農田水利泵站的電纜選型設計

李春保 殷憲柱 曹 志

（宿遷市水務勘測設計研究有限公司 宿遷 223800）

1 基本資料

1.1 土壤、水文氣象

土壤資料：土壤主要成分為粉質粘土，土壤干容重1.5g/cm3，土壤較干燥，雨量不大，濕度為8%～12%。

1.2 水文氣象

眾程灌區屬暖溫帶季風氣候，四季分明，光照充足，年平均日照數2245h，無霜期在179～235d之間，年平均無霜期216d，年平均氣溫在14.2℃，極端最低氣溫-19.4℃，極端最高氣溫39.2℃，最熱月平均氣溫為35℃。灌區多年平均降雨量906.2mm，年內季節分配極不均勻，春季少雨，夏秋兩季雨量集中，7～9月份占全年降水量的60%～70%，秋季天高氣爽，日照充足，以干旱為主，冬季干燥少雨。灌區歷年平均蒸發量1622.1mm。

2 電機功率計算和變壓器的選擇

2.1 電機功率的選擇

根據三莊灌溉站的進出水池水位以及《泵站設計規范》（GB50265-2010）和《鋼鐵企業電力設計手冊》（下冊），電動機的功率P見下式：

式中：

KC—電動機的備用系數，見表1；

P2—水泵工作范圍內的最大軸功率；

ηM—機械傳動效率，直連取1.0；

Q—水泵工作范圍內的最大軸功率對應的流量，m3/s；

H—揚程，m；

ηPUM—效率，%；

γ—水的容重，kg/m3；

102 —換算系數，（1kW=102kg·m/s）

根據流量揚程計算得出選用YE2-280M-6-55kW電動機，滿足要求。

2.2 變壓器的選擇

由于新版泵站設計規范刪除了變壓器容量計算與校驗，但是很多設計人員仍繼續使用《泵站設計規范》（GB/T50265-97）附錄D進行主變壓器容量計算域校驗。

D.0.1主變壓器容量應按下式計算：

式中：S—變器容量，kVA；

P1—電動機額定功率，kW；

P2—照明等用電總負荷，kW；

η—電動機效率；

cosθ—電動機功率因數；

K2—照明同時系數；

K1—電動機負荷系數，按（D.0.2）式確定：

P1=55kW；P2=6kW；P3=48kW。

根據上式K3=1.0，K1=1.0，參考南京環球電機有限公司的樣本，電動機的設計參數如表3。

根據計算出來的視在功率，故選擇主變的型號為SC13-80kVA-10/0.4kV，Ud%=4.0，D.yn11，變比為10/0.4kV。

3 電流計算

3.1 電纜選擇的依據

根據《通用用電設備配電設計規范》（GB50055-2011）中2.4.5條規定，導線或電纜的選擇應符合下列規定：

（1）電動機主回路導線或者電纜的載流量不應小于電動機的額定電流。當電動機經常接近滿載工作時，導線或電纜載流量宜有適當的裕量；當電動機為短時工作或斷續工作時，其導線或電纜在短時負載下或斷續負載下的載流量不應小于電動機的短時工作電流或額定負載持續率下的額定電流。

（2）電動機主回路的導線或電纜應按機械強度和電壓損失進行校驗。對于向一級負荷配電的末端線路以及少數更換導線很困難的重要末端線路，尚應校驗導線或電纜在短路條件下的熱穩定。

（3）繞線式電動機轉子回路導線或電纜載流量應符合下列規定：①起動后電刷不短接時，其載流量不應小于轉子額定電流。當電動機為斷續工作時，應采用導線或電纜在斷續負載下的載流量。②起動后電刷短接，當機械的啟動靜阻轉矩不超過電動機額定轉矩的50%時，不宜小于轉子額定電流的35%；當機械的起動靜阻轉矩超過電動機額定轉矩的50%時，不宜小于轉子額定電流的50%。

3.2 電動機額定電流

根據《工業與民用供配電設計手冊》（第四版）第十二章式12.1-1得電動機額定電流：

式中：IrM—電動機的額定電流，A；

PrM—電動機的額定功率，kW；

UrM—電動機的額定電壓，kV；

ηr—電動機的滿載時效率；

cosθ—電動機的滿載時功率因素。

參考南京環球電機有限公司的樣本，電動機的設計參數如表4。

表1 電動機備用系數Kc表

表2 修正系數K3表

表3 電動機參數表

電動機額定電流：

3.3 修正電纜載流量

根據《電力工程電流設計規范》（GB50217-2018）附錄D進行修正：①按照表D.0.1進行不同環境溫度時的載流量校正；根據氣象資料得出，環境溫度最高為35°，校正系數為0.92。②按照表D.0.3不同土壤熱阻系數時電纜載流量的校正；根據地質資料，土壤較干燥，雨量不大，濕度為8%～12%，查表D.0.3的得出，該工程熱阻系數為1.5（k·m/w），校正系數為0.93，查電纜載流量表C.0.1-4，熱阻系數基準值為2.0（k·m/w），校正系數為0.87，故綜合校正系數為0.87/0.93。③按照表D.0.4土壤中直埋多根并行敷設時電纜載流量的校正；該工程為單根電纜直埋，校正系數為1.0；根據實際工作電流確定電纜載流量為

4 電纜相線選擇

根據《電力工程電流設計規范》（GB50217-2018）附錄C，表C.0.1-4，查得電纜直徑為35mm2。

5 電纜保護線的選擇

根據《低壓配電設計規范》（GB50054-2011）中3.2.14條規定，保護導體截面積的選擇，應符合下列規定：

（1）應能滿足電氣系統間接接觸防護自動切斷電源的條件，且能承受預期的故障電流或短路電流。

（2）保護導體的截面積應符合下式的要求，或按表5的規定確定：

表4 電動機參數表

表5 保護導體的最小截面積表（mm2）

式中：S—保護導體的截面積，mm2；

I—通過保護電器的預期故障電流或者短路電流，交流方均根值（A）；

t—保護電器自動切斷電流的動作電流（s）；

k—系數，按規范公式（A.0.1）計算或按表A.0.2～表A.0.6確定。

筆者認為規范提出公式和表格可任選其一，建議直接按照表格進行選擇，故保護導體選擇為16mm2。

6 電纜中性導體的選擇

根據《低壓配電設計規范》（GB50054-2011）中3.2.7和3.2.8條規定，建議相導體與中性導體選擇一樣大，故中性導體選擇為35mm2。

綜上所述，該泵站主回路電纜選用為YJV 4×35+1×16mm2，經現場布置，長度需要10m。

7 短路電流的校驗

該泵站電機功率55kW，變壓器采用80kVA容量較小，對電網沖擊較小，同時該泵站直接接入公共電網，電網的短路容量無窮大。

參照徐州恒通變壓器有限公司的樣本，查得短路損耗1.38kW，空載損耗為0.295kW，短路阻抗為4%。查《工業與民用供配電設計手冊》（第三版）中表4-25查得電纜YJV 4×35+2×16mm2，電阻為2.397mΩ/m，電抗為0.191 mΩ/m。

電纜參數：R1=2.397×10=23.97mΩ

X1=0.191×10=1.91Mω

三相短路電流：

根據《低壓配電設計規范》（GB50054-2011）中3.1.2條規定：

三相短路沖擊電流為：

電纜選擇的考慮短路電流的影響，短路電流有效值為2.437kA ，沖擊電流為6.20kA ，以便廠家進行熱穩定校驗。

8 結語

電纜的選擇是機電設備選擇中一個重要組成部分，有的設計人員只根據電動機的額定電流進行選擇，不考慮敷設條件，有的廠家只按照設計人員提供的電纜型號直接進行選擇，沒有考慮電纜的熱穩定，建議設計人員各個方面都要考慮，以便選擇安全可靠經濟的電力電纜