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安全用電是動(dòng)力設(shè)備安裝與維護(hù)人員的基本要求，所有安裝與維護(hù)人員都有必要了解交流電纜線徑選擇的方法和原則。維護(hù)人員在日常工作中不局限于發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在故障，也應(yīng)關(guān)注線纜等配套設(shè)備存在的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化維護(hù)。在具體的安裝與維護(hù)工作中，不少工程師對(duì)電纜線徑的選擇存在著一些誤區(qū)，需要對(duì)這些誤區(qū)進(jìn)行分析。選擇了錯(cuò)誤的電纜線徑，輕則增加了建設(shè)或運(yùn)行成本，重則可能帶來(lái)巨大的安全隱患。
　　本文列出的十個(gè)誤區(qū)都是工程與維護(hù)人員容易發(fā)生的，事實(shí)上導(dǎo)線線徑選擇還有更多的影響因素，具體選擇線徑時(shí)應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度、允許溫升、敷設(shè)方式等查詢(xún)電工手冊(cè)或其它相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范。

　　誤區(qū)一：經(jīng)濟(jì)電流密度2~4A/mm2，選2偏安全，選4偏經(jīng)濟(jì)

　　按照經(jīng)濟(jì)電流密度選擇交流線徑是通行的方法，銅質(zhì)電纜經(jīng)濟(jì)電流密度為2~4A/mm2。顯然，取經(jīng)濟(jì)電流密度為2A/mm2時(shí)，線徑較粗，投資成本較高;取經(jīng)濟(jì)電流密度為4A/mm2時(shí)，線徑較細(xì)較經(jīng)濟(jì)。一些工程人員認(rèn)為，按照經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜即可，選2A/mm2偏安全，選4A/mm2偏經(jīng)濟(jì)，都是可行的選擇。

　　當(dāng)電纜較細(xì)時(shí)，電纜比表面積大，對(duì)散熱有利;當(dāng)電纜較粗時(shí)，電纜比表面積小，熱量不易散發(fā)，單位截面積導(dǎo)線通過(guò)相同的電流時(shí)，粗電纜溫度較高。如果電纜溫度超過(guò)允許值，就會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。下表為在空氣中敷設(shè)的塑料絕緣銅芯電線長(zhǎng)期連續(xù)負(fù)荷載流量(《電工手冊(cè)》第14章第99頁(yè)，上海科學(xué)技術(shù)出版社第四版，呂如良等主編，2002年1月)，周?chē)h(huán)境溫度為25℃，線芯長(zhǎng)期允許工作溫度為70℃。

　　由上表可見(jiàn)，較細(xì)的電纜每平方載流量遠(yuǎn)大于4A，隨著電纜線徑的增加，每單位mm2載流量明顯下降。由于電纜不應(yīng)一直運(yùn)行于最高溫度，同時(shí)存在可能的過(guò)流或其它因素影響，選擇時(shí)導(dǎo)線載流量應(yīng)小于上表載流量數(shù)值。

　　由此看來(lái)，經(jīng)濟(jì)電流密度理解為粗電纜取2、細(xì)電纜取4，比理解為選2偏安全、選4偏經(jīng)濟(jì)更合乎實(shí)際。

　　誤區(qū)二：只按經(jīng)濟(jì)電流密度，不復(fù)核電纜壓降

　　假定某單相交流負(fù)載最大電流不超過(guò)16A(單相負(fù)載電流通常不超過(guò)20A)，按經(jīng)濟(jì)電流密度法選用4mm2電纜，如果負(fù)載距離100米，銅電導(dǎo)率σ為57，電纜電阻為：

　　R=L/(σS)=100×2/(57×4)=0.88Ω

　　電纜上電壓降ΔU為

　　ΔU=IR=16×0.88=14.1V

　　連接回路在最大工作電流作用下的電壓降，不得超過(guò)該回路允許值(《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》第6頁(yè)，GB50217-94)，該例電纜上電壓降達(dá)到14.1/220=6.4%，超過(guò)多數(shù)設(shè)備線路上壓降不應(yīng)大于5%的要求。負(fù)載工作電壓下降6.4%，相應(yīng)的工作電流上升1A，需要選用更粗的電纜(如6mm2)，重新計(jì)算電壓降，直至電壓降小于5%。

誤區(qū)三：只選擇電線線徑，不考慮電線類(lèi)型

　　計(jì)算電纜線徑時(shí)，只確定了電纜金屬介質(zhì)的截面積。只要截面積相同，不論何種絕緣層與護(hù)套，電纜本身性質(zhì)完全相同(銅質(zhì)，通信機(jī)房電力電纜一般不用鋁芯電線)。但正是由于絕緣層與護(hù)套的不同，散熱性能、允許溫升就有區(qū)別，如常用的VV(聚氯乙烯絕緣)電纜與JYV(交聯(lián)聚乙烯絕緣)電纜，前者允許溫度為70℃，后者可達(dá)90℃，因此JYV電纜允許的截流量更大，同樣的負(fù)載電流條件下，可以選擇較小的線徑。此外，單芯與多芯電纜(指內(nèi)部含互相絕緣的多芯成套電纜)散熱條件不同，截流量也有區(qū)別。例如，銅芯導(dǎo)體截面為50mm2，單芯與多芯明敷電纜在環(huán)境溫度為25℃、導(dǎo)體溫度分別為70℃(VV電纜)和90℃(JYV電纜)時(shí)載流量規(guī)格如下表所示(數(shù)據(jù)來(lái)源：北京電纜網(wǎng))

　　由上表可知，多芯電纜載流量較單芯為小，VV電纜載流量較YJV電纜為小，設(shè)計(jì)電纜時(shí)需要計(jì)入這些因素。多根單芯電纜平行捆扎敷設(shè)時(shí)，計(jì)算載流量也應(yīng)在單芯電纜的基礎(chǔ)上乘以一個(gè)小于1的降額矯正系數(shù)。下表為《工廠供電》中多根電纜并列時(shí)載流修正系數(shù)，電纜相距100mm。

　　誤區(qū)四：優(yōu)先選擇長(zhǎng)期安全載流量大的電纜

　　一般地，從電纜的絕緣性能、環(huán)保性能和耐候性能等方面看，YJV電纜載流量大，在各方面比VV電纜性能更優(yōu)異，應(yīng)在工程設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮。

　　事實(shí)上，YJY電纜雖然具有載流量大、電纜直徑小、重量輕、方便安裝等優(yōu)點(diǎn)，但在同等截面積條件下，YJY電纜比VV電纜流量大的原因僅僅是因?yàn)槟艹惺艿臏囟雀叨选＝孛娣e相同，銅的質(zhì)量、導(dǎo)電率也相同，因而在輸送同等電流的情況下，選擇YJY電纜可以比選擇VV電纜細(xì)一些的線徑，但線路電阻增加，線損和電壓降也增加，長(zhǎng)期運(yùn)行不一定合算。

　　電纜選擇必須全面考慮環(huán)境條件、使用場(chǎng)所、敷設(shè)方式、供電距離、長(zhǎng)期運(yùn)行的費(fèi)用和電壓降，能用VV電纜的場(chǎng)所一般仍推薦用VV電纜。如果原行線架上已敷設(shè)VV電纜，新設(shè)計(jì)增加耐受溫升更高的JYV電纜是沒(méi)有意義的，平行捆扎走線的電纜只能按耐受溫升最低的電纜計(jì)算載流量。

　　誤區(qū)五：并聯(lián)多大的導(dǎo)線，就相當(dāng)于線徑增大多少平方

　　大型機(jī)房負(fù)載容量大，需要提供很大的電流，如果選擇一根導(dǎo)線，無(wú)疑需要線徑很粗的供電電纜，施工并不方便，甚至沒(méi)有足夠粗的導(dǎo)線可供使用。多根導(dǎo)線并聯(lián)是允許的，由于線徑小的電線每平方載流量大于粗電線，并聯(lián)方式可能在經(jīng)濟(jì)上更合算。

　　并聯(lián)電線之間的電流在理論上按截面積分配，只要是相同材質(zhì)電線(如銅線)，都可以直接并聯(lián)。但實(shí)際工程中，最好使用相同的線徑。如果線徑相差懸殊，可能由于接線端子存在一定電阻，以及與電纜截面積不成正比的感抗作用，導(dǎo)致電流分配偏差，一根導(dǎo)線可能分配電流過(guò)大，超過(guò)安全載流量。此外，如果采用不一致的線徑，需仔細(xì)復(fù)核電線上的電流是否小于安全載流量，細(xì)導(dǎo)線的單位載流量只能按粗導(dǎo)線計(jì)算。

　　因此，大小相差懸殊的電纜并聯(lián)使用，電纜載流量往往并不按照理想條件下的電流分配規(guī)律來(lái)分配，小電纜相對(duì)發(fā)熱明顯。兩線并聯(lián)時(shí)，粗的電纜不應(yīng)大于細(xì)電纜的兩倍。

　　誤區(qū)六：只依據(jù)負(fù)載電流，未考慮短路電流

　　只根據(jù)負(fù)載電流選擇交流輸入電纜的線徑，事實(shí)上存在著安全風(fēng)險(xiǎn)。例如，某大樓由功率S為315KVA的變壓器供電，變壓器Z值為5%。現(xiàn)欲在配電室增加一臺(tái)3P空調(diào)(單相)，發(fā)現(xiàn)配電柜內(nèi)有一額定容量為500A的斷路器CB3空閑未用，擬通過(guò)該斷路器為空調(diào)引入一相交流電，如下圖所示。工程人員按經(jīng)濟(jì)電流密度法選擇線徑，取經(jīng)濟(jì)電流密度為4A/mm2，空調(diào)工作電流12A，選擇電纜的截面積S為4mm2，并在空調(diào)側(cè)安裝16A空開(kāi)作為空調(diào)輸入開(kāi)關(guān)。

　　16A

　　315KVA/Z=5%

　　CB1/500A

　　CB2/500A

　　CB3/500A

　　CB4/500A

　　其它負(fù)載

　　50米

　　3P空調(diào)

　　空調(diào)距離配電柜較遠(yuǎn)，電纜長(zhǎng)度L為50米，導(dǎo)線電阻R為

　　R=L/(σS)=50×2/(57×4)=0.44Ω

　　假定電網(wǎng)供電能力為無(wú)窮大，變壓器短路電流IST為：

　　IST=S/(3U×Z)=315×1000/(220×3×5%)=9545A

　　變壓器副卷單相等效電阻RT為：　　RT=U/I=220/9545=0.023Ω

　　假定變壓器輸出端至CB3所有導(dǎo)體與接頭電阻之和為0.05Ω，如果電纜末端A點(diǎn)發(fā)生短路，短路電流IS為

　　IS=U/R=220/(0.023+0.05+0.44)=429A

　　由于斷路器跳閘電流為500A，因此電纜末端短路后斷路器不跳閘，電纜燒斷甚至起火。

　　由以上例子可以看出，在選用電纜時(shí)，需要校驗(yàn)短路電流。在檢查供配電系統(tǒng)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)大型斷路器后端連接細(xì)電線，就應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。(注：除短路電流需要核算外，還應(yīng)計(jì)算接地故障電流，校驗(yàn)斷路器是否符合要求。因本文只討論電纜選型問(wèn)題，不在此討論如何選用斷路器。)

　　誤區(qū)七：按負(fù)載電流選線，不考慮斷路器容量

　　根據(jù)負(fù)載性質(zhì)不同，斷路器容量一般選擇為負(fù)載電流的1.15~1.5倍。斷路器選定以后，過(guò)載跳閘電流即已確定(大型斷路器往往允許整定跳閘電流)。過(guò)流的產(chǎn)生與供電質(zhì)量、負(fù)載質(zhì)量及運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，也與漏電流有關(guān)。在通信機(jī)房供電系統(tǒng)中，通常并不安裝漏電保護(hù)器，如果漏電流與負(fù)載電流之和不超過(guò)斷路器額定電流，斷路器不跳閘，負(fù)載繼續(xù)運(yùn)行。

　　在有較大漏電流的情況下，如果線徑只按負(fù)載電流設(shè)計(jì)，可能導(dǎo)致線徑偏小，超過(guò)導(dǎo)線安全載流量，電纜發(fā)熱過(guò)溫，存在的安全風(fēng)險(xiǎn)比漏電流更甚。

　　正確的做法是：根據(jù)負(fù)載電流選擇斷路器(包括微斷，熔絲等過(guò)流保護(hù)裝置也是類(lèi)似的)容量，再根據(jù)斷路器容量選擇導(dǎo)線線徑，再?gòu)?fù)核壓降是否符合規(guī)范要求。

　　誤區(qū)八：只考慮建設(shè)成本，不核算運(yùn)行總成本

　　設(shè)計(jì)單位進(jìn)行配電設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)計(jì)算負(fù)載電流、線路壓降等，按建設(shè)投資最低的原則設(shè)計(jì)，較少考慮運(yùn)行成本。仍以3P空調(diào)為例，如果選用4mm2的電纜，消耗在電纜上的功率為：

　　P=I2R=122×0.44=63W 如果改選用6mm2的電纜，電纜電阻值為：

　　R=L/(σS)=50×2/(57×6)=0.29Ω

　　消耗在電纜上的功率為

　　P=I2R=122×0.29=42W

　　損耗降低21W。假定電費(fèi)每度1元，一年運(yùn)行下來(lái)，選用6mm2的電纜可以節(jié)約電費(fèi)C為： 　　C=21×24×365/1000×1=184元。

　　按北京電纜價(jià)格，2×6mm2的電纜比2×4mm2的電纜貴2.2元/米50米的電纜差價(jià)僅為110元，選用6mm2的電纜初期投資大于選用4mm2的電纜，但不到1年即可收回投資，顯然更為經(jīng)濟(jì)，總運(yùn)行費(fèi)用更節(jié)省。

　　選用更粗的電纜是否更經(jīng)濟(jì)，需要按同樣的方法進(jìn)行核算，如果三到五年可以收回投資，宜選用較粗的電纜。

　　誤區(qū)九：零線選擇未考慮三次諧波與不平衡電流

　　當(dāng)負(fù)載三相不平衡時(shí)，零線將有電流流過(guò);當(dāng)三相嚴(yán)重不平衡時(shí)，零線電流甚至大于相電流。計(jì)算機(jī)、節(jié)能燈等電子設(shè)備多產(chǎn)生三次及三的倍次諧波，諧波電流通過(guò)零線。對(duì)于諧波抑制不佳的電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，三次諧波電流可能大于相電流，零線電流很大。此外，三次及以上諧波頻率較高，在導(dǎo)線內(nèi)流過(guò)時(shí)有趨膚效應(yīng)，即電流主要從導(dǎo)體表面流過(guò)，相當(dāng)于縮小了導(dǎo)線截面積，熱效應(yīng)更加明顯。

　　現(xiàn)行IDC機(jī)房建設(shè)過(guò)程中，普遍采用3+2電纜，即一根圓形絕緣電纜中包括三根相線、一根零線和一根保護(hù)地線，如3×50+2×25電纜，零線線徑為相線的一半。如果為普通計(jì)算機(jī)或照明供電，當(dāng)負(fù)載達(dá)到設(shè)計(jì)容量后，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，三次諧波導(dǎo)致零線過(guò)熱甚至著火。除非負(fù)載諧波抑制效果好，或進(jìn)行了諧波整治，否則零線線徑不應(yīng)小于相線線徑。

　　誤區(qū)十：保護(hù)地線目的是等電位連接，線徑細(xì)一點(diǎn)也可以

　　交流設(shè)備與機(jī)房接地排之間、設(shè)備內(nèi)部部件與機(jī)柜之間連接有保護(hù)接地線，一方面是等電位連接的要求，使所有設(shè)備和部件外殼保持等電位，預(yù)防觸電以及由于雷電侵入導(dǎo)致的內(nèi)部放電;另一方面用于泄放接地故障電流。

　　由于雷擊時(shí)長(zhǎng)以微秒計(jì)，即使大的雷電流，積累的能量常不足以燒毀保護(hù)地線，因此不少工程師認(rèn)為接地保護(hù)線對(duì)于防雷來(lái)說(shuō)不用考慮粗細(xì)。確實(shí)，在雷擊事件中少見(jiàn)有保護(hù)地線燒毀的案例，但保護(hù)地線的線徑要求還有另外的原則，即發(fā)生接地故障時(shí)，保護(hù)地線不應(yīng)在保護(hù)設(shè)備動(dòng)作前燒毀。顯然，電流越大的設(shè)備，輸入電纜越粗，輸入斷路器容量越大，保護(hù)地線也越粗。因此規(guī)范規(guī)定，當(dāng)相線線徑大于35mm2時(shí)，保護(hù)地線線徑應(yīng)取相線線徑的一半，按規(guī)范進(jìn)行供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能達(dá)到相線越粗，保護(hù)地線也越粗的目的，消除安全隱患。

　　因此，保護(hù)地線線徑不能隨意選擇，保護(hù)地線的截面，應(yīng)滿(mǎn)足回路保護(hù)電器可靠動(dòng)作的要求(《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》第8頁(yè))。

　　交流電纜的選擇看似簡(jiǎn)單，但為了選擇安全而又經(jīng)濟(jì)的電纜，則需要綜合考慮多方面的因素。可能因?yàn)檫x擇了過(guò)大的線徑增加建設(shè)成本，選擇過(guò)小的線徑增加運(yùn)行成本并可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。