劉 亞 濤

(太原市熱力公司，山西 太原　030002)

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談電纜選型及敷設(shè)方式

劉 亞 濤

(太原市熱力公司，山西 太原030002)

摘要：從導(dǎo)體材料、芯數(shù)、絕緣水平、絕緣材料、護(hù)層等方面，介紹了電纜的類型及選擇原則，并闡述了電纜截面與電纜敷設(shè)方式的選擇方法，有利于保證電纜運(yùn)行的安全可靠性。

關(guān)鍵詞：電纜，電纜截面，敷設(shè)方式，電流

0引言

隨著我國近年來城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展，各種高樓大廈和工業(yè)建筑在祖國大地上拔地而起，各種型號(hào)和種類的電力電纜越來越多的出現(xiàn)在我們生產(chǎn)與生活中的各領(lǐng)域。與此同時(shí)，因電纜絕緣老化、受潮、擊穿；電纜回路過負(fù)荷、過電壓或者電纜受到機(jī)械損傷所引起的事故也頻頻發(fā)生，所以正確選擇電纜的型號(hào)及敷設(shè)方式已成為電氣設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。

1電纜類型的選擇

1.1電纜導(dǎo)體材料的選擇

用作電纜的導(dǎo)體材料，通常有銅和鋁兩種。銅材在導(dǎo)電率、載流量、機(jī)械性能、延展性及加工和安裝上與鋁材相比都具有優(yōu)勢(shì)。鋁材尤其在連接性能上有著天然的劣勢(shì)，在做電纜接頭的時(shí)候，很容易快速產(chǎn)生氧化鋁，導(dǎo)致在連接過程中產(chǎn)生虛接，從而引起接觸電阻加大及電纜接頭部位發(fā)熱等問題。在配電設(shè)計(jì)的電纜選型中，除了對(duì)銅有腐蝕而對(duì)鋁腐蝕相對(duì)較輕的環(huán)境；氨壓縮機(jī)房；架空輸電線路和較大截面的中頻線路四種情況外，絕大多數(shù)情況下都會(huì)選擇銅材作為電纜的導(dǎo)體材料。

1.2電纜芯數(shù)的選擇

電纜芯數(shù)是由配電系統(tǒng)的系統(tǒng)制式?jīng)Q定的。35 kV交流系統(tǒng)一般為三相系統(tǒng)，采用3×1單芯電纜；6 kV～10 kV交流系統(tǒng)也為三相系統(tǒng)，采用3芯多芯電纜；1 kV以下交流系統(tǒng)可分為三相四線制、三相三線制和單相兩線制三種，分別采用4芯或5芯多芯電纜、3芯或4芯多芯電纜和3芯多芯電纜。

1.3電纜絕緣水平的選擇

3 kV～35 kV系統(tǒng)一般采用中性點(diǎn)不接地或者經(jīng)高阻抗接地系統(tǒng)，其單相接地故障會(huì)持續(xù)較長時(shí)間，在系統(tǒng)運(yùn)行中時(shí)常發(fā)生絕緣擊穿故障，所以必須選用比相電壓U0高一檔的電壓等級(jí)，即第Ⅱ類U0。比如在10 kV系統(tǒng)中，應(yīng)該選擇電纜的額定電壓為8.7 kV/10 kV，而不能選擇6 kV/10 kV。220 V/380 V系統(tǒng)，在《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確規(guī)定對(duì)于單相接地故障的切斷時(shí)間不應(yīng)大于5 s，所以可以選擇第Ⅰ類U0。

1.4絕緣材料的選擇

最常見的絕緣材料是聚氯乙烯和交聯(lián)聚乙烯兩種。由于交聯(lián)聚乙烯比聚氯乙烯有著更高的長期允許工作溫度、短路熱穩(wěn)定允許溫度、同等截面積下更高的載流量，而且交聯(lián)聚乙烯不含鹵素更符合環(huán)保化趨勢(shì)，所以在兩種材料價(jià)格逐漸縮小的情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜。需特別指出在以下四種情況下，不宜選擇聚氯乙烯絕緣電纜：

1)60 ℃以上的高溫場(chǎng)所；

2)6 kV及以上配電系統(tǒng)；

3)-15 ℃以下低溫環(huán)境；

4)對(duì)防火有低毒性要求的場(chǎng)所。

1.5電纜護(hù)層類型選擇

電纜外護(hù)層的選擇與電纜的敷設(shè)方式及環(huán)境條件有直接的關(guān)系。各種電纜外護(hù)層及鎧裝的適用敷設(shè)場(chǎng)合，可在《工業(yè)與民用配電手冊(cè)》第三版，表9-6中查找。

2電纜截面的選擇

電纜截面的選擇需要考慮允許長期工作溫度、經(jīng)濟(jì)電流密度、短路熱穩(wěn)定和電壓損失等方面。下面舉例說明電纜截面的選擇步驟和方法。

例：有一臺(tái)6 kV電動(dòng)機(jī)采用銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜供電，電纜埋地敷設(shè)，環(huán)境溫度30 ℃，纜芯最高溫度90 ℃，電機(jī)最大負(fù)荷利用小時(shí)Tmax=3 000 h，當(dāng)?shù)仉妰r(jià)為0.5元/kWh,YJV最小截面35 mm2。電纜的熱穩(wěn)定系數(shù)c=137,短路電流Ik=12 kA,0.2 s切斷短路。配電線路長度為200 m，允許電壓降為5%，電動(dòng)機(jī)額定功率315 kW，cosφ=0.86,電動(dòng)機(jī)效率η=93.4%。

1)按持續(xù)允許電流選擇電纜截面。

線路的工作電流等于電動(dòng)機(jī)的額定電流:

《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.2.2條中規(guī)定，按導(dǎo)體載流量不應(yīng)小于計(jì)算電流。通過查找《工業(yè)與民用配電手冊(cè)》第三版表9-32，可得YJV-3×35 mm2電纜在環(huán)境溫度為30 ℃時(shí)的載流量120 A，符合規(guī)范要求。例題中只是單根電纜埋地敷設(shè)，如果是多根電纜在同一敷設(shè)方式下多回路敷設(shè)時(shí)，需要根據(jù)《工業(yè)與民用配電手冊(cè)》第三版表9-21～表9-26中的修正系數(shù)進(jìn)行修正。

2)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜截面。

由題目中給出的條件，從《工業(yè)與民用配電手冊(cè)》第三版圖9-32中，可查的經(jīng)濟(jì)電流密度J=1.5 A/mm2，題中給出YJV最小截面35 mm2，所以電纜截面取35 mm2。

按照經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜截面介于電纜標(biāo)稱截面檔次之間，選擇較近一檔截面，且宜偏小選取，這與我們平時(shí)選擇電纜的習(xí)慣有所不同，設(shè)計(jì)選型時(shí)需要注意。

3)按短路熱穩(wěn)定選擇電纜截面。

4)按電壓損失選擇電纜截面。

從《工業(yè)與民用配電手冊(cè)》第三版圖9-32中，可查的截面面積為50 mm2的6 kV交聯(lián)聚乙烯電力電纜的電壓損失為1.379%/(MW·km)，通過公式可算出，Δu=ΔupPl=1.379%×0.315×0.3=0.13%，滿足題中電壓降為5%的要求。

通過上面對(duì)四個(gè)不同選擇條件的計(jì)算后，得出電纜的截面面積為50 mm2。

5)按三次諧波電流大小選擇截面。

近30年來，電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛，例如變頻調(diào)速裝置、晶閘管整流設(shè)備、氣體放電類電光源，包括家里的家用電器，使得電力電子裝置成為最大的諧波源。在三相不平衡系統(tǒng)中影響最顯著的是三次諧波。中性線三次諧波電流值等于相線諧波電流的3倍，也就是當(dāng)三次諧波電流超過33.3%時(shí)，其引起的中性線電流就會(huì)超過相電流，需按照《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.2.9條的規(guī)定，在三相四線制線路中應(yīng)該中性線電流選擇截面。還是通過例題，看看三次諧波超過33.3%時(shí)，對(duì)電纜截面選擇的影響。

例：220 V/380 V三相平衡系統(tǒng)中，負(fù)載電流為50 A，采用聚氯乙烯絕緣電纜，環(huán)境溫度為35 ℃，沿墻明敷，求無諧波和三次諧波分別為30%，40%，60%，86%時(shí)的電纜截面。

根據(jù)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》表3.2.9和《工業(yè)與民用配電手冊(cè)》第三版表9-36分別計(jì)算：

1)無諧波，電纜截面為10 mm2。

通過計(jì)算可以看到，當(dāng)三次諧波分量越來越大，對(duì)截面的選擇有著很大的影響。在國家標(biāo)準(zhǔn)GB 17625.1—2003中，對(duì)于不大于25 W的氣體放電燈規(guī)定的三次諧波限制可達(dá)86%，通過上面的計(jì)算，可知電纜截面是無諧波時(shí)的5倍，這就是為什么在《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中要求在選用不大于25 W的氣體放電燈時(shí)其鎮(zhèn)流器宜選用諧波含量低的產(chǎn)品。

3電纜敷設(shè)方式的選擇

電纜敷設(shè)方式的選擇應(yīng)視敷設(shè)環(huán)境特點(diǎn)、工程施工條件和電纜敷設(shè)數(shù)量等因素，并遵循統(tǒng)一規(guī)劃、安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)合理的原則。電纜的敷設(shè)方式一般有地下直埋敷設(shè)、電纜溝敷設(shè)和保護(hù)管敷設(shè)等，在設(shè)計(jì)施工中時(shí)常出現(xiàn)多種電纜敷設(shè)方式同時(shí)存在的現(xiàn)象。

3.1地下直埋敷設(shè)

電纜直埋敷設(shè)施工土方量少、周期短，投資少，電纜散熱良好，因此在電纜根數(shù)小于8根時(shí)可以優(yōu)先考慮。直埋敷設(shè)的電纜不易更換電纜和尋找故障點(diǎn)，且易受到機(jī)械外力破壞,宜使用在不經(jīng)常性開挖、含有對(duì)電纜有腐蝕物質(zhì)或地中電流的場(chǎng)所。施工中要求，電纜埋設(shè)深度為不應(yīng)小于0.8 m，電纜上面、下面均覆蓋100 mm軟土或細(xì)沙層,并用保護(hù)蓋板保護(hù)，保護(hù)板要超過電纜兩側(cè)各50 mm。直埋敷設(shè)的電纜，禁止與地下其他管道平行敷設(shè)。電纜穿過建筑物基礎(chǔ)、散水和墻體處需穿管保護(hù)，且不應(yīng)小于電纜外徑的1.5倍，并且管口應(yīng)做好堵塞措施。

3.2電纜溝敷設(shè)

電纜敷設(shè)是按照設(shè)計(jì)要求開挖并砌筑，上面蓋以蓋板的地下溝道的一種敷設(shè)方式。一般分為無支架溝(電纜根數(shù)小于5根)、單側(cè)支架溝和雙側(cè)支架溝三種。屋內(nèi)電纜溝的蓋板應(yīng)與室內(nèi)地坪相平，屋外電纜溝的溝口宜高出地面50 mm。電纜溝敷設(shè)施工方便,不易受到機(jī)械損傷，而且更換和維修電纜相對(duì)比較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是需要較大的地下空間;溝內(nèi)需采取防水設(shè)施，防止溝內(nèi)積水，且不易清除;溝內(nèi)電纜支架上并排敷設(shè)的電流較多，導(dǎo)致其散熱條件差,影響載流量;土建工程造價(jià)高。

3.3電纜保護(hù)管敷設(shè)

常用在地下管網(wǎng)比較密集的小區(qū)或工廠、道路挖掘困難的通道、地下電纜與公路或鐵路交叉和建筑物內(nèi)部的一種敷設(shè)方式。一般分為單根和排管兩種。保護(hù)管敷設(shè)要求保護(hù)管的內(nèi)徑不允許小于電纜外徑的1.5倍，且排管的管孔內(nèi)徑不能小于75 mm。在單根保護(hù)使用時(shí)，其彎頭不宜超過3個(gè)，直角彎不宜超過2個(gè)。保護(hù)管敷設(shè)便于電纜運(yùn)行和維護(hù)，并且可預(yù)留電纜通道和通信管道，室外敷設(shè)時(shí)排管敷設(shè)相對(duì)于電纜溝敷設(shè)可適當(dāng)減少征地；缺點(diǎn)是相對(duì)于直埋敷設(shè)，排管敷設(shè)用地范圍較大，成本較高；相對(duì)于電纜溝敷設(shè)，排管敷設(shè)時(shí)，電纜必須按照規(guī)定管孔敷設(shè)，電纜保護(hù)管內(nèi)電纜運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散發(fā)，會(huì)影響電纜的載流量。

4結(jié)語

電纜的選擇由眾多因素所決定，如敷設(shè)環(huán)境、當(dāng)?shù)仉妰r(jià)高低、設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間等。因此設(shè)計(jì)人員在選擇電纜的截面和敷設(shè)方式時(shí)，不僅要通過詳細(xì)的計(jì)算正確的選擇電纜的型號(hào)和截面，還要考慮施工和維修維護(hù)的方便，最重要的是要保證電纜運(yùn)行的安全可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：中國電力出版社，2005.

[2]GB 50217—2007，電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范.

[3]GB 50054—2011，低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范.

Discussion on the cable type selection and laying method

Liu Yatao

(TaiyuanHeatingPowerCompany,Taiyuan030002,China)

Key words:cable, cable section, laying method, current

Abstract:From the conductor material, core number, insulation level, insulation material, sheath and other aspects, this paper introduced the cable types selection and selection principles, and elaborated the selection method of cable section and cable laying methods, to ensure the safety and reliability of cable operation.

文章編號(hào)：1009-6825(2016)14-0115-02

收稿日期：2016-03-01

作者簡(jiǎn)介：劉亞濤(1982- )，男，工程師

中圖分類號(hào)：TM247

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A