喬梅梅 金 蕊

1 概述

在隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，正確選擇電纜截面，不僅能夠保證供電系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理地運(yùn)行，而且對(duì)于節(jié)約有色金屬消耗量也很重要。

一般導(dǎo)線和電纜的選擇應(yīng)滿(mǎn)足下述要求:發(fā)熱條件、電壓損耗、經(jīng)濟(jì)電流密度和機(jī)械強(qiáng)度。以下就從這幾個(gè)方面考慮，并根據(jù)供電特點(diǎn)的不同，將公路隧道電力電纜分為兩類(lèi)分別討論，即高壓電纜導(dǎo)線截面選擇和低壓電纜導(dǎo)線截面選擇。

2 高壓電纜導(dǎo)線截面的選擇

電纜的截面越大，電能損耗就越小，但是線路投資，維修管理費(fèi)用和有色金屬消耗量相反地要增加。因此從經(jīng)濟(jì)方面考慮，導(dǎo)線和截面應(yīng)選擇一個(gè)比較合理的截面，即使電能損耗小，又不致過(guò)分增加線路投資、維修投資費(fèi)用和有色金屬消耗量。隧道高壓供電線路，一般應(yīng)按規(guī)定的經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線和電纜的截面(見(jiàn)表1)。

經(jīng)濟(jì)截面與經(jīng)濟(jì)電流密度的關(guān)系式為:

其中，I30為線路的計(jì)算電流，A。

表1 我國(guó)規(guī)定的導(dǎo)線和電纜經(jīng)濟(jì)電流密度jec

3 低壓電纜導(dǎo)線截面的選擇

隧道中低壓電纜主要包括風(fēng)機(jī)配電電纜、照明配電電纜、監(jiān)控配電電纜和消防設(shè)備配電電纜。在選擇低壓配電電纜時(shí)應(yīng)首先按照線路電壓損耗來(lái)選擇，然后校驗(yàn)其機(jī)械強(qiáng)度和發(fā)熱條件。

為使用電設(shè)備正常運(yùn)行和有合理的使用壽命，選擇電纜時(shí)應(yīng)充分考慮用電設(shè)備對(duì)電壓偏差的要求。對(duì)于隧道中的各種用電設(shè)備，無(wú)論是風(fēng)機(jī)還是照明，規(guī)定允許電壓偏差值均為±5%。

計(jì)算低壓線路的電壓損耗時(shí)，因三相線路的線間距離很近，導(dǎo)線截面小，電阻的作用大，因此可忽略不計(jì)電抗。這樣，計(jì)算電壓損耗時(shí)，只考慮線路電阻、功率和功率因數(shù)。

其中，ΔV%為允許電壓損耗;P為負(fù)荷的功率(單相或三相)，kW;l為線路長(zhǎng)度，m;S為導(dǎo)線或電纜截面，mm2;C為由電路的相數(shù)、額定電壓及導(dǎo)線材料的電阻率等決定的常數(shù)，稱(chēng)為電壓損耗計(jì)算常數(shù)，見(jiàn)表2。

表2 電壓損耗計(jì)算常數(shù)

4 設(shè)計(jì)舉例

下面以山西西陵井隧道為例，詳細(xì)介紹隧道內(nèi)高、低壓電力電纜的合理選用。山西西陵井隧道左線長(zhǎng)6545m，右線長(zhǎng)6565m。全線在西陵井3號(hào)和6號(hào)行車(chē)橫洞分別設(shè)置一處315kVA的箱式變電所，左線共設(shè)置有10臺(tái)250kVA埋地式變壓器，右線共設(shè)置有14臺(tái)250kVA埋地式變壓器，左線軸流風(fēng)機(jī)房設(shè)置2臺(tái)1600kVA變壓器，右線軸流風(fēng)機(jī)房設(shè)置2臺(tái)2500kVA變壓器。2臺(tái)箱式變電所分別從隧道大、小樁號(hào)端變電所各引一路10kV電力電纜供電，左線和右線埋地式變壓器分別從隧道大、小樁號(hào)端變電所供電。在隧道中間設(shè)置聯(lián)絡(luò)柜，當(dāng)一路10kV發(fā)生故障時(shí)，由另一路10kV保證隧道內(nèi)埋地式變壓器的可靠供電。左線軸流風(fēng)機(jī)和右線軸流風(fēng)機(jī)房雙路10kV電源分別引自隧道大、小樁號(hào)端變電所。

1)隧道高壓電力電纜的選取。

左線軸流風(fēng)機(jī)房變壓器總?cè)萘?200kVA，右線軸流風(fēng)機(jī)房變壓器總?cè)萘繛?000kVA，從隧道大、小樁號(hào)端變電所至風(fēng)機(jī)房的高壓電力電纜全部為電力電纜，因此左線軸流風(fēng)機(jī)房電力電纜的計(jì)算如下式:

右線軸流風(fēng)機(jī)房電力電纜的計(jì)算如下式:

由此可以確定，左線軸流風(fēng)機(jī)房高壓電力電纜截面為95，右線軸流風(fēng)機(jī)房高壓電力電纜截面為150。

同樣根據(jù)上式方法可以確定隧道左線埋地式變壓器高壓電力電纜截面為95，右線埋地式變壓器高壓電力電纜截面為120。隧道內(nèi)箱式變電所的電力電纜截面為25。

2)隧道低壓電力電纜的選取。

隧道低壓設(shè)備有隧道照明、監(jiān)控、電伴熱、檢修插座等設(shè)備。因此本文僅以小樁號(hào)端右線照明電力電纜的選取為例，詳細(xì)介紹隧道低壓電力電纜的選擇。

表3 隧道照明負(fù)荷和距離

隧道加強(qiáng)照明距離較短，負(fù)荷電流較大，應(yīng)先按發(fā)熱條件來(lái)選擇截面，再校驗(yàn)其電壓損耗和機(jī)械強(qiáng)度。而基本照明距離較長(zhǎng)，應(yīng)先按電壓損耗條件來(lái)選擇截面，然后再校驗(yàn)其他條件。隧道照明負(fù)荷和距離見(jiàn)表3。

加強(qiáng)照明1的負(fù)荷電流為63.8 A，加強(qiáng)照明2的負(fù)荷電流為51.6 A。

選型:經(jīng)查電力電纜廠家提供的數(shù)據(jù)，NH-VV22-1kV 4×25電力電纜載流量為71 A，NH-VV22-1kV 4×16電力電纜載流量為54 A，因此，隧道加強(qiáng)照明1電力電纜選用25的電纜截面，隧道加強(qiáng)照明2電力電纜選用16的電纜截面。

校驗(yàn):選取25的電纜截面后，右線加強(qiáng)照明1的電壓損耗為:

右線加強(qiáng)照明2的電壓損耗為:

因?yàn)樗淼勒彰鳛榫鶆蛐苑植钾?fù)荷，在計(jì)算電壓損耗時(shí)，將其分布負(fù)荷集中于分布線段的中點(diǎn)，按照集中負(fù)荷來(lái)計(jì)算。

右線基本照明1電力電纜直接按照允許電壓降進(jìn)線選型:

得出基本照明1的電力電纜截面為10。

5 結(jié)語(yǔ)

在隧道機(jī)電建設(shè)費(fèi)用中，電力電纜無(wú)疑占了相當(dāng)大的比重，合理選擇電力電纜的截面，不僅在前期節(jié)約建設(shè)單位的投資成本，而且在后期可以有效的降低隧道的運(yùn)營(yíng)成本，隧道電力電纜的合理選取是隧道機(jī)電設(shè)計(jì)工作的一項(xiàng)重要工作，如何合理選取電力電纜必須引起設(shè)計(jì)人員的充分重視。

［1］李小明.影響電線電纜絕緣電阻測(cè)量值的主要因素分析［J］.山西建筑，2010，36(20):162-163.