張琛豪

（上海交通大學(xué)，中國 上海 200240）

在我國工業(yè)以及民用建筑電氣設(shè)計(jì)的過程中，可以說在所有的建筑過程中都會(huì)對(duì)電線電纜有所使用，這就需要對(duì)電線電纜進(jìn)行合理地選擇，同時(shí)在敷設(shè)方式的選擇上也要相當(dāng)慎重，因?yàn)檫@些都會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)的安全性產(chǎn)生一定的影響。謹(jǐn)慎操作可以減少安全事故的發(fā)生，同時(shí)也可以降低工程造價(jià)，實(shí)現(xiàn)有色金屬的節(jié)約利用。如果選擇過大的載流量，就會(huì)增加電氣投資，發(fā)生嚴(yán)重的材料浪費(fèi)現(xiàn)象，而如果選擇過小的載流量，就會(huì)使電纜長(zhǎng)期處于超載的狀態(tài)，嚴(yán)重縮短使用壽命，情況更為嚴(yán)重的時(shí)候，會(huì)引起安全事故或引發(fā)火災(zāi)。

1 載流量的計(jì)算

我國的標(biāo)準(zhǔn)電纜在進(jìn)行載流量計(jì)算時(shí)，通常采用JB/T 10181.1～6-2000中所提供的方法，再結(jié)合具體的結(jié)構(gòu)尺寸以及與之相關(guān)的電纜電氣參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。所謂載流量的計(jì)算，就是對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的熱場(chǎng)平衡進(jìn)行計(jì)算，而熱場(chǎng)狀態(tài)之所以能夠穩(wěn)定，是因?yàn)樵跓釄?chǎng)中存在著大量的熱流量。而對(duì)于穩(wěn)態(tài)的解釋，學(xué)術(shù)專業(yè)上是這樣描述的：四周的環(huán)境假定不會(huì)發(fā)生變化。在國家的某項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中，假定在自由空氣中對(duì)電纜進(jìn)行敷設(shè)時(shí)，周圍的環(huán)境溫度是30℃，而在土壤中進(jìn)行敷設(shè)時(shí)，周圍的環(huán)境溫度是20℃。

導(dǎo)體是產(chǎn)熱的源泉。除了超導(dǎo)體以外，全部的電氣導(dǎo)體在運(yùn)行的過程中都會(huì)有磁化感應(yīng)、焦耳熱的產(chǎn)生，并且會(huì)發(fā)生一定的介質(zhì)損耗。因?yàn)闊釗p耗是由導(dǎo)體內(nèi)部的電流具體決定的，而對(duì)于絕緣體，要保證更長(zhǎng)的使用壽命，其具體的運(yùn)行必須要在一定的溫度下進(jìn)行，所以一定要對(duì)溫度進(jìn)行有效地控制，確保絕緣體不會(huì)過熱，此時(shí)的電流就被稱為允許載流量。其中的熱傳導(dǎo)也是一個(gè)關(guān)鍵。在對(duì)儲(chǔ)蓄允許載流量進(jìn)行計(jì)算的過程中，首要要對(duì)熱傳導(dǎo)機(jī)制有一定的了解，就是了解從金屬導(dǎo)體開始，熱量是怎樣經(jīng)過絕緣層，最后傳遞到四周空氣中去的。在自由空氣中，電纜進(jìn)行敷設(shè)，而它的散熱過程是通過對(duì)流實(shí)現(xiàn)的，因此，當(dāng)電纜敷設(shè)存在較大的距離時(shí)，載流量的降低系數(shù)就會(huì)變小，而當(dāng)相鄰的兩個(gè)電纜之間的水平距離大于電纜外徑的兩倍時(shí)，就不需要降低系數(shù)。對(duì)于埋地電纜，其發(fā)生的散熱現(xiàn)象主要是依靠傳導(dǎo)功能，具體的散熱程度主要與回填土的熱阻系數(shù)以及埋地的深度有關(guān)。

在對(duì)電纜的允許載流量進(jìn)行計(jì)算的過程中，可以參考對(duì)建筑的熱負(fù)荷計(jì)算的方式，首先要對(duì)天花板、門、墻以及窗戶的熱阻系數(shù)進(jìn)行分別計(jì)算，然后對(duì)于熱負(fù)荷，要依照外部的溫度來對(duì)內(nèi)部特定的環(huán)境溫度進(jìn)行有效保持。至于電纜，先要對(duì)護(hù)套、鎧裝、絕緣、土壤以及其氣隙的熱阻分別進(jìn)行確定。什么是連續(xù)負(fù)荷載流量？就是在熱量產(chǎn)生足夠的情況下，絕緣在達(dá)到可允許的最高溫度時(shí)對(duì)應(yīng)的電流值，而這個(gè)最高的限制溫度就是在規(guī)定的壽命周期內(nèi)所能夠承受的溫度。例如聚錄乙烯絕緣，能夠允許長(zhǎng)期運(yùn)行的最高溫度是70℃，而對(duì)于交聯(lián)聚乙烯，其能夠允許的長(zhǎng)期運(yùn)行最高溫度是90℃。根據(jù)上述基本原理，對(duì)于空氣中的敷設(shè)電纜以及尚且沒有發(fā)生土壤干燥的直埋電纜，就可以推算出相應(yīng)的溫升計(jì)算公式：

進(jìn)而推導(dǎo)出允許截流量的具體公式如下：

其中：I表示在單根導(dǎo)體中的電流量，A；Δθ表示比環(huán)境溫度相對(duì)較高的導(dǎo)體溫升，K；R表示在工作溫度達(dá)到最高的情況下，單位導(dǎo)體內(nèi)的交流電阻，(Q／m)；W表示單位長(zhǎng)度絕緣導(dǎo)體的介質(zhì)損耗，W/m；T1表示金屬套與單根導(dǎo)體之間在單位長(zhǎng)度內(nèi)的熱阻，(K·m／w)；T2表示鎧甲與金屬套之間的襯墊層在單位長(zhǎng)度內(nèi)的熱阻，(K·m／w)；T3表示電纜外護(hù)層在單位長(zhǎng)度內(nèi)的熱阻，(K·m／w)；T4表示電纜的表層與四周介質(zhì)之間在單位長(zhǎng)度內(nèi)的熱阻，(K·m／w)；n表示電纜內(nèi)載有負(fù)荷的導(dǎo)體數(shù)量；λ1表示電纜的金屬套損耗占所有導(dǎo)體中總損耗的比例；λ2表示電纜鎧甲損耗占所有導(dǎo)體總損耗的比例。

參考以上具體方法，就能夠?qū)Σ煌?guī)格的單根電纜分別計(jì)算其在各種敷設(shè)方式中的儲(chǔ)蓄允許載流量。

2 敷設(shè)方式

在我國，對(duì)于載流量制定了許多的標(biāo)準(zhǔn)，在基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)中提供了多種基準(zhǔn)載流量，分別為：梯架敷設(shè)、直埋敷設(shè)、無孔托盤敷設(shè)、室內(nèi)穿管暗敷、以及穿管埋地敷設(shè)等。標(biāo)準(zhǔn)中還提供了在不同因素下對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)。在進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該選用以下方法：

（1）在對(duì)環(huán)境條件，（有埋地、空氣）以及敷設(shè)方式進(jìn)行確定時(shí)，先要在圖表中查找敷設(shè)方式對(duì)應(yīng)的具體代號(hào)，在結(jié)合電纜的結(jié)構(gòu)（絕緣類，有聚錄乙烯、交聯(lián)聚乙烯；導(dǎo)體類，有銅、鋁以及鋁合金等；以及帶有負(fù)電荷的導(dǎo)體數(shù)量），從圖表中得出具體的基準(zhǔn)載流量值。

（2）結(jié)合具體的工作要求，在圖表中找出不同因素下的校正系數(shù)，這些因素具體包括成束敷設(shè)數(shù)量、土壤的熱阻系數(shù)、環(huán)境溫度以及橋架層數(shù)等。電纜的允許載流量值實(shí)際上就是校正系數(shù)與基準(zhǔn)載流量值的乘積。而計(jì)算出的實(shí)際允許載流量值也就是在該種條件下，以長(zhǎng)期地運(yùn)行作為基本前提，電纜自身所能夠承受的最大電流，而電纜的截面能夠?qū)厣x電纜的需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)貪M足。

（3）必須要對(duì)線路進(jìn)行有效的校檢工作，基體包括熱穩(wěn)定校檢、電壓損失校檢、以及機(jī)械強(qiáng)度校檢等。要特別強(qiáng)調(diào)的就是，在參照標(biāo)準(zhǔn)中的具體載流量對(duì)電纜進(jìn)行選擇了之后，進(jìn)行具體的施工時(shí)，也要遵照該敷設(shè)方式進(jìn)行，否則的話，進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候，電纜其所能夠承受的載流量就會(huì)發(fā)生變化。

3 結(jié)語

在計(jì)算電線電纜的載流量時(shí)，要嚴(yán)格結(jié)合本行業(yè)具體規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行仔細(xì)計(jì)算。其主要就是校正系數(shù)與基準(zhǔn)載流量的乘積。然后要對(duì)電纜截面進(jìn)行相對(duì)客觀性的選擇。在進(jìn)行電線電纜敷設(shè)方式的選擇時(shí)，建議電纜采用明敷、沿梯架以及網(wǎng)格式橋架等方法進(jìn)行敷設(shè)，提高工程的安全性，在電氣投資上降低成本，對(duì)資源進(jìn)行有效地節(jié)約。

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