周 程 里

[同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司,上海 200092]

0 引 言

低壓電纜截面的選擇與優(yōu)化是建筑電氣工程設(shè)計(jì)中的重要課題,部分工程項(xiàng)目為了節(jié)省投資減小電纜截面,流經(jīng)回路導(dǎo)體的過(guò)負(fù)荷引起導(dǎo)體的溫升,對(duì)絕緣、接頭、端子和導(dǎo)體周?chē)奈镔|(zhì)造成損害,甚至引起火災(zāi)。同時(shí)在2021年以銅為代表的大宗商品暴漲背景下,設(shè)計(jì)中不考慮回路低負(fù)荷運(yùn)行工況,成束降低系數(shù)取值過(guò)于保守,電纜截面選取過(guò)大而造成浪費(fèi)的現(xiàn)象仍存在。準(zhǔn)確計(jì)算電纜載流量是選擇低壓電纜截面的先決條件,本文基于GB/T 16895.6—2014《低壓電器裝置 第5-52部分 電氣設(shè)備的選擇和安裝 布線系統(tǒng)》[1],從電纜材質(zhì)、多回路線纜束等方面闡述了影響交流1 kV無(wú)鎧裝電纜載流量的因素,并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)給出了一個(gè)實(shí)用的載流量校正公式。

1 影響載流量的因素

載流量值可以由IEC 60287系列標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得出,但由于計(jì)算復(fù)雜且影響因素多,工程中通常采用電纜廠或配電手冊(cè)中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。本文討論的載流量均為正常工作情況下,持續(xù)負(fù)荷導(dǎo)致的熱效應(yīng)時(shí),不影響導(dǎo)體和絕緣的正常使用壽命的載流量[2]。其他因素也會(huì)影響導(dǎo)體截面的選擇,如電擊防護(hù)、熱效應(yīng)保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、電壓降,以及與導(dǎo)體相連的設(shè)備端子的溫度限值等,但這些因素并不在本文討論范圍內(nèi)。影響電纜載流量的直接因素有電纜的材質(zhì)(不同絕緣材料最高運(yùn)行溫度)和多根線纜成束的降低系數(shù)。

2 電纜材質(zhì)

任何導(dǎo)體所承載的負(fù)荷電流在正常持續(xù)運(yùn)行中產(chǎn)生的溫度不應(yīng)超過(guò)導(dǎo)體絕緣材料的溫度限值。對(duì)于GB/T 16895.6—2014中表52.1中所列絕緣材料類(lèi)型,按表列值應(yīng)用即可滿(mǎn)足規(guī)定。絕緣材料最高運(yùn)行溫度如表1所示。非消防負(fù)荷常用的YJY-1 kV電纜屬于熱固性絕緣,導(dǎo)體溫度限值為90 ℃;消防負(fù)荷常用的剛性礦物絕緣類(lèi)電纜取決于電纜額定溫度、電纜終端接線端子、環(huán)境情況和其他外界影響等條件,因此可允許較高的運(yùn)行溫度,導(dǎo)體溫度比護(hù)套溫度高5～10 ℃。而根據(jù)文獻(xiàn)[3]中表9.3-1,柔性礦物絕緣電纜導(dǎo)體長(zhǎng)期允許工作溫度為125 ℃。對(duì)于不讓接觸的裸礦物絕緣電纜(BTTZ),適用于火災(zāi)工況,其制造原理與普通電纜不同,成束敷設(shè)時(shí)載流量不需要校正。

表1 絕緣材料最高運(yùn)行溫度

3 多根線纜成束的降低系數(shù)

多根線纜成束的降低系數(shù)適用于具有相同最高運(yùn)行溫度的絕緣導(dǎo)線束或電纜束,束中所有電纜或絕緣導(dǎo)線的載流量應(yīng)根據(jù)其中最高運(yùn)行溫度最低的線纜來(lái)確定,并采用適當(dāng)?shù)木€纜束降低系數(shù)來(lái)校正。對(duì)于電纜的載流量需根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16895.6—2014附錄B中的環(huán)境溫度校正系數(shù)以及成束降低系數(shù)進(jìn)行校正,對(duì)埋地電纜還應(yīng)考慮土壤的實(shí)際熱阻。按附錄的表格選取載流量值時(shí),參考環(huán)境溫度如下:對(duì)于空氣中的絕緣導(dǎo)體與電纜,參考環(huán)境溫度為30 ℃;對(duì)于埋地電纜(直埋在土壤中或敷設(shè)在埋地管槽中),參考環(huán)境溫度為20 ℃。對(duì)于不同工程項(xiàng)目所在地,設(shè)計(jì)人員需對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行校正[4]。

環(huán)境空氣溫度不同于30 ℃時(shí)的校正系數(shù)(用于敷設(shè)在空氣中的電纜載流量)如表2所示。

表2 環(huán)境空氣溫度不同于30 ℃時(shí)的校正系數(shù)(用于敷設(shè)在空氣中的電纜載流量)

地下溫度不同于20 ℃時(shí)的校正系數(shù)(用于埋地電纜的載流量)如表3所示。

表3 地下溫度不同于20 ℃時(shí)的校正系數(shù)(用于埋地電纜的載流量)

當(dāng)土壤熱阻系數(shù)不同于2.5 km/W時(shí),需要對(duì)電纜載流量進(jìn)行校正,校正系數(shù)查國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16895.6—2014表B.52.16;當(dāng)土壤熱阻類(lèi)型及地理不明時(shí)通常取土壤熱阻系數(shù)為2.5 km/W,對(duì)于非常干燥或多石層地區(qū)(熱阻系數(shù)大于2.5 km/W)應(yīng)適當(dāng)降低載流量或更換貼近電纜周?chē)耐寥?。?dāng)土壤溫度一年當(dāng)中只有幾個(gè)星期超過(guò)選定溫度時(shí),不需校正。土壤熱阻系數(shù)不同于2.5 km/W時(shí)用于直埋或埋地管槽中電纜的載流量校正系數(shù)如表4所示。

表4 土壤熱阻系數(shù)不同于2.5 km/W時(shí)用于直埋或埋地管槽中電纜的載流量校正系數(shù)

多回路管線或多根多芯電纜在不同敷設(shè)方式下散熱條件不同,需根據(jù)電纜根數(shù)或回路數(shù)以及敷設(shè)方式對(duì)電纜載流量進(jìn)行校正,校正系數(shù)查標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16895.6—2014表B.52.17,此表與表B.52.2～表B.52.13各電纜試驗(yàn)載流量參數(shù)結(jié)合使用,工程中可直接采用電纜廠的試驗(yàn)載流量數(shù)據(jù)。這些校正系數(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)算得到的。實(shí)際情況會(huì)有所不同,計(jì)算方式十分復(fù)雜。多回路或多根電纜成束敷設(shè)的降低系數(shù)如表5所示。在工程設(shè)計(jì)時(shí),當(dāng)負(fù)荷率小于100%時(shí),實(shí)際校正系數(shù)可提高一些,需要對(duì)表中的降低系數(shù)進(jìn)行修改。如果運(yùn)行條件已知,預(yù)計(jì)某根電纜或絕緣導(dǎo)線承載電流不超過(guò)其成束敷設(shè)載流量的30%,則在計(jì)算線纜束中其他線纜的降低系數(shù)時(shí),此電纜可忽略不計(jì)。從表中數(shù)據(jù)可知,敷設(shè)方式的散熱條件越好,載流量降低越少。在有條件情況下,建議采用有孔托盤(pán)或梯架敷設(shè)。

表5 多回路或多根電纜成束敷設(shè)的降低系數(shù)

除上述校正載流量方法外,敷設(shè)在導(dǎo)管、電纜管槽或電纜槽盒中的線纜束,束內(nèi)有不同截面的絕緣導(dǎo)體或電纜,偏安全的成束降低系數(shù)為:

(1)

式中:n——電纜束中多芯電纜數(shù)或回路數(shù)。

采用式(1)得到的電纜束降低系數(shù)將減小截面電纜的過(guò)負(fù)荷危險(xiǎn),但可能導(dǎo)致大截面電纜未充分利用。工程設(shè)計(jì)建議將大截面與小截面電纜分開(kāi)敷設(shè)在不同電纜束內(nèi)。由于式(1)的降低系數(shù)偏于保守,工程設(shè)計(jì)中不建議使用。

4 載流量校正

考慮到電纜的材質(zhì)、環(huán)境溫度、敷設(shè)方式等多方面影響因素,并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn),提出的交流1 kV無(wú)鎧裝電纜修正后載流量為

(2)

式中:In——電纜額定載流量;

Kw——環(huán)境空氣溫度不同于30 ℃時(shí)的校正系數(shù)(用于敷設(shè)在空氣中的電纜載流量)或地下溫度不同于20 ℃時(shí)的校正系數(shù)(用于埋地管槽中的電纜的載流量);

Kt——土壤熱阻系數(shù)不同于2.5 km/W時(shí)用于直埋或埋地管槽中電纜的載流量校正系數(shù),空氣中敷設(shè)取1;

Kd——多回路或多根電纜成束敷設(shè)的降低系數(shù);

Kx——成束敷設(shè)載流量修正系數(shù)(經(jīng)驗(yàn)值)。

成束敷設(shè)載流量的修正系數(shù)Kx如表6所示。

表6 成束敷設(shè)載流量的修正系數(shù)Kx

5 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)GB/T 16895.6—2014《低壓電器裝置 第5-52部分 電氣設(shè)備的選擇和安裝 布線系統(tǒng)》中電纜載流量校正因素的分析,結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)成束敷設(shè)載流量進(jìn)行修正,并提出一個(gè)實(shí)用的交流1 kV無(wú)鎧裝電纜載流量校正公式。校正后的電纜載流量可以準(zhǔn)確地選擇電纜截面,避免電纜截面選小而引起的過(guò)負(fù)荷情況。同時(shí)根據(jù)電纜成束敷設(shè)的發(fā)熱特性,建議在有條件的情況下盡可能降低環(huán)境溫度或埋地敷設(shè)時(shí)的土壤熱阻,將大截面與小截面電纜分開(kāi)敷設(shè)在不同電纜束內(nèi),并采用散熱性能良好的有孔托盤(pán)或梯架敷設(shè),以減小電纜截面,節(jié)約銅(鋁)資源。