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摘要：低压电动机的电缆截面选择是低压配电设计的关键，合理的选择电缆既能充分利用电缆的载流能力，又能减少电缆投资。电缆截面选择可归纳为“一选择，四校验”，即按温升选择导体截面，按过载保护配合校验截面，按压降校验截面，按热稳定校验截面，按短路保护灵敏度校验截面。而在石化领域，供电线路较长，按压降校验电缆截面是选择电缆的关键步骤。本文针对按压降校验截面的方法进行分析讨论，并给出计算实例。
关键词： 电动机起动 线路压降 机端压降
1.引言
电动机是石化装置中最主要的驱动设备，主要用于驱动泵类、压缩机、风机等传动机械。低压电动机回路的电缆截面校验是低压配电设计的关键环节，关系到整个配电网络能否安全稳定运行。电缆截面校验中的一个重要步骤是对电动机回路的压降进行校验。
按压降校验电动机回路电缆截面需主要考慮以下两个方面：
1）电动机正常运行时，端子电压满足要求;
2）电动机起动时，配电母线电压和电动机端子电压满足要求。
2.电动机正常运行时的电压校验
异步电动机端子电压如偏离电动机允许的电压偏差范围，将导致电动机的性能变劣，寿命降低。根据《GB 50052-2009供配电系统设计规范》5.0.4条规定，正常运行情况下，用电设备端子处电压偏差允许值，电动机回路为±5%额定电压。
对于石化装置低压配电系统而言，正常运行时母线电压可近似取标称电压，因而正常运行时，电动机的端子电压只需考虑线路上的电压损失即可。
电动机回路为三相平衡负荷，线路电压损失计算公式为：
为负荷功率因数。
该计算较为简单，负荷计算电流、功率因数可取电动机的额定电流和额定功率因数。
3.电动机起动时的电压校验
鼠笼型电动机的起动方式主要有全压起动、降压起动和变频起动。石化装置内多为不经常起动的电动机，根据《工业与民用供配电设计手册》第四版表6.5-7，对于容量为SrT的变压器，当电动机功率不大于0.3SrT时，电动机即可全压起动。该方法适用于按电源容量估算允许的全压起动的电动机最大功率。石化装置内低压电动机一般不会超过185kW，而石化装置规模大，10（6）/0.4kV变压器容量较大，基本都会满足低压电动机的全压起动要求，故本文仅针对全压起动进行分析。
全压起动又称直接起动，是利用接触器把电动机直接接到具有额定电压的电源上，使电动机起动。全压起动是最简单、最经济、最可靠的起动方式，应优先选用。全压起动的缺点是起动电流大，一般为电动机额定电流的4～7倍，一级能效电机甚至能够达到9～10倍，该电流会使配电母线和电动机机端电压产生较大的降低，故电动机起动时，应考虑以下几个问题：
1）在配电系统中引起的电压波动不应妨碍其他用电设备的工作;
2）端子电压应能保证机械要求的起动转矩;
3.1 电动机起动时母线压降校验
3.1.1 母线压降的允许值
电动机起动时，为不影响其他用电设备的正常工作，按照《GB50055-2011 通用用电设备配电设计规范》2.2.2条规定，交流电动机起动时，配电母线上的电压应符合下列规定：
1）配电母线上接有照明或其他对电压波动较敏感的负荷，电动机频繁起动时，不宜低于额定电压的90%;电动机不频繁起动时，不宜低于额定电压的85%。
2）配电母线上未接照明或其他对电压波动较敏感的负荷，不应低于额定电压的80%。
3）配电母线上未接其他用电设备时，可按保证电动机起动转矩的条件确定;对于低压电动机，尚应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。
接触器的释放电压一般不高于额定电压的75%;频繁起动是指每小时起动数十次到数百次，石化装置低压电动机几乎均为不频繁起动，故母线电压允许值可取定为85%。
3.1.2 母线压降值的计算
对于无限大电源容量的系统，母线压降的计算电路和计算公式如下：
因石化装置负荷多为一级负荷，石化低压配电系统一般采用单母线分段方式，每台变压器均具有100%供电容量，实际运行中，变压器的负荷率基本在40%以下。因而一般低压电动机起动时母线压降较小，基本都可以满足85%的规范要求。
3.2 电动机起动时端子电压校验
3.2.1 电动机端子电压的允许值
由电机学知识可知，电动机的起动转矩与端子电压的平方成正比，即Mst∝Ust2，而根据API 546-2008相关条文，电动机起动过程中，其转矩应至少超过负载转矩10%，同样在《工业与民用供配电设计手册》第四版中也规定，电动机起动时端子电压应能保证传动机械要求的起动转矩，即
式中，为电动机起动时端子电压相对值;
为电动机起动转矩相对值;
为电动机传动机械的静阻转矩相对值，见表1;
石化装置中低压电动机多为驱动泵和风机等，故所需起动转矩的相对值可取0.4。石化企业中的低压电动机主要为鼠笼型电动机，不同厂家不同功率的电动机的起动转矩相对值有较大差异，但基本均在1.2以上，带入公式（5），可得：ustm≥60.5%。
也就是说，在仅考虑机端电压降这一因素时，对于这类负载，起动时电动机端子电压只要不低于60.5%，电动机即可正常起动。当然，石化装置中还有其他类型的负载，如搅拌器等，这类负载的起动静阻转矩可由相关厂家获得，带入公式验算即可。工程计算中，考虑一定的裕量，电动机起动时的机端电压允许值可取为65%。
3.2.2 机端电压值的计算
低压电动机起动时，电动机机端压降等于母线压降加上线路压降，母线压降可用公式4计算。因电动机为三相平衡负荷，其线路电压损失计算公式为：
该公式和公式1类似，只是负载电流和功率因数均取值为电动机起动时的数值。电动机的起动电流倍数可在电动机铭牌上获得，但制造厂资料里一般不会给出起动功率因数这一参数，对此，参考《钢铁企业电力设计手册》，异步电动机的起动功率因数可按下式计算：
为起动转矩倍数;分别为同步转速和额定转速; 为起动电流倍数。
4. 计算实例
某石油化工装置380V配电系统6/0.4kV变压器容量为2MVA，短路阻抗6%，6kV侧最小运行方式下短路容量为170MVA，预接负载0.6MVA，功率因数0.9，需要核算的电动机功率160kW，起动倍数7.5，额定功率因数0.85，供电线路为2根3x185铜芯电缆，长度300米，
计算结果如下：
需注意，除校验压降外，还需要计算载流量并需和过载保护配合，校验热稳定和短路保护灵敏度，方可确定最终电缆截面。
参考文献
[1] 工业与民用供配电设计手册[M]. 第4版. 北京： 中国电力出版社，2016
[2] GB 50052-2009 供配电系统设计规范[S]
[3] GB 50055-2011 通用用电设备配电设计规范[S]
作者简介：孙震，（1988.11），男，汉族，河北省沧州人，本科，工程师，研究方向：电气设计
关键词： 电动机起动 线路压降 机端压降
1.引言
电动机是石化装置中最主要的驱动设备，主要用于驱动泵类、压缩机、风机等传动机械。低压电动机回路的电缆截面校验是低压配电设计的关键环节，关系到整个配电网络能否安全稳定运行。电缆截面校验中的一个重要步骤是对电动机回路的压降进行校验。
按压降校验电动机回路电缆截面需主要考慮以下两个方面：
1）电动机正常运行时，端子电压满足要求;
2）电动机起动时，配电母线电压和电动机端子电压满足要求。
2.电动机正常运行时的电压校验
异步电动机端子电压如偏离电动机允许的电压偏差范围，将导致电动机的性能变劣，寿命降低。根据《GB 50052-2009供配电系统设计规范》5.0.4条规定，正常运行情况下，用电设备端子处电压偏差允许值，电动机回路为±5%额定电压。
对于石化装置低压配电系统而言，正常运行时母线电压可近似取标称电压，因而正常运行时，电动机的端子电压只需考虑线路上的电压损失即可。
电动机回路为三相平衡负荷，线路电压损失计算公式为：
为负荷功率因数。
该计算较为简单，负荷计算电流、功率因数可取电动机的额定电流和额定功率因数。
3.电动机起动时的电压校验
鼠笼型电动机的起动方式主要有全压起动、降压起动和变频起动。石化装置内多为不经常起动的电动机，根据《工业与民用供配电设计手册》第四版表6.5-7，对于容量为SrT的变压器，当电动机功率不大于0.3SrT时，电动机即可全压起动。该方法适用于按电源容量估算允许的全压起动的电动机最大功率。石化装置内低压电动机一般不会超过185kW，而石化装置规模大，10（6）/0.4kV变压器容量较大，基本都会满足低压电动机的全压起动要求，故本文仅针对全压起动进行分析。
全压起动又称直接起动，是利用接触器把电动机直接接到具有额定电压的电源上，使电动机起动。全压起动是最简单、最经济、最可靠的起动方式，应优先选用。全压起动的缺点是起动电流大，一般为电动机额定电流的4～7倍，一级能效电机甚至能够达到9～10倍，该电流会使配电母线和电动机机端电压产生较大的降低，故电动机起动时，应考虑以下几个问题：
1）在配电系统中引起的电压波动不应妨碍其他用电设备的工作;
2）端子电压应能保证机械要求的起动转矩;
3.1 电动机起动时母线压降校验
3.1.1 母线压降的允许值
电动机起动时，为不影响其他用电设备的正常工作，按照《GB50055-2011 通用用电设备配电设计规范》2.2.2条规定，交流电动机起动时，配电母线上的电压应符合下列规定：
1）配电母线上接有照明或其他对电压波动较敏感的负荷，电动机频繁起动时，不宜低于额定电压的90%;电动机不频繁起动时，不宜低于额定电压的85%。
2）配电母线上未接照明或其他对电压波动较敏感的负荷，不应低于额定电压的80%。
3）配电母线上未接其他用电设备时，可按保证电动机起动转矩的条件确定;对于低压电动机，尚应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。
接触器的释放电压一般不高于额定电压的75%;频繁起动是指每小时起动数十次到数百次，石化装置低压电动机几乎均为不频繁起动，故母线电压允许值可取定为85%。
3.1.2 母线压降值的计算
对于无限大电源容量的系统，母线压降的计算电路和计算公式如下：
因石化装置负荷多为一级负荷，石化低压配电系统一般采用单母线分段方式，每台变压器均具有100%供电容量，实际运行中，变压器的负荷率基本在40%以下。因而一般低压电动机起动时母线压降较小，基本都可以满足85%的规范要求。
3.2 电动机起动时端子电压校验
3.2.1 电动机端子电压的允许值
由电机学知识可知，电动机的起动转矩与端子电压的平方成正比，即Mst∝Ust2，而根据API 546-2008相关条文，电动机起动过程中，其转矩应至少超过负载转矩10%，同样在《工业与民用供配电设计手册》第四版中也规定，电动机起动时端子电压应能保证传动机械要求的起动转矩，即
式中，为电动机起动时端子电压相对值;
为电动机起动转矩相对值;
为电动机传动机械的静阻转矩相对值，见表1;
石化装置中低压电动机多为驱动泵和风机等，故所需起动转矩的相对值可取0.4。石化企业中的低压电动机主要为鼠笼型电动机，不同厂家不同功率的电动机的起动转矩相对值有较大差异，但基本均在1.2以上，带入公式（5），可得：ustm≥60.5%。
也就是说，在仅考虑机端电压降这一因素时，对于这类负载，起动时电动机端子电压只要不低于60.5%，电动机即可正常起动。当然，石化装置中还有其他类型的负载，如搅拌器等，这类负载的起动静阻转矩可由相关厂家获得，带入公式验算即可。工程计算中，考虑一定的裕量，电动机起动时的机端电压允许值可取为65%。
3.2.2 机端电压值的计算
低压电动机起动时，电动机机端压降等于母线压降加上线路压降，母线压降可用公式4计算。因电动机为三相平衡负荷，其线路电压损失计算公式为：
该公式和公式1类似，只是负载电流和功率因数均取值为电动机起动时的数值。电动机的起动电流倍数可在电动机铭牌上获得，但制造厂资料里一般不会给出起动功率因数这一参数，对此，参考《钢铁企业电力设计手册》，异步电动机的起动功率因数可按下式计算：
为起动转矩倍数;分别为同步转速和额定转速; 为起动电流倍数。
4. 计算实例
某石油化工装置380V配电系统6/0.4kV变压器容量为2MVA，短路阻抗6%，6kV侧最小运行方式下短路容量为170MVA，预接负载0.6MVA，功率因数0.9，需要核算的电动机功率160kW，起动倍数7.5，额定功率因数0.85，供电线路为2根3x185铜芯电缆，长度300米，
计算结果如下：
需注意，除校验压降外，还需要计算载流量并需和过载保护配合，校验热稳定和短路保护灵敏度，方可确定最终电缆截面。
参考文献
[1] 工业与民用供配电设计手册[M]. 第4版. 北京： 中国电力出版社，2016
[2] GB 50052-2009 供配电系统设计规范[S]
[3] GB 50055-2011 通用用电设备配电设计规范[S]
作者简介：孙震，（1988.11），男，汉族，河北省沧州人，本科，工程师，研究方向：电气设计