線纜溫度與載流、線徑選型校正關系的分析應用

郎茂坤

摘要 ：本文結合電加熱爐項目運用中出現線纜溫度超標定值的問題，對現場環境溫升、線纜自身溫升和線纜載流大小等因素進行分析，參照電工設計手冊確定電加熱爐項目中線纜載流量與線纜溫度的校正系數，給出不同溫度下線纜的載流量參考值，并通過項目改造論證了分析數據，避免了線纜嚴重老化的風險。

關鍵詞： 線纜溫度;線纜載流;校正系數

1引言

在新能源電池行業中，磷酸鐵鋰材料與三元材料的制備中已廣泛使用電加熱輥道爐作為燒結工序設備。隨著單機產能的不斷提高，輥道爐的加熱功率在同步提升，單回路加熱電源線纜的載流量也在增大。受加熱電源線纜敷設所處環境溫度和線纜載流變大的同步影響，線纜工作溫升高的問題也愈加凸顯。

某材料制備商客戶定制的4臺55米電加熱輥道爐采用了BVR（銅芯聚氯乙烯絕緣軟電線）系列線纜作為加熱電源線，輥道爐各回路電流及線纜線徑配置見表1。線纜標定最高工作溫度不超過70℃。在輥道爐滿負荷帶料生產時巡檢發現加熱電源線纜工作溫度最高達到87℃，已嚴重超出標定最高工作溫度，存在安全隱患。

為了排查問題原因，排除線纜異常高溫帶來的安全隱患，綜合分析線纜發熱的原因以及線纜線徑選用的依據是本文討論的主要問題。

2原線纜線徑的選型原則

（1）按照電氣工程常用線纜線徑選型辦法估算10mm2線纜載流量為50A，在環境溫度≥60℃情況下，線纜線徑的選取需向上一檔;

（2）電工手冊關于線纜載流大小明確如下：25℃環境溫度下，10mm2銅芯軟線纜載流75A，不同環境溫度下線纜的載流量需按校正系數校正，不同環境溫度下校正系數[1]見表2。

按照導線工作溫度50℃、環境溫度40℃時0.663的載流校正系數計算，BVR-10mm2線纜的載流量不低于49A。

（3）項目中選用的BVR-10mm2線纜承載最大43.7A的電流符合以上兩種線纜線徑的選型原則。從參考數據上來看，線纜工作溫度應該在50℃左右。因此，線纜實際工作溫度與參考數據存在較大偏差，原線纜線徑的選型原則并不能完全符合現場的應用工況。

3線纜溫升的因素分析

在常規電氣工程項目中，線纜發熱的主要原因可以總結為以下六個方面：

（1）線纜接頭制作技術不好，壓接不緊密，造成接頭處接觸電阻過大，也會造成電纜產生異常發熱的現象。

（2）線纜相間絕緣性能不好，造成絕緣電阻較小，運行中也會產生發熱現象。

（3）針對鎧裝電纜，局部護套破損進水后會對絕緣性能造成緩慢破壞作用，造成絕緣電阻逐步降低，也會造成電纜運行中產生異常發熱的現象[2]。

（4）采用的線纜導體電阻不符合要求，會造成電纜在運行中產生發熱現象。如銅芯軟線纜BVR-16mm2在20℃時導體電阻≤1.91Ω/km。如果換做鋁芯導體線纜，單位電阻遠大于1.91Ω/km，其發熱程度也會高于銅芯軟線纜[3]。

（5）線纜線徑選擇不當，線纜線徑與載流大小不匹配，會造成使用的線纜導體截面過小，運行中產生過載現象，線纜長時間過載運行造成異常發熱。

（6）線纜敷設引起的發熱，設備中線路多敷設于線槽或者橋架內，對于回路數量較多的設備，線路敷設時排列過于密集，通風散熱效果不好，或電纜靠近其他熱源太近，影響了電纜的正常散熱，也有可能造成電纜在運行中產生發熱現象。

綜合以上分析因素，結合現場查驗：線纜接頭制作、線纜相間絕緣、線纜銅芯導體阻值大小均能達到工藝要求。在線纜線徑選型上，能滿足原有技術選型原則要求;在線纜敷設方面，線纜敷設在線槽內，因線路數量較多，線纜存在匯集、捆扎等情況。

為論證不同載流和不同敷設條件下線纜溫度情況，按不同回路功率輸出情況分別記錄其線纜溫度，得出如下4種數據：

1、回路1加熱功率輸出較大，在70%左右，其加熱回路中加熱線溫度高達73℃;

2、其余回路加熱輸出率最大在40%左右，其加熱回路中加熱線溫度在60℃以內;

3、現場1#、2#設備在滿負荷燒料運行時，回路內加熱線溫度普遍偏高;3#、4#設備處于高溫保溫未燒料狀態，回路內加熱線匯集處溫度在50℃左右;

4、現場將匯集處捆扎線纜散開，再次測得線纜溫度為71℃，低于捆扎時實測數據87℃。

結合以上4種數據可以得出如下結論：

（1）負荷率越大，線纜載流量越大，線纜溫度就越高;

（2）線纜敷設越密集，線纜溫度就越高。

因此，針對現場出現的線纜溫升過高的問題，初步判定為線纜匯集捆扎造成的散熱不暢引起線纜工作環境溫度升高，造成線纜實際載流能力下降，從而加劇線纜溫度的升高。但礙于線纜敷設空間有限，工程項目上無法做到將線纜完全散開，因此在線纜密集敷設時，溫度對線徑選型、載流大小的影響不再符合原有選型原則。

4線徑選型與載流大小的校正

根據現場線纜線徑、載流值、線纜溫度的數據，校正思路如下：

（1）線纜25℃環境溫度下的核定載流量按常用線纜線徑選型辦法估算，即10mm2線纜載流量為50A，16mm2線纜載流量為64A;

（2）線纜在不同環境溫度下的載流量校正系數參考電工手冊標準，其基準電流參照第（1）條約束的線纜載流量，并非按電工手冊給定的參考值;

（3）按上述兩條復核的BVR-10mm2和BVR-16mm2線纜載流數據見表3。

所復核的導線工作溫度與現場實際溫度較為接近，因此可作為校正參考;

（4）現用BVR線纜允許最高工作溫度不超過70℃，應結合允許的導線溫度與環境溫度，按載流修正系數計算線纜載流值，校正后的線纜載流量數據見表4。

校正后的導線載流量明確了不同環境溫度下對應導線工作溫度時的載流量參考值，較以往籠統的直接按線徑評估載流量，存有較大的數值差異，數據可參考性更高。

5結果評估與總結

在得出校正系數和校正后不同溫度線纜的載流值后，重新對線纜線徑進行選型。根據各回路配置的功率電流值，重新選擇BVR-16mm2線纜作為加熱電源線纜，并對設備原配置的BVR-10mm2線纜進行改造替換。

改造后的線纜溫度基本維持在40℃-50℃區間，后期按照同樣校正方法選型的現場數據同樣符合這一數據，各現場線纜載流及溫度數據見表5。

通過各現場線纜載流數據及線纜溫度數據可以看出，校正選型后的線纜工作溫度符合表4中的校正數據。表4對不同線徑、不同環境溫度和不同載流量情況下的線纜工作溫度可以起到預期性的指示作用。

6結語

本文闡述的線纜載流與線纜溫度的影響結合了實際的工程數據，根據環境溫度與導線工作溫度校正得到的線纜載流量具有一定的工程參考意義，在線纜線徑選型和線纜工作溫度評估方面可供類似工況下參考分析。

參考文獻

[1]《電工手冊》編寫組.電工手冊.第二版[M].上海：上海科學技術出版社，1990.

[2]朱文滔.淺談電纜載流量的影響因素及優化方法[J].華東科技（綜合），2018.

[3]張自峰.電線電纜導體電阻和電阻率的分析[J].城市建設理論研究，2012（26）.