路橋電氣設(shè)計(jì)中電纜的選擇計(jì)算

陳　凱

摘要：本文首先簡介了電力電纜的一般選擇與校驗(yàn)方法，接下來敘述了道路、橋梁電氣設(shè)計(jì)中電纜選擇的特點(diǎn)和計(jì)算思路，最后用“負(fù)荷電流矩”法舉例說明了路橋電氣設(shè)計(jì)中考慮電壓損耗條件。選擇相線電纜截面的過程。

關(guān)鍵詞：道路橋梁電纜計(jì)算

一、前言

本文所述的電纜特指電力電纜。正確地選擇電纜類型及電纜規(guī)格，是電氣設(shè)備安全、可靠運(yùn)行的前提和保障。和一般導(dǎo)線及架空線路相比，電纜的價(jià)格要高出數(shù)倍。合理地選擇電纜、比選電纜通道走向及其敷設(shè)方式，在降低電氣工程造價(jià)、節(jié)約有色金屬等方面都具有十分重要的意義。

二、電纜選擇的重要性與一般方法

電纜作為電能傳輸?shù)耐ǖ?，和架空線路相比，因其安全隱蔽、美觀耐用、節(jié)約空間等優(yōu)點(diǎn)，越來越廣泛地使用于城市建設(shè)及各類交通工程中。簡單的說，電纜是一種特殊的導(dǎo)線，在它幾根(或單根)纏繞的絕緣導(dǎo)電芯線外面，統(tǒng)包有絕緣層和保護(hù)層。保護(hù)層又分內(nèi)外兩層，內(nèi)層用以直接保護(hù)絕緣層，外層用以防止內(nèi)層免受機(jī)械損傷和腐蝕。外護(hù)層通常為鋼絲或鋼帶構(gòu)成的鋼鎧，外覆瀝青、麻料或塑料護(hù)套。

由于電力系統(tǒng)容量、電壓、相數(shù)等因素的變化及敷設(shè)環(huán)境條件的不同，電力電纜產(chǎn)品的規(guī)格也是相當(dāng)繁多的。隨著電纜制造技術(shù)的進(jìn)步，電力電纜繼續(xù)朝著更高的電壓等級、更大的傳輸容量的方向發(fā)展。電力電纜的分類方法有很多，常見的有按電壓等級分類、按材料工藝分類、按使用環(huán)境及條件分類等。例如，可按電纜絕緣層材料不同，考慮使用電壓等級因素，簡單分類如下表：

電纜的選擇，首先根據(jù)用途及使用條件，兼顧投資因素，確定具體的電纜類型，再根據(jù)電力負(fù)荷的大小、分布等因素確定電纜的規(guī)格。電纜的參數(shù)很多，在類型一定的情況下，主要是選擇電纜的導(dǎo)體截面積，即確定電纜規(guī)格。電纜截面選擇過大時，將增加有色金屬的消耗量，顯著增加線路造價(jià)；電纜截面選擇過小時，在線路運(yùn)行期間，將產(chǎn)生過大的電壓損耗和電能損失，可使絕緣損壞，甚至引起火災(zāi)，不僅影響用電設(shè)備的正常使用，而且限制以后負(fù)荷的增加。因此，合理地選擇電纜截面，對節(jié)約有色金屬和減少建設(shè)費(fèi)用，以及保證質(zhì)量良好的電能供應(yīng)，都具有重大的意義。

為了保證供電系統(tǒng)的安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，選擇導(dǎo)體截面時，除滿足工作電壓的要求外，一般還要滿足發(fā)熱條件：電流通過電纜時要產(chǎn)生電能損耗，使導(dǎo)體發(fā)熱升溫，嚴(yán)重時會損壞絕緣層甚至引起火災(zāi)。因此，電纜正常工作時的發(fā)熱溫度不能超過有關(guān)規(guī)定溫度，或者說按發(fā)熱條件選擇三相線路中的相線截面時，應(yīng)使其允許載流量Ial(allowable current-carrying capacity)不小于通過相線的計(jì)算電流I₃₀，即

I_al≥I₃₀

如果電纜敷設(shè)的環(huán)境溫度與電纜允許載流量所采取的環(huán)境溫度不同時，則電纜的允許載流量還應(yīng)乘以溫度校正系數(shù)

式中θ_al——導(dǎo)線正常工作時的最高允許溫度；

θ₀線的允許載流量所采用的環(huán)境溫度；

θ_v——電纜敷設(shè)地點(diǎn)實(shí)際的環(huán)境因素。

按照規(guī)定，選擇電纜所用的實(shí)際環(huán)境溫度：室外電纜溝，取當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄罡邭鉁?；室?nèi)電纜溝，取當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄罡邭鉁丶由?℃；電纜隧道，取當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄罡邭鉁?；土中直埋。取?dāng)?shù)刈顭嵩缕骄鶜鉁?。另外，對于銅芯導(dǎo)線，其允許載流量約為相同截面鋁芯線的1.3倍。在相同的環(huán)境溫度下，相同根數(shù)的電纜明敷、穿鋼管、穿塑料管或埋地時的允許載流量也是不同的，在具體選擇時應(yīng)查閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊。

三、電氣設(shè)計(jì)中電纜選擇的特點(diǎn)與常用方法

根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，高壓線路及特大電流的低壓線路，應(yīng)先按規(guī)定的經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜的截面，以使線路的年運(yùn)行費(fèi)用接近最小，節(jié)約電能和有色金屬，再校驗(yàn)其它條件。而對于一般低壓照明線路，因其對電壓水平要求較高，所以一般先按允許電壓損耗條件來選擇截面，然后校驗(yàn)其發(fā)熱條件和機(jī)械強(qiáng)度。對于低壓動力線路，因其負(fù)荷電流較大，所以先按發(fā)熱條件來選擇截面，再校驗(yàn)其電壓損耗和機(jī)械強(qiáng)度。

一般情況下，路橋照明設(shè)施提供的照明水平是比較低的，人眼處于中介視覺狀態(tài)，此時辨別物體不是通過兩者之間的顏色差異來實(shí)現(xiàn)的，而是依靠物體與背景之間的亮度差異。以道路照明為例，無論單側(cè)布燈、交錯布燈、對稱布燈還是中央布燈，橋梁上的道路照明負(fù)荷都是均勻分布的，在計(jì)算電壓損耗時，可假設(shè)其分布負(fù)荷集中于分布線段的中點(diǎn)，按照集中負(fù)荷來計(jì)算。按照橋梁供電質(zhì)量的要求，橋梁照明負(fù)荷線路末端電壓應(yīng)不小于額定電壓的90％，不大于額定電壓的105％；橋上動力負(fù)荷線路末端電壓應(yīng)不小于額定電壓的90％；低壓功率因數(shù)COSφ應(yīng)在0.85以上。

四、結(jié)語

本文僅對電力電纜截面選擇的常規(guī)方法作了簡單的介紹，也僅針對具有理想計(jì)算條件的橋梁照明回路，舉例說明了按照電壓損耗條件選擇電纜的過程。對于復(fù)雜環(huán)境、復(fù)雜條件下電纜的精確選擇計(jì)算，還需在以后的工作和實(shí)踐中進(jìn)一步積累和歸納。

參考文獻(xiàn)：

[1]建筑電氣設(shè)計(jì)手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社

[2]電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊.北京：中國電力出版社