摘要：通过实际工程中对使用铜芯电缆及铝合金电缆单相短路电流、电缆电压损失、同等长度时的电缆采购费用进行比较，论证市政照明工程铝合金电缆替代铜芯电缆可行性。
关键词：铝合金；单相接地故障；电压损失
0 引言
中国是一个贫铜富铝的国家，铜做为战略资源每年都需大量进口，为了缓解国家对铜的巨大需求，随着铝合金材料的大力推广，相关标准做为工程实践的依据，产品已广泛应用于房地产、商业地产、工业地产等建筑项目。而在市政道路工程这块，依然是使用铜芯电缆居多，本文通过对铜芯电缆及铝合金电缆的对比分析，论证市政照明工程铝合金电缆替代铜芯电缆可行性。
为便于研究对比，现以某城市主干道照明项目为背景分析；工程采用变压器型号为200kVA，SCB11-10/0.4kV，Dyn-11(Uk=4.0%)，箱变内带2.5m长LMY-4(40×4)低压母线；10kV系统短路容量为Sd=200MVA,低压配电系统采用TN-S，其中一回路长800米，路灯间距为36m，灯具为280WLED高效路灯，补偿后功率因数为0.9，电缆采用VV-5×25
。
1 单相短路电流计算
当线路最末端发生单相接地故障时，相保回路经过高压系统、变压器、低压母线、低压电缆阻抗元件，单相接地故障电流计算式为：
其中，
—短路电路的相线-保护线回路电阻；
—短路电路的相线-保护线回路电抗；
表1 使用铜芯电缆及铝合金电缆单相短路电流值
根据GB 50054-2011 低压配电设计规范6.2.4的要求：当短路保护电器为断路器时，被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍；替换的铝合金电缆即使在载流量已经达标的情况下，仍需要根据工程的实际长度将电缆截面积扩大一级甚至两级才能达到铜芯电缆相同的效果。
2 电压损失计算
根据CJJ 45-2015 城市道路照明设计标准6.1.3的要求：正常运行情况下，照明灯具端电压应为额定电压的90％～105％。基于单相短路电流灵敏性的考虑，市政工程照明项目中低压电缆截面积相对选的很大，在合理的供电半径范围内电压损失都是满足要求的；下面通过比较计算铝合金电缆替代铜芯电缆产生的电压降影响；线路电压损失计算式为：
（沿线均布负荷）
其中：
—电压损失百分数；
—电流矩（A.km）
k—系数，三相平衡电，k=1; I—线路始端电流（A）
—单位电流矩的电压损失百分数；查表确定；
通过表2中对两种电缆相同工况的电压损失的计算比较不难看出， 在用铝合金电缆代替铜电缆时电压损失并不做为影响铝合金截面选择的主要原因，即使采用YJLHV-5×16
电缆，电压损失约为4%左右也并未超出CJJ 45-2015 城市道路照明设计标准对末端电压的要求。
3 经济性比较
背景工程路灯采用全半夜控制，道路两侧对称布置，由箱式变引出电缆向四周埋地敷设，铜芯电缆使用量为12500m。前文已认证通过铝合金电缆的替代能满足保护灵敏性和电压损失的要求；本章分析通过使用铝合金电缆代替铜芯电缆产生的经济效益。
表2 相同负荷电流下使用铜芯电缆及铝合金电缆的电压损失
注1：电压损失百分数选取条件为功率因数0.9，温度90°C
表3 相同长度下使用铜芯电缆及铝合金电缆的经济对比
通过表3中的对比结果，在达到相同效果的情况下采用如选用VV-5×25
铜芯电缆采购费用为106.4w，而选用YJLHV-5×35
铝合金电缆采购费用为47.78w，节省将近55%采购成本，选用YJLHV-5×50
铝合金电缆采购费用为57.27w，节省将近46%采购成本；且在同样载流量条件下铝合金电缆的重量是铜芯电缆的一半，运输及工程敷设的综合人工成本也大幅降低，若大力在市政工程建设项目中推广，经济效果显著。
4 铝合金电缆性能
抗蠕变性：铝合金的特殊合金配方和热处理工艺，大大减少了金属在受热和压力下的“蠕变”倾向，用其所做的电气连接与用铜导体做的具有同样的稳定性。铝合金导体的合金成分大大改进了其连接性能，尤其是当导体退火时添加的铁合金产生了高强度抗蠕变性能，在电流过载时，铁发挥作用，而不会使铝合金导体发生蠕变，从而能够保障电缆端子连接处的稳定可靠。
防腐性：铝合金具有较强的防腐性，能够提高电缆的寿命。铝特有的防腐性能来自铝表面与空气接触自然形成的氧化层，这种氧化层能耐受多种腐蚀。铝合金材料经过特殊合金材料处理后，保持了铝材抗腐蚀的特点，而且合金成分能够起到净化、提高纯度、填补表层缺陷、细化晶粒、减少偏析的作用，消除显微不均而导致的局部腐蚀，同时也带来铝的电极电位负移，具有了阳极效应和优异的导电性能，从而大大提高了导体的耐蚀性能。
5 结语
通过将铜芯电缆和铝合金电缆从单相短路电流、电压损失及经济效益三方面进行对比，在市政照明工程使用铝合金电缆代替铜芯电缆是完全可行的，是满足规范要求的。随着铝合金电缆的制造工艺水平逐渐精湛，质量要求愈加严格，推广铝合金电缆在工程中的使用是节约建设成本，符合国家战略要求的。
参考文献
[1]李铁楠. 城市道路照明工程设计．北京：中国建筑工业出版社，2018
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部．CJJ 45—2015 城市道路照明设计标准．北京：中国建筑工业出版社，2016
[3]中国航空工业规划设计研究院. 工业与民用配电设计手册.4版.北京：中国电力出版社，2016.
论文作者:秦韧
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/18
标签：电缆论文; 铝合金论文; 电压论文; 电流论文; 损失论文; 单相论文; 工程论文; 《电力设备》2019年第9期论文;