电缆选型手册[1]

目 录

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一. 概述…………………………………………………………………………… 2

二. 范围…………………………………………………………………………… 2-3

三. 参考标准及参数取值依据…………………………………………………… 3

四. 符号说明……………………………………………………………………… 3-4

五. IEC 287-3-2/1995标准电力电缆截面经济最佳化计算方法的应用……… 4-11

六. 电力电缆经济截面最佳化数据查找的使用方法…………………………… 11-12

七. 电缆经济截面与发热截面总费用比较及投资回收年计算………………… 12-15

八. 经济截面的校验条件………………………………………………………… 16-17

附录1 铜芯电力电缆综合造价统计表………………………………………… 18-19

附录2 电缆造价类别的平均A值……………………………………………… 20

附录3 电缆型号与电缆造价类别对照表……………………………………… 20

附录4-1 铜芯电力电缆经济电流范围(I-A类别)……………………………… 21-23

附录4-2 铜芯电力电缆经济电流范围(II-A类别)……………………………… 24-26

附录4-3 铜芯电力电缆经济电流范围(III-A类别)………………………………27-29

附录4-4 铜芯电力电缆经济电流范围(IV-A类别)……………………………… 30-32

附录4-5 铜芯电力电缆经济电流范围(V-A类别)……………………………… 33-35

附录5 铜芯电力电缆经济电流密度计算数据及图表(不同电价)…………… 36-40

附录6 电缆导体交流电阻及感抗……………………………………………… 41-42

附录 7 铜芯电力电缆允许载流量表…………………………………………… 42

附录8 损耗费用辅助量F─Tmax─P关系的统计值……………………… 43

附录9 最大负载利用小时Tmax与最大负载损耗小时τ和cosΦ的关系… 43

附录10 不同行业的年最大负载利用小时Tmax,(h)…………………………… 44

九. 参考资料……………………………………………………………………… 44

电力电缆经济选型实用手册

一.概述

导体的经济电流密度是选择导体的必要条件之一。当选择导体的诸多技术条件(如发热温

升、机械强度及电压降要求等)得到控制或改善时，往往是经济电流密度起着支配作用。实践

证明，经济电流密度对于选择导体进而节省能源，改善环境，提高电力运行可靠性有着重要

的技术经济意义。过去，在计划经济的条件下，工程设计往往偏重技术、轻视经济；重视初

投资，忽视长期运行的经济性。工程建设也因此付出过沉重代价。当前，我国已经进入到社

会主义市场经济的发展时期，工程投资方和经营方都越来越注重投资效益和运营效益。追求

工程建设整体的、长远的合理性，倡导基建优化设计。而导体的经济电流密度正是这种优化

设计的内容之一。传统的设计方法按载流量选择导体截面时只计算初始投资，导体的截面选

择过小，将增加电能的损耗；选择的过大，则增加初始投资。研究和确定导体电流密度的目

的，就是在已知负荷的情况下，选择最佳的导体截面；或是在已选定导体截面的情况下，确

定经济的负荷范围，以寻求投资的最优方案，取得最理想的经济效益。

本实用手册应用IEC 287-3-2/1995《电力电缆尺寸的经济最佳化》标准和方法，采用我

国常用的铜芯聚氯乙稀绝缘聚氯乙稀护套(PVC绝缘)和交联聚乙稀绝缘聚氯乙稀护套(XLPE绝

缘)中低压电力电缆数据，统计和汇集了为计算电缆系列截面的经济电流范围、经济截面和电

缆经济电流密度所需资料，可供电气设计人员和运行人员选择电缆导体经济截面参考。

二. 范围

1．本实用手册适用于电压为6/6kV, 8.7/10kV及0.6/1.0kV中低压等级铜芯电力电缆的

经济选择。电缆类型为铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆(VV型)，铜芯聚氯乙烯绝缘

钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆(VV22型)，以及交联铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电

缆(YJV型)，交联铜芯聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆(YJV22型)。

电缆芯数包括：根据产品目录有等截面的三芯、四芯及五芯，非等截面的四芯及五芯。

2．按照IEC 287-3-2/1995国际标准，导体截面经济选择只计及发热损耗，不考虑电压

有关的损耗, 也不包括诸如维修等因素。

三.参考标准及参数取值依据

国际电工委员会标准IEC 287-3-2/1995《电力电缆截面的经济最佳化》。

国家标准 GB/T16895.15-2002 等效于IEC 60364-5-523:1999《 建筑物电气装置电气设

备的选择和安装布线系统载流量》以及GB 50217-94《电力工程电缆设计规范》。

金融贴现率，电价年增长率等按照近年来国家电力公司经济研究中心提供的数据。低压

电力电缆出厂价格根据《北京工程造价信息》2001年第2期。中压电力电缆价格及中低压电

缆敷设综合费用根据西北电力设计院1981年及东北电力设计院2001年的专题报告《导体的

经济电流密度》资料。

四.符号说明

本手册使用的符号及其量值说明如下：

A 与导体截面有关的单位长度成本的可变部分

(造价费用斜率) 元/m.mm2

B 邻近效应、集肤效应的综合系数 —

C 与敷设条件等有关的单位长度成本的不变部分 元/m

CT 电缆系统总成本(总费用) 元

Imax 最大负载电流 A

L 电缆截面某段长度 m

CJ 年期间内电缆导体发热损耗费用的现值 元

N 电缆使用的经济寿命期 年

Np 每回路相导体数目 --

Nc 传输同型号电缆和负载值的回路数目 --

P 电价，电度电费 元/kWh

D 每年最大需量电费 元/kW·年

F 由公式(6)定义的辅助量(线损辅助量) 元/W

Q 由公式(4)定义的辅助量 --

r 由公式(5)定义的辅助量 --

a Imax的年增长率 %

b 电价P的年增长率，不计及通货膨胀 %

i 计算现值用贴现率 %

CI 拟确定某段长度的标准截面规格的初始费用 元

CI1 最接近某段长度较小标准截面规格的初始费用 元

CI2 最接近某段长度较大标准截面规格的初始费用 元

R 拟确定电缆截面规格的单位长度交流电阻 Ω/km

R1 最接近较小标准截面规格的单位长度交流电阻 Ω/km

R2 最接近较大标准截面规格的单位长度交流电阻 Ω/km

Tmax 最大负载利用小时 h

τ 最大负载损耗小时 h

S 电缆导体截面 mm2

Sec 电缆导体的经济截面 mm2

ρ20 导体20℃下的电阻率 Ω.m

α20 导体20℃下的电阻温度系数 1/℃

θm 导体平均运行温度 ℃

K 温度及B系数的综合系数 --

T 投资回收年 年

五.IEC 287-3-2/1995标准电力电缆截面经济最佳化计算方法的应用

1．电缆的总费用。总拥有费用法(TOC ,Total Owning Cost)是全面评价电气装置能效费

用的方法，包含：初始投资(采购及安装费用)及其寿命期运行费用的两个部分。其表达式如

下：

总费用 CT=CI +CJ------------------------------------------------(1)

式中: CI 所安装的电缆造价(初始投资), 包括电缆购置费及敷设安 装费用,(元)

CJ 等效于电缆购买时的线路损耗费用,即电缆N年经济寿命期发热损耗费用现

值,(元)。

1.1 电缆初始投资CI

包括电缆出厂价及敷设费用(附录1)，敷设费用以综合造价系数来折算，综合造价系数计

及电缆的运输，敷设安装及电缆构筑物等费用，综合造价系数随电缆截面增大而降低。以下

用单位长度和截面有关系的投资费用斜率A来表示，又叫做投资费用的可变部分A值。各种

类型电缆的A值因价格不同而异，为求得各类型电缆截面与投资的线性关系，其斜率A(以下

简称A值)按下式计算：

A=(截面S2电缆的初始投资-截面S1电缆的初始投资)/(截面S2-S1)，

(元/m.mm2) -----------------------------------------------------------------(2)

对于每一种型号电缆，都存在各自变化幅度不大的系列截面斜率A。本手册共统计28种

型号电缆的A值，将其之间误差小于10%的A合并为同一类平均A值, 平均A值由小到大分成

五组以I-A, II-A, III-A, IV-A, V-A类别标志，见附录2。电缆造价类别与电缆型号对照表

见附录3。

五个组的平均A值代表型号数量不等的电缆单位造价，它们之间的偏差为18~125%。为了

使电缆导体截面范围建立较好的线性关系，以平均A值对相应型号电缆的初始造价做线性调

整。采用平均A值比用自身A值计算经济截面和经济电流密度所得结果只有小于3%很小的误

差。

1.2 电缆在N寿命年期间发热损耗现值CJ

这是计算电缆造价以外的运行费用，它与负载大小、年运行时间、电价、电缆截面、使

用寿命期及资金贴现率等因素有关。

(1) 电缆在N经济寿命年运行的电能损耗费,折算到电缆购买日的现值:

CJ=(I2max×R×L×Np×Nc /1000) ×(τ×P+D)×[Q /(1+ i/100)],

(元)------------------------------------------------------------------- (3)

式中: Q为计及N年负载增长、电价增长和贴现率的系数，

Q=(1-rN)/ (1-r) ---------------------------------------------------------(4)

其中 r=[(1+a/100)2×(1+b/100)] / (1+ i/100) ----------------------------(5)

(2) 为方便于以后对不同截面损耗费用的一系列计算，将(3)式中 除导体电流和电阻以

外的所有参数以线损辅助量F来表示。

令F=Np×Nc×( τ×P+D) ×[Q / (1+ i %)]/1000，(元/W)---------------(6)

F总括了回路相数Np和Nc、电价P、D、最大负载损耗小时τ和现值系数[Q / (1+ i %)]。

此处采用我国常用的最大负载损耗小时(τ)法来计算线损。因此最大负载损耗小时τ需

由已知的年最大负载利用小时Tmax和功率因数cosφ关系表中查出，见附录9。功率因数cos

φ对经济电流范围和经济截面的计算结果影响很小，本手册采用该关系表的中间值cosφ

=0.9，在Tmax=1000h至8500h范围取下τ值作为计算用数。按公式(6)便可算得Tmax /τ范

围内的线损辅助量F(见附录8),它在经济电流范围和经

济电流密度计算过程是经常使用的中间量值。在绘制经济电流密度j曲线中习惯用Tmax而不

用τ来表示。不同行业的Tmax可从现成统计资

料查出(见附录10)。公式(6)的线损辅助量F算式中现值系数[Q / (1+ i %)]的参数：a, b, i,

和N均系根据国家电力公司经济研究中心近年提供的数据，即a=0, b=2%, i=10%, N=30年, 按

公式(5)算出 r=0.927,进而算得Q和现值系数[Q / (1+ i %)]=11.2。这样，总费用的计算式

简化为：

CT= CI + I2max×R×F，(元)-----------------------------------------------(7)

2．系列标准截面中每一导体经济电流范围的算法

原理：电缆系列截面的经济电流范围是在总费用相等和敷设条件相同的 条件下取

得。

计算公式可以有两种表达方式：一种是按总费用计算式通过输入电缆初始投资和电缆线

路电阻等参数来计算电流范围(IEC表达方式)，另一种是通过输入单位造价平均A值，电缆截

面S和导体电阻率等参数替代第一种公式原形计算。

2.1 第一种计算的表达式：每一线芯截面都有一个经济电流范围, 按电缆相邻线芯截面总费

用相等为条件，其低限值和高限值分别由下列公式给出:

Imax(低限值) =[(CI - CI1)/(F ×L ×(R1-R))]0.5-------------------------(8) Imax(高限值) =[(CI2 - CI)/(F ×L ×(R-R2))]0.5-------------------------(9)

式中：

CI 拟确定某段长度电缆截面规格的初始费用，(元)

R 拟确定电缆截面规格的单位长度交流电阻，(Ω/km)

CI1 最接近某段长度较小标准截面规格的初始费用，(元)

R1 最接近较小标准截面规格的单位长度交流电阻，(Ω/km)

CI2 最接近某段长度较大标准截面规格的初始费用，(元)

R2 最接近较大标准截面规格的单位长度交流电阻，(Ω/km)

L 确定电缆截面规格某段长度，(km)

2.2 第二种表达式：为便于对每一线芯截面经济电流范围的计算，原理不变，将电缆造价平

均A值替代CI以及电阻率除以截面替代电阻R来表达。

因交流电阻R =ρ20×B×[1+α20(θm-20)] ×106 / S，(Ω/m)

令 K=B[1+α20(θm-20)]，于是交流电阻R =ρ20×K ×106 / S，(Ω/m)

式中：

ρ20 为铜导体直流电阻率，ρ20=18.35×10-9, (Ω.m)

B为综合邻近效应、集肤效应的系数，取VV型和YJV型电缆的B平均值=1.006。

α20为铜线20℃的电阻温度系数等于0.00393,(/℃)

θm为导体温度，在经济电流运行时导体温度可降低，θm=40℃。(IEC推荐)

代入相关参数，取得K =1.085。将A、S和ρ20替换(8)(9)式中的CI与R。公式经整理

后，可得经济电流范围高低限值的另一表达式：

Imax(低限值)=[ A(S1 ×S)/ F×0.0199]0.5 ---------------------(10) Imax(高限值)=[ A(S2 ×S)/ F×0.0199]0.5 ---------------------(11)

3．给定负载电流下经济截面的算法

原理：计算以给定负载电流下电缆总费用为最小时的截面，公式演算如下。

电缆总费用按公式(7)可写成以导体截面S为函数的表达式：

CT(S)=CI(S) + I2max×R(S) ×L×F,(元)-----------------------(12)

3.1 CI(S)以上述不同电缆类型初始投资推导为线性模型的A值表示：

CI(S)= L(A×S+C)

式中： A---成本的可变部分(元/m.mm2)，各型电缆可取平均A值；

S---导体截面(mm2)；

C---成本的不变部分(元/m)；

L---电缆长度(m)。

3.2 交流电阻以导体截面S的函数式表示：

R(S) =ρ20×B×[1+α20(θm-20)] ×106 / S，(Ω/m)

3.3 总费用为最小时的经济截面Sec可通过以总费用公式(12)对截面

S求导，并令其为零取得：

Sec = { I2max×F×ρ20×B×[1+α20(θm-20)] ×106 / A}0.5 ,

(mm2)-------------------------------------------------------------------(13) 式中：

ρ20、α20、θm 、B和K的取值与上节相同，代入公式(13)整理后可得经济截面： Sec= [ I2max×F×0.0199/ A]0.5，(mm2) -----------------------------------(14)

4．电缆导体经济电流密度的算法

电力电缆经济电流密度的计算方法很多，例如年费用最小法，计算费用法，返本期法和财务表报法等，但因出发点不同，各个国家的各部门都采用不同的计算方法。以上IEC 287-3-2标准的两种计算方法实际上已表述了电缆经济电流密度的内容，因为经济电流密度就是流过经济截面中电流的密度。

4.1 经济电流密度的算式：j= Imax / Sec(A/mm2)

将公式(13)的 Sec代入上式, 得: j=Imax / { I2max×F×ρ20×B×[1+α20(θm-20)] ×106 / A}0.5

或公式(14)的 Sec代入上式,得: j={ A / [F×0.0199]}0.5(A/mm2)----(15)

为求电缆的经济电流密度,只需代入电缆造价平均A值与Tmax小时下的F值(设定不同的电价P条件), 便可求得Tmax与j的关系数据和曲线。本手册收集28种常用的中低压电力电缆造价（附录1）合并为5种类别的平均A数值(见附录2)。由公式(15)计算不同电价(设P=0.2~1.0元/kWh)5种类别28种常用的中低压电缆的经济电流密度数据及曲线

(见附录5)。

4.2 各参数对经济电流密度j的影响

由经济电流密度j的算式(15)可见，经济电流密度j与A值开方成正比，A的增加表明电缆投资增加，j便应该增大，即要求采用较小截面

是经济的(为要求投资回收年不因此而增长)。j与F值开方成反比，F是Tmax和P的中间辅助量值，F增大相当于运行时间加长或电价增加，

j应该减小， j减小就是要使截面加大使损耗费用减小才经济。

不可能对每一种型号电缆都分别给出它们的经济电流密度，只能按不同类型电缆A的大小分组合成的平均A值来设置，虽存在一定误差，在Tmax不变的情况下平均A值开方的差值控制j之间的差值范围, 而平均A值与其组内各型电缆本身A值的误差范围从0.5~8%不等，影响j的误差小于3%是允许的。

考虑我国地区电价差别较大, 电价P对j的影响偏差宽度不等，低电价影响j的宽度比高电价大，可以控制j之间的差值10~15%来确定P值, 附录5列出的经济电流密度Tmax-j曲线是以电价整数P=0.2、0.3、0.4、0.5、0.7、1.0元/kWh范围，在两电价数值间的实际电价可在曲线间按

插入法就近取值，由于高电价中的误差所影响最终经济截面的选择很小，

可不于计较。必要时(例如电价超出所列范围很大)仍可按计算公式修改线损辅助量F值来补

充新电价条件下的j值。

5． 电力电缆截面经济最佳化计算方法举例

以上电力电缆截面经济最佳化的三种计算方法，简单易行，只要代入相关参数(大多已汇集在附录中)就可取得所需结果。举例如下：

5.1 题1: 计算VV-1型3×50 mm2电缆导体的经济电流高低限值范围。

假设条件:Tmax=5000h， 电度电价P=0.5元/kWh,L= 1km,电缆为明设。

已知：由附录1查得VV-1型电缆数据：3×35mm2，3×50mm2，3×70mm2初始投资CI每公里分别为55418元,74993元,101093元, 导体交流电阻R由附录6查得每公里分别为0.566Ω, 0.397Ω, 0.284Ω。 由附录8查得线损辅助量系数F=65.60元/W。

解：(1) 3×50mm2电缆导体的经济电流高低限值范围由上列参数代入公式(8)，(9)计算： Imax(低限值)=[(74993-55418)/(65.6×1×(0.566-0.397))]0.5=42.0A

Imax(高限值)=[(101093-74993)/(65.6×1×(0.397-0.284))]0.5=59.3A

50mm2截面的经济电流低限是35mm2截面经济电流的高限, 50mm2截

面的经济电流高限是70mm2截面经济电流的低限。

(2)同上，用(10)，(11)公式计算，由附录2、3查VV-1型电缆为I-A类别，其A=1.305元/m.mm2,计算结果与(1)相同。

Imax(低限值)=[1.305× (50×35) / (65.6×0.0199)]0.5= 41.8 A

Imax(高限值)=[1.305× (50×70) / (65.6×0.0199)]0.5=59.1 A

(3)查附录4的电力电缆经济电流范围数据表，可直接得到Imax范围为42~59A与(1)或

(2)相同数值。

5.2 题2: 计算一路VV-1型电缆负载电流Imax=100A的经济截面，电缆长度为1km(假设不计较电压损失)。假设条件:Tmax=5000h，电度电价=0.5元/kWh。

解: 由附录2、3查VV-1型电缆属I-A造价类别，其平均A值=1.305 (元/m.mm2)，附录8查F=65.6(元/W)。将相关数据代入公式(14)，电缆经济截面为：

Sec= [1002×65.6×0.0199 / 1.305]0.5 =100.0mm2

因为由计算公式得出的截面数不可能正好等于一个标准截面, 一般宜选用小于计算值的标准截面95 mm2。如需要精确计算，也可由公式(7)计算总费用大小来确定。此时还需查电缆的单位长度造价(附录1)和截面的交流电阻（附录6）。

CT95=133718+1002×0.209×65.6=270822元

CT120=166343+1002×0.166×65.6=275239元

比较总费用的计算结果，最经济的截面应是95 mm2。

5.3 题3: 题同5.2例,用经济电流密度选择电缆截面。

解: 由经济电流密度数据表或曲线(附录5)查：当Tmax=5000h, 电

缆为I-A类别，A=1.305元/m.mm2, 得j=1.0A/mm2, 对于 Imax=100A, 经济截面 S=100/1.0=100 mm2, 同样仍按5.2题选小的原则，选用95 mm2。

5.4 题4:如何修改经济电流密度。当要求电价P=0.85元/kWh, Tmax=6500h, 采用的电缆为YJV-10kV, 求经济电流密度。

解: (1)查附录9，设cosф=0.9，当Tmax=6500h,得τ=5100h，

(2)代入公式(6)：F=Np×Nc×(τ×P+D)×[Q / (1+ i %)]/1000，

(元/W),假设公式（6）的其他条件不变，即Np=3, Nc=1, D=252元/kW,现值系数[Q / (1+ i %)]=11.2,

(3)新的F=3×(5100×0.85+252)×11.2/1000 =154.1元/W,

(4)查附录2、3， YJV-10kV属电缆造价II-A类别，其平均A值=1.598 元/m.mm2,

(5)修改新的经济电流密度, 代入F与A于公式(15)，当Tmax=6500h,

j={ A / [F×0.0199]}0.5={1.598 / [154.1×0.0199]}0.5=0.722A/mm2

6. 总结经济截面最佳化的计算方法

综上所述，电力电缆经济电流范围、经济截面和经济电流密度的计算公式是很简捷的，从这些计算公式可见，只要输入以下必要的参数进行计算就可获得所需数据：

(1)不同型号电缆的平均A值(由附录3先查出电缆造价类别，由附录2即得平均A值)。例如VV-1-(3×S)型电缆的造价类别为I-A，其平均A值等于1.305元/m.mm2。

(2)电缆线损辅助量F，是计算过程的中间值，由不同的年运行最大负载利用小时Tmax(计算过程用负载损耗小时τ)和不同的电费价格P

计算确定。在计算经济电流范围和截面的公式都用着它，为计算操作方便，附录8列出了损耗费用辅助量F─Tmax─P关系的统计值。

(3)当单独计算线路损耗费用或总拥有费用时，需要输入实际使用的最大负载电流Imax和电缆导体交流电阻(附录6)以及电缆线损辅助量F值。

六.电力电缆经济截面最佳化数据查找的使用方法

应用IEC的计算方法所取得电力电缆截面经济最佳化的计算数据，为便于在实际工作中查找使用，大多已汇集在附录之中，其方法与步骤

都比较简单易行。不论求取各种型号电缆和不同运行条件的经济电流范围、负载电流的经济截面和经济电流密度，只要按步查找附录中的相关参数和自定条件(如已知电价或最大负载利用小时)即可取得。

1．已知电缆型号，负载电流Imax和运行小时Tmax,求经济截面。

(1)从附录3类别对照表查出给定电缆型号的造价类别。例如YJV-10型，造价类别为II-A。

(2)已知项目电缆所在电网的最大负载利用小时Tmax,和电价P。例

如Tmax=7000h, P=0.5元/kWh。从附录4中，找到对应电缆造价类别为II-A的经济电流范围表，找出给定电价P的经济电流范围小表，选定最大负载利用小时Tmax一列，确认负载电流在高低限电流范围的一行，其左端对应的截面就是所求的经济截面。例如在附录4-2电缆造价类别为II-A的经济电流范围表中， 找到P=0.5元/kWh的小表,查Tmax=7000h一列，找到经济电流范围中Imax=150A正包括在145-183A一行，左端对应的截面一列185mm2就是它的经济截面。

2． 已知电缆型号和截面，求经济电流范围。

(1)从附录3查出给定电缆型号的造价类别。例如VV-1-(3×70)型，造价类别为I-A。

(2)已知项目电缆所在电网的最大负载利用小时Tmax,和电价P。例如Tmax=7000h, P=0.4元/kWh。从附录4中，找到对应电缆造价类别为I-A的经济电流范围表，找出给定电价P的经济电流范围小表，选定最大

负载利用小时Tmax一列，从已知截面一行便可查到未知的电缆经济电流范围。例如从已知截面为70mm2的一行, 它与已知Tmax=7000h一列的交点处便是该截面的经济电流范围52-71A。

3． 已知电缆型号，求经济电流密度。

(1)从附录3查出给定电缆型号的造价类别。例如VV-1-(5×S)，查类别为IV-A。

(2)已知项目电缆所在电网的最大负载利用小时Tmax和电价P。例如Tmax=7000h, P=0.7元/kWh。

(3)从附录5查电缆造价类别的经济电流密度数据表和曲线。例如类别为IV-A，按数据表查Tmax=7000h一列与P=0.7元/kWh一行的交点便是经济电流密度j=0.89A/mm2。 若需要按曲线查, 在IV-A类别经济电流密度曲线图, P=0.7的曲线与纵坐标Tmax=7000h水平交点处取得对应的经济电流密度j为0.89A/mm2。

七.电缆经济截面与发热截面总费用比较及投资回收年计算

以上是按IEC总费用最小的方法来求取经济电流和经济截面。比较发热截面与经济截面的TOC总费用，以电缆寿命为30年和年运行小时为三班制来算，下面的例子可见发热截面的总费用明显大于经济截面。但是如果电缆负载电流不大，使用年限不长，年运行小时为一班工作制，两种截面方案的经济效益总费用就有比较的可能。以下比较两种截面的总费用情况。

1.给定负载电流下发热截面与经济截面的总费用比较

当已知给定负载电流下的发热截面与经济截面，比较其中三个班制年运行小时的TOC总费用。应用公式(1), 分别计算两种截面的初始投资和年运行费用现值，相加后可得出总费用。由于电缆使用年的不同，它

们年运行费用现值及总费用也不相同。IEC标准例中使用年的取值一般

都是取经济寿命年N=30年。当人们只需要按几年的使用期，所得结果是否也会比按允许载流量选择的截面经济，需要计算或绘制两者TOC-N曲线比较来说明问题。

从以上总费用和线损的公式可见，总费用是随线损辅助量F式的现值系数大小变化，又公式(4)(5)中， 当r值不变(与年负载增长率a、年电价增长率b以及贴现率i的系数不变)，因现值系数=[Q/(1+i/100)]式中Q=(1-rN)/(1-r)，故现值系数= [(1-rN)/(1-r)/(1+i/100)]。 于是，现值系数将随N=0~30年变化的数值范围为0~11.2，年数越大现值系数越大，总费用也跟着大，便可绘制出以下三个班制的TOC-N关系曲线。

举例：一条100米长VV-1kV型3芯电力电缆线路，负载电流Imax=80A，

比较三个班制工作的发热截面与经济截面TOC总费用, 电价P=0.5元/

kWh。 绘制三个班制电缆使用期（N=0~30年）TOC总费用年增长曲线。

解： （1）查电缆允许载流量表(附录7), 空气中敷设，发热截面按允许载 流量表选3×25 mm2。

（2）经济截面按三个班制的年Tmax小时数：假设为3000h, 5000h, 7000h。

(3) 确定三个班制的经济截面: 查VV-1三芯电缆为I-A类别，其平 均A=1.305元/m.mm2,由电缆的经济电流密度曲线, 分别得：

一班制Tmax=3000h, j=1.36A/ mm2, S=80/1.36=58.8mm2, 选3×50 mm2,

两班制Tmax=5000h, j=1.0A/ mm2, S=80/1.0=80mm2, 选3×70 mm2,

三班制Tmax=7000h, j=0.79A/ mm2, S=80/0.79=101mm2, 选3×95 mm2,

(4)每个班制的TOC总费用 = 电缆初始投资+{现值系数×年线路损耗费}

= 电缆初始投资+{[Q/(1+i/100)]×(I2max×R×F/11.2)}。

(5)确定年线损辅助量F值。F值与Tmax有关,查附录8，对应三个 班制Tmax和电价下的F值分别为：一班制F=35.35， 两班制F=65.60,

三班制F=105.93。

因附录8的年线路损耗费算式中的F值系N=30年的数值，当需要计算小于30年的线损时，需改变F式中的现值系数：如上式中的F需除以11.2以清除30年的现值系数再乘以N为变量年的现值系数。因现值系数

=[(1-rN)/(1-r)/(1+i/100)]，代入 i=10%, r=0.927,得到N与现值系数关系，便可绘出N=0~30逐年的TOC费用曲线，见图1、2、3，从中求出30年以下任意年的费用。

(6)从图1、2、3(三个班制)可见， N=0的TOC总费用为电缆安装年的投资费，两曲线交点是两截面总费用相等处，对应年份为经济截面多支付投资的回收年。

(7)经济截面大于发热截面投资的回收年限计算法：

a)简单算法，回收年,T=电缆初始投资差值 / 年线路损耗费差值

一班制，T=(7499.3-4236.8) / (802×0.1×(0.881-0.397) ×35.35/11.2=3.34年 两班制，T=(10109.3-4236.8) / (802×0.1×(0.881-0.284) ×65.6/11.2=2.62年 三班制，T=(13371.8-4236.8) / (802×0.1×(0.881-0.209) ×105.93/11.2=2.25年 b)计时间价值的回收年，n=log (1-T×(1-r)) / log r

一班制，n=log(1-3.34(1-0.927)) / log0.927=3.68年

两班制，n=log(1-2.62(1-0.927)) / log0.927=2.81年

三班制，n=log(1-2.25(1-0.927)) / log0.927=2.36年

三个班制发热允许截面与经济截面投资、TOC总费用及回收年对比汇总如下：

两种截面选择方案的结果：负载下的TOC费用与使用年N的关系曲线分别见图1、2、3。一班制的电缆采用经济截面，电缆截面虽大于发热截面2个标准级，但多出的投资要在稍长的3.7年才可回收。所以如果工厂使用寿命年为4年，年负荷运行小时又很不长，电缆就可不必按经济截面来选。二班和三班制的电缆采用经济截面，截面大于发热截面3和4个标准级，初始投资虽要大些，但年用电时间长，年损耗费用差值比较大，两年多很快可回收, 发热截面与经济截面TOC费用差值在其曲线交叉点后的随着使用年数增加愈来愈大，故采用经济截面比较合算。

八.经济截面的校验条件

校验条件的详细计算应参见有关电气设计手册。

1.短路电流热稳定计算电缆最小截面 Smin=IZ× (t)0.5 /C 式中 IZ 短路电流周期分量有效值，A t 短路切除时间， s

C 热稳定系数， 对于铜芯PVC绝缘电缆C=114，铜芯交联聚 乙稀绝缘电缆 C=137

2. 电缆线路电压损失公式：以线路电压损失百分数表示

ΔU%=1.732×I×L×(RcosΦ + XsinΦ) / 10×UL 式中 I 负荷计算电流， A L 线路长度， km UL 线路标称电压，kV

R、X 三相线路单位长度的电阻和感抗，Ω/km(R，X值见附录6) CosΦ 功率因数

配电线路正常和非正常的电压降，一般需根据线路所在系统的具体情况，由负载对电压的不同要求确定，配电线路一般要求是ΔU%不大于6-8%，对于电动机直接起动的电压损失限值取决于用户按技术条件要求,一般为5%，偶然起动15%。

3. 接地故障电流灵敏度校验

按照《低压配电设计规范》不同的接地型式要求做。如TN系统需计算线路负载端单相短路电流，以校验线路电源处安装的断路器切断该单相短路电流的灵敏度。

4. 按发热允许电流选择电缆截面时,考虑多根电缆成束敷设时载流量计入降低系数后的截面。降低系数值另查标准或手册。 5．校验举例 以工厂低压异步电动机配电为例，一台给水泵电动机功率37kW,额定电流71.4A, 起动电流469A，低压馈线断路器整定电流85A，速断动作电流850A。已知年最大负载利用小时Tmax=6000h。电源电缆由变电所低压屏直接配电，采用VV-1-(3+1)型电缆架空桥架明设，线路长度为150米，环境温度30℃，变电所低压屏母线短路电流有效值为26kA, 低压屏母线单相接地(相保)电流23kA。

5.1 按允许发热条件选择截面： Ie=71.4A 查载流量标准可选截面S=3×16+1×10mm2。

5.2 电动机直接起动电压损失校验：起动时功率因数按0.3考虑，查附录6交流电阻和感抗，计算电压降：ΔU%=1.732×469×0.15×(1.376×0.3+0.082×0.95)/10×0.38=15.7%。因电压降过大，试选用70 mm2,电压降可减小到ΔU%=1.732×469×0.15×(0.315×0.3+0.069×0.95)/(10×0.38)=5.13%。可满足要求。

5.3 按经济电流密度选截面，查电缆造价I-A类别，经济电流密度曲线Tmax=6000h, P=0.5元/kWh, j=0.88A/mm2, 经济截面选择应考虑电机长时间运行的负载率，例如负荷系数为0.85, 则经济截面S=71.4×0.85 / 0.88=69mm2，可选电缆3×70+1×35 mm2。

5.4当电力电缆与其它电缆多根并列在电缆桥架封闭式敷设, 例如电缆载流量可能达到0.5降低系数。本例已按其它条件（短路热稳定）选择较大截面，不受降低系数影响。

5.5 校验电缆短路热稳定最小截面：设短路切断时间t=0.2秒，S=26000×0.200.5/114=102 mm2， 95 mm2接近102 mm2，可采用95 mm2。

5.6 低压TN系统的接地故障保护灵敏度校验，断路器速断整定动作电流Iz=850A，距断路器150米处故障：

1)当电缆截面为3×16+1×10时单相接地故障电流Id=338A，断路器速断不动。

2)试改用电缆截面为3×70+1×35时单相接地故障电流Id=1190A，可满足断路器动作灵敏度1.25要求(1190/850=1.4)。

5.7 用TOC总费用来说明电缆截面选择的不同经济效益：(F值为84.09元/W) TOC70={101093+［(71.4×0.85)2×0.284×84.09］}×0.15=28358.3元 TOC95={133718+［(71.4×0.85)2×0.209×84.09］}×0.15=29767.6 元 可见70 mm2是最经济的，95 mm2满足短路热稳定，电缆截面最后还是按技术条件选择大的截面95 mm2。

附录2 电缆造价类别的平均A(造价费用斜率)表(A的单位：元/m.mm2)

附录3 电缆型号与电缆造价类别对照表

附录4-1 铜芯电力电缆经济电流范围(I-A类别)(1)

1.应用范围：电缆类别I-A，A=1.305元/m.mm2, 对应电缆型号见附录2、3的A对照汇总表。 2.电缆经济电流范围计算式见手册说明: Imax(低限值)=[ A（S1×S）/ F×0.0199]0.5 , Imax(高限值)=[ A(S2×S)/ F×0.0199]0.5

附录4-2 铜芯电力电缆经济电流范围(II-A类别)(1)

1.应用范围：电缆类别II-A，A=1.598元/m.mm2, 对应电缆型号见附录2、3的A对照汇总表。 2.电缆经济电流范围计算式见手册说明: Imax(低限值)=[ A（S1×S）/ F×0.0199]0.5 , Imax(高限值)=[ A（S2×S）/ F×0.0199]0.5

附录4-2 铜芯电力电缆经济电流范围(II-A类别)(2)

1.应用范围：电缆类别III-A，A=1.890元/m.mm2, 对应电缆型号见附录2、3的A对照汇总表。

2.电缆经济电流范围计算式见手册说明: Imax(低限值)=[ A（S1×S）/ F×0.0199]0.5 , Imax(高限值)=[ A（S2×S）/ F×0.0199]0.5

附录4-4 铜芯电力电缆经济电流范围(IV-A类别)(1)

1.应用范围：电缆类别IV-A，A=2.276元/m.mm2, 对应电缆型号见附录2、3的A对照汇总表。 2.电缆经济电流范围计算式见手册说明: Imax(低限值)=[A(S1×S)/ F×0.0199]0.5 , Imax(高限值)=[A(S2×S)/ F×0.0199]0.5

附录4-5 铜芯电力电缆经济电流范围(V-A类别)(1)

1.应用范围：电缆类别V-A，A=2.941元/m.mm2, 对应电缆型号见附录2、3的A对照汇总表。 2.电缆经济电流范围计算式见手册说明: Imax(低限值)=[A(S1×S)/ F×0.0199]0.5 , Imax(高限值)=[A(S2×S)/ F×0.0199]0.5

附录5 铜芯电力电缆经济电流密度计算数据及图表(不同电价)(1) 1.应用范围：电缆造价类别：I-A,II-A,III-A,IV-A,V-A。对应电缆型号见附录2的A汇总表。 2.电缆经济电流密度计算式见手册说明: j=I / Sec =[A/(F×0.0199)]0.5 (A/mm2) 3.各类别造价电缆不同电价( P )时的经济电流密度( j )。 电缆造价类别 I-A 经济电流密度j(A/mm2)

附录5 铜芯电力电缆经济电流密度计算数据及图表(不同电价)(2) 电缆造价类别 II-A , 经济电流密度

j(A/mm2)

电缆造价类别 III-A , 经济电流密度

j(A/mm2)

附录5 铜芯电力电缆经济电流密度计算数据及图表(不同电价)(4) 电缆造价类别 IV-A , 经济电流密度

j(A/mm2)

电缆造价类别 V-A , 经济电流密度

j(A/mm2)

附录6 电缆导体交流电阻及电感9(1)

说明： 1. 导体工作温度根据IEC经验：经济电流运行为40℃，发热允许载流量运行 对于PVC绝缘为70℃，XLPE绝缘为90℃。

2. B值系计及集肤效应和邻近效应的系数，摘自东北电力设计院资料。

3. 感抗数据摘自《工业与民用配电设计手册》第二版(中国航空工业规划设

计研究院等编)。

附录6 电缆导体交流电阻及电感

9(2)

附录 7 铜芯电力电缆允许载流量表 说明 1. 低压电缆允许载流量根据国家标准GB/T 16895.15-2002, 等效于IEC

60364-5-523:1999

1). 敷设方式代号：A2--热绝缘墙中导管内，B2--木质墙上导管内，C--木质墙上， D--埋地的管导内，E--自由空气中。

2).导体温度：PVC为70℃，XLPE为90℃。环境温度30℃(空气)，20℃(埋地)。 2. 中压XLPE绝缘电缆允许载流量根据上海电缆研究所资料。

附录8 损耗费用辅助量F─Tmax─P关系的统计值

附录9 最大负载利用小时Tmax与最大负载损耗小时τ和cosΦ的关系 注：数据摘自《供用电技术》（中国科技大学出版社1992年版） 年最大负荷损耗小时数τ与年最大负荷利用小时数Tmax的关系

附录10 不同行业的年最大负载利用小时Tmax，（h） 注：本表部分数据摘自《工厂供电及例题》（同济大学出版社1987年版）

九、参考资料

1．国际电工委员会标准：《电力电缆尺寸的经济最佳化》IEC 287-3-2 / 1995 2．《导体的经济电流密度》专题报告 西北电力设计院(1981年) 3．《导体的经济电流密度》专题报告 东北电力设计院(2001年)

4．电力电缆线芯经济截面的选择 国际铜业协会(中国) (2001年) 5．《供用电技术》许业清 中国科技大学出版社 (1992年) 6．《电力网线的理论计算与分析》杨秀台 水利电力出版社(1985年) 7．《工业与民用配电设计手册》第二版 水利电力出版社(1994年)