NEC標準對橋架電纜填充率計算的規(guī)定

朱曉丹

（中國天辰工程有限公司，天津300400）

在工程應(yīng)用中，橋架電纜填充率如果過高，會出現(xiàn)散熱不良、橋架蓋板蓋不緊、難以新增電纜等問題，因而橋架電纜填充率的計算至關(guān)重要。有關(guān)橋架電纜填充率的計算，中國規(guī)范一般描述的不夠詳細，并不區(qū)分不同類型的橋架，電纜類型也描述的很籠統(tǒng)，如CECS31—2006《鋼制電纜橋架工程設(shè)計規(guī)范》中說明：電纜在橋架中填充率“動力電纜可取40%～50%，控制電纜可取50%～70%”，若出現(xiàn)多種電纜類型的混合，則沒有具體的說明。

在NFPA 70—2014《美國國家電氣規(guī)程》中的392.22章節(jié)，則是針對各種不同類型的橋架及電纜，對橋架中允許填充的電纜數(shù)量做出了詳細說明。隨著中國工程公司國際化進程的不斷推進，NEC標準必將得到越來越多的應(yīng)用。因此，本文主要基于NFPA 70—2014中的相關(guān)規(guī)定來進行橋架電纜填充率的闡述及計算。

1 橋架電纜填充率的概念

在國內(nèi)，橋架電纜填充率一般指橋架內(nèi)電纜的總截面積與橋架的內(nèi)部截面積之比。然而，對于不同類型的電纜，這個概念應(yīng)有所不同。比如，對于截面積較大的電力電纜，只允許在橋架中敷設(shè)1層，因而可敷設(shè)電纜的數(shù)量就只與電纜的外徑及橋架的內(nèi)部寬度有關(guān)，用截面積來計算填充率就不再有意義。因此，需要根據(jù)橋架內(nèi)敷設(shè)的電纜類型分別進行橋架電纜填充率的定義?；贜FPA 70—2014中的規(guī)定，針對不同敷設(shè)方式的電纜，本文提出不同的橋架電纜填充率概念如下：

1)對于電纜只允許單層敷設(shè)的情況，電纜橋架的填充率定義為橋架中電纜的外徑之和與橋架的內(nèi)部寬度之比。

2)對于電纜允許多層敷設(shè)的情況，電纜橋架的填充率定義為橋架中電纜的總截面積與橋架中最大允許填充電纜截面積之比。

3)對于既有單層敷設(shè)電纜又有多層敷設(shè)電纜的情況，電纜橋架的填充率定義為橋架中允許多層敷設(shè)電纜的截面積之和與橋架中最大允許填充多層敷設(shè)電纜截面積之比。

2 電纜橋架類型定義

根據(jù)NEMA VE 1—2002《金屬電纜橋架系統(tǒng)規(guī)范》，電纜橋架類型定義如下：

1)梯架式電纜橋架（Ladder Cable Tray）：由2根縱向側(cè)邊及若干獨立橫檔構(gòu)成的組合件。

2)托盤式電纜橋架（Trough or Ventilated Cable Tray）：由通風(fēng)底板及整體或獨立的縱向側(cè)邊構(gòu)成的組合件。

3)槽式電纜橋架（Solid-bottom or Nonventilated Cable Tray）：由不通風(fēng)底板及整體或獨立的縱向側(cè)邊構(gòu)成的組合件。

4)整體型電纜橋架（Channel Cable Tray）：由一片式通風(fēng)/不通風(fēng)槽形部件構(gòu)成的組合件。

3 橋架電纜填充率的計算

在CECS 31—2006中，關(guān)于橋架的發(fā)展裕量說明如下：根據(jù)美C.J.Kalupa《電纜托架設(shè)計導(dǎo)則》：“電纜托架內(nèi)要為以后增加電纜或為正在設(shè)計中的托架進行擴充留出足夠的備用空位。一般留10%～25%備用空位是合適的”。因此，在進行橋架電纜填充率計算時，還要考慮發(fā)展裕量，本文定義k為電纜填充裕量系數(shù)，可根據(jù)具體項目的要求取值1.10～1.25。為防止引起混淆，本文在計算公式中的長度單位均采用mm，面積單位均采用mm2，額定電壓用V額表示。

3.1 V額≤2 k V的多股導(dǎo)體電纜在橋架中的填充率計算

NFPA 70—2014給出了梯架式、托盤式或槽式橋架中V額≤2 k V時多股導(dǎo)體電纜最大允許填充截面積，見表1所列。

3.1.1 梯架式或托盤式電纜橋架

1)含多種類型電纜。包含動力電纜或照明電纜，或者同時含有動力電纜、照明電纜、控制電纜和信號電纜。

a)電纜全部不小于4/0 AWG。AWG（American wire gauge）是美國線規(guī)，是一種區(qū)分電纜直徑的標準。所有電纜外徑之和D不應(yīng)超過橋架內(nèi)部寬度W，而且橋架內(nèi)電纜只允許鋪1層。則D計算公式為

式中：n1，…，nn——同型號規(guī)格的電纜根數(shù)；d1，…，dn——同型號規(guī)格的電纜直徑。

本文D的計算公式都相同，后面不再贅述。電纜填充率F計算公式為

b)電纜全部小于4/0 A WG。所有電纜截面積之和S應(yīng)小于表1中相應(yīng)W 對應(yīng)的允許填充電纜截面積值S1。S計算公式為

本文S的計算公式都相同，后面不再贅述。則F為

c)既有不小于4/0 AWG，也有小于4/0 AWG的電纜。所有小于4/0 AWG的電纜截面積之和S3應(yīng)小于S1-30D1，其中D1是所有不小于4/0 AWG的電纜外徑之和。不小于4/0 AWG的電纜只允許鋪1層，且不允許其他電纜放置在其上面。F為

2)只有控制電纜和/或信號電纜的情況。

a)橋架內(nèi)部高度H≤150 mm。橋架內(nèi)最大允許填充截面積的比例r應(yīng)為50%，即S應(yīng)小于橋架內(nèi)部截面積的50%。橋架內(nèi)部截面積等于H乘以W。F為

b)H＞150 mm。如果H＞150 mm，則取橋架有效高度H1為150 mm來計算。F為

3.1.2 槽式電纜橋架

1)含多種類型電纜。包含動力電纜或照明電纜，或者同時含有動力電纜、照明電纜、控制電纜和信號電纜。

a)電纜全部不小于4/0 AWG。D≤90%W，而且橋架內(nèi)電纜只允許鋪1層。F為

b)電纜全部小于4/0 AWG。S應(yīng)小于表1中第3列所對應(yīng)的允許填充電纜截面積值S2。F為

c)既有不小于4/0 AWG，也有小于4/0 AWG的電纜。所有小于4/0 AWG的S3應(yīng)小于S2-25D1。不小于4/0 AWG的電纜只允許鋪1層，且不允許其他電纜放置在其上面。F為

表1 梯架式、托盤式或槽式橋架中V額≤2 k V多股導(dǎo)體電纜最大允許填充截面積

2)只有控制電纜和/或信號電纜的情況。

a)H≤150 mm。r應(yīng)為40%，即S應(yīng)小于橋架內(nèi)部截面積的40%，F(xiàn)計算公式同式（6）。

b)H＞150 mm。則取H1為150 mm來計算，F(xiàn) 計算公式同式（7）。

3.1.3 整體型電纜橋架

1)整體型托盤式電纜橋架。NFPA 70—2014給出了整體型托盤式橋架中V額≤2 k V的多股導(dǎo)體電纜最大允許填充截面積，見表2所列。

a)僅有單根電纜。S應(yīng)小于表2中相應(yīng)W所對應(yīng)的允許填充電纜截面積值S4。F為

b)有多根電纜。S應(yīng)小于表2中相應(yīng)W 所對應(yīng)的允許填充電纜截面積值S5。F為

表2 整體型托盤式橋架中V額≤2 kV的__多股導(dǎo)體電纜最大允許填充截面積

a)僅有單根電纜。S應(yīng)小于表3中相應(yīng)W所對應(yīng)的電纜允許填充截面積值S6。F為

b)有多根電纜。S應(yīng)小于表3中相應(yīng)W 所對應(yīng)的電纜允許填充截面積值S7。F為

表3 整體型槽式橋架中V額≤2 k V的_多股導(dǎo)體電纜最大允許填充截面積

2)整體型槽式電纜橋架。NFPA 70—2014給出了整體型槽式橋架中V額≤2 k V的多股導(dǎo)體電纜最大允許填充截面積，見表3所列。

3.2 V額≤2 k V的單股導(dǎo)體電纜在橋架中的填充率計算

單股電纜一般不應(yīng)用于屏蔽電纜，因而不需要使用封閉式的槽式橋架，多使用梯架式、托盤式或整體型托盤式電纜橋架。

3.2.1 梯架式或托盤式電纜橋架

NFPA 70—2014給出了梯架式或托盤式橋架中V額≤2 k V的單股導(dǎo)體電纜最大允許填充截面積，見表4所列。

1)電纜截面積全部不小于506.70 mm2（1 000 kc mil）。D不應(yīng)超過W，而且橋架內(nèi)電纜只允許鋪1層。F計算公式同式（2）。

表4 梯架式或托盤式橋架中V額≤2 k V的____單股導(dǎo)體電纜最大允許填充截面積

說明：在NEC的出版物中，對于大于4/0 AWG的導(dǎo)體尺寸，采用千圓密耳（Kilo Circular Mil）來表示，縮寫為kc mil，1 kc mil=0.506 7 mm2。250 kc mil是NEC中第一個截面積大于4/0 AWG的導(dǎo)體尺寸，表示電纜的導(dǎo)體外徑為12.70 mm（適用于實心電線）或?qū)w截面積為126.7 mm2（適用于絞合電線）。

2)電纜大于126.68 mm2（250 kc mil）且小于456.03 mm2（900 kc mil）。S 應(yīng)小于表4中相應(yīng)W所對應(yīng)的允許填充電纜截面積值S8。F為

3)既有不小于506.70 mm2（1 000 kc mil），也有小于506.70 mm2的電纜。所有小于506.70 mm2的電纜截面積之和S9應(yīng)小于表4中相應(yīng)W 所對應(yīng)的計算值（S8-28D2），其中D2是所有不小于506.70 mm2電纜外徑之和。不小于506.70 mm2的電纜只允許鋪1層，且不允許有其他電纜放置在其上面。F計算公式為

4)電纜大于1/0 AWG且小于4/0 AWG。D不應(yīng)超過W，而且橋架內(nèi)電纜只允許鋪1層。F計算公式同式（2）。

3.2.2 整體型托盤式電纜橋架

D不應(yīng)超過W，而且橋架內(nèi)電纜只允許鋪1層。F計算公式同式（2）。

3.3 V額＞2 k V的電纜在橋架中的填充率計算

D不應(yīng)超過W，而且橋架內(nèi)電纜只允許鋪1層。F計算公式同式（2）。

4 結(jié) 論

本文根據(jù)NFPA 70—2014中的相關(guān)規(guī)定，針對不同類型的橋架和電纜，詳細給出了橋架電纜填充率的計算過程及計算公式，最終得到橋架電纜填充率的計算流程圖，文中不再贅述。

近些年，化工管道三維模型設(shè)計軟件的應(yīng)用越來越多，使用該類軟件來建立工廠三維電子模型，具有設(shè)計碰撞檢查、自動抽取材料、生成施工圖等優(yōu)點，而且可以提供整套電子文件進行電子交付，方便項目實施。因此，根據(jù)實際需要，橋架電纜填充率的自動計算也理應(yīng)成為三維模型設(shè)計軟件的優(yōu)點。然而，在使用該軟件的過程中，發(fā)現(xiàn)其對于橋架電纜填充率的計算并不完善。本文建立的橋架電纜填充率計算流程圖非常適合應(yīng)用于三維模型設(shè)計軟件進行自動計算，如果三維軟件設(shè)計公司能夠配合完成相關(guān)程序的編寫并引入實際應(yīng)用，將非常有利于橋架及電纜的三維設(shè)計。