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按照经济电流密度选择交流线径是通行的方法,铜质电缆经济电流密度为2~4A/mm2。显然,取经济电流密度为2A/mm2时,线径较粗,投资成本较高;取经济电流密度为4A/mm2时,线径较细较经济。一些工程人员认为,按照经济电流密度选择电缆即可,选2A/mm2偏安全,选4A/mm2偏经济,都是可行的选择。
当电缆较细时,电缆比表面积大,对散热有利;当电缆较粗时,电缆比表面积小,热量不易散发,单位截面积导线通过相同的电流时,粗电缆温度较高。如果电缆温度超过允许值,就会发生危险。下表为在空气中敷设的塑料绝缘铜芯电线长期连续负荷载流量(《电工手册》4章第99页,辽宁科学技术出版社第四版,吕如良等主编,2002年1月),周围环境温度为25℃,线芯长期允许工作温度为70℃。
由上表可见,较细的电缆每平方载流量远大于4A,随着电缆线径的增加,每单位mm2载流量明显下降。由于电缆不应一直运行于高温度,同时存在可能的过流或其它因素影响,选择时导线载流量应小于上表载流量数值。
由此看来,经济电流密度理解为粗电缆取2、细电缆取4,比理解为选2偏安全、选4偏经济更合乎实际。
误区二:只按经济电流密度,不复核电缆压降
假定某单相交流负载大电流不超过16A(单相负载电流通常不超过20A),按经济电流密度法选用4mm2电缆,如果负载距离100米,铜电导率σ为57,电缆电阻为:
R=L/(σS)=100×2/(57×4)=0.88Ω
电缆上电压降ΔU为
ΔU=IR=16×0.88=14.1V
连接回路在大工作电流作用下的电压降,不得超过该回路允许值(《电力工程电缆设计规范》第6页,GB50217-94),该例电缆上电压降达到14.1/220=6.4%,超过多数设备线路上压降不应大于5%的要求。负载工作电压下降6.4%,相应的工作电流上升1A,需要选用更粗的电缆(如6mm2),重新计算电压降,直至电压降小于5%。
误区三:只选择电线线径,不考虑电线类型
计算电缆线径时,只确定了电缆金属介质的截面积。只要截面积相同,不论何种绝缘层与护套,电缆本身性质完全相同(铜质,通信机房电力电缆一般不用铝芯电线)。但正是由于绝缘层与护套的不同,散热性能、允许温升就有区别,如常用的VV(聚氯乙烯绝缘)电缆与JYV(交联聚乙烯绝缘)电缆,前者允许温度为70℃,后者可达90℃,因此JYV电缆允许的截流量更大,同样的负载电流条件下,可以选择较小的线径。此外,单芯与多芯电缆(指内部含互相绝缘的多芯成套电缆)散热条件不同,截流量也有区别。例如,铜芯导体截面为50mm2,单芯与多芯明敷电缆在环境温度为25℃、导体温度分别为70℃(VV电缆)和90℃(JYV电缆)时载流量规格如下表所示(数据来源:辽宁电缆网)。
由上表可知,多芯电缆载流量较单芯为小,VV电缆载流量较YJV电缆为小,设计电缆时需要计入这些因素。多根单芯电缆平行捆扎敷设时,计算载流量也应在单芯电缆的基础上乘以一个小于1的降额矫正系数。下表为《工厂供电》中多根电缆并列时载流修正系数,电缆相距100mm。
误区四:优先选择长期安全载流量大的电缆
一般地,从电缆的绝缘性能、环保性能和耐候性能等方面看,YJV电缆载流量大,在各方面比VV电缆性能更优异,应在工程设计中优先考虑。
事实上,YJY电缆虽然具有载流量大、电缆直径小、重量轻、方便安装等优点,但在同等截面积条件下,YJY电缆比VV电缆流量大的原因仅仅是因为能承受的温度高而已。截面积相同,铜的质量、导电率也相同,因而在输送同等电流的情况下,选择YJY电缆可以比选择VV电缆细一些的线径,但线路电阻增加,线损和电压降也增加,长期运行不一定合算。
电缆选择必须全面考虑环境条件、使用场所、敷设方式、供电距离、长期运行的费用和电压降,能用VV电缆的场所一般仍推荐用VV电缆。如果原行线架上已敷设VV电缆,新设计增加耐受温升更高的JYV电缆是没有意义的,平行捆扎走线的电缆只能按耐受温升低的电缆计算载流量。
误区五:并联多大的导线,就相当于线径增大多少平方
大型机房负载容量大,需要提供很大的电流,如果选择一根导线,无疑需要线径很粗的供电电缆,施工并不方便,甚至没有足够粗的导线可供使用。多根导线并联是允许的,由于线径小的电线每平方载流量大于粗电线,并联方式可能在经济上更合算。
并联电线之间的电流在理论上按截面积分配,只要是相同材质电线(如铜线),都可以直接并联。但实际工程中,好使用相同的线径。如果线径相差悬殊,可能由于接线端子存在一定电阻,以及与电缆截面积不成正比的感抗作用,导致电流分配偏差,一根导线可能分配电流过大,超过安全载流量。此外,如果采用不一致的线径,需仔细复核电线上的电流是否小于安全载流量,细导线的单位载流量只能按粗导线计算。
因此,大小相差悬殊的电缆并联使用,电缆载流量往往并不按照理想条件下的电流分配规律来分配,小电缆相对发热明显。两线并联时,粗的电缆不应大于细电缆的两倍。
误区六:只依据负载电流,未考虑短路电流
只根据负载电流选择交流输入电缆的线径,事实上存在着安全风险。例如,某大楼由功率S为315KVA的变压器供电,变压器Z值为5%。现欲在配电室增加一台3P空调(单相),发现配电柜内有一额定容量为500A的断路器CB3空闲未用,拟通过该断路器为空调引入一相交流电,如下图所示。工程人员按经济电流密度法选择线径,取经济电流密度为4A/mm2,空调工作电流12A,选择电缆的截面积S为4mm2,并在空调侧安装16A空开作为空调输入开关。
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