, AA8000铝合金的IACS只是铜的61~63%,如果将铝合金导体的截面积增大两倍或者提高到铜导体截面积的150%时, 其电气性能一致。
        (2)抗拉强度铝合金导体只有铜导体的一半(113.8:220 MPa),由于 AA8000铝合金的密度只有铜导体的30.4%,即使铝合金导体截面积提高到铜导体截面积的150%时,其重量也只是铜导体的45%,所以铝合金导体的抗拉强度相对于铜导体还有一定的优势。
        (3)AA8000铝合金导体的屈服接近于铜导体,从而使得铝合金导体的蠕变性能接近铜导体的蠕变性能。在断裂伸长率上,铝合金导体和铜导体基本相同。
        2.3铝合金电缆用作照明配电线路优点
        通过表2的分析可知,在满足相同导电性能的前提下,重量相等的铝合金电缆长度是铜缆的2倍,因此,铝合金电缆的重量是同样载流量铜缆的1/2,使用铝合金电缆代替通缆,可以减少电缆重量,同样相应的降低安装成本,减少电缆和设备的磨损,使安装工作更轻松[2]。
        我国的铜资源先天稀缺,铝矿资源相对丰富,况且铝合金电缆价格比铜芯电缆大约低20%~40%,使用铝合金电缆一方面可以节约资源、降低成本,另一方面可以减少铜缆的偷盗行为提高了供电的可靠性,因此,在一般的城市道路照明配电线路中建议采用铝合金(YJHLV)电缆代替以往的YJV、VV等系列产品。
        3、常规配线铝合金电缆长度与断路器整定电流对应关系
        3.1提高道路照明配电线路接地故障灵敏性[3]
        当配电线路较长,其接地故障电流 Id较小,短路保护电器往往难以满足接地故障保护灵敏性要求,根据《工业与民用供配电设计手册》(第四版)的规定[4],采用带短延时过电流脱扣器的断路器可提高 TN- S接地故障保护灵敏性即符
        合下式要求:
        Id≥1.3 Iset2                     (1)
        式中:Id—配电线路末端接地故障电流,A;
        Iset2—断路器的短延时过电流脱扣器整定电流,A;
        3.2配电线路及保护电器的设定
        现假设某一条道路来设计其线路参数,按常规的情况对设定几种电缆截面参数进行通用分析。
        (1)配电线路参数
        ①配电线路长度设定为400-1000m,分为6档。
        ②线路配电线路导线选用铝合金电缆TC90(YJHLV)截面为16mm2、25 mm2、35 mm2、50mm2四种五芯缆(包括N线、PE线),N线和相线同截面,PE线取相线截面的50%和100%两种情况。
        (2)保护电器参数
        ①保护电气为断路器时,其长延时过电流脱扣器整定值(Iset1)取63A、50A、40A、32A、25A五级,而短延时过电流脱扣器整定值Iset2可取Iset1的(2.5-6)倍,本文取Iset1的3倍。
        ②变压器设定为SCB11系列10/0.4kV、200kVA,阻抗电压4%,D,yn11接线,10kV侧短路容量为200MVA。
        3.3线路末端接地故障电流计算
        按照《工业与民用供配电设计手册》(第四版)提供的单相接地故障电流计算方式,按上述线路参数计算的接地故障电流(Id)值列于表2。


        3.5 电气性能分析
        (1)根据表3计算结果,线路长度在400m以下时,保护线截面必须≥25mm2才可以满足接地故障保护要求;当照明配电线路长度在900m以上时,基本不能满足保护要求。
        (2)从表2、3 可看出,只要加大电缆截面就能满足保护要求;而且增加保护导体截面(PE线)比增加相线截面效果更好,如在配电线路各参数相同的情况下用4×25+1×25mm2电缆比4×35+1×16 mm2电缆的接地故障电流(Id)明显要大。
        (3)表3计算结果仅符合Iset2=3Iset1,当整定倍数不同时,铝合金电缆的配电线路长度应随之改变。
        结论
        铝合金电缆由于具有的良好的导电性能和优异的机械性能,况且在经济方面优于铜电缆,非常适合于城市道路照明配电线路。在实际工作中,我们要根据道路电缆长度选取相应整定电流的断路器,使得在发生接地故障时断路器能够在规定时间内切段电源,降低电击发生危害。
        参考文献
        [1]王祝堂.铝合金及其加工手册(第三版)[M].中南大学出版社,2005.
        [2]刘斌 王晨生 郑秋.电缆用铝合金导体及其性能研究[J] .电力系统装备,2013(09)上海电缆研究所.
        [3]任元会.道路照明配电系统接地方式和线路保护的探讨[J].建筑电气,2007,(07).
        [4]中国航空规划设计研究院组编.工业与民用供配电设计手册(第四版)[M].北京:中国电力出版社,2016.

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