淺談電纜在工程中的經(jīng)濟(jì)與安全應(yīng)用原則

廣東博意建筑設(shè)計(jì)院有限公司 劉 川

1 關(guān)于現(xiàn)狀行業(yè)開關(guān)-電纜設(shè)計(jì)匹配的一些習(xí)慣做法介紹

電纜的載流量的選擇受制很多因數(shù)制約，根據(jù)GB/T 16895.6-2014/IEC 60364-5-52:2009《低壓電氣電氣裝置第5-52部分:電氣設(shè)備的選擇與安裝 布線系統(tǒng)》，電纜本身的影響因數(shù)有導(dǎo)體材質(zhì)、絕緣類型、負(fù)荷導(dǎo)體根數(shù)、導(dǎo)體截面，總計(jì)4個(gè)；外部影響因數(shù)有敷設(shè)方式（敷設(shè)方式又分A1、A2、B1、B2、C、D1、D2、E、F、G 總計(jì)9大類73種）、環(huán)境溫度、排列形式（23種）、同路徑電纜回路數(shù)、同路徑電纜托盤層數(shù)，總計(jì)5個(gè)；且同路徑上情況變化以后亦需重新核算，計(jì)算極其復(fù)雜與繁瑣，故此整個(gè)電氣行業(yè)形成了一套且約定俗稱的開關(guān)-斷路器匹配表，按此設(shè)計(jì)審圖與驗(yàn)收均認(rèn)同，而不在關(guān)心其他的因數(shù)，這樣是否科學(xué)與安全存疑。

表1中：L 為表示電纜最大相線截面的選擇；N為表示電纜最大中性線截面的選擇；PE 為表示電纜最大保護(hù)接地線截面的選擇；YJV 為聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電纜；（3+2）為表示三相五芯電纜中的三相等截面，中性線與PE 線等截面。

表1 行業(yè)常用默認(rèn)多芯電纜與斷路器選擇表

交聯(lián)聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜，絕緣性能優(yōu)良，介質(zhì)損耗低；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便；外徑小，質(zhì)量輕，載流量大；目前隨著絕緣制造工藝的提高，在價(jià)格方面與聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電纜（VV）在成本上相近，市面基本上都采用YJV 電纜。

首先以行業(yè)內(nèi)常見的電纜槽盒布線，選擇以上約定匹配表，根據(jù)《低壓電氣裝置 低5-52部分電氣設(shè)備的選擇和安裝 布線系統(tǒng)GB/T 16895.6-2014》核算電纜載流量，并分析火災(zāi)危險(xiǎn)性。假設(shè)選用5根YJV-3×95+2×50電纜，匹配200A 額定電流斷路器，在電纜槽盒布線為B2類敷設(shè)方式，單根電纜基準(zhǔn)載流量224A、環(huán)境溫度35℃、修正系數(shù)0.96，B類敷設(shè)方式5根電纜同回路的多回路成束敷設(shè)修正系數(shù)為0.6，則當(dāng)電纜均達(dá)到額定滿載載流量時(shí)，實(shí)際允許的載流量為134.2A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)做法值，不滿足GB 50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》6.3.3條導(dǎo)體允許持續(xù)載流量應(yīng)大于等于斷路器的額定電流。

圖1 常見的車庫(kù)、商業(yè)、酒店、醫(yī)院、地鐵等工程電纜成束敷設(shè)在電纜槽盒中的情況

IB≤In≤IZ，式中：IB為回路計(jì)算電流（A）；In為熔斷器熔體額定電流或斷路器額定電流或整定電流（A）；IZ為導(dǎo)體允許持續(xù)載流量（A）。按GB 50217-2018《電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》3.6.1條規(guī)定：最大工作電流作用下的電纜導(dǎo)體溫度不得超過電纜絕緣最高允許值，持續(xù)工作回路的電纜導(dǎo)體工作溫度應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表2 常用電力電纜導(dǎo)體的最高允許溫度

隨著時(shí)間的推移，所建工程的居住、商業(yè)等活動(dòng)上升，各回路電纜達(dá)到滿載的容量的可能性上升，此時(shí)就有較大的安全隱患；電纜長(zhǎng)期超過允許額定工作溫度，會(huì)造成絕緣加速老化，使用壽命變短，溫度過高時(shí)會(huì)引燃表皮絕緣層發(fā)生火災(zāi)。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，我國(guó)的電氣火災(zāi)大部分是由電氣線路直接或間接引起的。實(shí)際的工程施工中，也應(yīng)盡量避免多層電纜堆砌敷設(shè)，工程設(shè)計(jì)中應(yīng)避免兩層以上的敷設(shè)方式。例如GB 50217-2018《電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中電纜托盤中兩層堆砌電纜的校正系數(shù)已經(jīng)低至0.55，不算其他校正系數(shù)，電纜的實(shí)際功效已經(jīng)減半。

2 采用有孔電纜托盤敷設(shè)電纜的電氣設(shè)計(jì)參數(shù)

單根電纜在空氣中敷設(shè)，在較好的散熱環(huán)境其本身能達(dá)到的極限載流值的情況，同樣根據(jù)規(guī)范的要求進(jìn)行核算。假設(shè)選用5根YJV-3×70+2×50電纜，在有孔電纜托盤內(nèi)布線，為E 類敷設(shè)方式，單根電纜基準(zhǔn)載流量236A、環(huán)境溫度35℃，修正系數(shù)0.96，E 類敷設(shè)方式相互保持1倍電纜直徑間距，5根電纜同回路的多回路成束敷設(shè)修正系數(shù)為0.91，則當(dāng)電纜均達(dá)到額定滿載載流量時(shí)，實(shí)際允許的載流量為214.9A，匹配200A 開關(guān)，滿足規(guī)范理論計(jì)算要求，實(shí)際運(yùn)行最大工況無安全隱患。

圖2 電纜在有空托盤中相互之間保持一倍電纜直徑間距的敷設(shè)情況

3 電纜槽盒與電纜托盤敷設(shè)電纜的經(jīng)濟(jì)成本對(duì)比

假設(shè)某車庫(kù)某個(gè)區(qū)域有五個(gè)用電動(dòng)力總箱，每個(gè)總箱的總開關(guān)為200A，每個(gè)總箱的負(fù)荷計(jì)算電流均200A 以下，此時(shí)采用電纜槽盒與電纜托盤分別此車庫(kù)的變配電站布線，布線長(zhǎng)度100m，分別對(duì)比兩種設(shè)計(jì)布線下的電纜設(shè)計(jì)參數(shù)、經(jīng)濟(jì)成本。

3.1 電纜槽盒布線電纜設(shè)計(jì)參數(shù)

采用銅導(dǎo)體；聚乙烯絕緣；負(fù)荷導(dǎo)體根數(shù)三根；環(huán)境溫度環(huán)(35℃)，環(huán)境溫度校正系數(shù)0.96；電纜排列形式為成束敷設(shè)在空氣中，沿墻、嵌入式或封閉式敷設(shè)，敷設(shè)方式編號(hào)B2；回路數(shù)為5個(gè)，成束降低系數(shù)降低系數(shù)為0.6；無多層電纜橋架并排敷設(shè)；具體詳見表3。

表3 電纜槽盒內(nèi)敷設(shè)的電纜載流量計(jì)算表

按表3的計(jì)算，此處區(qū)域5個(gè)總配電箱進(jìn)線電纜應(yīng)配置的電纜規(guī)格為YJV-4×240+1×120，電纜直徑68.2mm，選擇電纜槽盒MR400×150，電纜在電纜槽盒中的填充率為30.4%，滿足規(guī)范要求的≤40%。此處按電纜槽盒布線方案，則100米的供電距離電纜與電纜槽盒合計(jì)總成本為45.34萬元。

3.2 有孔電纜托盤布線電纜設(shè)計(jì)參數(shù)

采用銅導(dǎo)體；聚乙烯絕緣；負(fù)荷導(dǎo)體根數(shù)三根；環(huán)境溫度環(huán)(35℃)，環(huán)境溫度校正系數(shù)0.96；電纜排列形式為相互之間保持一倍電纜間距敷設(shè)在電纜托盤內(nèi)，敷設(shè)方式編號(hào)E；回路數(shù)為5個(gè)，成束降低系數(shù)為0.91；無多層電纜橋架并排敷設(shè)；具體詳見表5。

表4 采用電纜槽盒敷設(shè)電纜的合計(jì)成本概算表

表5 有孔電纜托盤內(nèi)敷設(shè)的電纜載流量計(jì)算表

按表5的計(jì)算，此處區(qū)域5個(gè)總配電箱進(jìn)線電纜應(yīng)配置的電纜規(guī)格為YJV-4×70+1×35，電纜直徑39.8mm，按相互之間需要一倍電纜間距布線需安裝寬度為398mm，選擇有孔電纜托盤CT400×50，電纜在電纜托盤中的填充率為31.4%，滿足規(guī)范要求的≤40%。此處按有孔電纜托盤布線方案，則100米的供電距離電纜與有孔電纜托盤合計(jì)總成本為16.05萬元。施工時(shí)電纜的敷設(shè)和排列布置應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，電纜的敷設(shè)排列應(yīng)順直、整齊，并宜少交叉。

表6 采用有孔電纜托盤敷設(shè)電纜的合計(jì)成本概算表

通過對(duì)比，采用電纜托盤布線較采用電纜槽盒布線的方案的經(jīng)濟(jì)效益有顯著的提高。本對(duì)比的電纜材料單價(jià)是以2022年6月銅基準(zhǔn)價(jià)進(jìn)行核算。

綜上，電纜的選擇應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境選擇布線方式，不分場(chǎng)景的一刀切也必然造成了大量的銅資源浪費(fèi)，同時(shí)也有較大的安全與火災(zāi)隱患，從設(shè)計(jì)參數(shù)與成本的對(duì)比可以看出，有條件時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用E類敷設(shè)方式，讓電纜運(yùn)行時(shí)保持良好的散熱，既最大限度的確保了電纜的使用效能，也降低了因?yàn)樯岵焕娎|溫升超過額定運(yùn)行溫度、電纜絕緣老化加速的問題，同時(shí)電纜在托盤內(nèi)有間距敷設(shè)的敷設(shè)，易于施工安裝與放線，后期檢修維護(hù)方便。