交流供電電纜線徑選擇的誤區

2021-03-04 02:06:24 字數 4701 閱讀 8101

機房供配電系統設計有一定的規範,使用者新建機房供配電系統時,應通過設計單位選擇合適的交流線徑,嚴格按設計檔案施工。對於現有機房新增一般性負載,往往由使用者自行設計並安裝。

安全用電是動力裝置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侷限於發現裝置潛在故障,也應關注線纜等配套裝置存在的風險,實現精細化維護。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,需要對這些誤區進行分析。

選擇了錯誤的電纜線徑,輕則增加了建設或執行成本,重則可能帶來巨大的安全隱患。

本文列出的十個誤區都是工程與維護人員容易發生的,事實上導線線徑選擇還有更多的影響因素,具體選擇線徑時應根據環境溫度、允許溫公升、敷設方式等查詢電工手冊或其它相關設計規範。

誤區一:經濟電流密度2~4a/mm2,選2偏安全,選4偏經濟。按照經濟電流密度選擇交流線徑是通行的方法,銅質電纜經濟電流密度為2~4a/mm2。

顯然,取經濟電流密度為2a/mm2時,線徑較粗,投資成本較高;取經濟電流密度為4a/mm2時,線徑較細較經濟。一些工程人員認為,按照經濟電流密度選擇電纜即可,選2a/mm2偏安全,選4a/mm2偏經濟,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,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,就會發生危險。下表為在空氣中敷設的塑料絕緣銅芯電線長期連續負荷載流量(《電工手冊》第14章第99頁,上海科學技術出版社第四版,呂如良等主編,2023年1月),周圍環境溫度為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於4a,隨著電纜線徑的增加,每單位mm2載流量明顯下降。由於電纜不應一直執行於最高溫度,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小於上表載流量數值。

由此看來,經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偏經濟更合乎實際。

誤區二:只按經濟電流密度,不複核電纜壓降,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),按經濟電流密度法選用4mm2電纜,如果負載距離100公尺,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

連線迴路在最大工作電流作用下的電壓降,不得超過該迴路允許值(《電力工程電纜設計規範》第6頁,gb50217-94),該例電纜上電壓降達到14.1/220=6.4%,超過多數裝置線路上壓降不應大於5%的要求。

負載工作電壓下降6.4%,相應的工作電流上公升1a,需要選用更粗的電纜(如6mm2),重新計算電壓降,直至電壓降小於5%。

誤區三:只選擇電線線徑,不考慮電線型別

計算電纜線徑時,只確定了電纜金屬介質的截面積。只要截面積相同,不論何種絕緣層與護套,電纜本身性質完全相同(銅質,通訊機房電力電纜一般不用鋁芯電線)。但正是由於絕緣層與護套的不同,散熱效能、允許溫公升就有區別,如常用的vv(聚氯乙烯絕緣)電纜與jyv(交聯聚乙烯絕緣)電纜,前者允許溫度為70℃,後者可達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,截流量也有區別。例如,銅芯導體截面為50mm2,單芯與多芯明敷電纜在環境溫度為25℃、導體溫度分別為70℃(vv電纜)和90℃(jyv電纜)時載流量規格如下表所示(資料**:北京電纜網)。

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,設計電纜時需要計入這些因素。多根單芯電纜平行捆紮敷設時,計算載流量也應在單芯電纜的基礎上乘以乙個小於1的降額矯正係數。下表為《工廠供電》中多根電纜並列時載流修正係數,電纜相距100mm。

誤區四:優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、環保效能和耐候性能等方面看,yjv電纜載流量大,在各方面比vv電纜效能更優異,應在工程設計中優先考慮。

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,長期執行不一定合算。   電纜選擇必須全面考慮環境條件、使用場所、敷設方式、供電距離、長期執行的費用和電壓降,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vv電纜,新設計增加耐受溫公升更高的jyv電纜是沒有意義的,平行捆紮走線的電纜只能按耐受溫公升最低的電纜計算載流量。

誤區五:併聯多大的導線,就相當於線徑增大多少平方

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,施工並不方便,甚至沒有足夠粗的導線可供使用。多根導線併聯是允許的,由於線徑小的電線每平方載流量大於粗電線,併聯方式可能在經濟上更合算。

併聯電線之間的電流在理論上按截面積分配,只要是相同材質電線(如銅線),都可以直接併聯。但實際工程中,最好使用相同的線徑。如果線徑相差懸殊,可能由於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,如果採用不一致的線徑,需仔細復核電線上的電流是否小於安全載流量,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併聯使用,電纜載流量往往並不按照理想條件下的電流分配規律來分配,小電纜相對發熱明顯。兩線併聯時,粗的電纜不應大於細電纜的兩倍。

誤區六:只依據負載電流,未考慮短路電流

只根據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%。現欲在配電室增加一台**空調(單相),發現配電櫃內有一額定容量為500a的斷路器cb3空閒未用,擬通過該斷路器為空調引入一相交流電,如下圖所示。

工程人員按經濟電流密度法選擇線徑,取經濟電流密度為4a/mm2,空調工作電流12a,選擇電纜的截面積s為4mm2,並在空調側安裝16a空開作為空調輸入開關。

16a315kva/z=5%

cb1/500a

cb2/500a

cb3/500a   cb4/500a

其它負載

50公尺**空調空調距離配電櫃較遠,電纜長度l為50公尺,導線電阻r為:

r=l/(σs)=50×2/(57×4)=0.44ω

假定電網供電能力為無窮大,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點發生短路,短路電流is為

is=u/r=220/(0.023+0.05+0.44)=429a

由於斷路器跳閘電流為500a,因此電纜末端短路後斷路器不跳閘,電纜燒斷甚至**。

由以上例子可以看出,在選用電纜時,需要校驗短路電流。在檢查供配電系統時,如果發現大型斷路器後端連線細電線,就應重點關注。(注:

除短路電流需要核算外,還應計算接地故障電流,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。)

誤區七:按負載電流選線,不考慮斷路器容量

根據負載性質不同,斷路器容量一般選擇為負載電流的1.15~1.5倍。

斷路器選定以後,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)。過流的產生與供電質量、負載質量及執行狀態有關,也與漏電流有關。在通訊機房供電系統中,通常並不安裝漏電保護器,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,負載繼續執行。

在有較大漏電流的情況下,如果線徑只按負載電流設計,可能導致線徑偏小,超過導線安全載流量,電纜發熱過溫,存在的安全風險比漏電流更甚。

正確的做法是:根據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,再根據斷路器容量選擇導線線徑,再複核壓降是否符合規範要求。

誤區八:只考慮建設成本,不核算執行總成本

設計單位進行配電設計時,會計算負載電流、線路壓降等,按建設投資最低的原則設計,較少考慮執行成本。仍以**空調為例,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,一年執行下來,選用6mm2的電纜可以節約電費c為:

  c=21×24×365/1000×1=184元。

按北京電纜**,2×6mm2的電纜比2×4mm2的電纜貴2.2元/公尺,50公尺的電纜差價僅為110元,選用6mm2的電纜初期投資大於選用4mm2的電纜,但不到1年即可收回投資,顯然更為經濟,總執行費用更節省。

選用更粗的電纜是否更經濟,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,零線電流甚至大於相電流。計算機、節能燈等電子裝置多產生三次及三的倍次諧波,諧波電流通過零線。對於諧波抑制不佳的電子裝置來說,三次諧波電流可能大於相電流,零線電流很大。

此外,三次及以上諧波頻率較高,在導線內流過時有趨膚效應,即電流主要從導體表面流過,相當於縮小了導線截面積,熱效應更加明顯。

現行idc機房建設過程中,普遍採用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,當負載達到設計容量後,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,否則零線線徑不應小於相線線徑。

交流供電電纜線徑選擇的誤區辨析

機房供配電系統設計有一定的規範,使用者新建機房供配電系統時,應通過設計單位選擇合適的交流線徑,嚴格按設計檔案施工。對於現有機房新增一般性負載,往往由使用者自行設計並安裝。安全用電是動力裝置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侷限...

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