交流1 kV无铠装电缆载流量实用校正方法

周 程 里

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海 200092]

0 引 言

低压电缆截面的选择与优化是建筑电气工程设计中的重要课题,部分工程项目为了节省投资减小电缆截面,流经回路导体的过负荷引起导体的温升,对绝缘、接头、端子和导体周围的物质造成损害,甚至引起火灾。同时在2021年以铜为代表的大宗商品暴涨背景下,设计中不考虑回路低负荷运行工况,成束降低系数取值过于保守,电缆截面选取过大而造成浪费的现象仍存在。准确计算电缆载流量是选择低压电缆截面的先决条件,本文基于GB/T 16895.6—2014《低压电器装置 第5-52部分 电气设备的选择和安装 布线系统》[1],从电缆材质、多回路线缆束等方面阐述了影响交流1 kV无铠装电缆载流量的因素,并结合工程经验给出了一个实用的载流量校正公式。

1 影响载流量的因素

载流量值可以由IEC 60287系列标准计算得出,但由于计算复杂且影响因素多,工程中通常采用电缆厂或配电手册中的试验数据。本文讨论的载流量均为正常工作情况下,持续负荷导致的热效应时,不影响导体和绝缘的正常使用寿命的载流量[2]。其他因素也会影响导体截面的选择,如电击防护、热效应保护、过电流保护、电压降,以及与导体相连的设备端子的温度限值等,但这些因素并不在本文讨论范围内。影响电缆载流量的直接因素有电缆的材质(不同绝缘材料最高运行温度)和多根线缆成束的降低系数。

2 电缆材质

任何导体所承载的负荷电流在正常持续运行中产生的温度不应超过导体绝缘材料的温度限值。对于GB/T 16895.6—2014中表52.1中所列绝缘材料类型,按表列值应用即可满足规定。绝缘材料最高运行温度如表1所示。非消防负荷常用的YJY-1 kV电缆属于热固性绝缘,导体温度限值为90 ℃;消防负荷常用的刚性矿物绝缘类电缆取决于电缆额定温度、电缆终端接线端子、环境情况和其他外界影响等条件,因此可允许较高的运行温度,导体温度比护套温度高5～10 ℃。而根据文献[3]中表9.3-1,柔性矿物绝缘电缆导体长期允许工作温度为125 ℃。对于不让接触的裸矿物绝缘电缆(BTTZ),适用于火灾工况,其制造原理与普通电缆不同,成束敷设时载流量不需要校正。

表1 绝缘材料最高运行温度

3 多根线缆成束的降低系数

多根线缆成束的降低系数适用于具有相同最高运行温度的绝缘导线束或电缆束,束中所有电缆或绝缘导线的载流量应根据其中最高运行温度最低的线缆来确定,并采用适当的线缆束降低系数来校正。对于电缆的载流量需根据标准GB/T 16895.6—2014附录B中的环境温度校正系数以及成束降低系数进行校正,对埋地电缆还应考虑土壤的实际热阻。按附录的表格选取载流量值时,参考环境温度如下:对于空气中的绝缘导体与电缆,参考环境温度为30 ℃;对于埋地电缆(直埋在土壤中或敷设在埋地管槽中),参考环境温度为20 ℃。对于不同工程项目所在地,设计人员需对环境温度进行校正[4]。

环境空气温度不同于30 ℃时的校正系数(用于敷设在空气中的电缆载流量)如表2所示。

表2 环境空气温度不同于30 ℃时的校正系数(用于敷设在空气中的电缆载流量)

地下温度不同于20 ℃时的校正系数(用于埋地电缆的载流量)如表3所示。

表3 地下温度不同于20 ℃时的校正系数(用于埋地电缆的载流量)

当土壤热阻系数不同于2.5 km/W时,需要对电缆载流量进行校正,校正系数查国家标准GB/T 16895.6—2014表B.52.16;当土壤热阻类型及地理不明时通常取土壤热阻系数为2.5 km/W,对于非常干燥或多石层地区(热阻系数大于2.5 km/W)应适当降低载流量或更换贴近电缆周围的土壤。当土壤温度一年当中只有几个星期超过选定温度时,不需校正。土壤热阻系数不同于2.5 km/W时用于直埋或埋地管槽中电缆的载流量校正系数如表4所示。

表4 土壤热阻系数不同于2.5 km/W时用于直埋或埋地管槽中电缆的载流量校正系数

多回路管线或多根多芯电缆在不同敷设方式下散热条件不同,需根据电缆根数或回路数以及敷设方式对电缆载流量进行校正,校正系数查标准GB/T 16895.6—2014表B.52.17,此表与表B.52.2～表B.52.13各电缆试验载流量参数结合使用,工程中可直接采用电缆厂的试验载流量数据。这些校正系数是假定各回路电缆截面相等且都是在额定载流量的情况下计算得到的。实际情况会有所不同,计算方式十分复杂。多回路或多根电缆成束敷设的降低系数如表5所示。在工程设计时,当负荷率小于100%时,实际校正系数可提高一些,需要对表中的降低系数进行修改。如果运行条件已知,预计某根电缆或绝缘导线承载电流不超过其成束敷设载流量的30%,则在计算线缆束中其他线缆的降低系数时,此电缆可忽略不计。从表中数据可知,敷设方式的散热条件越好,载流量降低越少。在有条件情况下,建议采用有孔托盘或梯架敷设。

表5 多回路或多根电缆成束敷设的降低系数

除上述校正载流量方法外,敷设在导管、电缆管槽或电缆槽盒中的线缆束,束内有不同截面的绝缘导体或电缆,偏安全的成束降低系数为:

(1)

式中:n——电缆束中多芯电缆数或回路数。

采用式(1)得到的电缆束降低系数将减小截面电缆的过负荷危险,但可能导致大截面电缆未充分利用。工程设计建议将大截面与小截面电缆分开敷设在不同电缆束内。由于式(1)的降低系数偏于保守,工程设计中不建议使用。

4 载流量校正

考虑到电缆的材质、环境温度、敷设方式等多方面影响因素,并结合工程经验,提出的交流1 kV无铠装电缆修正后载流量为

(2)

式中:In——电缆额定载流量;

Kw——环境空气温度不同于30 ℃时的校正系数(用于敷设在空气中的电缆载流量)或地下温度不同于20 ℃时的校正系数(用于埋地管槽中的电缆的载流量);

Kt——土壤热阻系数不同于2.5 km/W时用于直埋或埋地管槽中电缆的载流量校正系数,空气中敷设取1;

Kd——多回路或多根电缆成束敷设的降低系数;

Kx——成束敷设载流量修正系数(经验值)。

成束敷设载流量的修正系数Kx如表6所示。

表6 成束敷设载流量的修正系数Kx

5 结 语

本文通过对GB/T 16895.6—2014《低压电器装置 第5-52部分 电气设备的选择和安装 布线系统》中电缆载流量校正因素的分析,结合工程经验对成束敷设载流量进行修正,并提出一个实用的交流1 kV无铠装电缆载流量校正公式。校正后的电缆载流量可以准确地选择电缆截面,避免电缆截面选小而引起的过负荷情况。同时根据电缆成束敷设的发热特性,建议在有条件的情况下尽可能降低环境温度或埋地敷设时的土壤热阻,将大截面与小截面电缆分开敷设在不同电缆束内,并采用散热性能良好的有孔托盘或梯架敷设,以减小电缆截面,节约铜(铝)资源。