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  本文列出廠房車間交流供電電纜線徑選擇的十個誤區(qū)都是工程與維護人員容易發(fā)生的,事實上導線線徑選擇還有更多的影響因素,具體選擇線徑時應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度、允許溫升、敷設(shè)方式等查詢電工手冊或其它相關(guān)設(shè)計規(guī)范。
  安全用電是動力設(shè)備安裝與維護人員的基本要求,所有安裝與維護人員都有必要了解交流電纜線徑選擇的方法和原則。維護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)備存在的風險,實現(xiàn)精細化維護。在具體的安裝與維護工作中,不少工程師對電纜線徑的選擇存在著一些誤區(qū),需要對這些誤區(qū)進行分析。選擇了錯誤的電纜線徑,輕則增加了建設(shè)或運行成本,重則可能帶來巨大的安全隱患。
  廠房車間供配電系統(tǒng)設(shè)計有一定的規(guī)范,用戶新建車間供配電系統(tǒng)時,應(yīng)通過設(shè)計單位選擇合適的交流線徑,嚴格按設(shè)計文件施工。對于現(xiàn)有機房新增一般性負載,往往由用戶自行設(shè)計并安裝。信息整理:www.lygmys.com  
誤區(qū)一:經(jīng)濟電流密度2~4A/mm2,選2偏安全,選4偏經(jīng)濟
  按照經(jīng)濟電流密度選擇交流線徑是通行的方法,銅質(zhì)電纜經(jīng)濟電流密度為2~4A/mm2。顯然,取經(jīng)濟電流密度為2A/mm2時,線徑較粗,投資成本較高;取經(jīng)濟電流密度為4A/mm2時,線徑較細較經(jīng)濟。一些工程人員認為,按照經(jīng)濟電流密度選擇電纜即可,選2A/mm2偏安全,選4A/mm2偏經(jīng)濟,都是可行的選擇。
  當電纜較細時,電纜比表面積大,對散熱有利;當電纜較粗時,電纜比表面積小,熱量不易散發(fā),單位截面積導線通過相同的電流時,粗電纜溫度較高。如果電纜溫度超過允許值,就會發(fā)生危險。下表為在空氣中敷設(shè)的塑料絕緣銅芯電線長期連續(xù)負荷載流量(《電工手冊》第14章第99頁),周圍環(huán)境溫度為25℃,線芯長期允許工作溫度為70℃。
 由上表可見,較細的電纜每平方載流量遠大于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)一直運行于最高溫度,同時存在可能的過流或其它因素影響,選擇時導線載流量應(yīng)小于上表載流量數(shù)值。
  由此看來,經(jīng)濟電流密度理解為粗電纜取2、細電纜取4,比理解為選2偏安全、選4偏經(jīng)濟更合乎實際。
誤區(qū)二:只按經(jīng)濟電流密度,不復(fù)核電纜壓降型
  假定某單相交流負載最大電流不超過16A(單相負載電流通常不超過20A),按經(jīng)濟電流密度法選用4mm2電纜,如果負載距離100米,銅電導率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,不得超過該回路允許值(《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》第6頁,GB50217-94),該例電纜上電壓降達到14.1/220=6.4%,超過多數(shù)設(shè)備線路上壓降不應(yīng)大于5%的要求。負載工作電壓下降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,不考慮電線類型
  計算電纜線徑時,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套,電纜本身性質(zhì)完全相同(銅質(zhì),通信機房電力電纜一般不用鋁芯電線)。但正是由于絕緣層與護套的不同,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90℃,因此JYV電纜允許的截流量更大,同樣的負載電流條件下,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,銅芯導體截面為50mm2,單芯與多芯明敷電纜在環(huán)境溫度為25℃、導體溫度分別為70℃(VV電纜)和90℃(JYV電纜)時載流量規(guī)格如下表所示
        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)計電纜時需要計入這些因素。多根單芯電纜平行捆扎敷設(shè)時,計算載流量也應(yīng)在單芯電纜的基礎(chǔ)上乘以一個小于1的降額矯正系數(shù)。下表為《工廠供電》中多根電纜并列時載流修正系數(shù),電纜相距100mm。
誤區(qū)四:優(yōu)先選擇長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)計中優(yōu)先考慮。
  事實上,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,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為能承受的溫度高而已。截面積相同,銅的質(zhì)量、導電率也相同,因而在輸送同等電流的情況下,選擇YJY電纜可以比選擇VV電纜細一些的線徑,但線路電阻增加,線損和電壓降也增加,長期運行不一定合算。
  電纜選擇必須全面考慮環(huán)境條件、使用場所、敷設(shè)方式、供電距離、長期運行的費用和電壓降,能用VV電纜的場所一般仍推薦用VV電纜。如果原行線架上已敷設(shè)VV電纜,新設(shè)計增加耐受溫升更高的JYV電纜是沒有意義的,平行捆扎走線的電纜只能按耐受溫升最低的電纜計算載流量。
誤區(qū)五:并聯(lián)多大的導線,就相當于線徑增大多少平方
  大型機房負載容量大,需要提供很大的電流,如果選擇一根導線,無疑需要線徑很粗的供電電纜,施工并不方便,甚至沒有足夠粗的導線可供使用。多根導線并聯(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,導致電流分配偏差,一根導線可能分配電流過大,超過安全載流量。此外,如果采用不一致的線徑,需仔細復(fù)核電線上的電流是否小于安全載流量,細導線的單位載流量只能按粗導線計算。
  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)律來分配,小電纜相對發(fā)熱明顯。兩線并聯(lián)時,粗的電纜不應(yīng)大于細電纜的兩倍。
誤區(qū)六:只依據(jù)負載電流,未考慮短路電流
  只根據(jù)負載電流選擇交流輸入電纜的線徑,事實上存在著安全風險。例如,某大樓由功率S為315KVA的變壓器供電,變壓器Z值為5%?,F(xiàn)欲在配電室增加一臺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)濟電流密度法選擇線徑,取經(jīng)濟電流密度為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空開作為空調(diào)輸入開關(guān)。
  16A
     315KVA/Z=5% 
  CB1/500A
  CB2/500A
  CB3/500A
  CB4/500A
  其它負載
  50米
  3P空調(diào)
  空調(diào)距離配電柜較遠,電纜長度L為50米,導線電阻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所有導體與接頭電阻之和為0.05Ω,如果電纜末端A點發(fā)生短路,短路電流為ISIS=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,需要校驗短路電流。在檢查供配電系統(tǒng)時,如果發(fā)現(xiàn)大型斷路器后端連接細電線,就應(yīng)重點關(guān)注。(注:除短路電流需要核算外,還應(yīng)計算接地故障電流,校驗斷路器是否符合要求。因本文只討論電纜選型問題,不在此討論如何選用斷路器。)
誤區(qū)七:按負載電流選線,不考慮斷路器容量
  根據(jù)負載性質(zhì)不同,斷路器容量一般選擇為負載電流的1.15~1.5倍。斷路器選定以后,過載跳閘電流即已確定(大型斷路器往往允許整定跳閘電流)。過流的產(chǎn)生與供電質(zhì)量、負載質(zhì)量及運行狀態(tài)有關(guān),也與漏電流有關(guān)。在通信機房供電系統(tǒng)中,通常并不安裝漏電保護器,如果漏電流與負載電流之和不超過斷路器額定電流,斷路器不跳閘,負載繼續(xù)運行。
  在有較大漏電流的情況下,如果線徑只按負載電流設(shè)計,可能導致線徑偏小,超過導線安全載流量,電纜發(fā)熱過溫,存在的安全風險比漏電流更甚。
  正確的做法是:根據(jù)負載電流選擇斷路器(包括微斷,熔絲等過流保護裝置也是類似的)容量,再根據(jù)斷路器容量選擇導線線徑,再復(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,不核算運行總成本
  設(shè)計單位進行配電設(shè)計時,會計算負載電流、線路壓降等,按建設(shè)投資最低的原則設(shè)計,較少考慮運行成本。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。假定電費每度1元,一年運行下來,選用6mm2的電纜可以節(jié)約電費C為C=21×24×365/1000×1=184元。

  按上海電纜價格,2×6mm2的電纜比2×4mm2的電纜貴2.2元/米,50米的電纜差價僅為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,總運行費用更節(jié)省。
  選用更粗的電纜是否更經(jīng)濟,需要按同樣的方法進行核算,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
  當負載三相不平衡時,零線將有電流流過;當三相嚴重不平衡時,零線電流甚至大于相電流。計算機、節(jié)能燈等電子設(shè)備多產(chǎn)生三次及三的倍次諧波,諧波電流通過零線。對于諧波抑制不佳的電子設(shè)備來說,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,在導線內(nèi)流過時有趨膚效應(yīng),即電流主要從導體表面流過,相當于縮小了導線截面積,熱效應(yīng)更加明顯。
  現(xiàn)行IDC機房建設(shè)過程中,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。如果為普通計算機或照明供電,當負載達到設(shè)計容量后,存在一定的安全風險,三次諧波導致零線過熱甚至著火。除非負載諧波抑制效果好,或進行了諧波整治,否則零線線徑不應(yīng)小于相線線徑。
誤區(qū)十:保護地線目的是等電位連接,線徑細一點也可以
  交流設(shè)備與生產(chǎn)車間接地排之間、設(shè)備內(nèi)部部件與機柜之間連接有保護接地線,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。 
  由于雷擊時長以微秒計,即使大的雷電流,積累的能量常不足以燒毀保護地線,因此不少工程師認為接地保護線對于防雷來說不用考慮粗細。確實,在雷擊事件中少見有保護地線燒毀的案例,但保護地線的線徑要求還有另外的原則,即發(fā)生接地故障時,保護地線不應(yīng)在保護設(shè)備動作前燒毀。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,保護地線也越粗。因此規(guī)范規(guī)定,當相線線徑大于35mm2時,保護地線線徑應(yīng)取相線線徑的一半,按規(guī)范進行供配電系統(tǒng)設(shè)計,能達到相線越粗,保護地線也越粗的目的,消除安全隱患。  
  因此,保護地線線徑不能隨意選擇,保護地線的截面,應(yīng)滿足回路保護電器可靠動作的要求

  文章結(jié)語
     目前通信領(lǐng)域多數(shù)電力電纜配置偏于安全,在銅材日益昂貴、電纜費用占比越來越高的今天,有必要選擇經(jīng)濟的電纜。對于正在運行中的系統(tǒng),宜與專業(yè)的機房評測機構(gòu)進行合作,實施機房評估與必要的整改,確保供電安全。
  交流電纜的選擇看似簡單,但為了選擇安全而又經(jīng)濟的電纜,則需要綜合考慮多方面的因素??赡芤驗檫x擇了過大的線徑增加建設(shè)成本,選擇過小的線徑增加運行成本并可能導致嚴重的安全風險。 信息整理:www.lygmys.com  
 
 
 

 

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