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文檔簡介
1、交流供電電纜線徑選擇的十個誤區機房供配電系統設計有一定的規范,用戶新建機房供配電系統時,應通過設計單位選擇合適的交流線徑,嚴格按設計文件施工。對于現有機房新增一般性負載,往往由用戶自行設計并安裝。安全用電是動力設備安裝與維護人員的基本要求,所有安裝與維護人員都有必要了解交流電纜線徑選擇的方法和原則。維護人員在日常工作中不局限于發現設備潛在故障,也應關注線纜等配套設備存在的風險,實現精細化維護。在具體的安裝與維護工作中,不少工程師對電纜線徑的選擇存在著一些誤區,需要對這些誤區進行分析。選擇了錯誤的電纜線徑,輕則增加了建設或運行成本,重則可能帶來巨大的安全隱患。本文列出的十個誤區都是工程與維護人員
2、容易發生的,事實上導線線徑選擇還有更多的影響因素,具體選擇線徑時應根據環境溫度、允許溫升、敷設方式等查詢電工手冊或其它相關設計規范。誤區一:經濟電流密度24A/mm2,選2偏安全,選4偏經濟按照經濟電流密度選擇交流線徑是通行的方法,銅質電纜經濟電流密度為24A/mm2。顯然,取經濟電流密度為2A/mm2時,線徑較粗,投資成本較高;取經濟電流密度為4A/mm2時,線徑較細較經濟。一些工程人員認為,按照經濟電流密度選擇電纜即可,選2A/mm2偏安全,選4A/mm2偏經濟,都是可行的選擇。當電纜較細時,電纜比表面積大,對散熱有利;當電纜較粗時,電纜比表面積小,熱量不易散發,單位截面積導線通過相同的電
3、流時,粗電纜溫度較高。如果電纜溫度超過允許值,就會發生危險。下表為在空氣中敷設的塑料絕緣銅芯電線長期連續負荷載流量(電工手冊第14章第99頁,上海科學技術出版社第四版,呂如良等主編,2002年1月),周圍環境溫度為25C,線芯長期允許工作溫度為70C。線役(mm2)12.54610162550120150185安全截流量2034455685113146225400450505每mm工電流2013.611259,338,57.065.844.53.3332.73由上表可見,較細的電纜每平方載流量遠大于4A,隨著電纜線徑的增加,每單位mm2載流量明顯下降。由于電纜不應一直運行于最高溫度,同時存在可
4、能的過流或其它因素影響,選擇時導線載流量應小于上表載流量數值。由此看來,經濟電流密度理解為粗電纜取2、細電纜取4,比理解為選2偏安全、選4偏經濟更合乎實際。誤區二:只按經濟電流密度,不復核電纜壓降信假定某單相交流負載最大電流不超過16A(單相負載電流通常不超過20A),按經濟電流密度法選用4mm2電纜,如果負載距離100米,銅電導率為57,電纜電阻為:R=L/(dS)=100X2/(57X4)=0.88Q電纜上電壓降AU為AU=IR=16X0.88=14.1V連接回路在最大工作電流作用下的電壓降,不得超過該回路允許值(電力工程電纜設計規范第6頁,GB50217-94),該例電纜上電壓降達到14
5、.1/220=6.4%,超過多數設備線路上壓降不應大于5%的要求。負載工作電壓下降6.4%,相應的工作電流上升1A,需要選用更粗的電纜(如6mm2),重新計算電壓降,直至電壓降小于5%。誤區三:只選擇電線線徑,不考慮電線類型計算電纜線徑時,只確定了電纜金屬介質的截面積。只要截面積相同,不論何種絕緣層與護套,電纜本身性質完全相同(銅質,通信機房電力電纜一般不用鋁芯電線)。但正是由于絕緣層與護套的不同,散熱性能、允許溫升就有區別,如常用的VV(聚氯乙烯絕緣)電纜與JYV(交聯聚乙烯絕緣)電纜,前者允許溫度為70C,后者可達90C,因此JYV電纜允許的截流量更大,同樣的負載電流條件下,可以選擇較小的
6、線徑。此外,單芯與多芯電纜(指內部含互相絕緣的多芯成套電纜)散熱條件不同,截流量也有區別。例如,銅芯導體截面為50mm2,單芯與多芯明敷電纜在環境溫度為25C、導體溫度分別為70c(VV電纜)和90C(JYV電纜)時載流量規格如下表所示電纜類型單芯兩芯二芯四芯W170145130138YJV230210160165由上表可知,多芯電纜載流量較單芯為小,VV電纜載流量較YJV電纜為小,設計電纜時需要計入這些因素。多根單芯電纜平行捆扎敷設時,計算載流量也應在單芯電纜的基礎上乘以一個小于1的降額矯正系數。下表為工廠供電中多根電纜并列時載流修正系數,電纜相距100mm。并列導線數123458載流量修正
7、系數10.90-850+80+780.750.730.72誤區四:優先選擇長期安全載流量大的電纜一般地,從電纜的絕緣性能、環保性能和耐候性能等方面看,YJV電纜載流量大,在各方面比VV電纜性能更優異,應在工程設計中優先考慮。事實上,YJY電纜雖然具有載流量大、電纜直徑小、重量輕、方便安裝等優點,但在同等截面積條件下,YJY電纜比VV電纜流量大的原因僅僅是因為能承受的溫度高而已。截面積相同,銅的質量、導電率也相同,因而在輸送同等電流的情況下,選擇YJY電纜可以比選才IVV電纜細一些的線徑,但線路電阻增加,線損和電壓降也增加,長期運行不一定合算。電纜選擇必須全面考慮環境條件、使用場所、敷設方式、供
8、電距離、長期運行的費用和電壓降,能用VV電纜的場所一般仍推薦用VV電纜。如果原行線架上已敷設VV電纜,新設計增加耐受溫升更高的JYV電纜是沒有意義的,平行捆扎走線的電纜只能按耐受溫升最低的電纜計算載流量。誤區五:并聯多大的導線,就相當于線徑增大多少平方大型機房負載容量大,需要提供很大的電流,如果選擇一根導線,無疑需要線徑很粗的供電電纜,施工并不方便,甚至沒有足夠粗的導線可供使用。多根導線并聯是允許的,由于線徑小的電線每平方載流量大于粗電線,并聯方式可能在經濟上更合算。并聯電線之間的電流在理論上按截面積分配,只要是相同材質電線(如銅線),都可以直接并聯。但實際工程中,最好使用相同的線徑。如果線徑
9、相差懸殊,可能由于接線端子存在一定電阻,以及與電纜截面積不成正比的感抗作用,導致電流分配偏差,一根導線可能分配電流過大,超過安全載流量。此外,如果采用不一致的線徑,需仔細復核電線上的電流是否小于安全載流量,細導線的單位載流量只能按粗導線計算。因此,大小相差懸殊的電纜并聯使用,電纜載流量往往并不按照理想條件下的電流分配規律來分配,小電纜相對發熱明顯。兩線并聯時,粗的電纜不應大于細電纜的兩倍。只根據負載電流選擇交流輸入電纜的線徑,事實上存在著安全風險。例如,某大樓由功率S為315KVA的變壓器供電,變壓器Z值為5%。現欲在配電室增加一臺3P空調(單相),發現配電柜內有一額定容量為500A的斷路器C
10、B3空閑未用,擬通過該斷路器為空調引入一相交流電,如下圖所示。工程人員按經濟電流密度法選擇線徑,取經濟電流密度為4A/mm2,空調工作電流12A,選擇電纜的截面積S為4mm2,并在空調側安裝16A空開作為空調輸入開關。A16A315KVA/Z=5%信息來自:輸配電設備網CB1/500A信息來自:輸配電設備網CB2/500A信息來源:CB3/500ACB4/500A其它負載50米信息來自:輸配電設備網3P空調空調距離配電柜較遠,電纜長度L為50米,導線電阻R為R=L/(dS)=50X2/(57X4)=0.44Q假定電網供電能力為無窮大,變壓器短路電流IST為:IST=S/(3UZ)=315100
11、0/(2203X5%)=9545A變壓器副卷單相等效電阻RT為:RT=U/I=220/9545=0.023Q假定變壓器車出端至CB3所有導體與接頭電阻之和為0.05,如果電纜末端A點發生短路,短路電流為ISIS=U/R=220/(0.023+0.05+0.44)=429A由于斷路器跳閘電流為500A,因此電纜末端短路后斷路器不跳閘,電纜燒斷甚至起火。由以上例子可以看出,在選用電纜時,需要校驗短路電流。在檢查供配電系統時,如果發現大型斷路器后端連接細電線,就應重點關注。(注:除短路電流需要核算外,還應計算接地故障電流,校驗斷路器是否符合要求。因本文只討論電纜選型問題,不在此討論如何選用斷路器。)
12、信息來自:誤區七:按負載電流選線,不考慮斷路器容量根據負載性質不同,斷路器容量一般選擇為負載電流的1.151.5倍。斷路器選定以后,過載跳閘電流即已確定(大型斷路器往往允許整定跳閘電流)。過流的產生與供電質量、負載質量及運行狀態有關,也與漏電流有關。在通信機房供電系統中,通常并不安裝漏電保護器,如果漏電流與負載電流之和不超過斷路器額定電流,斷路器不跳閘,負載繼續運行。在有較大漏電流的情況下,如果線徑只按負載電流設計,可能導致線徑偏小,超過導線安全載流量,電纜發熱過溫,存在的安全風險比漏電流更甚。正確的做法是:根據負載電流選擇斷路器(包括微斷,熔絲等過流保護裝置也是類似的)容量,再根據斷路器容量
13、選擇導線線徑,再復核壓降是否符合規范要求。誤區八:只考慮建設成本,不核算運行總成本設計單位進行配電設計時,會計算負載電流、較少考慮運行成本。仍以3P空調為例,如果選用線路壓降等,按建設投資最低的原則設計,4mm2的電纜,消耗在電纜上的功率為:P=I2R=122X0.44=63W如果改選用6mm2的電纜,電纜電阻值為:R=L/(S)=50X2/(57X6)=0.29Q消耗在電纜上的功率為P=I2R=122X0.29=42W損耗降低21W。假定電費每度1元,一年運行下來,選用6mm2的電纜可以節約電費C為C=21X24X365/10001=184元。按北京電纜價格,2X6mm2的電纜比2X4mm2
14、的電纜貴2.2元/米,50米的電纜差價僅為110元,選用6mm2的電纜初期投資大于選用4mm2的電纜,但不到1年即可收回投資,顯然更為經濟,總運行費用更節省。選用更粗的電纜是否更經濟,需要按同樣的方法進行核算,如果三到五年可以收回投資,宜選用較粗的電纜。誤區九:零線選擇未考慮三次諧波與不平衡電流當負載三相不平衡時,零線將有電流流過;當三相嚴重不平衡時,零線電流甚至大于相電流。計算機、節能燈等電子設備多產生三次及三的倍次諧波,諧波電流通過零線。對于諧波抑制不佳的電子設備來說,三次諧波電流可能大于相電流,零線電流很大。此外,三次及以上諧波頻率較高,在導線內流過時有趨膚效應,即電流主要從導體表面流過
15、,相當于縮小了導線截面積,熱效應更加明顯。現行IDC機房建設過程中,普遍采用3+2電纜,即一根圓形絕緣電纜中包括三根相線、一根零線和一根保護地線,如3X50+2X25電纜,零線線徑為相線的一半。如果為普通計算機或照明供電,當負載達到設計容量后,存在一定的安全風險,三次諧波導致零線過熱甚至著火。除非負載諧波抑制效果好,或進行了諧波整治,否則零線線徑不應小于相線線徑。誤區十:保護地線目的是等電位連接,線徑細一點也可以交流設備與機房接地排之間、設備內部部件與機柜之間連接有保護接地線,一方面是等電位連接的要求,使所有設備和部件外殼保持等電位,預防觸電以及由于雷電侵入導致的內部放電;另一方面用于泄放接地故障電流。由于雷擊時長以微秒計,即使大的雷電流,積累的能量常不足以燒毀保護地線,因此不少工程師認為接地保護線對于防雷來說不用考慮粗細。確實,在雷擊事件中少見有保護地線燒毀的案例,但保護地線的線徑要求還有另外的原則,即發生接地故障時,保護地線不應在保護設備動作前燒毀。顯然,電流越大的設備,輸入電纜越粗,輸入斷路器容量越大,保護地線也越粗。因此規范規定,當相線線徑大于35mm2時,保護地線線徑應取相線線徑的一半,按規范進行供配電系統設計,能達到相線越粗,保護地線也越粗的目的,消除安全隱患。因此,保護地線線徑不能隨意選擇,保護地線的截面,應滿足回路保護電器可靠動作的要求結語交流電纜的選擇看似簡單
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