赵家敏ZHAO Jia-min

（云南开放大学，昆明 650223）

（Yunnan Open University，Kunming 650223，China）

0 引言

由于技术、经济等因素的巨大变化，材料、能源价格随着经济的发展不断变化，尤其是有色金属价格、用电负荷以及电价都呈上涨趋势。现在有必要对导线截面积的选取标准重新审视，根据经济发展的实际情况，合理选择导线截面，可以实现线路工程资源占用和长期能源消耗间的平衡，有利于供配电系统的节能降耗，提高线路投资效果。

1 高层建筑供配电特点与方式

1.1 高层建筑供配电特点 随着城市化进程加快，高层建筑越来越普遍，而高层建筑具有单体楼层高和建筑面积大，集居居住、商业、办公等功能于一体，具备高标准的多元化功能。这类建筑内部配套电气设备多，以满足现代化办公、管理和生活的需要，同时还具有人员密度大，火灾隐患多，对消防保安要求高等特点，这使得传统的高层建筑供配电方式无法满足人们日益增长的用电需求。

1.2 高层建筑供配电方式 现代高层建筑供配电线路按一级负荷要求进行供电。又根据GB500522009 供配电系统设计规范规定，建筑内多为一、二级负荷，干线应设置两个及以上的独立10kV 电源同时供电，对超大型的高层建筑（群）也有取35kV 电源，甚至110kV 电源。

2 高层建筑供配电线路的选择原则

2.1 满足机械强度 按使用环境和敷设方法选择导线的类型，按机械强度条件选择导线的截面。由于现代建筑对设备的要求越来越高，特别是在民用建筑中，基导线本上不会架空敷设，所以民用建筑电气设计中基本不用此种方式选择导线。

2.2 按允许载流量选择 导体的允许载流量，不仅和导体的截面、散热条件有关，还与周围的环境温度有关。在资料中所查得的导体允许载流量是对应于周围环境温度为θ0=25℃的允许载流量，如果环境温度不等于25℃，允许载流量应乘以温度修正系数Kt。先计算线路的计算电流IC、确定导线类型、线路的敷设方式、明确环境温度、再以上条件查表，根据Ial≥Ica选择导线截面Sa，才能使绝缘介质不燃烧，老化不加速。高层建筑中电线和电缆导体一律采用绝缘层为阻燃型铜芯材质。

2.3 按允许电压损失校验 当有电流流过导线时，由于线路中存在电阻、电感等因素，必然引起电压降落，电能的损耗。为了保证电压损失在允许值的范围内，就必须保证导线有足够的截面积，从而使电压下降不至于过多。线路电压损失的大小是与导线的材料、截面的大小、线路的长短和电流的大小密切相关的，线路越长、负荷越大，线路电压损失也将越大。

3 供配电线路的选择优化模型

高层建筑供配电线路选择时，除了必须满足安全可靠和技术要求外，还要考虑经济性。经济性既要节约投资费，又要减少年运行费。因此，存在一个按经济电流密度选择导线、电缆截面，从而使供配电线路经济上最优。我国目前按最大负荷利用小时数查经济电流密度选择导线、电缆截面。因此，据此选择导线、电缆截面虽经济，但不是最优。最优经济电流密度还要同时考虑投资费、年运行费和计算年限期末固定资产余值代数和最小，在计算中，运用动态计算法，需将各项项费用折现。总拥有费用现值PC 计算模型式为：

式中，K——初始投资电缆主材、附件费用及施工费用之和，（元）；可近似表示为电缆截面积S 的线性函数；Cf——电缆运行损耗费用（与负载大小、年最大负荷利用小时、电价、电缆截面和使用费用等因素有关），（元）；R 为干线寿命计算期期末固定资产余值，（元）。

式中，A 为成本的可变部分，（元/（mm2.m））；S 为电缆截面面积，（mm2）；B 为成本的不变部分，（元/m）；L 为电缆的长度，（m）。

式中，Imax为最大负荷电流，（A）；R 为单位长度电缆的交流电阻，（Ω/m）；NP为每回电缆相线数目；NC为电缆回路数；τ 为最大负荷损耗小时数，（h）；p 为电价，（元/kWh）。

式中，f 为电缆废铜的单位价格，（元/kg）；m 为电缆的单位重量，（kg/m）；L 为电缆的长度，（m）。

式中，（P/A，i，t）为年金现值系数，（P/F，i，n）为一次性支付现值系数，i 为银行贴现率；t 为线路寿命计算期（t=n），（年）。在满足供配电安全和技术要求的情况下，总拥有费用现值PC 最小的供配电线路投资方案最优。

4 应用分析

4.1 传统导线选择 以往在选择配电电缆时，通常都根据敷设条件确定电缆型号，再按发热条件选择电缆截面，最后选出符合其载流量要求，并满足电压损失及热稳定要求的电缆截面。假设某高层建筑群有部分计算负荷302.4kW，入户线路采用铜芯明敷400V 三相四线制供电，线路长度为100m。功率因数为0.9，允许电压损失为5%，敷设环境温度为25℃，对该负荷的配电线路进行选择。

①由条件求负荷电流：

按发热条件选择电缆截面：根据敷设要求查表选用型号YHC 铜芯聚乙烯绝缘明敷截面S 为185mm2电力电缆，其截面允许的载流量为540A。

②根据允许电压校验：

所选择导线满足该负荷的配电干线要求，其配电线路采用3*185+1*95 形式供电。

4.2 优化模式导线选择 供配电线路截面选择影响线路投资和电能损耗，当减少线芯截面时，初始投资减少，但线路损耗费用增大；反之增大线芯截面时，线路损耗减少，但初始投资增加，而在某一截面积区间内，电缆的初始投资、寿命期运行费用和计算年限期末固定资产余值代数和总费用现值最小。根据计算电流和经济电流密度：（若最大负荷利用小时数τ＝4500h，查表可得J=2.25A/mm2）

根据敷设要求查表选用型号YHC 铜芯聚乙烯绝缘明敷截面S 为240mm2电力电缆，其截面允许的截流量为660A，其配电线路采用3*240+1*120 形式供电。

4.3 两种模式导线选择分析

4.3.1 电缆初投资费 初始投资电缆主材、附件费用及施工费用组成。本例设备初投资包括电缆价格加上敷设综合造价。两种截面的电力电缆，长度为100m 时的电缆初投资费简化计算：目前两种电缆折合单价分别为500元/m 和640 元/m；敷设综合单价均为11.23 元/m，则两种截面电力电缆的初投资如下：

①185mm2电力电缆初投资费：

②240mm2电力电缆初投资费：

4.3.2 电缆运行损耗费用现值 电缆运行损耗费用与负载大小、年最大负荷利用小时、电价、电缆截面和使用费用等因素有关。两种截面的电力电缆，长度为100m 时的运行损耗费用现值简化计算：假设年利率i=10%，线路寿命计算期n＝20年，无年通货膨胀和年负荷增长，查表可得年金现值系数（P/A，10%，20）=8.51；年最大负荷损耗小时数，取τ＝4500h，每回电缆相线数目NP=3，电缆回路数NC=1，综合电价f=0.50 元/kWh。根据电阻率，可求出两种截面积电缆的单位电阻r¯1=9.29×10-5Ω/m，r¯2=7.16×10-5Ω/m。

①185mm2电力电缆运行损耗费现值：

②240mm2电力电缆运行损耗费现值：

4.3.3 电缆寿命计算期期末固定资产余值现值 两种截面的电力电缆，长度为100m 时的期末固定资产余值现值简化计算：假设年利率i=10%，线路寿命计算期n＝20年，无年通货膨胀和铜价上涨，查表可得一次性支付现值系数（P/F，10%，20）=0.15；电缆废铜的单位价格为100 元/kg。根据铜的密度，可求出两种截面积电缆的单位重量m1=5.82×10-3kg/m，m2=7.53×10-3kg/m。

①185mm2电力电缆计算期期末固定资产余值现值：

②240mm2电力电缆计算期期末固定资产余值现值：

4.3.4 两种模式选择的电缆总拥有费用现值

①185mm2电力电缆总拥有费用现值：

②240mm2电力电缆总拥有费用现值：

从分析过程可知，因此该配电入户支干线电缆的最佳形式为3*240+1*120，其总拥有费用现值最小。随着综合电价的上涨和用电负荷的增加，这种支干线的配电电缆优势将会更明显。

5 小结

总体而言，应该根据导线的不同用途、不用使用情况以及使用方式选择导线的截面积。无论是根据何种方式计算出的导线截面，最终都不能低于规范的要求。在高层建筑电气设计中，正确地选择导线，对于保证高层建筑供配电系统安全、可靠、经济、合理地运行有着十分重要的意义。对经济电流密度选择供配电电力电缆进行进一步优化选择，更有助于节约有色金属与线路的投资决策，同时也有效地节约了电能。金属消耗量和允许电压损失最小才是高层建筑配电导线截面选择优化的关键要素，通过这两个要素能达到有效地节约投资和满足正常配电的双重效果，这对高层建筑配电网络的工程设计具有一定的参考价值。

[1]耿淬.城市住宅楼配电方案探析[J].电子世界，2013(18):34.

[2]刘兵等.建筑电气与施工用电[M].北京:电子工业出版社，2011，2.

[3]时思等.工程经济学[M].北京:科学出版社，2010.