基于Excel进行低压电力电缆产品设计

刘 磊，荔建荣，周冬花

（1.江苏珠影特种电缆有限公司，江苏 无锡 214001；2.广西阳工电线电缆有限公司，广西 南宁 530000）

0 引言

低压电力电缆是工程建设、工业生产和配电设备等行业的常见产品，因产品型号规格繁多，每种型号规格低压电力电缆的结构或材料各不相同，需要大量的计算；又因低压电力电缆主要材料的价格波动较大，工艺方式的不断创新，电缆的市场报价要实时作出相应调整。市场报价的快速反应是赢得市场的关键因素之一，所以制定一套准确反映众多型号规格低压电力电缆的工艺参数、材料消耗、制造成本的报价系统是十分必要的，该系统同时能方便企业的工艺参数控制管理和材料消耗的控制管理。

1 设计构想

低压电力电缆的绝缘层厚度、护套层厚度、钢带厚度等各结构的尺寸在标准中有明确的规定，但因各工厂的工艺把控能力不同，结构在上限值上有所差异，通过各结构相互关联的公式运算，准确计算各结构的外径大小、材料消耗等，可采用Excel强大的数据处理功能制定一套能快速高效地计算出含低压电力电缆各结构外径尺寸、材料消耗、成本价格等参数的系统，系统的设计构想如图1所示。

图1 设计流程

2 程序的设计

2.1 电缆产品结构分解

依照GB/T 12706.1—2020《额定电压1 kV（Um=1.2 kV）到35 kV（Um=40.5 kV）挤包绝缘电力电缆及附件 第1部分：额定电压1 kV（Um=1.2 kV）和3 kV（Um=3.6 kV）电缆》和GB/T 19666—2019《阻燃和耐火电线电缆或光缆通则》标准，对不同结构的组成形式进行分解，并利用标准对不同结构材料的规定代码进行有效分辨。该系统对未列的结构材料代码可以通过在预留的扩展功能里进行拓展。

本文以WDZCN-YJY23 0.6/1 kV 3×150为例，电缆结构如图2所示，进行结构分析和数值计算。

图2 电缆结构

2.1.1 导体代码

针对GB/T 12706.1—2020标准的低压电力电缆的导体材料主要是铜导体、铝导体、铝合金导体、镀锡铜导体等［1］。为了使Excel便于分辨，将采用不同的代码表示，不同导体类型的代码，如表1所示。

表1 导体代码

低压电力电缆的导体结构形式是多样的，有单根导体、有多根单丝绞合导体，同时多根单丝绞合导体因工艺方式不同，有非紧压圆导体、紧压圆形导体、紧压异型导体、第5种软导体和第6种软导体等结构形式［2］。为便于分辨，将采用不同的代码表示，不同导体结构类型的代码，如表2所示。

表2 导体结构代码

2.1.2 绝缘类型代码

根据低压电力电缆标准GB/T 12706.1—2020的规定，绝缘层因材料的不同可分为4种类型（见表3）。

表3 绝缘类型代码

2.1.3 内衬类型代码

根据低压电力电缆标准GB/T 12706.1—2020的规定，铠装型电缆必须要有内衬层，内衬层因材料的不同可分为4种类型（见表4）。其中无铠装型电缆无内衬层，对此类情况内衬层结构处可以选空值。

表4 内衬类型代码

2.1.4 铠装类型代码

根据低压电力电缆标准GB/T 12706.1—2020的规定，铠装层因材料的不同可分为7种类型（见表5），其中有无铠装的电缆，对此类情况铠装层结构处可以选空值。

表5 铠装类型代码

2.1.5 护套类型代码

根据低压电力电缆标准GB/T 12706.1—2020的规定，外护层因材料的不同可分为4种类型（见表6）。

表6 护套类型代码

2.1.6 电缆燃烧特性代码

依据GB/T 19666—2019的规定对电缆的阻燃、耐火特性进行结构分辨，无阻燃、耐火特性的低压电力电缆可以选择空值（见表7）［3］。

表7 电缆燃烧特性代码

2.1.7 电压等级代码

根据低压电力电缆标准GB/T 12706.1—2020的规定，电压等级有2种（见表8）。

表8 电缆的电压等级代码

2.2 根据所需生产工艺录入基础参数

参数包括：

（1）导体结构参数，单芯导体单位质量、材料单价等。

（2）绝缘层用材料类型及代码、绝缘标称厚度、绝缘层用材料的密度、材料单价等。

（3）屏蔽材料，屏蔽层用材料类型、密度、材料单价等。

（4）成缆，成缆系数、成缆包带用材料的类型、代码、密度、材料单价等。

（5）内衬层用材料的类型、代码、密度、材料单价等。

（6）铠装，铠装层用材料的类型、代码、密度、材料单价等。

（7）外护套，外护套用材料的类型、代码、密度、材料单价等。

2.3 低压电力电缆型号的确认

对不同低压电力电缆的结构设计，将对各结构进行拆分，只需按2.1所属的各结构所描述的代码表示，此类代码有便于Excel系统的识别和基数参数的选取引用。以WDZCN-YJY23 0.6/1 kV 3×150型号的低压电力电缆为例，导体材料选用铜导体，用“T”表示；导体结构采用紧压圆形导体代号“B-2”，导体绕包双层云母带，用“N”表示；绝缘材料选用交联聚乙烯，用“YJ”表示；内衬层材料选用聚乙烯，用“Y”表示；钢带铠装用“2”表示；低烟无卤护套用“WDZC”表示。选择“0.6/1 kV”电压等级下的绝缘等结构参数。

2.4 低压电力电缆规格的确认

低压电力电缆的规格仅有两个参数，即电缆芯数和标称截面，例如3×150。

3 程序的实现

3.1 确定电缆的材料和结构尺寸参数

Excel中有数据有效性的选取功能，对低压电力电缆所有涉及的结构都设置此类选取功能。各结构数据有效性选取功能的下拉菜单内列有该结构不同材料的代码，选取确定代码后，电缆设计界面即可引用对应的基础参数，电缆所涉及的结构依次确定后，Excel将依照已设定好具有各结构逻辑计算关系的公式进行自动计算，即可计算相关的产品数据，例如：WDZCN-YJY23 0.6/1 kV 3×150型号电缆，计算出结构参数，如表9所示。

表9 WDZCN-YJY23 0.6/1 kV 3×150型电缆结构尺寸参数 （单位：mm）

3.2 计算电缆的各个部分原材料耗材及原材料成本价

依照3.1计算结构尺寸参数，利用Excel的数据公式处理功能即可计算出电缆各结构的材料消耗。以WDZCN-YJY23 0.6/1 kV 3×150型号电缆为例，计算出原材料耗材参数，如表10所示。

表10 WDZCN-YJY23 0.6/1 kV 3×150型电缆耗材 （单位：kg/km）

同样以WDZCN-YJY23 0.6/1 kV 3×150型号电缆为例，将表8所述的各结构材料消耗数据代入对应各结构材料单价，即可得到低压电力电缆的原材料成本（见表11）。

表11 WDZCN-YJY23 0.6/1kV 3×150型电缆材料成本

在Excel设计界面内，日后只需要调整低压电力电缆的结构代码，其他参数可自动更新。

4 结语

本文依据低压电力电缆结构特点，对各结构进行分解，同时分析各结构尺寸和材料成本的影响因素，采用分类别的Excel基数数据处理方式和综合类别数据的逻辑计算方式有机结合，可以对不同型号规格的低压电力电缆进行结构尺寸、材料消耗、材料成本设计计算。设计或报价人员只需在设计界面选取所需结构代码，即可高效完成相关参数的计算，有效地减轻了设计人员、报价人员的工作量，在实际应用中可以做到准确、高效，具有实际应用意义。由于文章篇幅有限，仅对数据生成的方法进行了论述，具体的计算过程未做详细论述，详细计算过程参照《电线电缆和软线结构计算》［4］和《电线电缆手册》［5］等。

本文只是提供了一种准确、高效的工作方法，相关从业人员可对不同标准类型的电缆采用同类型的数据处理方法进一步扩展，以减少相关人员的工作量，提高工作效率。