電力電纜載流研究

楊雪林

（一重集團大連工程建設(shè)有限公司，遼寧大連 116600）

電力電纜載流研究

楊雪林

（一重集團大連工程建設(shè)有限公司，遼寧大連 116600）

工程設(shè)計中，電纜截面選擇至關(guān)重要，截面選擇不當，導致其發(fā)熱過大，絕緣老化，載流能力下降，壓降過大，導致用電設(shè)備將無法正常運行。本文針對影響電纜載流量的各種因素進行分析；通過各種校驗方法選取電纜，高壓電纜需滿足熱穩(wěn)定性校驗選截面，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度有密切關(guān)聯(lián)；按載流量選電纜時，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)境溫度等有對應的修正系數(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)至外一般分為導體--＞絕緣--＞內(nèi)護層--＞鎧裝型--＞外護層，內(nèi)外護套材料一樣時，省寫內(nèi)護套材料（非鎧裝電纜可以無內(nèi)護套）。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套（第2個V表示內(nèi)護套材質(zhì)，第2個2表示外護套材質(zhì)）電力電纜，YJLV-鋁芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套（V表示外護套，若有內(nèi)護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套（V表示外護套，若有內(nèi)護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)護套雙層鋼帶鎧裝聚乙烯外護套電力電纜。電力電纜導體通常采用銅和鋁兩種，實際應用中往往采用銅，銅導電率高電阻率低，鋁導電率較銅低，鋁電阻率較銅高，在同等載流量下，鋁導體電纜截面大概是銅導體電纜截面的1.5倍。銅芯電力電纜電損耗較鋁導體電力電纜低，機械性能比鋁材優(yōu)越，銅芯比鋁芯抗疲勞約1.7倍。往往工程實際應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)標稱電壓，比如標稱電壓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，因為交聯(lián)聚乙烯性價比高，允許長期工作溫度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期工作溫度60℃，短路熱穩(wěn)定允許溫度200℃，等。工程中火災報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間內(nèi)能保持正常運行特征的電纜。耐火電纜按絕緣材質(zhì)分為有機和無機型，有機型式采用耐高溫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。無機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銅的熔點1083℃，電纜就安然無恙。阻燃電纜就是在絕緣及護套里添加無鹵及含鹵阻燃劑。含鹵型有聚氯乙烯等，無鹵型有交聯(lián)聚乙烯等，含鹵價格低但是燃燒時煙霧濃、酸霧及毒氣大，阻燃劑分為有機和無機兩類，最常用的是無機類無鹵材料氫氧化鋁。

2 電纜、導體、電器載流修正因素

采用熱穩(wěn)定性校驗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。所謂的負荷計算電流就是在實際環(huán)境中所得的真實負荷電流。電纜與導體有區(qū)別，電纜分很多層，每層都有相對應的作用，導體包括母線及一般的導線，比如架空線、硬母線，裸導體需要按實際環(huán)境溫度和海拔高度修正其載流量，電纜載流量無海拔修正，高壓電器載流量有環(huán)境溫度修正無海拔修正，海拔因素用來修正其外絕緣強度。

例如，某一負荷計算電流 Ic= 100A， Tmax= 6000h（三班制），當?shù)仉妰rP=0.4元/kWh，電纜6根無間距并排敷設(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）按電纜載流量來選擇電纜截面。電纜敷設(shè)方式為6根無間距并排梯架敷設(shè)，梯架兩層，查配三P504續(xù)表9-24，得到修正系數(shù)0.76，修正后負荷電流為，查配三P515表9-34得到電纜截面S=35mm2。（2）按經(jīng)濟電流來選擇電纜截面。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

10kV高壓電纜需要校驗的項目有額定電壓、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的電纜，10kV標稱電壓，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，但是需要進一步校驗熱穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性校驗采用以下公式。

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，tI最大短路電流有效值， t是短路電流持續(xù)時間。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，最終電纜選擇70mm2可以滿足以上要求。

4 電力電纜壓降校驗

無論高壓還是低壓電纜都存在壓降，電纜導體無論是銅還是鋁，都存在電阻，電阻流過電流一定會發(fā)熱，有電阻和電流就會有電壓差，也就是所說的電纜電壓降，電壓降必須要有效控制。國家標準限制了各種用電設(shè)備正常運行的電壓范圍，如電動機，要求正常運行情況下，電動機端子處電壓偏差允許值宜為±5%，那么就要根據(jù)電纜截面，長度，電機額定電流等等來計算電壓損失，當然也可以根據(jù)電壓損失要求反算最多能敷設(shè)多長電纜。

（1）例如45kW，額定90A，380V，功率因數(shù)0.9電動機，電纜敷設(shè)200m；假如選用50mm2電纜，查配三手冊P551表9-78，對應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電動機；假如選用50mm2電纜，電壓損失5%，查配三手冊P551表9-78，對應50mm2電纜，電壓損失0.194%/（A.km），可以敷設(shè)電纜長度為（5÷0.194÷90）=0.285km，為滿足電動機正常運行，電纜最長可以敷設(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)載流量對應的溫度。

例如16平0.6/1kV YJV電纜，橋架敷設(shè)，30℃時載流量100A，敷設(shè)處環(huán)境溫度40℃，通過式（4）計算可知，修正系數(shù)為0.91，得到敷設(shè)處實際載流量為91A。埋地敷設(shè)時環(huán)境溫度不等于基準溫度時也需要按式（4）修正，埋地時，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應不同修正系數(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算而得的數(shù)字，實際情況會有所不同，計算方法十分繁瑣，工程設(shè)計時，可應用這些數(shù)字，當負荷率小于100%時，實際修正系數(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)，且無遮陽時，除了以上修正外，還要乘以一個電纜戶外敷設(shè)無遮陽時載流量校正系數(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，電纜的長期允許載流量比空氣可以自由流動的地方小，也就是說電纜溝敷設(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℃來修正。當電纜數(shù)量較多，采用電纜隧道敷設(shè)電纜時，一般電纜隧道采用自然通風，當隧道內(nèi)氣溫達到50℃時，須采取機械通風。

關(guān)于環(huán)境溫度的選取，可按下列取值。裸導體屋外安裝，最熱月平均最高溫度；裸導體室內(nèi)安裝，該處通風設(shè)計溫度，當無資料時，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)通風設(shè)計溫度，當無資料時，可取最熱月平均最高溫度加5℃。電纜電纜隧道敷設(shè)，有機械通風時取該處通風設(shè)計溫度，無機械通風時，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，該處通風設(shè)計最高排風溫度；高壓電器之屋內(nèi)其它處，該處通風設(shè)計溫度，當無資料時，可取最熱月平均最高溫度加5℃。年最高溫度為多年所測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

為了保證電纜及設(shè)備正常運行，必須根據(jù)敷設(shè)環(huán)境、敷設(shè)方式等對電纜載流進行修正，根據(jù)各種校驗方法對電纜截面進行校驗，通過修正及校驗后選得的電纜才能符合現(xiàn)場實際情況，才能運用于實際工程。

［1］中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院.工民配電設(shè)計手冊［M］.北京∶中國電力出版社，2005.

［2］賀曉強.電力電纜選型分析［J］.電氣應用，2007（7）.

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

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

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