电缆选型软件应用分析论文

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摘要：本文通过对ICACable2001电缆选型软件的背景、特征和关键技术等问题的分析和研究，提倡在工程设计中广泛应用。

关键词：电缆选型经济电流密度经济截面选型软件

ICA是国际铜业协会的英文缩写，全称InternationalCopperAssociation.Ltd。众所周知，多年来，国际铜业协会（中国）为推动铜导线的应用和促进建筑电气技术的发展作了大量的工作。笔者认为，ICACable2001电缆选型软件是国际同业协会（中国）为我国建筑电气行业所作的又一重大贡献。下面，笔者就这一软件应用的问题谈一些粗浅的感受，衷心希望国际同业协会（中国）和广大建筑电气设计人员提出宝贵意见，以便更好的推广这一软件的应用，减少设计中的计算工作量，并为设计提供可靠的、科学的依据。

1.设计中的现状和软件推出的背景

从安全运行角度出发，在设计中一般是按温升（允许载流量）选择导线截面，遵从《低压配电设计规范GB50054-95》第4.3.4条，以保证线芯的实际工作温度不超过长期允许的最高工作温度，维持线缆的正常使用年限。有的人坚持够用就行的的观点，只考虑初始投资（含购置费用和安装费用），忽略长期的经济效益——即运行期内的电能损耗费用；有的人考虑了电力负荷远期增长的需求（这本是好事），从末端逐级将线缆放大，结果低压配电干线截面很大，大大增加了初始投资；并且设计文件也不能提供有说服力的依据，所以建设方对此意见很大。

从经济的观点分析，若想减少电能损耗，导线截面越大越有利；若想减少初始投资，节约有色金属，导线截面肯定越小越好。不难看出，这是存在矛盾的两个方面。那么，二者之间是否存在一个平衡点呢？答案是肯定的，那就是经济截面。因此，除了从安全运行角度考虑，按照允许载流量选择线芯截面外，还应该坚持电能损耗和初始投资之和最少的原则，按照经济电流密度选择导线截面（或者校验截面）。这样确定的经济截面才是设计人员和建设方都满意的结果。这就是ICA电缆选型软件推出的背景。

值得提出的是，2004年年初以来，有色金属的价格大幅上扬。在此背景下，经济电流密度设计方法有着更加现实的意义。

2.软件的一些主要特点

软件提供了直观的操作方法和输出结果，并且提供了丰富的文档资料供用户查询。

进入电缆选型系统，软件提供了五大板块内容供用户选择：公式计算、分析比较、文件、数据查询维护、文档手册。

“公式计算”含三个菜单，分别进行不同的计算：经济导体截面、经济电流范围、载流量截面。在已知负荷的情况下，可按经济电流密度方法确定经济导体截面，也可以按载流量确定导体截面。而在导体截面选定的情况下，则可以确定经济的电流范围。在软件安装完成后，系统自动建立ICACable2001文件夹，计算结果将以ICAFiles（*.ica）的特定文件类型存入此文件夹，以便用户查询和打印输出。

“分析比较”含两个菜单：经济截面校验、经济因素分析。进入“经济截面校验”，软件可以以载流量、热稳定、电压降等条件对计算出的经济截面进行校验，并能算出各截面电缆的投资及回报。“经济因素分析”则以图形曲线的的形势直观的显示出不同的经济因素条件对经济导体截面或者经济电流密度的影响，如经济寿命期限的影响、最大年负荷利用小时数的影响、初始投资的影响等。

“文件”含两个菜单：打开文件、退出。“打开文件”就是查看软件计算的存储结果，软件自动引导用户到ICACable2001文件夹，查找以“.ica”为扩展名的文件。“退出”则指退出电缆选型软件。

“数据查询维护”功能包含数据输入向导、电缆型号、电缆参数、电缆载流量、电缆成本、电价维护等。在设计中，用户可以方便的对这些数据查询，并且可以根据实际情况的变化对数据更改。

“文档手册”包含使用手册和参考文档。“使用手册”提供了本软件的帮助文件。“参考文档”包含三个内容：电力电缆线芯经济截面的选择、中华人民共和国国家标准、电力电缆尺寸的经济最佳化。分别对经济方法选择截面的原理和历史渊源、国家标准有关电线电缆的载流量标准和IEC的相关标准作了较为全面的阐述和引用。

3.软件应用的可信度

在学习此软件的过程中，笔者留意了国家相关规范和电气设计手册，验证软件在一些技术细节上的可信度。

《低压配电设计规范GB50054-95》第2.2.2条规定如下：“选择导体截面，应符合下列要求：一、线路电压损失应满足用电设备正常工作及起动时端电压的要求；二、按敷设方式及环境条件确定的导体载流量，不应小于计算电流；三、导体应该满足动稳定与热稳定的要求；四、导体最小截面应满足机械强度的要求，固定敷设的导线最小芯线截面应符合表2.2.2的规定。”这条规定列入了建设部2002年版的《工程建设标准强制性条文—房屋建筑部分》。其中第四款是不需要计算的，并且在设计中也没人违反，不需讨论。

ICACable2001软件针对规范前三款均提供了完善的计算功能：载流量截面计算、经济导体截面计算，经济截面校验中提供了热稳定校验和电压降分析。这样，电气设计人员能为施工图审查提供翔实的依据。

应该注意到，规范要求考虑敷设方式和环境条件对计算结果的影响。另外，建设部2003年了《建筑工程施工图设计文件审查要点》。其中，建筑电气专业审查要点的“供配电”部分也要求在选择电气导体截面时考虑敷设环境、环境温度及敷设方式的修正系数。大家无需担忧，ICACable2001软件对这些因素都作了考虑，设计人员只需要逐项选择即可，软件计算时自动加入修正系数。可以想象，靠手工完成这些工作有多么困难！

软件提供的线路电压损失校验依据的计算公式是终端负荷用电流矩（A﹒km）表示的，同《工业与民用配电设计手册》（第二版）表9-65完全吻合，具有可信度。参数的录入相当简单，只需给出标称电压、负荷计算电流、线路长度和功率因数，而三相线路单位长度的电阻和感抗这两个参数软件会根据用户选定的电缆规格自动从数据库读入。不过，用户在录入参数时要注意物理量的计量单位，一定要符合软件的要求。

关于线路电压损失计算问题，笔者想再罗嗦几句。我们知道，进行线路电压损失计算时，终端负荷可以用电流矩（A﹒km）表示,也可以负荷矩（kW﹒km）表示。很多设计人员参考《92DQ1图形符号与技术资料》进行电压损失校验，终端负荷采用负荷矩表示，而在《工业与民用配电设计手册》中找不到类似的表格，笔者倒是在陈元丽所著《现代建筑电气设计实用指南》（第一版）表5-65发现了，只是《92DQ1》的数据稍微偏大一点，差别不大。但是，使用《92DQ1》无法对电缆和铜芯氯丁橡皮绝缘架空电线进行电压损失校验。

因此，笔者认为：终端负荷电压损失校验用电流矩表示较好，可以从《工业与民用配电设计手册》（第二版）获得各种参数。大家可以运用Excel编制电压损失校验的计算表格，只需录入三相线路每1A﹒km的电压损失百分数Ua%（%/A﹒km）（此参数可查手册获得）和负荷计算电流Ij（A）、线路长度L(km)，计算表格会根据简化公式U%=Ua%*Ij*L自动计算，不再需要录入线路单位长度的电阻和感抗，可以应对各种情况下电压损失校验的计算。但是要明白，这和ICACable2001引用的公式殊途同归。

ICACable2001也提供了电缆的热稳定校验功能。我们知道，配电线路发生短路时，短路电流对导体和连接件产生热效应和电动力效应。而导线热稳定校验的目的就是保证设备开断故障电流前不致因过热而损坏线路绝缘。软件引用的是《工业与民用配电设计手册》（第二版）的高压系统短路稳定校验公式（5-21），而低压系统绝缘导体的热稳定校验公式（11-1）和公式（5-21）略有不同，但很相似。那么，软件引用的计算公式是否也可用于低压系统呢？

我们知道，低压系统和高压系统发生短路的情形是不一样的，短路电流计算条件差别也很大。例如，当低压系统电路电阻较大，电路电流非周期分量衰减较快，一般不考虑非周期分量；只有在离配电变压器低压侧很近处才需要计算非周期分量；《低压配电设计规范GB50054-95》第4.2.2条亦规定“（低压系统）短路持续时间小于0.1S时，应计入短路电流非周期分量的影响”。而高压系统短路时，一般要考虑非周期分量，只有远离发电机端的网络发生短路时，短路电流周期分量在整个短路过程不发生衰减。因此，高压系统热稳定校验公式具有普遍意义，对低压系统同样适用，公式（11-1）可以看成是公式（5-21）的特例。只不过，两个公式的电流和时间参数在概念上有差别。在录入计算参数时，设计人员要注意参数的概念和计量单位，凡是低压系统没有的参数均输入0。

限于笔者水平有限，仅对个别技术问题作了粗浅的探索。通过这些讨论，笔者认为ICACable2001电缆选型软件具有可靠的技术支持，具备应用的可信度，可以广泛推广应用。

参考文献

1中国航空工业规划设计研究院等·工业与民用配电设计手册（第二版）·北京：中国电力出版社，2003:99~119，174，424~445，496

2陈元丽·现代建筑电气设计实用指南（第一版）·北京：中国水利水电出版社，2000:206~213