線纜溫度與載流、線徑選型校正關(guān)系的分析應(yīng)用

郎茂坤

摘要 ：本文結(jié)合電加熱爐項目運用中出現(xiàn)線纜溫度超標(biāo)定值的問題，對現(xiàn)場環(huán)境溫升、線纜自身溫升和線纜載流大小等因素進(jìn)行分析，參照電工設(shè)計手冊確定電加熱爐項目中線纜載流量與線纜溫度的校正系數(shù)，給出不同溫度下線纜的載流量參考值，并通過項目改造論證了分析數(shù)據(jù)，避免了線纜嚴(yán)重老化的風(fēng)險。

關(guān)鍵詞： 線纜溫度;線纜載流;校正系數(shù)

1引言

在新能源電池行業(yè)中，磷酸鐵鋰材料與三元材料的制備中已廣泛使用電加熱輥道爐作為燒結(jié)工序設(shè)備。隨著單機產(chǎn)能的不斷提高，輥道爐的加熱功率在同步提升，單回路加熱電源線纜的載流量也在增大。受加熱電源線纜敷設(shè)所處環(huán)境溫度和線纜載流變大的同步影響，線纜工作溫升高的問題也愈加凸顯。

某材料制備商客戶定制的4臺55米電加熱輥道爐采用了BVR（銅芯聚氯乙烯絕緣軟電線）系列線纜作為加熱電源線，輥道爐各回路電流及線纜線徑配置見表1。線纜標(biāo)定最高工作溫度不超過70℃。在輥道爐滿負(fù)荷帶料生產(chǎn)時巡檢發(fā)現(xiàn)加熱電源線纜工作溫度最高達(dá)到87℃，已嚴(yán)重超出標(biāo)定最高工作溫度，存在安全隱患。

為了排查問題原因，排除線纜異常高溫帶來的安全隱患，綜合分析線纜發(fā)熱的原因以及線纜線徑選用的依據(jù)是本文討論的主要問題。

2原線纜線徑的選型原則

（1）按照電氣工程常用線纜線徑選型辦法估算10mm2線纜載流量為50A，在環(huán)境溫度≥60℃情況下，線纜線徑的選取需向上一檔;

（2）電工手冊關(guān)于線纜載流大小明確如下：25℃環(huán)境溫度下，10mm2銅芯軟線纜載流75A，不同環(huán)境溫度下線纜的載流量需按校正系數(shù)校正，不同環(huán)境溫度下校正系數(shù)[1]見表2。

按照導(dǎo)線工作溫度50℃、環(huán)境溫度40℃時0.663的載流校正系數(shù)計算，BVR-10mm2線纜的載流量不低于49A。

（3）項目中選用的BVR-10mm2線纜承載最大43.7A的電流符合以上兩種線纜線徑的選型原則。從參考數(shù)據(jù)上來看，線纜工作溫度應(yīng)該在50℃左右。因此，線纜實際工作溫度與參考數(shù)據(jù)存在較大偏差，原線纜線徑的選型原則并不能完全符合現(xiàn)場的應(yīng)用工況。

3線纜溫升的因素分析

在常規(guī)電氣工程項目中，線纜發(fā)熱的主要原因可以總結(jié)為以下六個方面：

（1）線纜接頭制作技術(shù)不好，壓接不緊密，造成接頭處接觸電阻過大，也會造成電纜產(chǎn)生異常發(fā)熱的現(xiàn)象。

（2）線纜相間絕緣性能不好，造成絕緣電阻較小，運行中也會產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象。

（3）針對鎧裝電纜，局部護(hù)套破損進(jìn)水后會對絕緣性能造成緩慢破壞作用，造成絕緣電阻逐步降低，也會造成電纜運行中產(chǎn)生異常發(fā)熱的現(xiàn)象[2]。

（4）采用的線纜導(dǎo)體電阻不符合要求，會造成電纜在運行中產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象。如銅芯軟線纜BVR-16mm2在20℃時導(dǎo)體電阻≤1.91Ω/km。如果換做鋁芯導(dǎo)體線纜，單位電阻遠(yuǎn)大于1.91Ω/km，其發(fā)熱程度也會高于銅芯軟線纜[3]。

（5）線纜線徑選擇不當(dāng)，線纜線徑與載流大小不匹配，會造成使用的線纜導(dǎo)體截面過小，運行中產(chǎn)生過載現(xiàn)象，線纜長時間過載運行造成異常發(fā)熱。

（6）線纜敷設(shè)引起的發(fā)熱，設(shè)備中線路多敷設(shè)于線槽或者橋架內(nèi)，對于回路數(shù)量較多的設(shè)備，線路敷設(shè)時排列過于密集，通風(fēng)散熱效果不好，或電纜靠近其他熱源太近，影響了電纜的正常散熱，也有可能造成電纜在運行中產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象。

綜合以上分析因素，結(jié)合現(xiàn)場查驗：線纜接頭制作、線纜相間絕緣、線纜銅芯導(dǎo)體阻值大小均能達(dá)到工藝要求。在線纜線徑選型上，能滿足原有技術(shù)選型原則要求;在線纜敷設(shè)方面，線纜敷設(shè)在線槽內(nèi)，因線路數(shù)量較多，線纜存在匯集、捆扎等情況。

為論證不同載流和不同敷設(shè)條件下線纜溫度情況，按不同回路功率輸出情況分別記錄其線纜溫度，得出如下4種數(shù)據(jù)：

1、回路1加熱功率輸出較大，在70%左右，其加熱回路中加熱線溫度高達(dá)73℃;

2、其余回路加熱輸出率最大在40%左右，其加熱回路中加熱線溫度在60℃以內(nèi);

3、現(xiàn)場1#、2#設(shè)備在滿負(fù)荷燒料運行時，回路內(nèi)加熱線溫度普遍偏高;3#、4#設(shè)備處于高溫保溫未燒料狀態(tài)，回路內(nèi)加熱線匯集處溫度在50℃左右;

4、現(xiàn)場將匯集處捆扎線纜散開，再次測得線纜溫度為71℃，低于捆扎時實測數(shù)據(jù)87℃。

結(jié)合以上4種數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：

（1）負(fù)荷率越大，線纜載流量越大，線纜溫度就越高;

（2）線纜敷設(shè)越密集，線纜溫度就越高。

因此，針對現(xiàn)場出現(xiàn)的線纜溫升過高的問題，初步判定為線纜匯集捆扎造成的散熱不暢引起線纜工作環(huán)境溫度升高，造成線纜實際載流能力下降，從而加劇線纜溫度的升高。但礙于線纜敷設(shè)空間有限，工程項目上無法做到將線纜完全散開，因此在線纜密集敷設(shè)時，溫度對線徑選型、載流大小的影響不再符合原有選型原則。

4線徑選型與載流大小的校正

根據(jù)現(xiàn)場線纜線徑、載流值、線纜溫度的數(shù)據(jù)，校正思路如下：

（1）線纜25℃環(huán)境溫度下的核定載流量按常用線纜線徑選型辦法估算，即10mm2線纜載流量為50A，16mm2線纜載流量為64A;

（2）線纜在不同環(huán)境溫度下的載流量校正系數(shù)參考電工手冊標(biāo)準(zhǔn)，其基準(zhǔn)電流參照第（1）條約束的線纜載流量，并非按電工手冊給定的參考值;

（3）按上述兩條復(fù)核的BVR-10mm2和BVR-16mm2線纜載流數(shù)據(jù)見表3。

所復(fù)核的導(dǎo)線工作溫度與現(xiàn)場實際溫度較為接近，因此可作為校正參考;

（4）現(xiàn)用BVR線纜允許最高工作溫度不超過70℃，應(yīng)結(jié)合允許的導(dǎo)線溫度與環(huán)境溫度，按載流修正系數(shù)計算線纜載流值，校正后的線纜載流量數(shù)據(jù)見表4。

校正后的導(dǎo)線載流量明確了不同環(huán)境溫度下對應(yīng)導(dǎo)線工作溫度時的載流量參考值，較以往籠統(tǒng)的直接按線徑評估載流量，存有較大的數(shù)值差異，數(shù)據(jù)可參考性更高。

5結(jié)果評估與總結(jié)

在得出校正系數(shù)和校正后不同溫度線纜的載流值后，重新對線纜線徑進(jìn)行選型。根據(jù)各回路配置的功率電流值，重新選擇BVR-16mm2線纜作為加熱電源線纜，并對設(shè)備原配置的BVR-10mm2線纜進(jìn)行改造替換。

改造后的線纜溫度基本維持在40℃-50℃區(qū)間，后期按照同樣校正方法選型的現(xiàn)場數(shù)據(jù)同樣符合這一數(shù)據(jù)，各現(xiàn)場線纜載流及溫度數(shù)據(jù)見表5。

通過各現(xiàn)場線纜載流數(shù)據(jù)及線纜溫度數(shù)據(jù)可以看出，校正選型后的線纜工作溫度符合表4中的校正數(shù)據(jù)。表4對不同線徑、不同環(huán)境溫度和不同載流量情況下的線纜工作溫度可以起到預(yù)期性的指示作用。

6結(jié)語

本文闡述的線纜載流與線纜溫度的影響結(jié)合了實際的工程數(shù)據(jù)，根據(jù)環(huán)境溫度與導(dǎo)線工作溫度校正得到的線纜載流量具有一定的工程參考意義，在線纜線徑選型和線纜工作溫度評估方面可供類似工況下參考分析。

參考文獻(xiàn)

[1]《電工手冊》編寫組.電工手冊.第二版[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1990.

[2]朱文滔.淺談電纜載流量的影響因素及優(yōu)化方法[J].華東科技（綜合），2018.

[3]張自峰.電線電纜導(dǎo)體電阻和電阻率的分析[J].城市建設(shè)理論研究，2012（26）.