芻議電纜電線的敷設方式和載流量計算

張琛豪

（上海交通大學，中國 上海 200240）

在我國工業以及民用建筑電氣設計的過程中，可以說在所有的建筑過程中都會對電線電纜有所使用，這就需要對電線電纜進行合理地選擇，同時在敷設方式的選擇上也要相當慎重，因為這些都會對配電系統的安全性產生一定的影響。謹慎操作可以減少安全事故的發生，同時也可以降低工程造價，實現有色金屬的節約利用。如果選擇過大的載流量，就會增加電氣投資，發生嚴重的材料浪費現象，而如果選擇過小的載流量，就會使電纜長期處于超載的狀態，嚴重縮短使用壽命，情況更為嚴重的時候，會引起安全事故或引發火災。

1 載流量的計算

我國的標準電纜在進行載流量計算時，通常采用JB/T 10181.1～6-2000中所提供的方法，再結合具體的結構尺寸以及與之相關的電纜電氣參數進行計算。所謂載流量的計算，就是對穩定狀態的熱場平衡進行計算，而熱場狀態之所以能夠穩定，是因為在熱場中存在著大量的熱流量。而對于穩態的解釋，學術專業上是這樣描述的：四周的環境假定不會發生變化。在國家的某項標準中，假定在自由空氣中對電纜進行敷設時，周圍的環境溫度是30℃，而在土壤中進行敷設時，周圍的環境溫度是20℃。

導體是產熱的源泉。除了超導體以外，全部的電氣導體在運行的過程中都會有磁化感應、焦耳熱的產生，并且會發生一定的介質損耗。因為熱損耗是由導體內部的電流具體決定的，而對于絕緣體，要保證更長的使用壽命，其具體的運行必須要在一定的溫度下進行，所以一定要對溫度進行有效地控制，確保絕緣體不會過熱，此時的電流就被稱為允許載流量。其中的熱傳導也是一個關鍵。在對儲蓄允許載流量進行計算的過程中，首要要對熱傳導機制有一定的了解，就是了解從金屬導體開始，熱量是怎樣經過絕緣層，最后傳遞到四周空氣中去的。在自由空氣中，電纜進行敷設，而它的散熱過程是通過對流實現的，因此，當電纜敷設存在較大的距離時，載流量的降低系數就會變小，而當相鄰的兩個電纜之間的水平距離大于電纜外徑的兩倍時，就不需要降低系數。對于埋地電纜，其發生的散熱現象主要是依靠傳導功能，具體的散熱程度主要與回填土的熱阻系數以及埋地的深度有關。

在對電纜的允許載流量進行計算的過程中，可以參考對建筑的熱負荷計算的方式，首先要對天花板、門、墻以及窗戶的熱阻系數進行分別計算，然后對于熱負荷，要依照外部的溫度來對內部特定的環境溫度進行有效保持。至于電纜，先要對護套、鎧裝、絕緣、土壤以及其氣隙的熱阻分別進行確定。什么是連續負荷載流量？就是在熱量產生足夠的情況下，絕緣在達到可允許的最高溫度時對應的電流值，而這個最高的限制溫度就是在規定的壽命周期內所能夠承受的溫度。例如聚錄乙烯絕緣，能夠允許長期運行的最高溫度是70℃，而對于交聯聚乙烯，其能夠允許的長期運行最高溫度是90℃。根據上述基本原理，對于空氣中的敷設電纜以及尚且沒有發生土壤干燥的直埋電纜，就可以推算出相應的溫升計算公式：

進而推導出允許截流量的具體公式如下：

其中：I表示在單根導體中的電流量，A；Δθ表示比環境溫度相對較高的導體溫升，K；R表示在工作溫度達到最高的情況下，單位導體內的交流電阻，(Q／m)；W表示單位長度絕緣導體的介質損耗，W/m；T1表示金屬套與單根導體之間在單位長度內的熱阻，(K·m／w)；T2表示鎧甲與金屬套之間的襯墊層在單位長度內的熱阻，(K·m／w)；T3表示電纜外護層在單位長度內的熱阻，(K·m／w)；T4表示電纜的表層與四周介質之間在單位長度內的熱阻，(K·m／w)；n表示電纜內載有負荷的導體數量；λ1表示電纜的金屬套損耗占所有導體中總損耗的比例；λ2表示電纜鎧甲損耗占所有導體總損耗的比例。

參考以上具體方法，就能夠對不同規格的單根電纜分別計算其在各種敷設方式中的儲蓄允許載流量。

2 敷設方式

在我國，對于載流量制定了許多的標準，在基礎標準中提供了多種基準載流量，分別為：梯架敷設、直埋敷設、無孔托盤敷設、室內穿管暗敷、以及穿管埋地敷設等。標準中還提供了在不同因素下對應的修正系數。在進行具體的設計時，應該選用以下方法：

（1）在對環境條件，（有埋地、空氣）以及敷設方式進行確定時，先要在圖表中查找敷設方式對應的具體代號，在結合電纜的結構（絕緣類，有聚錄乙烯、交聯聚乙烯；導體類，有銅、鋁以及鋁合金等；以及帶有負電荷的導體數量），從圖表中得出具體的基準載流量值。

（2）結合具體的工作要求，在圖表中找出不同因素下的校正系數，這些因素具體包括成束敷設數量、土壤的熱阻系數、環境溫度以及橋架層數等。電纜的允許載流量值實際上就是校正系數與基準載流量值的乘積。而計算出的實際允許載流量值也就是在該種條件下，以長期地運行作為基本前提，電纜自身所能夠承受的最大電流，而電纜的截面能夠對溫升選電纜的需要進行適當地滿足。

（3）必須要對線路進行有效的校檢工作，基體包括熱穩定校檢、電壓損失校檢、以及機械強度校檢等。要特別強調的就是，在參照標準中的具體載流量對電纜進行選擇了之后，進行具體的施工時，也要遵照該敷設方式進行，否則的話，進行實際運行的時候，電纜其所能夠承受的載流量就會發生變化。

3 結語

在計算電線電纜的載流量時，要嚴格結合本行業具體規定的標準進行仔細計算。其主要就是校正系數與基準載流量的乘積。然后要對電纜截面進行相對客觀性的選擇。在進行電線電纜敷設方式的選擇時，建議電纜采用明敷、沿梯架以及網格式橋架等方法進行敷設，提高工程的安全性，在電氣投資上降低成本，對資源進行有效地節約。

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