IEC標(biāo)準(zhǔn)下電纜實(shí)際載流量的計(jì)算研究

何宏源，金 妮

(1.北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100045；2.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110016)

1 概述

針對(duì)上述問(wèn)題，本文對(duì)IEC標(biāo)準(zhǔn)下動(dòng)力電纜實(shí)際載流量計(jì)算進(jìn)行深入分析。某項(xiàng)目中，根據(jù)業(yè)主的技術(shù)要求，在電纜選型上，主要有2個(gè)比較棘手的問(wèn)題：第一，業(yè)主要求在主廠房零米和廠區(qū)采用電纜排管進(jìn)行電纜敷設(shè)，其他樓層采用電纜橋架敷設(shè)，而常規(guī)做法采用電纜溝或者架空橋架，基本沒(méi)有電纜排管的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)；第二，電纜選型計(jì)算要按照IEC標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，并提供相關(guān)計(jì)算書(shū)[1-2]。一般工程的做法是按照GB 50217—2007《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》中的要求，先考慮敷設(shè)環(huán)境和敷設(shè)方式，然后查表選擇敷設(shè)系數(shù)，確定電纜載流量后，再進(jìn)行合理的電纜選型。但經(jīng)過(guò)對(duì)文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)IEC標(biāo)準(zhǔn)與GB標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電纜敷設(shè)系數(shù)的要求存在差異。本文僅就低壓動(dòng)力電纜的選型進(jìn)行分析。

2 電纜排管的技術(shù)分析

在國(guó)內(nèi)外很多項(xiàng)目中，電纜排管應(yīng)用較少，無(wú)論是設(shè)計(jì)還是施工，都比較復(fù)雜，因此，在工程應(yīng)用中，電纜排管都不是首選。電纜排管的結(jié)構(gòu)型式如圖1所示。

圖1 電纜排管的結(jié)構(gòu)型式

本項(xiàng)目在與業(yè)主討論的過(guò)程中提出了很多采用電纜排管設(shè)計(jì)存在很多不利因素：施工復(fù)雜；因散熱不良導(dǎo)致電纜載流量大幅降低；電纜的敷設(shè)、檢修和更換不方便；排管一旦施工完成，電纜孔的數(shù)量不能調(diào)節(jié)，因此需預(yù)留較多備用孔；無(wú)論從設(shè)計(jì)還是施工，造價(jià)都會(huì)提高。

但業(yè)主強(qiáng)烈要求采用電纜排管，主要原因如下：項(xiàng)目所在地雨季時(shí)間較長(zhǎng)，采用電纜溝排水效果不好；電纜排管防火安全性高；節(jié)省占地空間。最后，為了滿足業(yè)主要求，采用了電纜排管的設(shè)計(jì)方案。

3 IEC標(biāo)準(zhǔn)下電纜載流量的計(jì)算研究

3.1 基準(zhǔn)載流量

本工程低壓動(dòng)力電纜選擇1 kV、銅芯、XLPE絕緣、三芯電纜，根據(jù)IEC 60364-5，可以得到IEC標(biāo)準(zhǔn)下電纜在空氣中的基準(zhǔn)載流量。

在表1中，各截面電纜載流量的基本環(huán)境條件為導(dǎo)體，最高溫度為90 ℃，環(huán)境溫度為30 ℃。XLPE絕緣銅芯電纜的載流量見(jiàn)表1。

表1 XLPE絕緣銅芯電纜的載流量

3.2 修正系數(shù)的選擇

3.2.1 溫度的修正系數(shù)

根據(jù)IEC 60364-5，可以得到空氣中敷設(shè)不同于基準(zhǔn)溫度為30 ℃時(shí)的載流量修正系數(shù)。電纜在空氣中敷設(shè)時(shí)的溫度修正系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 電纜在空氣中敷設(shè)時(shí)的溫度修正系數(shù)

根據(jù)IEC 60364-5,可以得到土壤中敷設(shè)不同溫度下的載流量修正系數(shù)。電纜在土壤中直埋和穿管敷設(shè)時(shí)的溫度修正系數(shù)見(jiàn)表3。

表3 電纜在土壤中直埋和穿管敷設(shè)時(shí)的溫度修正系數(shù)

3.2.2 土壤熱阻的修正系數(shù)

當(dāng)電纜直埋地中或土壤中穿管敷設(shè)時(shí)，根據(jù)IEC 60364-5，可以得到不同土壤熱阻的載流量修正系數(shù)[5]。電纜在土壤中直埋和穿管敷設(shè)時(shí)的土壤熱阻修正系數(shù)見(jiàn)表4。

表4 電纜在土壤中直埋和穿管敷設(shè)時(shí)的土壤熱阻修正系數(shù)

3.2.3 敷設(shè)方式的修正系數(shù)

a.敷設(shè)在橋架中

根據(jù)IEC 60364-5，可以得到電纜敷設(shè)在梯形橋架中的修正系數(shù)。電纜在橋架中敷設(shè)時(shí)的修正系數(shù)見(jiàn)表5。

表5 電纜在橋架中敷設(shè)時(shí)的修正系數(shù)

應(yīng)注意，在表5中，各修正系數(shù)選擇的基本條件為電纜類型和導(dǎo)體尺寸的平均值，值的變化范圍一般不大于5%。表5中的值應(yīng)用于單層電纜敷設(shè)，而不用于電纜層疊敷設(shè)，因?yàn)檫@種安裝方式的平均值將顯著降低。

該條不同于GB 50127—2018《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》，在該規(guī)范附錄中，給出了在單層電纜橋架中敷設(shè)多層電纜的修正系數(shù)，見(jiàn)表6。因此在實(shí)際工程中，可參考使用。如在IEC標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，若每層橋架上布置2層電纜，可再考慮0.8的修正系數(shù)。

在表6中，電纜橋架層間間距為300 mm，橋架和墻的間距至少為20 mm。對(duì)于更近的距離，數(shù)值將降低。電纜橋架水平間距為225 mm，橋架背靠背安裝。對(duì)于更近的距離，數(shù)值將降低。

表6 電纜在單層橋架中疊置敷設(shè)時(shí)的修正系數(shù)

b.敷設(shè)在電纜排管中

根據(jù)IEC 60364-5，可以得到電纜敷設(shè)在電纜排管中的修正系數(shù)，見(jiàn)表7。

表7 電纜在排管中敷設(shè)時(shí)的修正系數(shù)

c.直埋在土壤中敷設(shè)

根據(jù)IEC 60364-5，可以得到電纜直埋在土壤中的修正系數(shù)，見(jiàn)表8。

表8 電纜在直埋敷設(shè)時(shí)的修正系數(shù)

3.2.4 電纜埋深的修正系數(shù)

根據(jù)IEC 60520-2，當(dāng)電纜在排管或直埋地中敷設(shè)時(shí)，還應(yīng)考慮到電纜埋深不同于0.8 m時(shí)的修正系數(shù)。電纜在埋地管中不同埋深的修正系數(shù)見(jiàn)表9。

表9 電纜在埋地管中不同埋深的修正系數(shù)

4 結(jié)論

本工程低壓廠用工作段布置在控制樓3層，去往各輔助車間的電纜需經(jīng)過(guò)集控樓內(nèi)的架空橋架，然后在主廠房零米采用電纜排管送至各用電負(fù)荷。電纜載流量各修正系數(shù)的選擇如下。

a.架空橋架內(nèi)

溫度修正系數(shù)為0.91(廠房?jī)?nèi)溫度按40 ℃考慮)；橋架內(nèi)敷設(shè)系數(shù)為0.7×0.8(考慮電纜接觸敷設(shè)，3層橋架，每層橋架內(nèi)布置18根電纜，分2層敷設(shè))；總修正系數(shù)為0.51，若采用3×95電纜，根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，電纜實(shí)際載流量為152 A。

b.電纜排管內(nèi)

溫度修正系數(shù)為1(土壤中溫度按20 ℃考慮)；土壤熱阻修正系數(shù)為1(土壤熱阻按2.5 K·m/W考慮)；排管內(nèi)敷設(shè)修正系數(shù)為0.66(考慮電纜排管中心距250 mm，16根排管)；電纜埋深修正系數(shù)為0.96(考慮電纜排管中低壓動(dòng)力電纜埋深為1.5 m)；總修正系數(shù)為0.634，若采用3×95電纜，根據(jù)表1，電纜實(shí)際載流量為189 A；經(jīng)比較，3×95電纜的實(shí)際載流量按最嚴(yán)重情況為152 A。

c.IEC和GB標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

經(jīng)過(guò)上述分析，GB標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計(jì)理念上基本一致，但I(xiàn)EC標(biāo)準(zhǔn)在具體細(xì)節(jié)上更加詳細(xì)，主要表現(xiàn)在IEC標(biāo)準(zhǔn)考慮了電纜埋深的修正系數(shù)，而GB標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有對(duì)該情況進(jìn)行分析；IEC標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)列出了電纜排管敷設(shè)的修正系數(shù)，而GB標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有對(duì)該情況進(jìn)行分析；在電纜橋架敷設(shè)時(shí)，IEC標(biāo)準(zhǔn)考慮了電纜橋架在層間間距為300 mm、水平間距為225 mm時(shí)，也要考慮一定的修正系數(shù)，而GB標(biāo)準(zhǔn)只是考慮了電纜布置在單層橋架上，層疊敷設(shè)時(shí)的修正系數(shù)。

在電纜選型上，GB標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)相差不大，但是若基于GB標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不論是圖紙，還是計(jì)算書(shū)，提交給業(yè)主后，都無(wú)法通過(guò)最終審查，說(shuō)服國(guó)外業(yè)主采用GB標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)也不現(xiàn)實(shí)。因此，在國(guó)外工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要深入了解IEC標(biāo)準(zhǔn)，才能得到國(guó)外業(yè)主的認(rèn)可。

本文通過(guò)對(duì)IEC標(biāo)準(zhǔn)中電纜載流量修正系數(shù)的研究，給出了IEC標(biāo)準(zhǔn)下電纜實(shí)際載流量的計(jì)算方法，為今后的國(guó)際項(xiàng)目進(jìn)行電纜選型提供借鑒。