氧化铝厂电缆的截面选择

杨毕 王雅桐

摘 要：本文主要介绍了氧化铝厂在电力电缆设计时，选取电缆截面需要满足的條件，并阐述了各个条件的具体要求，对氧化铝厂供配电设计时正确选用电缆提供指导。

关键词：电缆工作温度；经济电流密度；动稳定、热稳定；电压损失

1 正确选择电缆截面的必要性

对氧化铝厂进行供配电设计时，除了选用跟环境相适合的电缆种类外，还必须选用正确的电缆截面积。电缆截面积的选择，关系到投资成本、电缆线路的使用寿命和损耗、电能质量等。如选用电缆的截面积偏小，会导致电压偏差、线路损耗大，使初期投资成本高。氧化铝厂厂内用电设备种类较多，某些用电设备距离配电室较远，某些用电设备（如原料片区的胶带输送机）需要带料重载启动，需要保证这些用电设备端子电压满足要求，设备正常启动，运行在额定状态，若导致用电设备无法启动，则直接影响氧化铝厂的生产。因此，正确选择电缆截面对氧化铝厂的顺利生产具有重要的作用。

2 电缆截面选择需要满足的条件

电缆截面选择需要满足以下4个方面要求。

2.1 电缆通过电流时，其线芯的温度不能超过电缆所允许的长期工作温度

为保证电缆的实际工作温度小于允许值，电缆的允许长期工作电流（简称载流量）应大于线路的工作电流。由于氧化铝厂属于对铝有腐蚀的环境，各用电设备的供电需要有较高的可靠性，很多电机需多根大电缆并列敷设，因此氧化铝厂通常选用铜芯电缆，铜芯电缆的允许持续载流量是铝芯电缆的1.29倍。电缆载流量会随着周围环境条件的改变而改变。

（1）电缆在空气中和土壤中敷设，根据环境的温度，

确定载流量校正系数。式中，是电缆的最高

工作温度（℃），是与额定载流量相适应的基准环境温度（℃），是实际的环境温度（℃）。

（2）根据土壤湿度的不同，确定载流量校正系数。

（3）土中直埋多根并行敷设时，根据电缆之间净距的不同，确定载流量校正系数。

（4）空气中单层多根并行敷设时，根据电缆中心间距与电缆外径的关系，确定载流量校正系数。

（5）电缆桥架上敷设多层电缆，并且电缆无间距时，根据桥架种类和电缆层数，确定载流量校正系数。

2.2 电缆截面选择除技术条件外，也可按经济条件进行选择

按经济条件选择，即使经济寿命期内的初始投资和线路损耗费用之和最少，即按经济电流选择电缆截面。

计算电缆的经济电流截面积计算公式如下：

式中，J是电缆经济电流密度（A/mm2），Sj是经济电缆截面（mm2），Imax是第一年导体最大负荷电流（A）。

也可根据项目所在地区及电价（华东、华南为高电价区，代表电价取0.5元/kWh；华中、华北、东北为中电价区，代表电价取0.4元/kWh；西南、西北为低电价区，代表电价取0.3元/kWh）、氧化铝行业最大负荷利用小时Tmax=6500h、班制，查《工业与民用配电设计手册》第三版中经济电流范围表格或经济电流密度曲线，得出电缆截面。

对备用电动机等一些备用回路的电缆，可按其正常运行小时数的一半来选择电缆截面。当电缆经济电流截面比按热稳定、持续载流量等技术条件要求的截面小时，按照技术条件要求截面选择；当电缆经济电流截面介于电缆标称截面之间时，宜按偏小选择最接近档截面。

2.3 通过短路电流时，不超过所允许的短路强度

高压电缆要校验热稳定性，母线要校验动、热稳定性。

（1）校验动稳定。

当母线跨数大于2时，母线的应力为

当母线跨数等于2时，母线的应力为

式中，Kx是矩形截面导体的形状系数；ip3是三相短路峰值电流，kA；l是母线的绝缘子跨距，m；D是导体的中心距离，m；W是母线截面系数，m3，与母线布置方式有关，对于水平布置的三相母线，当母线水平放置时为0.167bh2，当母线竖放时为0.167hb2；β是按机械共振条件校验的振动系数。

作用于母线的计算应力应小于等于母线最大允许应力，硬铝母线最大允许应力为120MPa，硬铜为170MPa。

（2）校验热稳定。

母线、电缆热稳定允许的最小截面按下式计算

式中，Qt是短路电流的热效应，kA2·s，c是热稳定系数。

2.4 电压损失需要控制在允许范围内

当氧化铝厂各车间交流电动机起动时，电动机端子电压应能保证系统需要的起动转矩，且同时引起的电压下降不能妨碍其他用电设备的工作。电动机起动时，配电母线上的电压应符合以下要求：

（1）在一般情况下，配电母线上的电压不宜低于标称电压的85%。当电动机频繁起动时，则不应低于标称电压的90%。

（2）电动机不频繁起动，并且配电母线上未接照明负荷或对电压下降敏感的负荷时，配电母线上的电压不应低于标称电压的80%。

（3）配电母线上未接其他用电设备时，配电母线上的电压需要保证达到电动机起动转矩要求；对于低压电动机，还应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。

氧化铝厂内某些工艺设备（如原料片区皮带）供电距离较远，有的甚至能达到200～300m，因此设计时需要校验供电线路的电压损失。

三相平衡负荷线路电压损失按下式计算：

3 结语

综上所述，选取适合的电缆截面，能够有效减少线路的损耗、降低电压损失、减少成本、提高电能质量。

参考文献

[1]王洪才.钢铁企业电力设计手册[M].冶金工业出版社，1996.

[2]任元会.工业与民用配电设计手册[M].中国电力出版社，2005.