电缆经济截面的选择需综合考虑初始投资成本、长期运行成本以及技术可行性，其核心目标是在满足系统安全性和可靠性的前提下，通过优化导体截面积，实现全生命周期成本（LCC）最低。以下是具体选择依据及方法：

一、经济截面选择的核心原则

1. 全生命周期成本（LCC）最小化

• 涵盖电缆购置费、安装费、运行损耗费、维护费及故障损失费。

• 经济截面并非单纯追求初始投资最低，而是平衡长期运行成本与一次性投入。

2. 技术可行性约束

• 需满足电压降、短路热稳定、机械强度等规范要求，避免因截面过小导致系统不稳定。

二、经济截面选择的主要依据

1. 初始投资成本

• 电缆本体费用：导体截面积越大，材料成本越高（铜/铝用量增加）。

• 安装费用：大截面电缆可能需更大桥架、穿管或人工成本，但小截面电缆可能因数量多导致接头增加，间接提升成本。

• 辅助设备费用：如终端头、中间接头、保护装置等，与电缆截面积相关。

2. 运行损耗成本

• 导体电阻损耗：

• 损耗功率 $P_{\text{loss}}=I^{2}R$，其中 $R=\frac{\rho L}{A}$（$\rho$为电阻率，$L$为长度，$A$为截面积）。

• 截面积增大时，电阻 $R$ 减小，损耗降低，但初始投资增加。

• 经济电流密度（$J_{\text{ec}}$）：

• 定义为使年费用最低的电流密度，计算公式为：

$$J_{\text{ec}}=\sqrt{\frac{2\beta (C+D)}{3\rho \tau }}$$

1其中：  
2- $ eta $：电价（元/kWh）；  
3- $ C $：电缆单位长度投资（元/m）；  
4- $ D $：电缆单位长度年维护费（元/m·年）；  
5- $ 
ho $：导体电阻率（Ω·mm²/m）；  
6- $ 	au $：年最大负荷损耗小时数（h）。

• 实际选型时，导体截面积 $A=\frac{I}{J_{\text{ec}}}$，其中 $I$ 为负载电流。

3. 电压降限制

• 允许电压降：根据系统要求（如照明回路≤5%，动力回路≤8%）计算最小截面积。

• 电压降公式：

$$\Delta U\%=\frac{2IL(R\cos \varphi +X\sin \varphi )}{U_n\times 1000}\times 100\%$$

1其中 $ R $、$ X $ 为单位长度电阻和电抗，$ U_n $ 为额定电压。

• 若按经济截面选择的截面积导致电压降超标，需增大截面积以满足技术要求。

4. 短路热稳定要求

• 最小截面积：根据短路电流和热稳定系数 $C$ 计算：

$$A_{\min }=\frac{I_{\text{k}}\sqrt{t}}{C}$$

其中 $I_{\text{k}}$ 为短路电流有效值，$t$ 为短路持续时间。

• 若经济截面小于 $A_{\min }$，需按热稳定要求选择截面积。

5. 机械强度与敷设条件

• 最小截面积：直埋电缆需承受机械外力，通常铜芯电缆最小截面积为 16mm²，铝芯为 25mm²。

• 敷设方式：穿管、桥架等可能限制电缆弯曲半径，间接影响截面积选择。

三、经济截面选择方法

1. 年费用法

• 目标：使电缆年费用（初始投资分摊+年运行损耗费）最低。

• 步骤：

1. 计算不同截面积下的初始投资 $C$ 和年损耗费 $P_{\text{loss}}\times \beta \times \tau$。

2. 考虑资金时间价值，将初始投资折算为年值（$C\times \frac{i(1+i{)}^n}{(1+i{)}^n-1}$，$i$ 为折现率，$n$ 为寿命期）。

3. 绘制年费用-截面积曲线，取最小值对应的截面积。

2. 经济电流密度法

• 步骤：

1. 根据系统参数（电价、负荷小时数、投资成本）查表或计算经济电流密度 $J_{\text{ec}}$。

2. 计算导体截面积 $A=\frac{I}{J_{\text{ec}}}$。

3. 校验电压降、热稳定等条件，必要时调整截面积。

3. 示例计算

• 条件：负载电流 $I=200A$，电价 $\beta =0.8$ 元/kWh，年最大负荷损耗小时数 $\tau =3000h$，铜电阻率 $\rho =0.0175\Omega \cdot m{m}^2/m$，电缆投资 $C=500$ 元/m（按截面积线性分摊）。

• 计算经济电流密度：
  假设 $D=20$ 元/m·年，代入公式得 $J_{\text{ec}}\approx 1.5$ A/mm²。

• 经济截面积：
  $A=\frac{200}{1.5}\approx 133$ mm²，实际可选标准截面积 150mm²。

• 校验电压降：
  若 150mm² 电缆电压降为 3%，满足要求；若选 120mm² 电压降为 4.5%，仍可行但损耗略高。

• 校验热稳定：
  假设短路电流 $I_{\text{k}}=10kA$，持续时间 $t=0.2s$，热稳定系数 $C=143$，则 $A_{\min }=\frac{10000\times \sqrt{0.2}}{143}\approx 9.9$ mm²，远小于 150mm²，满足要求。

四、选型注意事项

1. 动态负荷调整：若负载未来可能增长，需预留截面积裕量。

2. 环境温度修正：高温环境下导体电阻增大，需按修正系数调整载流量。

3. 并联电缆经济性：大电流场景下，并联小截面电缆可能比单根大截面电缆更经济（需校验环流影响）。

4. 标准截面积优先：实际选型时优先选择标准截面积（如 16、25、35、50、70、9、120、150、185mm² 等），避免非标定制增加成本。

五、规范与标准依据

• 《电力工程电缆设计规范》（GB 50217）：规定电缆截面积选择需满足热稳定、电压降等要求。

• 《工业与民用供配电设计手册》：提供经济电流密度表及计算方法。

• IEC 60287：国际标准中关于电缆载流量和损耗的计算方法。

通过系统应用上述原则和方法，可实现电缆截面积的优化选择，在保障系统安全可靠的同时，降低全生命周期成本。