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浅谈化工厂区10 kV及以下电缆设计常见问题

2023-08-10鹿秀萍

山东化工 2023年12期
关键词:规格书格兰铠装

鹿秀萍

(中海油石化工程有限公司,山东 济南 250101)

1 电缆选型

1.1 导体材质选择

目前最常见的电缆导体材质为铝导体和铜导体,但在相同条件下,无论是在电阻率、载流量、电压降、可靠性和施工性能等各方面,铜导体比铝导体都有着明显的优势。且根据我国以往工程实践经验来看,铜芯电缆比铝芯电缆事故率更低,安全性更好。化工厂区多为爆炸危险环境,根据爆炸危险环境电力装置设计规范要求,在爆炸危险环境1区内应采用铜芯电缆,除本质安全电路外,在爆炸危险环境2区宜采用铜芯电缆[1]。所以在化工厂区宜优先选用铜芯电缆。

1.2 电缆截面选择

控制电缆的截面选择应满足GB/T 50217—2018中第3.7节中的要求,其中需要注意的是控制电缆压降的问题,化工厂区内电缆敷设距离较长,控制电缆的压降是非常容易忽视的一个问题,在电缆选型时一定要对控制电缆压降进行复核。

低压系统保护导体截面选择:包括低压电机负荷的TN-S系统供电回路保护导体(接地线)截面选择如表1。

表1 保护导体截面选择

电力电缆的截面选择主要是按照热稳定、允许电压降、持续载流量等参数来选择,对于化工厂区来说,电缆一般长期负载运行,考虑到经济效益以及电能损耗,尚宜按经济电流密度来选择电缆截面。比较电缆的投资、电能损耗等,来选择更合适的电缆。

化工厂区电缆截面选型的建议:随着厂区的增大,线路敷设距离也不断加大,压降问题就成了容易被忽略的问题。所以在工程设计中要注意对动力电缆、控制电缆、通信电缆等的线路压降进行校验,避免线路压降过大造成末端设备无法启动或信号衰减无法运行的情况。建议大型项目的电气、电信专业工程设计统一规定中增加电缆截面选择统一规定,避免相同容量的用电设备电缆截面不一致。

1.3 电缆U0/U的选择

电缆额定电压的选择也是电缆选型中需要关注的一个重点,其中U0为导体对地间的额定电压,也称做相电压;U为导体之间的额定电压,也称作线电压[3]。电缆额定电压选择参见表2与表3。

表2 电缆的额定电压标注

表3 电缆的额定电压值U0/U和Um及冲击绝缘水平

1.4 电缆铠装层的选择

钢带铠和钢丝铠是目前化工厂区内常用的两种电缆的铠装层方式,钢带铠装电缆主要增加电缆的抗拉强度,常用于室外的直埋敷设等;钢丝铠装电缆主要增加电缆的抗拉强度,常用于大长度的垂直敷设等,且钢丝铠装电缆价格比钢带铠装电缆贵。电缆外护层的选择可参考图1。

图1 不同电缆外护层适用场所

1.5 电缆的防鼠防蚁防霉

由于南方特殊的地理和环境因素,适宜虫蚁滋生繁衍,造成虫蚁灾害,容易对埋地电缆造成严重的损害,导致安全事故的发生。在虫蚁灾害严重的地区,为防止电缆被虫蚁损害,可在电缆埋地敷设时穿钢管或硬质塑料保护管。也可以增加高硬度外护层或者使用金属套或者钢带铠装[2],来达到防虫蚁啃食的效果。钢带铠装电缆或带金属包带的塑料绝缘电缆在鼠害严重的场所使用较为常见。具体防虫蚁或防鼠电缆选型还可参考GB/T 34016—2017《防鼠和防蚁电线电缆通则》中的规定。在南方潮湿环境中,还需要注意电缆的防霉处理,常见的防霉措施一是在电缆生产制造的过程中添加防霉剂;二是在成品的电缆表面直接喷上防霉抗菌喷剂,使电缆表面具有防霉能力。具体电缆防霉的相关措施可参考 ISO 846:2019《塑料微生物作用的评价》和GJB 150.10A—2009《军用装备实验室环境试验方法第 10 部分:霉菌试验》等有关电缆防霉的相关规范。

1.6 电缆材料的环保、安全要求

随着环境保护问题越来越受到全球各国的关注与重视,这对电缆的安全与环保问题也提出了更高的要求。在电缆选型时宜选用安全环保可再生利用的材质,不宜选用有毒有害含铅镉等重金属危害环境的材质。低压电缆宜选用交联聚乙烯或聚氯乙烯挤塑绝缘类型;高压交流电缆宜选用交联聚乙烯绝缘类型电缆[2]。但是聚氯乙烯受热或燃烧时,可能会产生氯化氢,对人体有害,所以在人员密集场所或有环境保护要求的场所不得选用该型号电缆[2-5]。除上述要求外,还需要特别关注于2006年7月开始实施的RoHS环保标准。

2 电缆敷设

化工厂区常见的电缆敷设方式主要有桥架敷设、直埋敷设、保护管敷设、电缆夹层敷设及几种方式联合敷设等,每种敷设方式各有优缺点,具体敷设方式应该根据工程环境特点来确定。下面是电缆敷设中常见的一些问题:

2.1 电缆敷设细节问题

(1)非铠装电缆敷设时应采用具有机械强度的钢管或罩进行保护,保护范围为地面上2 m内,或由地面下引上时,地下0.3 m深电缆区段;(2)借用建筑物风道给风机供电的电缆要穿管保护;(3)在爆炸危险环境中明敷的电缆需要穿管保护,埋地敷设的电缆过路或穿越建筑基础时均应穿管保护[2];(4)在夹层电缆敷设时进、出开关柜时排列敷设便于电缆出线,同时避免电缆过于集中,方便施工;(5)夹层电缆桥架安装高度要考虑电缆至开关柜间的弯曲半径,电缆尽量由桥架直接进入开关柜;(6)电缆夹层中开关柜进线口附近增加电缆固定装置;(7)结合工程具体情况提供电缆敷设标准图、大样图等,便于现场施工。

2.2 电缆与设备电缆引入装置的匹配问题

化工厂区现场施工发现电缆与设备进线格兰不匹配等问题,主要表现在:

(1)电缆外径与进线格兰内径尺寸不匹配,或大或小,无法安装。进线格兰主要包括电动机接线盒进线格兰,现场安装的动力箱、检修箱、控制箱等的进出线格兰,现场照明灯具(包括路灯、高杆灯、航空障碍灯等)接线盒进出线格兰等;(2)电缆的类型与格兰密封形式、布线形式不匹配,如铠装电缆配非铠装格兰等;(3)爆炸危险区域选用格兰的防爆等级和防护等级与区域环境防爆防护等级不匹配;(4)现场电缆接线箱、电机接线盒内电缆安装空间小,电缆接线困难等。

电缆与设备格兰不匹配等问题的一般预防措施:

(1)爆炸危险区域应选用防爆格兰,其防爆等级不低于该区域电气设备的防爆等级;(2)选用的格兰形式要与电缆类型相匹配,铠装电缆要配相应的铠装电缆用格兰头;(3)成套供货的电缆接线箱、电机接线盒等在设备技术规格书中要提出电缆的电压等级、电缆形式及电缆外径,以便供货商确定接线盒的尺寸及进线格兰规格和格兰的材质。同时要求供货商提供接线箱/盒内电缆安装详图。收到设备返资后要认真审核图纸并及时提出审核意见,后续要及时跟踪供货商修改情况并将情况反馈给项目组,在设备到货前解决问题,不要把问题留到工地现场,避免耽误项目施工进度;(4)对于室外防爆照明灯具供电线路和接线盒格兰的配合问题,建议接线盒至照明灯具的线缆由灯具厂配套供货,灯具前接线盒(包括进出格兰)由设计单位根据电缆型号规格选择;(5)电缆接线箱内的接线端子和接线空间一定要根据电缆外径、电缆终端头长度、绝缘间距等进行选择,避免接线空间过小导致接线困难。

2.3 电缆长度问题

电缆的计算长度应包括实际路径长度与附加长度[2],电缆的附加长度可参见图2的规定。需要注意的是,对厂区引入建筑物,直埋电缆因地形及埋设的要求,电缆沟、隧道、吊架的上下引接,电缆终端、接头等所需的电缆预留量,可取图纸量出的电缆敷设路径长度的5%[2]。

图2 35 kV及以下电缆敷设度量时的附加长度

电缆的订货货长:(1)长距离的电缆线路宜采用计算长度作为订货长度[2];(2)对于10 kV及以下电缆短距离敷设时,考虑到电缆剪短浪费问题,还应该留一定长度的余量,一般留计算长度的5%~ 10%[2];(3)相关标准规定电线电缆交货长度误差是±0.5%,电缆技术规格书中可对电缆交货长度作出规定,一是规定电缆交货长度用计米器计量误差为正误差;二是对总包项目确定现场电缆检验、试验需要的电缆长度,以便订货时增加此部分电缆长度;(4)建议在照明系统图中增加“线长/管长”一栏,便于照明线缆的统计和复核;(5)建议增加软件的引进和开发力度,提高电缆统计长度的准确性;(6)预留电缆长度宜参考图3。

图3 电缆敷设和附加长度

2.4 电缆铠装层、金属屏蔽层接地问题

电气设计说明中应根据国标规范相关条款明确控制电缆金属屏蔽的接地方式,并在相应的位置设置接地端子板。对供配电系统接地、电信系统接地、仪表接地统一设置。

电缆金属屏蔽的接地方式应符合国家标准GB 50217—2018《电力工程电缆设计标准》与GB/T 3836.15—2014《爆炸性环境 第8部分:由“n”型保护的设备》中的相关条款;电信系统电缆的接地应参考SH 3081—2019的相关条款。

2.5 电缆替代问题

大型的化工厂区进行现场施工时由于电缆规格型号众多,电缆分盘表不明确、施工保护不到位、电缆丢失等各种原因导致原本规格型号的电缆无法使用需要进行电缆替代,电缆替代中要注意以下问题:

(1)同型号电缆原则上截面大的可以替代截面小的电缆,要注意核实电缆保护管径、设备进线格兰内径等是否与替代电缆外径相匹配;(2)小动力负荷(3 kW以下)动力电缆不建议用控制电缆替代。一是因为采用的标准不同;二是因为电压等级不同;三是电缆的绝缘和护套厚度不同;(3)电信专业的现场用电设备如声光报警、信号灯、摄像机、扬声器等供电电缆的电压等级建议参考相关规范条款进行确定。

3 其他电缆相关问题

3.1 热缩管选择需要注意问题

(1)热缩电缆附件应符合国家规范GB/T 12706.4—2020和DL/T 413—2006中的相关条文要求。电缆附件的技术要求有的会在电缆技术规格书中体现,有的电缆厂家不提供电缆附件,可能需要单独采购,建议对电缆附件单出技术规格书,对全厂的高低压电缆附件进行统一规定。

(2)热缩管按电压等级分为:1,10,35 kV;按使用位置分为:NSY(户内终端)、WSY(户外终端)和JSY(中间接头);按电缆芯数可分为:单芯、多芯等进行选择。

(3)1 kV低压热缩电缆终端头:热缩电缆终端分为热缩指套和绝缘套管两个部分,终端头绝缘管分为红、黄、绿、蓝、黑,地线黄绿双色热缩管。选用的热缩管绝缘、阻燃等性能应与原电线电缆的绝缘和阻燃性能保持一致。

(4)设计中值得关注的是DL/T 1059—2007《电力设备母线用热缩管》,本标准适用于额定电压为35 kV及以下电压等级的电力设备母线用热缩管。高、低压开关柜内的母线不建议使用热缩管,其他没有保护壳体的裸母线可参考使用。

3.2 电线电缆分盘表

在现场施工时,电缆分盘不论是对电缆采办还是施工都起着非常重要的作用,根据项目的具体需求,参考行标JB/T 8137.1~4—2013《电线电缆交货盘》与HGT 20638—2017《化工装置自控工程设计文件深度规范》编制电缆分盘表。大型化工厂区各种规格型号电缆繁多,许多电缆单根长度超过1 000 m,常常由于现场施工等原因导致电缆截取过短,不得不重新采购电缆或增加电缆中间接头,而中间电缆接头为电缆最薄弱的地方也是故障多发的地方,在爆炸危险区也不允许电缆中间接头。所以根据项目实际情况编制电线电缆分盘表非常有必要,不仅节约成本提高电缆利用率,还提高现场施工效率。

3.3 电仪交接柜

电仪交接柜作为电气仪表之间信号传输的机柜,不仅可以使专业分工界面更加清晰,两个专业之间信号对接界面更直观明了,还避免漏掉相关信号,节省了大量人工时。在大型的化工厂区内建议高、低压配电室分别设置电仪交接柜,并且每段母线设置一台电仪交接柜避免不同电压等级、不同母线段的信号在电仪交接柜内混接。柜内端子备用数量按30%~50%预留,控制柜内电缆的数量,以备日后厂区扩建或改造使用。

3.4 电缆技术规格书

DEC文件的使用,有的业主单位有专用的电缆技术规格书和电缆采购清单(DEC),对电缆的型号规格、电缆芯数、电缆截面、阻燃耐火电缆型号规格等作出明确规定。电气设计统一规定中根据业主电缆清单编制电缆选型表,方便后期的电缆采购工作。工程设计中尽量不要选用电缆清单中没有规定的电缆。编写电缆技术规格书注意下列问题:(1)电缆相关规范的采用;(2)对6 kV及以上的交联聚乙烯绝缘电缆,应选用内、外半导电屏蔽层与绝缘层三层共挤工艺特征的型式[2];此种工艺生产的电缆具有较优的耐水树特性;(3)在有防腐和防潮要求的环境中,电缆的铠装层上应该增加聚乙烯外护层。

3.5 电缆相关规范

在设计说明、技术规格书等设计文件中采用电缆的相关规范,应注意下列问题:

(1)不相关的规范或者关系不大的规范不要列出;(2)按照规范编号由小到大列出;(3)遇到即将实施的规范,要根据项目进展情况确定是否采用,如果项目完工前规范开始实施,此规范就要采用;(4)注意行业规范和地方规范的采用,如绿色建筑、节能环保等;(5)每个项目都要核对规范编号,避免采用作废规范;(6)注意施工验收规范的使用,设计图纸要符合施工验收规范的要求;(7)注意电缆敷设国标图集的采用,设计图纸一般不开列图集号,应出电缆敷设图(大样图)。

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