公路隧道電力電纜設計探討

喬梅梅 金 蕊

1 概述

在隧道供配電系統設計中，正確選擇電纜截面，不僅能夠保證供電系統安全、可靠、經濟、合理地運行，而且對于節約有色金屬消耗量也很重要。

一般導線和電纜的選擇應滿足下述要求:發熱條件、電壓損耗、經濟電流密度和機械強度。以下就從這幾個方面考慮，并根據供電特點的不同，將公路隧道電力電纜分為兩類分別討論，即高壓電纜導線截面選擇和低壓電纜導線截面選擇。

2 高壓電纜導線截面的選擇

電纜的截面越大，電能損耗就越小，但是線路投資，維修管理費用和有色金屬消耗量相反地要增加。因此從經濟方面考慮，導線和截面應選擇一個比較合理的截面，即使電能損耗小，又不致過分增加線路投資、維修投資費用和有色金屬消耗量。隧道高壓供電線路，一般應按規定的經濟電流密度選擇導線和電纜的截面(見表1)。

經濟截面與經濟電流密度的關系式為:

其中，I30為線路的計算電流，A。

表1 我國規定的導線和電纜經濟電流密度jec

3 低壓電纜導線截面的選擇

隧道中低壓電纜主要包括風機配電電纜、照明配電電纜、監控配電電纜和消防設備配電電纜。在選擇低壓配電電纜時應首先按照線路電壓損耗來選擇，然后校驗其機械強度和發熱條件。

為使用電設備正常運行和有合理的使用壽命，選擇電纜時應充分考慮用電設備對電壓偏差的要求。對于隧道中的各種用電設備，無論是風機還是照明，規定允許電壓偏差值均為±5%。

計算低壓線路的電壓損耗時，因三相線路的線間距離很近，導線截面小，電阻的作用大，因此可忽略不計電抗。這樣，計算電壓損耗時，只考慮線路電阻、功率和功率因數。

其中，ΔV%為允許電壓損耗;P為負荷的功率(單相或三相)，kW;l為線路長度，m;S為導線或電纜截面，mm2;C為由電路的相數、額定電壓及導線材料的電阻率等決定的常數，稱為電壓損耗計算常數，見表2。

表2 電壓損耗計算常數

4 設計舉例

下面以山西西陵井隧道為例，詳細介紹隧道內高、低壓電力電纜的合理選用。山西西陵井隧道左線長6545m，右線長6565m。全線在西陵井3號和6號行車橫洞分別設置一處315kVA的箱式變電所，左線共設置有10臺250kVA埋地式變壓器，右線共設置有14臺250kVA埋地式變壓器，左線軸流風機房設置2臺1600kVA變壓器，右線軸流風機房設置2臺2500kVA變壓器。2臺箱式變電所分別從隧道大、小樁號端變電所各引一路10kV電力電纜供電，左線和右線埋地式變壓器分別從隧道大、小樁號端變電所供電。在隧道中間設置聯絡柜，當一路10kV發生故障時，由另一路10kV保證隧道內埋地式變壓器的可靠供電。左線軸流風機和右線軸流風機房雙路10kV電源分別引自隧道大、小樁號端變電所。

1)隧道高壓電力電纜的選取。

左線軸流風機房變壓器總容量3200kVA，右線軸流風機房變壓器總容量為5000kVA，從隧道大、小樁號端變電所至風機房的高壓電力電纜全部為電力電纜，因此左線軸流風機房電力電纜的計算如下式:

右線軸流風機房電力電纜的計算如下式:

由此可以確定，左線軸流風機房高壓電力電纜截面為95，右線軸流風機房高壓電力電纜截面為150。

同樣根據上式方法可以確定隧道左線埋地式變壓器高壓電力電纜截面為95，右線埋地式變壓器高壓電力電纜截面為120。隧道內箱式變電所的電力電纜截面為25。

2)隧道低壓電力電纜的選取。

隧道低壓設備有隧道照明、監控、電伴熱、檢修插座等設備。因此本文僅以小樁號端右線照明電力電纜的選取為例，詳細介紹隧道低壓電力電纜的選擇。

表3 隧道照明負荷和距離

隧道加強照明距離較短，負荷電流較大，應先按發熱條件來選擇截面，再校驗其電壓損耗和機械強度。而基本照明距離較長，應先按電壓損耗條件來選擇截面，然后再校驗其他條件。隧道照明負荷和距離見表3。

加強照明1的負荷電流為63.8 A，加強照明2的負荷電流為51.6 A。

選型:經查電力電纜廠家提供的數據，NH-VV22-1kV 4×25電力電纜載流量為71 A，NH-VV22-1kV 4×16電力電纜載流量為54 A，因此，隧道加強照明1電力電纜選用25的電纜截面，隧道加強照明2電力電纜選用16的電纜截面。

校驗:選取25的電纜截面后，右線加強照明1的電壓損耗為:

右線加強照明2的電壓損耗為:

因為隧道照明為均勻性分布負荷，在計算電壓損耗時，將其分布負荷集中于分布線段的中點，按照集中負荷來計算。

右線基本照明1電力電纜直接按照允許電壓降進線選型:

得出基本照明1的電力電纜截面為10。

5 結語

在隧道機電建設費用中，電力電纜無疑占了相當大的比重，合理選擇電力電纜的截面，不僅在前期節約建設單位的投資成本，而且在后期可以有效的降低隧道的運營成本，隧道電力電纜的合理選取是隧道機電設計工作的一項重要工作，如何合理選取電力電纜必須引起設計人員的充分重視。

［1］李小明.影響電線電纜絕緣電阻測量值的主要因素分析［J］.山西建筑，2010，36(20):162-163.