配電工程中低壓電纜敷設(shè)技術(shù)優(yōu)化措施

國網(wǎng)泗陽縣供電公司 戴 越

在配電系統(tǒng)中，傳輸電能用到的電纜可分為裸導(dǎo)線、電力電纜管、絕緣導(dǎo)線、封閉母線（母線槽）等。電力電纜主要由纜芯、絕緣層、護(hù)套、鎧甲、外保護(hù)層組成，電纜的敷設(shè)方式包括直接埋地、電纜溝敷設(shè)、電纜橋架隧道、建筑豎井內(nèi)敷設(shè)等[1]。絕緣導(dǎo)線按照絕緣材料可以分為橡皮絕緣跟塑料絕緣，敷設(shè)方式又分為明敷和暗敷，廣泛的用于發(fā)電機(jī)出線、變壓器出線、高壓開關(guān)柜母線聯(lián)絡(luò)和建筑物垂直干線系統(tǒng)等場景中[2]。

1 某配電工程低壓電纜敷設(shè)技術(shù)存在的問題與挑戰(zhàn)

在配電工程低壓電纜敷設(shè)過程中，路徑規(guī)劃是一個重要的環(huán)節(jié)。然而，由于該配電工程建設(shè)的復(fù)雜性及周邊區(qū)域地形的不規(guī)則性，導(dǎo)致電纜敷設(shè)路徑面臨較大的限制和約束，導(dǎo)致路徑規(guī)劃不夠合理。不恰當(dāng)?shù)穆窂竭x擇可能導(dǎo)致電纜彎曲過大，增加電纜線芯的壓力，導(dǎo)致絕緣層受損，甚至可能引起電纜斷裂。因此，工作人員在該配電工程電纜敷設(shè)作業(yè)實踐中，探索更加高效的路徑規(guī)劃算法，綜合考慮電纜敷設(shè)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

低壓電纜敷設(shè)技術(shù)中，接頭的連接技術(shù)直接影響電纜系統(tǒng)的穩(wěn)定性。然而該配電工程接頭具備較強(qiáng)的特殊性和復(fù)雜性，接頭處產(chǎn)生了接觸不良、電阻增大、絕緣不足等問題。這些問題可能導(dǎo)致接頭發(fā)熱、導(dǎo)致電纜線芯損壞，甚至引發(fā)火災(zāi)等隱患[3]。因此，工作人員在該配電工程電纜敷設(shè)作業(yè)實踐中，采用高品質(zhì)的接頭材料和專業(yè)的連接技術(shù)，加強(qiáng)對接頭連接效果的監(jiān)測和檢測。

該低壓電纜工程的敷設(shè)環(huán)境涉及城市道路、農(nóng)村田野等多樣化場景，不同環(huán)境條件對電纜的影響也各不相同。工作人員在電纜敷設(shè)作業(yè)實踐中發(fā)現(xiàn)，在城市道路周圍區(qū)域進(jìn)行低壓電纜敷設(shè)會受到交通壓力和地下管線的影響，在偏遠(yuǎn)地區(qū)會受到自然環(huán)境的挑戰(zhàn)。因此，工作人員不但根據(jù)不同環(huán)境選擇適宜的電纜材料和敷設(shè)技術(shù)，同時還重點考慮電纜的耐候性和抗干擾能力，確保電纜系統(tǒng)在各種條件下穩(wěn)定運行。圖1為預(yù)制電纜終端。

圖1 預(yù)制電纜終端

2 配電工程中低壓電纜敷設(shè)中的技術(shù)選擇

《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中對于電纜的截面積的選擇有較為準(zhǔn)確詳細(xì)的規(guī)定：導(dǎo)體的載流量不應(yīng)小于預(yù)期負(fù)荷的最大計算電流和按保護(hù)條件所確定的電流，并應(yīng)按敷設(shè)方式和環(huán)境條件進(jìn)行修正；導(dǎo)體應(yīng)滿足動穩(wěn)定與熱穩(wěn)定的要求；線路電壓損失應(yīng)小于等于規(guī)定的允許值；導(dǎo)體最小截面積應(yīng)滿足機(jī)械強(qiáng)度的要求，且每一相導(dǎo)體截面積都需要滿足該規(guī)定[4]。因此，在該配電工程施工中，工作人員對電纜敷設(shè)的選擇從以下幾個角度出發(fā)考慮。

2.1 按發(fā)熱條件選擇

導(dǎo)體在通過計算電流時，其產(chǎn)生的發(fā)熱溫度不應(yīng)超過其正常運行時的最高允許溫度，此外還應(yīng)滿足過負(fù)荷保護(hù)的配合要求，即：Ip≥Ica，式中：Ip為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度（一般為25℃）時導(dǎo)線的長時允許電流，Ica為導(dǎo)線的最大長時工作電流。

導(dǎo)體的允許載流量需要根據(jù)敷設(shè)不同方式以及敷設(shè)處的環(huán)境溫度進(jìn)行進(jìn)一步校正，校正系數(shù)應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)《低壓電氣裝置》相關(guān)規(guī)定確定。當(dāng)土壤熱阻系數(shù)與載流量對應(yīng)的熱阻系數(shù)不同時，敷設(shè)在土壤中的電纜的載流量應(yīng)進(jìn)行校正，其校正系數(shù)也參見該國家規(guī)范中相關(guān)內(nèi)容確定[5]。當(dāng)電纜采用不同的敷設(shè)方式時，載流量的校正系數(shù)應(yīng)滿足表1要求。

表1 電纜載流量的校正系數(shù)表

多回路直埋敷設(shè)的電纜的載流量校正系數(shù)，以及多根電纜成束敷設(shè)的載流量校正系數(shù)，也同樣按國標(biāo)《低壓電氣裝置》中相關(guān)規(guī)定確定[6]。實際工程中，可以將相同截面積電纜成束敷設(shè)。若實際電纜電流達(dá)不到額定電流時，可以適當(dāng)提高或者降低系數(shù)。當(dāng)存在成束敷設(shè)電纜中的某回路的電流實際未達(dá)到額定電流30%的情況時，在選擇降低系數(shù)時可不考慮在電纜總數(shù)內(nèi)。在工程設(shè)計中，通常要求不同電壓等級或不同類型的電線、電纜分別敷設(shè)在不同的橋架內(nèi)，主要是考慮不同電壓等級或不同類型電纜導(dǎo)體的長期允許最佳工作溫度不同，敷設(shè)在一起只能以溫度低的選擇載流量并考慮降低系數(shù)，這樣導(dǎo)致了溫度高的電纜的載流量得不到充分利用，進(jìn)而造成資源浪費和成本的增加。

2.2 按短路熱穩(wěn)定條件選擇

高壓絕緣導(dǎo)線和電纜的短路熱穩(wěn)定校驗。校驗短路熱穩(wěn)定的時間：t=tk+tD，式中：tk與tD分別為繼電保護(hù)裝置后備保護(hù)的動作時間和斷路器的全開閘時間。當(dāng)短路持續(xù)時間0.1s ≤t時，滿足短路熱穩(wěn)定條件：S≥Ik/K√t，式中：t為短路電流持續(xù)時間（s）。（由低壓保護(hù)電器的動作特性確定）。在短路時間小于0.1s 的情況下，滿足短路熱穩(wěn)定條件：K2S2≥I2t，式中的t值可以從低壓保護(hù)電器技術(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)中查詢得出。

該配電工程以10kV 供電，電纜采用直埋敷設(shè)，10kV 母線處三相短路電流為14kA，高壓進(jìn)線過電流保護(hù)動作時間為0.8s，斷路器全開斷時間為0.1s。計算額定電流查電纜選型手冊得知，YJV22-8.7/10kV-3X25載流量為120A、YJV22-8.7/10kV-3X35載流量為140A，初選定采用YJV-8.7/10kV-3X35電纜。按照短路熱穩(wěn)定條件進(jìn)行校驗：

通過以上分析可知，如果系統(tǒng)的短路電流達(dá)到14kA，即使負(fù)載的計算額定電纜再小，進(jìn)線電纜截面積應(yīng)不小于120mm2。實際工程中，0.6/1kV 及以下電壓等級的電纜，在采用動斷路器或熔斷器進(jìn)行線路保護(hù)時，按照計算電流選擇的電纜一般就能夠滿足短路熱穩(wěn)定要求，在這種情境下可以省略這一步校驗。而對于3.6/6kV 以上電壓等級的電纜，必須采用短路熱穩(wěn)定校驗電纜截面積選擇是否滿足要求，如不滿足要選擇更大的截面積。

2.3 線路電壓損失核算選擇

三相平衡負(fù)荷的電壓損失計算公式：

用負(fù)荷矩可表示為：

用電流矩可以表示為：

式中：ΔU%為線路電壓損失百分?jǐn)?shù)；Δup%為三相線路每1kW·km 的電壓損失百分?jǐn)?shù)；Δua%為三相線路每1A·km 的電壓損失百分?jǐn)?shù)；P為有功負(fù)荷，kW；I為線路長度，km；R0′、X0′為三相線路電抗和感抗。計算可知，聚氯乙烯電力電纜用于三相380V 系統(tǒng)的電壓損失如表2所示。

表2 聚氯乙烯電力電纜用于三相380V 系統(tǒng)的電壓損失

2.4 按經(jīng)濟(jì)電流條件選擇

在對線纜的選擇中電纜線路費用與導(dǎo)體截面存在一定關(guān)系，經(jīng)濟(jì)截面滿足公式，即：Sec=Ica/jec，其中jec為經(jīng)濟(jì)電流密度，可查表3。

表3 線和電纜的經(jīng)濟(jì)電流密度

該配電工程需要向容量為3800+j2100kVA 的廠房供電，廠房年最大負(fù)荷利用小時數(shù)預(yù)計為5400h，架空線路采用LGJ 型鋼芯鋁絞線。選擇經(jīng)濟(jì)截面：

廠房計算電流查相關(guān)參數(shù)可得知jec= 0.9A/mm2， 得：Sec=Ica/jec=71.6/0.9=79.6， 由此選擇LGJ-70鋁絞線；校驗發(fā)熱條件如表4所示（實際的環(huán)境溫度為25℃時，溫度矯正系數(shù)為1）。查表得，LGJ-70在室外溫度為25℃時允許載流量為Ip=275A ≥Ica=71.6A，即滿足發(fā)熱條件。

表4 銅芯鋁絞線的允許載流量（環(huán)境溫度為25℃）

3 配電工程中低壓電纜敷設(shè)技術(shù)優(yōu)化策略

配電工程中低壓電纜敷設(shè)工作實踐中，敷設(shè)路徑規(guī)劃是其至關(guān)重要的一環(huán)，直接影響電纜敷設(shè)質(zhì)量。合理的路徑規(guī)劃可以最大程度地減少對現(xiàn)有設(shè)施的影響，提高電纜系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了優(yōu)化敷設(shè)路徑，工作人員可以運用現(xiàn)代地理信息系統(tǒng)（GIS）和智能化算法來進(jìn)行精確規(guī)劃。通過收集相關(guān)地理數(shù)據(jù)和電纜敷設(shè)需求，利用GIS 技術(shù)分析地形、地貌、交通等因素，找出最佳敷設(shè)路徑。例如，在城市供電工程中，結(jié)合地圖信息和交通流量數(shù)據(jù)，通過GIS 分析可以規(guī)劃出避開擁堵道路的電纜敷設(shè)路徑，避免施工對交通造成過大影響。

低壓電纜的敷設(shè)深度和埋深對電纜的穩(wěn)定運行和壽命有著重要影響。合理的敷設(shè)深度和埋深可以有效降低電纜受到外部損害的概率，如地面交通壓力、挖掘工程等。為了優(yōu)化敷設(shè)深度和埋深，需要對地下管線和地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和分析。在配電工程低壓電纜敷設(shè)項目中，如果發(fā)現(xiàn)敷設(shè)線路經(jīng)過有較大農(nóng)機(jī)作業(yè)活動的區(qū)域，可以通過合理調(diào)整電纜埋深，降低農(nóng)機(jī)活動對電纜的影響。

低壓電纜敷設(shè)過程中，接頭處理和終端連接是電纜系統(tǒng)中脆弱環(huán)節(jié)，對電纜傳輸性能和穩(wěn)定至關(guān)重要。優(yōu)化接頭處理和終端連接，需要使用高品質(zhì)的接頭材料和專業(yè)的施工工藝。在該配電工程地下電纜敷設(shè)作業(yè)中，發(fā)現(xiàn)了由于接頭連接不穩(wěn)定而導(dǎo)致的電纜故障，工作人員選擇采用預(yù)制電纜終端的方式來保證連接效果，并減少現(xiàn)場施工時間。另外，為了確保接頭和終端的可靠性，工作人員還定期對其進(jìn)行檢測和維護(hù)，避免潛在故障的發(fā)生。

4 結(jié)語

根據(jù)該配電工程低壓電纜敷設(shè)工程實際可以看出，對于不同類型的負(fù)荷可以選擇以不同的方式為主選擇截面，同時輔之以其他條件的復(fù)核校驗。對于負(fù)載電流不大而配電距離相對較長的情況，如低壓照明線路，推薦以電壓損失選擇，再校驗發(fā)熱條件、機(jī)械強(qiáng)度和短路熱穩(wěn)定度；對于負(fù)荷較大或者計算電流較大的低壓線路，建議以按發(fā)熱條件為主選擇截面，然后進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度、電壓損失和短路熱穩(wěn)定的校驗；對于變壓器的高壓進(jìn)線端，短路容量大，一般采用先按短路熱穩(wěn)定度選擇電纜截面、而后進(jìn)行其他條件校驗。此外，對于輸電距離較長的配電線路敷設(shè)作業(yè)可按照經(jīng)濟(jì)電流條件選擇截面，以更好的確保投資和運行費用的經(jīng)濟(jì)合理。