楊雪林

（一重集團(tuán)大連工程建設(shè)有限公司，遼寧大連 116600）

電力電纜載流研究

楊雪林

（一重集團(tuán)大連工程建設(shè)有限公司，遼寧大連 116600）

工程設(shè)計(jì)中，電纜截面選擇至關(guān)重要，截面選擇不當(dāng)，導(dǎo)致其發(fā)熱過(guò)大，絕緣老化，載流能力下降，壓降過(guò)大，導(dǎo)致用電設(shè)備將無(wú)法正常運(yùn)行。本文針對(duì)影響電纜載流量的各種因素進(jìn)行分析；通過(guò)各種校驗(yàn)方法選取電纜，高壓電纜需滿足熱穩(wěn)定性校驗(yàn)選截面，往往比載流量選截面大；選電纜截面需考慮電壓降，壓降和電纜截面及長(zhǎng)度有密切關(guān)聯(lián)；按載流量選電纜時(shí)，載流量表中僅表示單回路電纜載流量，根據(jù)多根電纜不同敷設(shè)方式及不同環(huán)境溫度等有對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)，選電纜截面需要考慮各種修正。

電纜截面 載流量 熱穩(wěn)定性 壓降 敷設(shè)方式 環(huán)境溫度

1 電力電纜結(jié)構(gòu)

常用10kV高壓電力電纜額定電壓為8.7/15kV，低壓電力電纜額定電壓為0.6/1kV，電力電纜從內(nèi)至外一般分為導(dǎo)體--＞絕緣--＞內(nèi)護(hù)層--＞鎧裝型--＞外護(hù)層，內(nèi)外護(hù)套材料一樣時(shí)，省寫內(nèi)護(hù)套材料（非鎧裝電纜可以無(wú)內(nèi)護(hù)套）。電力電纜結(jié)構(gòu)表1所示。

例：VV22-銅芯聚氯乙烯絕緣雙層鋼帶鎧裝聚氯乙烯護(hù)套（第2個(gè)V表示內(nèi)護(hù)套材質(zhì)，第2個(gè)2表示外護(hù)套材質(zhì)）電力電纜，YJLV-鋁芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套（V表示外護(hù)套，若有內(nèi)護(hù)套則也為聚氯乙烯材質(zhì)）電力電纜。YJV-銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套（V表示外護(hù)套，若有內(nèi)護(hù)套則也為聚氯乙烯材質(zhì)）電力電纜，YJV23-銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯內(nèi)護(hù)套雙層鋼帶鎧裝聚乙烯外護(hù)套電力電纜。電力電纜導(dǎo)體通常采用銅和鋁兩種，實(shí)際應(yīng)用中往往采用銅，銅導(dǎo)電率高電阻率低，鋁導(dǎo)電率較銅低，鋁電阻率較銅高，在同等載流量下，鋁導(dǎo)體電纜截面大概是銅導(dǎo)體電纜截面的1.5倍。銅芯電力電纜電損耗較鋁導(dǎo)體電力電纜低，機(jī)械性能比鋁材優(yōu)越，銅芯比鋁芯抗疲勞約1.7倍。往往工程實(shí)際應(yīng)用中采用的是銅芯電力電纜。

電纜芯之間的額定電壓必須大于等于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，比如標(biāo)稱電壓380V，那么選擇電纜額定電壓1kV就滿足要求，電纜芯之間能承受的最高工頻電壓必須大于等于系統(tǒng)的最高工作電壓。

絕緣材料工程中一般選用交聯(lián)聚乙烯，少用聚氯乙烯，因?yàn)榻宦?lián)聚乙烯性價(jià)比高，允許長(zhǎng)期工作溫度90℃，短路熱穩(wěn)定允許溫度250℃，而聚氯乙烯允許長(zhǎng)期工作溫度70℃，短路熱穩(wěn)定允許溫度約140～160℃。還有其他比如橡皮絕緣電纜允許長(zhǎng)期工作溫度60℃，短路熱穩(wěn)定允許溫度200℃，等。工程中火災(zāi)報(bào)警一般采用耐火電纜，普通工程采用阻燃電纜。耐火電纜就是在火焰中被燃燒一定時(shí)間內(nèi)能保持正常運(yùn)行特征的電纜。耐火電纜按絕緣材質(zhì)分為有機(jī)和無(wú)機(jī)型，有機(jī)型式采用耐高溫800℃的云母帶以50%重疊搭概率包覆兩層作為耐火層，外護(hù)采用聚氯乙烯或交聯(lián)聚乙烯為絕緣，耐火主要依賴于云母層的保護(hù)。無(wú)機(jī)型就是礦物絕緣電纜（MI電纜），采用氧化鎂作為絕緣材料，銅管作為護(hù)套的電纜，這是真正意義上的耐火電纜，只要火焰溫度不超過(guò)銅的熔點(diǎn)1083℃，電纜就安然無(wú)恙。阻燃電纜就是在絕緣及護(hù)套里添加無(wú)鹵及含鹵阻燃劑。含鹵型有聚氯乙烯等，無(wú)鹵型有交聯(lián)聚乙烯等，含鹵價(jià)格低但是燃燒時(shí)煙霧濃、酸霧及毒氣大，阻燃劑分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩類，最常用的是無(wú)機(jī)類無(wú)鹵材料氫氧化鋁。

2 電纜、導(dǎo)體、電器載流修正因素

采用熱穩(wěn)定性校驗(yàn)或電流密度法選截面，不用再考慮其它修正了，電纜按載流量選截面需要按各種因素修正，比如環(huán)境溫度，敷設(shè)方式等。所謂的負(fù)荷計(jì)算電流就是在實(shí)際環(huán)境中所得的真實(shí)負(fù)荷電流。電纜與導(dǎo)體有區(qū)別，電纜分很多層，每層都有相對(duì)應(yīng)的作用，導(dǎo)體包括母線及一般的導(dǎo)線，比如架空線、硬母線，裸導(dǎo)體需要按實(shí)際環(huán)境溫度和海拔高度修正其載流量，電纜載流量無(wú)海拔修正，高壓電器載流量有環(huán)境溫度修正無(wú)海拔修正，海拔因素用來(lái)修正其外絕緣強(qiáng)度。

例如，某一負(fù)荷計(jì)算電流 Ic= 100A， Tmax= 6000h（三班制），當(dāng)?shù)仉妰r(jià)P=0.4元/kWh，電纜6根無(wú)間距并排敷設(shè)在梯架上，梯架兩層，環(huán)境溫度 θa= 40℃；選用YJV-0.6/1kV-4芯電纜，求截面。

（1）按電纜載流量來(lái)選擇電纜截面。電纜敷設(shè)方式為6根無(wú)間距并排梯架敷設(shè)，梯架兩層，查配三P504續(xù)表9-24，得到修正系數(shù)0.76，修正后負(fù)荷電流為，查配三P515表9-34得到電纜截面S=35mm2。（2）按經(jīng)濟(jì)電流來(lái)選擇電纜截面。根據(jù)Ic= 100A， Tmax= 6000h，P=0.4元/kWh，查配三P533表9-58，S=70mm2。

表1 電力電纜結(jié)構(gòu)

3 10kV高壓電纜熱穩(wěn)定性校驗(yàn)

10kV高壓電纜需要校驗(yàn)的項(xiàng)目有額定電壓、額定電流、熱穩(wěn)定性等，例如2000kVA的干式變壓器所需多大型號(hào)的電纜，10kV標(biāo)稱電壓，選擇8.7/15kV額定電壓電纜，2000kVA變壓器額定電流約115A，選25mm2銅芯電纜，25mm2銅芯電纜空氣中載流量129A，滿足額定電流要求，但是需要進(jìn)一步校驗(yàn)熱穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性校驗(yàn)采用以下公式。

其中minS 是電纜要求最小截面積，c是熱穩(wěn)定系數(shù)。

其中tQ是短路電流熱效應(yīng)，tI最大短路電流有效值， t是短路電流持續(xù)時(shí)間。假如高壓母線處短路容量為100MVA，可得短路電流為5.5kA，帶入公式可得：

選擇70mm2交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜。

綜合以上校驗(yàn)，最終電纜選擇70mm2可以滿足以上要求。

4 電力電纜壓降校驗(yàn)

無(wú)論高壓還是低壓電纜都存在壓降，電纜導(dǎo)體無(wú)論是銅還是鋁，都存在電阻，電阻流過(guò)電流一定會(huì)發(fā)熱，有電阻和電流就會(huì)有電壓差，也就是所說(shuō)的電纜電壓降，電壓降必須要有效控制。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限制了各種用電設(shè)備正常運(yùn)行的電壓范圍，如電動(dòng)機(jī)，要求正常運(yùn)行情況下，電動(dòng)機(jī)端子處電壓偏差允許值宜為±5%，那么就要根據(jù)電纜截面，長(zhǎng)度，電機(jī)額定電流等等來(lái)計(jì)算電壓損失，當(dāng)然也可以根據(jù)電壓損失要求反算最多能敷設(shè)多長(zhǎng)電纜。

（1）例如45kW，額定90A，380V，功率因數(shù)0.9電動(dòng)機(jī)，電纜敷設(shè)200m；假如選用50mm2電纜，查配三手冊(cè)P551表9-78，對(duì)應(yīng)50mm2電纜，電壓損失0.194%/（A.km），得到總電壓損失為（90x0.194x 0.2）%，即3.5%，滿足要求。（2）例如45kW，額定90A，380V，功率因數(shù)0.9電動(dòng)機(jī)；假如選用50mm2電纜，電壓損失5%，查配三手冊(cè)P551表9-78，對(duì)應(yīng)50mm2電纜，電壓損失0.194%/（A.km），可以敷設(shè)電纜長(zhǎng)度為（5÷0.194÷90）=0.285km，為滿足電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，電纜最長(zhǎng)可以敷設(shè)285米。

5 電力電纜按敷設(shè)方式及環(huán)境修正載流

無(wú)論高壓還是低壓電力電纜均需按敷設(shè)方式及環(huán)境校驗(yàn)載流，也就是按載流量選電纜，按載流量選電纜需要依據(jù)環(huán)境和敷設(shè)方式這兩條核心因素。在不同環(huán)境溫度（空氣中或埋地）下需要乘以修正系數(shù)tK。

其中，nθ表示電力電纜線芯允許長(zhǎng)期工作溫度，YJV為90℃，aθ表示敷設(shè)處環(huán)境溫度，cθ表示現(xiàn)載流量對(duì)應(yīng)的溫度。

例如16平0.6/1kV YJV電纜，橋架敷設(shè)，30℃時(shí)載流量100A，敷設(shè)處環(huán)境溫度40℃，通過(guò)式（4）計(jì)算可知，修正系數(shù)為0.91，得到敷設(shè)處實(shí)際載流量為91A。埋地敷設(shè)時(shí)環(huán)境溫度不等于基準(zhǔn)溫度時(shí)也需要按式（4）修正，埋地時(shí)，不同土壤熱阻系數(shù)的載流量也需要修正。在此就不再分析。

電纜敷設(shè)方式各種各樣，通常采用直埋、穿管埋地、電纜溝、電纜橋架、電纜隧道、排管、墻體樓板內(nèi)敷設(shè)等，載流量表中均為單回路或單根電纜的載流量，在不同敷設(shè)方式下，多回路電纜有不同的排列方式，多回路的排列方式對(duì)應(yīng)不同修正系數(shù)，這些修正系數(shù)是假定各回路電纜截面相等且都是在額定載流量的情況下計(jì)算而得的數(shù)字，實(shí)際情況會(huì)有所不同，計(jì)算方法十分繁瑣，工程設(shè)計(jì)時(shí)，可應(yīng)用這些數(shù)字，當(dāng)負(fù)荷率小于100%時(shí)，實(shí)際修正系數(shù)可提高一些。

例如：YJV-0.6/1kV-（3x70+1x35），環(huán)境溫度30℃，敷設(shè)方式E，單回路電纜載流量246A；敷設(shè)方式D（直埋或穿管埋地），單回路電纜載流量166A。

（1）成束，明敷穿管靠墻，共6根，查得載流量校正系數(shù)為0.57，得載流量為246x0.57=140A。（2）6回路直埋地電纜，埋深0.7m，土壤熱阻系數(shù)2.5（K.m）/W，電纜相互接觸，查得載流量校正系數(shù)為0.5，得載流量為166x0.5=83A。（3）6回路穿鋼管埋地電纜，埋深0.7m，土壤熱阻系數(shù)2.5（K.m）/W，電纜相互接觸，查得載流量校正系數(shù)為0.6，得載流量為166x0.6=100A。（4）3層梯架，每層梯架單層電纜6根，無(wú)間距布置，查得載流量校正系數(shù)為0.73，得載流量為246x0.73=180A。（5）每層梯架電纜層數(shù)2層，緊靠排列，查得校正系數(shù)0.65，得載流量為246x0.65=160A.每層梯架電纜層數(shù)3層，緊靠排列，查得校正系數(shù)0.55，得載流量為246x0.55=135A。

如果電纜是在戶外敷設(shè)，且無(wú)遮陽(yáng)時(shí)，除了以上修正外，還要乘以一個(gè)電纜戶外敷設(shè)無(wú)遮陽(yáng)時(shí)載流量校正系數(shù)，仍以以上示例為例，查得校正系數(shù)為0.99。電纜在電纜溝內(nèi)敷設(shè)時(shí)，電纜的長(zhǎng)期允許載流量比空氣可以自由流動(dòng)的地方小，也就是說(shuō)電纜溝敷設(shè)電纜載流量類似于空氣中敷設(shè)電纜的載流量，只是資料表明，電纜溝敷設(shè)電纜的載流量需要按照空氣中敷設(shè)的環(huán)境溫度提高約5℃來(lái)修正。當(dāng)電纜數(shù)量較多，采用電纜隧道敷設(shè)電纜時(shí)，一般電纜隧道采用自然通風(fēng)，當(dāng)隧道內(nèi)氣溫達(dá)到50℃時(shí)，須采取機(jī)械通風(fēng)。

關(guān)于環(huán)境溫度的選取，可按下列取值。裸導(dǎo)體屋外安裝，最熱月平均最高溫度；裸導(dǎo)體室內(nèi)安裝，該處通風(fēng)設(shè)計(jì)溫度，當(dāng)無(wú)資料時(shí)，可取最熱月平均最高溫度加5℃。電纜屋外電纜溝敷設(shè)，最熱月平均最高溫度；電纜屋內(nèi)電纜溝敷設(shè)，屋內(nèi)通風(fēng)設(shè)計(jì)溫度，當(dāng)無(wú)資料時(shí)，可取最熱月平均最高溫度加5℃。電纜電纜隧道敷設(shè)，有機(jī)械通風(fēng)時(shí)取該處通風(fēng)設(shè)計(jì)溫度，無(wú)機(jī)械通風(fēng)時(shí)，可取最熱月的日最高溫度平均值加5℃。電纜土中直埋，最熱月的平均地溫。

高壓電器屋外安裝，年最高溫度；高壓電器之屋內(nèi)電抗器，該處通風(fēng)設(shè)計(jì)最高排風(fēng)溫度；高壓電器之屋內(nèi)其它處，該處通風(fēng)設(shè)計(jì)溫度，當(dāng)無(wú)資料時(shí)，可取最熱月平均最高溫度加5℃。年最高溫度為多年所測(cè)得的最高溫度平均值；最熱月平均最高溫度為最熱月每日最高溫度的月平均值，取多年平均值。

6 結(jié)語(yǔ)

為了保證電纜及設(shè)備正常運(yùn)行，必須根據(jù)敷設(shè)環(huán)境、敷設(shè)方式等對(duì)電纜載流進(jìn)行修正，根據(jù)各種校驗(yàn)方法對(duì)電纜截面進(jìn)行校驗(yàn)，通過(guò)修正及校驗(yàn)后選得的電纜才能符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，才能運(yùn)用于實(shí)際工程。

［1］中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工民配電設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京∶中國(guó)電力出版社，2005.

［2］賀曉強(qiáng).電力電纜選型分析［J］.電氣應(yīng)用，2007（7）.

［3］錢澄清，張先玉.電力電纜經(jīng)濟(jì)電流截面選用方法的疑問(wèn)［J］.建筑電氣，2015（9）∶6-8.

［4］高自偉.電力電纜在線載流能力預(yù)測(cè)系統(tǒng)的研究［D］.哈爾濱理工大學(xué)，2005.

楊雪林（1981—），男，四川廣安人，碩士研究生，畢業(yè)于東北大學(xué)，工程師，研究方向：電氣供配電系統(tǒng)、電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究。