芻議電纜電線的敷設(shè)方式和載流量計算

張琛豪

（上海交通大學，中國 上海 200240）

在我國工業(yè)以及民用建筑電氣設(shè)計的過程中，可以說在所有的建筑過程中都會對電線電纜有所使用，這就需要對電線電纜進行合理地選擇，同時在敷設(shè)方式的選擇上也要相當慎重，因為這些都會對配電系統(tǒng)的安全性產(chǎn)生一定的影響。謹慎操作可以減少安全事故的發(fā)生，同時也可以降低工程造價，實現(xiàn)有色金屬的節(jié)約利用。如果選擇過大的載流量，就會增加電氣投資，發(fā)生嚴重的材料浪費現(xiàn)象，而如果選擇過小的載流量，就會使電纜長期處于超載的狀態(tài)，嚴重縮短使用壽命，情況更為嚴重的時候，會引起安全事故或引發(fā)火災(zāi)。

1 載流量的計算

我國的標準電纜在進行載流量計算時，通常采用JB/T 10181.1～6-2000中所提供的方法，再結(jié)合具體的結(jié)構(gòu)尺寸以及與之相關(guān)的電纜電氣參數(shù)進行計算。所謂載流量的計算，就是對穩(wěn)定狀態(tài)的熱場平衡進行計算，而熱場狀態(tài)之所以能夠穩(wěn)定，是因為在熱場中存在著大量的熱流量。而對于穩(wěn)態(tài)的解釋，學術(shù)專業(yè)上是這樣描述的：四周的環(huán)境假定不會發(fā)生變化。在國家的某項標準中，假定在自由空氣中對電纜進行敷設(shè)時，周圍的環(huán)境溫度是30℃，而在土壤中進行敷設(shè)時，周圍的環(huán)境溫度是20℃。

導體是產(chǎn)熱的源泉。除了超導體以外，全部的電氣導體在運行的過程中都會有磁化感應(yīng)、焦耳熱的產(chǎn)生，并且會發(fā)生一定的介質(zhì)損耗。因為熱損耗是由導體內(nèi)部的電流具體決定的，而對于絕緣體，要保證更長的使用壽命，其具體的運行必須要在一定的溫度下進行，所以一定要對溫度進行有效地控制，確保絕緣體不會過熱，此時的電流就被稱為允許載流量。其中的熱傳導也是一個關(guān)鍵。在對儲蓄允許載流量進行計算的過程中，首要要對熱傳導機制有一定的了解，就是了解從金屬導體開始，熱量是怎樣經(jīng)過絕緣層，最后傳遞到四周空氣中去的。在自由空氣中，電纜進行敷設(shè)，而它的散熱過程是通過對流實現(xiàn)的，因此，當電纜敷設(shè)存在較大的距離時，載流量的降低系數(shù)就會變小，而當相鄰的兩個電纜之間的水平距離大于電纜外徑的兩倍時，就不需要降低系數(shù)。對于埋地電纜，其發(fā)生的散熱現(xiàn)象主要是依靠傳導功能，具體的散熱程度主要與回填土的熱阻系數(shù)以及埋地的深度有關(guān)。

在對電纜的允許載流量進行計算的過程中，可以參考對建筑的熱負荷計算的方式，首先要對天花板、門、墻以及窗戶的熱阻系數(shù)進行分別計算，然后對于熱負荷，要依照外部的溫度來對內(nèi)部特定的環(huán)境溫度進行有效保持。至于電纜，先要對護套、鎧裝、絕緣、土壤以及其氣隙的熱阻分別進行確定。什么是連續(xù)負荷載流量？就是在熱量產(chǎn)生足夠的情況下，絕緣在達到可允許的最高溫度時對應(yīng)的電流值，而這個最高的限制溫度就是在規(guī)定的壽命周期內(nèi)所能夠承受的溫度。例如聚錄乙烯絕緣，能夠允許長期運行的最高溫度是70℃，而對于交聯(lián)聚乙烯，其能夠允許的長期運行最高溫度是90℃。根據(jù)上述基本原理，對于空氣中的敷設(shè)電纜以及尚且沒有發(fā)生土壤干燥的直埋電纜，就可以推算出相應(yīng)的溫升計算公式：

進而推導出允許截流量的具體公式如下：

其中：I表示在單根導體中的電流量，A；Δθ表示比環(huán)境溫度相對較高的導體溫升，K；R表示在工作溫度達到最高的情況下，單位導體內(nèi)的交流電阻，(Q／m)；W表示單位長度絕緣導體的介質(zhì)損耗，W/m；T1表示金屬套與單根導體之間在單位長度內(nèi)的熱阻，(K·m／w)；T2表示鎧甲與金屬套之間的襯墊層在單位長度內(nèi)的熱阻，(K·m／w)；T3表示電纜外護層在單位長度內(nèi)的熱阻，(K·m／w)；T4表示電纜的表層與四周介質(zhì)之間在單位長度內(nèi)的熱阻，(K·m／w)；n表示電纜內(nèi)載有負荷的導體數(shù)量；λ1表示電纜的金屬套損耗占所有導體中總損耗的比例；λ2表示電纜鎧甲損耗占所有導體總損耗的比例。

參考以上具體方法，就能夠?qū)Σ煌?guī)格的單根電纜分別計算其在各種敷設(shè)方式中的儲蓄允許載流量。

2 敷設(shè)方式

在我國，對于載流量制定了許多的標準，在基礎(chǔ)標準中提供了多種基準載流量，分別為：梯架敷設(shè)、直埋敷設(shè)、無孔托盤敷設(shè)、室內(nèi)穿管暗敷、以及穿管埋地敷設(shè)等。標準中還提供了在不同因素下對應(yīng)的修正系數(shù)。在進行具體的設(shè)計時，應(yīng)該選用以下方法：

（1）在對環(huán)境條件，（有埋地、空氣）以及敷設(shè)方式進行確定時，先要在圖表中查找敷設(shè)方式對應(yīng)的具體代號，在結(jié)合電纜的結(jié)構(gòu)（絕緣類，有聚錄乙烯、交聯(lián)聚乙烯；導體類，有銅、鋁以及鋁合金等；以及帶有負電荷的導體數(shù)量），從圖表中得出具體的基準載流量值。

（2）結(jié)合具體的工作要求，在圖表中找出不同因素下的校正系數(shù)，這些因素具體包括成束敷設(shè)數(shù)量、土壤的熱阻系數(shù)、環(huán)境溫度以及橋架層數(shù)等。電纜的允許載流量值實際上就是校正系數(shù)與基準載流量值的乘積。而計算出的實際允許載流量值也就是在該種條件下，以長期地運行作為基本前提，電纜自身所能夠承受的最大電流，而電纜的截面能夠?qū)厣x電纜的需要進行適當?shù)貪M足。

（3）必須要對線路進行有效的校檢工作，基體包括熱穩(wěn)定校檢、電壓損失校檢、以及機械強度校檢等。要特別強調(diào)的就是，在參照標準中的具體載流量對電纜進行選擇了之后，進行具體的施工時，也要遵照該敷設(shè)方式進行，否則的話，進行實際運行的時候，電纜其所能夠承受的載流量就會發(fā)生變化。

3 結(jié)語

在計算電線電纜的載流量時，要嚴格結(jié)合本行業(yè)具體規(guī)定的標準進行仔細計算。其主要就是校正系數(shù)與基準載流量的乘積。然后要對電纜截面進行相對客觀性的選擇。在進行電線電纜敷設(shè)方式的選擇時，建議電纜采用明敷、沿梯架以及網(wǎng)格式橋架等方法進行敷設(shè)，提高工程的安全性，在電氣投資上降低成本，對資源進行有效地節(jié)約。

［1］胡大偉,古德強,趙磊,張釗.電纜的載流量計算和敷設(shè)方式選擇[J].智能建筑電氣技術(shù),2011(6).

［2］高升宇,顧自強,王震,張書鴻,劉淞泊.XLPE電纜排管敷設(shè)時穩(wěn)定載流量的理論計算[J].電力設(shè)備,2011(09).

［3］唐元春,楊帆,陳俊,何為.重慶電網(wǎng)110kV電纜不同敷設(shè)方式下溫度場分布及載流量計算[J].重慶理工大學學報：自然科學,2012(03).