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安全用電是動力設(shè)備安裝與維護人員的基本要求，所有安裝與維護人員都有必要了解交流電纜線徑選擇的方法和原則。維護人員在日常工作中不局限于發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在故障，也應(yīng)關(guān)注線纜等配套設(shè)備存在的風(fēng)險，實現(xiàn)精細化維護。在具體的安裝與維護工作中，不少工程師對電纜線徑的選擇存在著一些誤區(qū)，需要對這些誤區(qū)進行分析。選擇了錯誤的電纜線徑，輕則增加了建設(shè)或運行成本，重則可能帶來巨大的安全隱患。
　　本文列出的十個誤區(qū)都是工程與維護人員容易發(fā)生的，事實上導(dǎo)線線徑選擇還有更多的影響因素，具體選擇線徑時應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度、允許溫升、敷設(shè)方式等查詢電工手冊或其它相關(guān)設(shè)計規(guī)范。

　　誤區(qū)一：經(jīng)濟電流密度2~4A/mm2，選2偏安全，選4偏經(jīng)濟

　　按照經(jīng)濟電流密度選擇交流線徑是通行的方法，銅質(zhì)電纜經(jīng)濟電流密度為2~4A/mm2。顯然，取經(jīng)濟電流密度為2A/mm2時，線徑較粗，投資成本較高;取經(jīng)濟電流密度為4A/mm2時，線徑較細較經(jīng)濟。一些工程人員認為，按照經(jīng)濟電流密度選擇電纜即可，選2A/mm2偏安全，選4A/mm2偏經(jīng)濟，都是可行的選擇。

　　當(dāng)電纜較細時，電纜比表面積大，對散熱有利;當(dāng)電纜較粗時，電纜比表面積小，熱量不易散發(fā)，單位截面積導(dǎo)線通過相同的電流時，粗電纜溫度較高。如果電纜溫度超過允許值，就會發(fā)生危險。下表為在空氣中敷設(shè)的塑料絕緣銅芯電線長期連續(xù)負荷載流量(《電工手冊》第14章第99頁，上海科學(xué)技術(shù)出版社第四版，呂如良等主編，2002年1月)，周圍環(huán)境溫度為25℃，線芯長期允許工作溫度為70℃。

　　由上表可見，較細的電纜每平方載流量遠大于4A，隨著電纜線徑的增加，每單位mm2載流量明顯下降。由于電纜不應(yīng)一直運行于最高溫度，同時存在可能的過流或其它因素影響，選擇時導(dǎo)線載流量應(yīng)小于上表載流量數(shù)值。

　　由此看來，經(jīng)濟電流密度理解為粗電纜取2、細電纜取4，比理解為選2偏安全、選4偏經(jīng)濟更合乎實際。

　　誤區(qū)二：只按經(jīng)濟電流密度，不復(fù)核電纜壓降

　　假定某單相交流負載最大電流不超過16A(單相負載電流通常不超過20A)，按經(jīng)濟電流密度法選用4mm2電纜，如果負載距離100米，銅電導(dǎo)率σ為57，電纜電阻為：

　　R=L/(σS)=100×2/(57×4)=0.88Ω

　　電纜上電壓降ΔU為

　　ΔU=IR=16×0.88=14.1V

　　連接回路在最大工作電流作用下的電壓降，不得超過該回路允許值(《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》第6頁，GB50217-94)，該例電纜上電壓降達到14.1/220=6.4%，超過多數(shù)設(shè)備線路上壓降不應(yīng)大于5%的要求。負載工作電壓下降6.4%，相應(yīng)的工作電流上升1A，需要選用更粗的電纜(如6mm2)，重新計算電壓降，直至電壓降小于5%。

誤區(qū)三：只選擇電線線徑，不考慮電線類型

　　計算電纜線徑時，只確定了電纜金屬介質(zhì)的截面積。只要截面積相同，不論何種絕緣層與護套，電纜本身性質(zhì)完全相同(銅質(zhì)，通信機房電力電纜一般不用鋁芯電線)。但正是由于絕緣層與護套的不同，散熱性能、允許溫升就有區(qū)別，如常用的VV(聚氯乙烯絕緣)電纜與JYV(交聯(lián)聚乙烯絕緣)電纜，前者允許溫度為70℃，后者可達90℃，因此JYV電纜允許的截流量更大，同樣的負載電流條件下，可以選擇較小的線徑。此外，單芯與多芯電纜(指內(nèi)部含互相絕緣的多芯成套電纜)散熱條件不同，截流量也有區(qū)別。例如，銅芯導(dǎo)體截面為50mm2，單芯與多芯明敷電纜在環(huán)境溫度為25℃、導(dǎo)體溫度分別為70℃(VV電纜)和90℃(JYV電纜)時載流量規(guī)格如下表所示(數(shù)據(jù)來源：北京電纜網(wǎng))

　　由上表可知，多芯電纜載流量較單芯為小，VV電纜載流量較YJV電纜為小，設(shè)計電纜時需要計入這些因素。多根單芯電纜平行捆扎敷設(shè)時，計算載流量也應(yīng)在單芯電纜的基礎(chǔ)上乘以一個小于1的降額矯正系數(shù)。下表為《工廠供電》中多根電纜并列時載流修正系數(shù)，電纜相距100mm。

　　誤區(qū)四：優(yōu)先選擇長期安全載流量大的電纜

　　一般地，從電纜的絕緣性能、環(huán)保性能和耐候性能等方面看，YJV電纜載流量大，在各方面比VV電纜性能更優(yōu)異，應(yīng)在工程設(shè)計中優(yōu)先考慮。

　　事實上，YJY電纜雖然具有載流量大、電纜直徑小、重量輕、方便安裝等優(yōu)點，但在同等截面積條件下，YJY電纜比VV電纜流量大的原因僅僅是因為能承受的溫度高而已。截面積相同，銅的質(zhì)量、導(dǎo)電率也相同，因而在輸送同等電流的情況下，選擇YJY電纜可以比選擇VV電纜細一些的線徑，但線路電阻增加，線損和電壓降也增加，長期運行不一定合算。

　　電纜選擇必須全面考慮環(huán)境條件、使用場所、敷設(shè)方式、供電距離、長期運行的費用和電壓降，能用VV電纜的場所一般仍推薦用VV電纜。如果原行線架上已敷設(shè)VV電纜，新設(shè)計增加耐受溫升更高的JYV電纜是沒有意義的，平行捆扎走線的電纜只能按耐受溫升最低的電纜計算載流量。

　　誤區(qū)五：并聯(lián)多大的導(dǎo)線，就相當(dāng)于線徑增大多少平方

　　大型機房負載容量大，需要提供很大的電流，如果選擇一根導(dǎo)線，無疑需要線徑很粗的供電電纜，施工并不方便，甚至沒有足夠粗的導(dǎo)線可供使用。多根導(dǎo)線并聯(lián)是允許的，由于線徑小的電線每平方載流量大于粗電線，并聯(lián)方式可能在經(jīng)濟上更合算。

　　并聯(lián)電線之間的電流在理論上按截面積分配，只要是相同材質(zhì)電線(如銅線)，都可以直接并聯(lián)。但實際工程中，最好使用相同的線徑。如果線徑相差懸殊，可能由于接線端子存在一定電阻，以及與電纜截面積不成正比的感抗作用，導(dǎo)致電流分配偏差，一根導(dǎo)線可能分配電流過大，超過安全載流量。此外，如果采用不一致的線徑，需仔細復(fù)核電線上的電流是否小于安全載流量，細導(dǎo)線的單位載流量只能按粗導(dǎo)線計算。

　　因此，大小相差懸殊的電纜并聯(lián)使用，電纜載流量往往并不按照理想條件下的電流分配規(guī)律來分配，小電纜相對發(fā)熱明顯。兩線并聯(lián)時，粗的電纜不應(yīng)大于細電纜的兩倍。

　　誤區(qū)六：只依據(jù)負載電流，未考慮短路電流

　　只根據(jù)負載電流選擇交流輸入電纜的線徑，事實上存在著安全風(fēng)險。例如，某大樓由功率S為315KVA的變壓器供電，變壓器Z值為5%。現(xiàn)欲在配電室增加一臺3P空調(diào)(單相)，發(fā)現(xiàn)配電柜內(nèi)有一額定容量為500A的斷路器CB3空閑未用，擬通過該斷路器為空調(diào)引入一相交流電，如下圖所示。工程人員按經(jīng)濟電流密度法選擇線徑，取經(jīng)濟電流密度為4A/mm2，空調(diào)工作電流12A，選擇電纜的截面積S為4mm2，并在空調(diào)側(cè)安裝16A空開作為空調(diào)輸入開關(guān)。

　　16A

　　315KVA/Z=5%

　　CB1/500A

　　CB2/500A

　　CB3/500A

　　CB4/500A

　　其它負載

　　50米

　　3P空調(diào)

　　空調(diào)距離配電柜較遠，電纜長度L為50米，導(dǎo)線電阻R為

　　R=L/(σS)=50×2/(57×4)=0.44Ω

　　假定電網(wǎng)供電能力為無窮大，變壓器短路電流IST為：

　　IST=S/(3U×Z)=315×1000/(220×3×5%)=9545A

　　變壓器副卷單相等效電阻RT為：　　RT=U/I=220/9545=0.023Ω

　　假定變壓器輸出端至CB3所有導(dǎo)體與接頭電阻之和為0.05Ω，如果電纜末端A點發(fā)生短路，短路電流IS為

　　IS=U/R=220/(0.023+0.05+0.44)=429A

　　由于斷路器跳閘電流為500A，因此電纜末端短路后斷路器不跳閘，電纜燒斷甚至起火。

　　由以上例子可以看出，在選用電纜時，需要校驗短路電流。在檢查供配電系統(tǒng)時，如果發(fā)現(xiàn)大型斷路器后端連接細電線，就應(yīng)重點關(guān)注。(注：除短路電流需要核算外，還應(yīng)計算接地故障電流，校驗斷路器是否符合要求。因本文只討論電纜選型問題，不在此討論如何選用斷路器。)

　　誤區(qū)七：按負載電流選線，不考慮斷路器容量

　　根據(jù)負載性質(zhì)不同，斷路器容量一般選擇為負載電流的1.15~1.5倍。斷路器選定以后，過載跳閘電流即已確定(大型斷路器往往允許整定跳閘電流)。過流的產(chǎn)生與供電質(zhì)量、負載質(zhì)量及運行狀態(tài)有關(guān)，也與漏電流有關(guān)。在通信機房供電系統(tǒng)中，通常并不安裝漏電保護器，如果漏電流與負載電流之和不超過斷路器額定電流，斷路器不跳閘，負載繼續(xù)運行。

　　在有較大漏電流的情況下，如果線徑只按負載電流設(shè)計，可能導(dǎo)致線徑偏小，超過導(dǎo)線安全載流量，電纜發(fā)熱過溫，存在的安全風(fēng)險比漏電流更甚。

　　正確的做法是：根據(jù)負載電流選擇斷路器(包括微斷，熔絲等過流保護裝置也是類似的)容量，再根據(jù)斷路器容量選擇導(dǎo)線線徑，再復(fù)核壓降是否符合規(guī)范要求。

　　誤區(qū)八：只考慮建設(shè)成本，不核算運行總成本

　　設(shè)計單位進行配電設(shè)計時，會計算負載電流、線路壓降等，按建設(shè)投資最低的原則設(shè)計，較少考慮運行成本。仍以3P空調(diào)為例，如果選用4mm2的電纜，消耗在電纜上的功率為：

　　P=I2R=122×0.44=63W 如果改選用6mm2的電纜，電纜電阻值為：

　　R=L/(σS)=50×2/(57×6)=0.29Ω

　　消耗在電纜上的功率為

　　P=I2R=122×0.29=42W

　　損耗降低21W。假定電費每度1元，一年運行下來，選用6mm2的電纜可以節(jié)約電費C為： 　　C=21×24×365/1000×1=184元。

　　按北京電纜價格，2×6mm2的電纜比2×4mm2的電纜貴2.2元/米50米的電纜差價僅為110元，選用6mm2的電纜初期投資大于選用4mm2的電纜，但不到1年即可收回投資，顯然更為經(jīng)濟，總運行費用更節(jié)省。

　　選用更粗的電纜是否更經(jīng)濟，需要按同樣的方法進行核算，如果三到五年可以收回投資，宜選用較粗的電纜。

　　誤區(qū)九：零線選擇未考慮三次諧波與不平衡電流

　　當(dāng)負載三相不平衡時，零線將有電流流過;當(dāng)三相嚴重不平衡時，零線電流甚至大于相電流。計算機、節(jié)能燈等電子設(shè)備多產(chǎn)生三次及三的倍次諧波，諧波電流通過零線。對于諧波抑制不佳的電子設(shè)備來說，三次諧波電流可能大于相電流，零線電流很大。此外，三次及以上諧波頻率較高，在導(dǎo)線內(nèi)流過時有趨膚效應(yīng)，即電流主要從導(dǎo)體表面流過，相當(dāng)于縮小了導(dǎo)線截面積，熱效應(yīng)更加明顯。

　　現(xiàn)行IDC機房建設(shè)過程中，普遍采用3+2電纜，即一根圓形絕緣電纜中包括三根相線、一根零線和一根保護地線，如3×50+2×25電纜，零線線徑為相線的一半。如果為普通計算機或照明供電，當(dāng)負載達到設(shè)計容量后，存在一定的安全風(fēng)險，三次諧波導(dǎo)致零線過熱甚至著火。除非負載諧波抑制效果好，或進行了諧波整治，否則零線線徑不應(yīng)小于相線線徑。

　　誤區(qū)十：保護地線目的是等電位連接，線徑細一點也可以

　　交流設(shè)備與機房接地排之間、設(shè)備內(nèi)部部件與機柜之間連接有保護接地線，一方面是等電位連接的要求，使所有設(shè)備和部件外殼保持等電位，預(yù)防觸電以及由于雷電侵入導(dǎo)致的內(nèi)部放電;另一方面用于泄放接地故障電流。

　　由于雷擊時長以微秒計，即使大的雷電流，積累的能量常不足以燒毀保護地線，因此不少工程師認為接地保護線對于防雷來說不用考慮粗細。確實，在雷擊事件中少見有保護地線燒毀的案例，但保護地線的線徑要求還有另外的原則，即發(fā)生接地故障時，保護地線不應(yīng)在保護設(shè)備動作前燒毀。顯然，電流越大的設(shè)備，輸入電纜越粗，輸入斷路器容量越大，保護地線也越粗。因此規(guī)范規(guī)定，當(dāng)相線線徑大于35mm2時，保護地線線徑應(yīng)取相線線徑的一半，按規(guī)范進行供配電系統(tǒng)設(shè)計，能達到相線越粗，保護地線也越粗的目的，消除安全隱患。

　　因此，保護地線線徑不能隨意選擇，保護地線的截面，應(yīng)滿足回路保護電器可靠動作的要求(《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》第8頁)。

　　交流電纜的選擇看似簡單，但為了選擇安全而又經(jīng)濟的電纜，則需要綜合考慮多方面的因素。可能因為選擇了過大的線徑增加建設(shè)成本，選擇過小的線徑增加運行成本并可能導(dǎo)致嚴重的安全風(fēng)險。