建筑電氣線纜設(shè)計(jì)研究

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(山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

引言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)促進(jìn)了房地產(chǎn)市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，由于土地的稀缺性，高層建筑已成為建筑的主要形態(tài)。高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)撲救難度大，往往給國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，18%～27%的建筑火災(zāi)是由電氣故障引起的，這其中有相當(dāng)一部分與建筑電氣線纜設(shè)計(jì)不合理相關(guān)。本文對(duì)建筑電氣線纜設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討與研究，以期為降低建筑火災(zāi)的發(fā)生頻率等提供參考。

1 電氣線纜設(shè)計(jì)方法與程序

1.1 按溫升選擇截面

金屬導(dǎo)線或電纜中流過電流時(shí)，由于導(dǎo)體電阻的存在，電流使導(dǎo)體產(chǎn)生熱效應(yīng)，致使導(dǎo)體溫度升高，同時(shí)向周圍介質(zhì)發(fā)散熱量。導(dǎo)線或電纜的絕緣介質(zhì)所允許承受的最高溫度必須大于載流導(dǎo)體表面的最高溫度，才能使絕緣介質(zhì)不燃燒，不加速老化。

為保證電線電纜的實(shí)際工作溫度不超過允許值，電線、電纜按發(fā)熱條件允許長(zhǎng)期工作的電流不應(yīng)小于線路的工作電流。電纜在不同的散熱條件地段，其對(duì)應(yīng)纜芯工作溫度會(huì)有差異，應(yīng)按散熱條件最惡劣地段(通?！? m)來(lái)選擇截面。當(dāng)負(fù)荷為斷續(xù)工作或短時(shí)工作時(shí)，應(yīng)折算成等效發(fā)熱電流，按溫升選擇電線、電纜的截面或者按工作制校正電線、電纜的載流量。

通常，按溫升選擇電纜截面時(shí)需考慮幾個(gè)系數(shù)。環(huán)境溫度不同于載流量數(shù)據(jù)中的給定溫度時(shí)，應(yīng)對(duì)載流量進(jìn)行修正，即載流量要乘以校正系數(shù)Kt，其計(jì)算公式為：

(1)

式中：θn——電線、電纜線芯允許長(zhǎng)期工作的溫度，℃；

θa——敷設(shè)處的環(huán)境溫度，℃；

θc——載流量數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)溫度，℃。

多回路敷設(shè)時(shí)，由于散熱條件劣化，使得導(dǎo)線電纜的載流量有所下降，而一般的載流量表中均為單回路或單根電纜的載流量數(shù)據(jù)，故應(yīng)再考慮一個(gè)修正系數(shù)Kd，這一系數(shù)通?？稍谙嚓P(guān)的手冊(cè)和規(guī)范中查得。

1.2 按電壓損失校驗(yàn)截面

由于電壓損失的存在，用電設(shè)備端的電壓與電力系統(tǒng)的額定電壓會(huì)產(chǎn)生偏差，從而導(dǎo)致三相異步電機(jī)出力下降，電光源的輸出光通下降。供配電設(shè)計(jì)人員在確定電線電纜截面后，有必要進(jìn)行電壓損失驗(yàn)算，以保證用電設(shè)備的端電壓在電壓偏差所許可范圍之內(nèi)。否則應(yīng)適當(dāng)加大導(dǎo)線或電纜的截面，使之滿足允許電壓損耗。用電設(shè)備端子電壓實(shí)際值偏離額定值時(shí)，其性能受影響的程度由電壓偏離的大小和持續(xù)時(shí)間而定。正常情況下，設(shè)備端電壓允許偏差范圍為+5%～-5%；少數(shù)遠(yuǎn)離變電所的允許偏差范圍為+5%～-10%。

三相平衡負(fù)載線路電壓損耗的用功率距表示的計(jì)算公式為：

(2)

式中：P——負(fù)載的功率，kW；

L——線路的長(zhǎng)度，m；

S——電線電纜的截面積，mm2；

C——線路電壓損失的計(jì)算系數(shù)，C=10γUn2。

此處按導(dǎo)線工作溫度為50 ℃取γ值為51.91，Un值為0.38，故C=74.95，取C=75。

1.3 按機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)

用電設(shè)備載流導(dǎo)體的最小截面積應(yīng)滿足機(jī)械強(qiáng)度所允許的最小值。不可移動(dòng)的導(dǎo)體允許的最小截面積，應(yīng)根據(jù)敷設(shè)線纜的安裝方式、絕緣層材質(zhì)、支持點(diǎn)距離以及載流導(dǎo)體材質(zhì)確定。絕緣導(dǎo)體穿管敷設(shè)或在槽盒中敷設(shè)時(shí)，銅導(dǎo)體的最小截面積為1.5 mm2。

1.4 考慮諧波電流的影響

在平衡的三相交流系統(tǒng)中，諧波電流是存在的，三次諧波電流的含量最大，其影響最顯著。因三次諧波電流在相線上的方向一致，故中性線上的三次諧波電流含量為相線的3倍。確定線纜截面時(shí)，應(yīng)該考慮諧波電流。若諧波電流值不大，可按相線電流選擇線纜截面，計(jì)算電流值按基波電流值計(jì)算，但必須除以相應(yīng)的修正系數(shù)。三次諧波電流值超過基波值的33%時(shí)，中性線電流將超過相電流的基波分量，則應(yīng)按中性線的電流值選擇線纜的規(guī)格，計(jì)算電流時(shí)要除以修正系數(shù)(見表1)。

表1 諧波電流修正系數(shù)表

1.5 中性導(dǎo)體和保護(hù)導(dǎo)體的選擇

1.5.1 中性導(dǎo)體的選擇

對(duì)于一相一零制線路，相導(dǎo)體的截面積≤16 mm2，此時(shí)導(dǎo)體材質(zhì)須為銅；相導(dǎo)體截面積≤25 mm2的TN-C線路，中性線的截面積必須與相導(dǎo)體的截面相同，此時(shí)導(dǎo)體的材質(zhì)須是鋁。

銅相導(dǎo)體截面積>16 mm2時(shí)，其中性導(dǎo)體截面積≥16 mm2；鋁相導(dǎo)體截面積>25 mm2，其中性導(dǎo)體截面積≥25 mm2。在用電設(shè)備正常工作時(shí)，中性導(dǎo)體的最大工作電流必須小于等于中性導(dǎo)體所許可的載流量。

1.5.2 保護(hù)導(dǎo)體的選擇

保護(hù)導(dǎo)體的截面積應(yīng)能滿足電氣系統(tǒng)間接接觸防護(hù)切斷供電電源，而且能夠承擔(dān)可能的短路電流和故障電流。

保護(hù)導(dǎo)體的截面積應(yīng)符合(3)式：

(3)

式中：S——PE線的截面，mm2；

I——保護(hù)電器流過可能發(fā)生的短路電流或故障電流(有效值)，A；

t——保護(hù)電器的自動(dòng)分閘時(shí)間，s；

K——計(jì)算系數(shù)。

若相導(dǎo)體截面積≤16 mm2，PE線截面積等于相線；相導(dǎo)體的截面積在16～35 mm2時(shí)，PE線截面積等于16 mm2；若相導(dǎo)體的截面積>35 mm2，PE線截面積等于相導(dǎo)體截面積的一半。

2 工程實(shí)例

2.1 工程背景

太原市某住宅小區(qū)1棟32層高層住宅的電梯線纜截面確定。兩部電梯，每部電梯考慮井道和機(jī)房用電總?cè)萘繛?5 kW，兩部電梯共用1臺(tái)雙電源箱，從低壓配電室至電梯機(jī)房雙電源切換箱電纜總長(zhǎng)按120 m考慮，電纜在配電室、公共走道、電氣豎井內(nèi)均采用金屬無(wú)孔托盤敷設(shè)。

該電纜回路計(jì)算電流為：

=59.6(A)

2.2 線纜選型

該工程實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)條件是4根電纜無(wú)間距并列在無(wú)孔托盤電纜橋架上，環(huán)境溫度按35 ℃考慮，選用YJV-1.0KV-4+1五芯電纜。查相關(guān)載流量手冊(cè)，可得敷設(shè)于自由空氣中的多芯電纜載流量校正系數(shù)k1為0.75。由Ial×k1>Ijs，可得Ial>Ijs/k1，Ial=59.6/0.75=79.5，10 mm2電纜的載流量為72 A，16 mm2電纜的載流量為96 A，由此該電纜的相線截面初選為16 mm2。

電壓損失按(2)式校驗(yàn)得：

該工程兩部電梯選用電纜的電壓損失Δu(%)=1.5%，小于電壓損失的允許值，故電壓損失符合要求。該工程電梯電纜相導(dǎo)體截面為16 mm2，高于1.5 mm2的相關(guān)規(guī)定，符合規(guī)范對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的要求。

該工程電梯采用三相異步電機(jī)變頻調(diào)速，變頻器會(huì)產(chǎn)生一定程度的高次諧波，需要計(jì)算諧波電流(見表2)。

按最不利的諧波含量考慮計(jì)算電流為89.4 A，仍然小于16 mm2電纜的載流量96 A，說明該電纜的相線截面選為16 mm2是合適的，電梯電纜中性導(dǎo)體截面積選為16 mm2，保護(hù)導(dǎo)體截面積選為16 mm2，均滿足規(guī)范要求。所以，電纜型號(hào)和規(guī)格確定為YJV-1.0KV-5*16。

表2 諧波電流修正系數(shù)計(jì)算表

3 結(jié)語(yǔ)

由于電纜截面的經(jīng)濟(jì)電流選擇方法涉及的內(nèi)容較多，而且選擇出的電纜截面比本文介紹的方法選出的電纜截面積大兩個(gè)級(jí)別，這將極大地提高該工程的建設(shè)成本，給開發(fā)商帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)壓力，在征求開發(fā)商的意見后，最后確定采用本文的選擇方法。該項(xiàng)目的線纜工程按照本文所述設(shè)計(jì)方法得到的電纜規(guī)格和型號(hào)，在住宅小區(qū)建成后運(yùn)行正常，沒有出現(xiàn)電纜過熱、負(fù)載端電壓偏低的現(xiàn)象，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

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