市政長隧道低壓電氣設計與計算

吳劍青 李亞芳

摘 要：市政長隧道低壓電氣需要有一定的熱穩定性，所以實際電氣設計與計算過程中，需要針對市政長隧道中供配電設備及供電線路的特征，合理選擇用電的負荷和低壓斷路器，這樣才能選擇最佳的出線電纜線徑，計算單相短路電流和進行選擇保護，達到最終的熱穩定性目的。本文筆者對市政長隧道電氣低壓設計與計算進行了綜合的探討。

關鍵詞：市政長隧道；低壓電氣；設計；計算

眾所周知，市政長隧道具有的優勢是無可比擬的，如優化道路、拉近交通距離、合理提升車速及康地震災害等等。所以在目前土地越來越緊張的背景下，應用的頻率越來越高。但從目前市政長隧道低壓電氣設計的情況來看，還是存在著種種問題。所以，需要合理堅持市政長隧道配電設計理念和原則，對其供電能力及配電的長度進行全面的分析，這樣才能針對實情設計出滿足市政隧道需求的安全、可靠、經濟適用的低壓配電方案，促進我國相關事業的順利發展。

一、具體分類及用電負荷分析

1、城市隧道的具體分類

城市隧道的具體分類可以按照用途來分類。用途是可通行危險化學品等等的機動車，可以分為三大類，其一類為長度大于1500米，二類是長度大于500小于1500米，三類是長度小于500米；用途是僅讓非危險化學品等等機動車通行的，可以分為四大類，一類的長度需要大于3000米，二類需要是大于1500米而小于3000米，三類是大于500米而小于1500米，四類是長度要小于500米；用途是僅讓人行或者非機動車通行的，分為兩類，其三類是長度需要大于1500米，第四類是長度要小于1500米。

2、一二類隧道需要達到的供電要求

對于上面介紹的一二類隧道而言，需要按照消防用電的規格來進行一級負荷供電，可以將一級負荷作用于獨立電源的用電設備和低壓雙電源的切換裝置位置，運用雙電源自動切換式的模式。此模式作用下，其中一個電源如果存在故障情況，就不會對另外的電源造成任何的影響與損害。

3、用電負荷分析

第一，針對用電負荷而言，其分類主要有隧道照明、消防應急照明、交通信號、PLC控制系統等等。其中電氣負荷的分布方式采取的是沿隧道以帶狀長距離、分散及非均勻的相對對稱而存在。電氣負荷的分類主要以兩種方式存在，即運營通風和日常照明，其他的弱電用電負荷都十分的小，但它的負荷性質卻十分關鍵，設計過程中必須要考慮到后備應急電源這一點。

二、市政長隧道變電設計

這里所指的變電設計是隧道變電所與箱式變電站。對于前者而言，需要將10KV總配設置在洞口處，分變電室設計于隧洞中，而每個變電室供電的半徑都需要控制在750米以內；對于后者而言，需要遵循成組風機的設置原則，風機的低壓供電干線半徑要小于500米，照明供電臂需要在達到電壓降指標及長線路單相接地保護規格之時，確保其長度小于1500米。同時要選擇干式變壓器和電容器及真空斷路器，這樣才能符合隧道對相關設備的干式無油化要求。此外，維護及監測空間必須要進行合理的設計。隧道中的變電所與箱式變電站設計時必須要考慮到防排積水及通風兩個方面，確保其防護等于處于IP55狀態中。

三、合理對用電負荷與電流進行計算

需要計算的用電負荷與電流有很多，如設備的容量、計算電流及尖峰電流等。所以針對照明的用電負荷方面，可以巧將光源的額定功率加附屬設備功率結合起來進行計算，合理計算出需要的電流數。針對風機及水泵用電負荷方面，需要先將每臺設備的容量計算與掌控好，這樣在得知總用電功率之時，自然能快速算出最終的電流數。此外，計算過程中需要允許電壓出現偏差，并要按照最合理的計算規則進行計算。

四、合理選擇斷路器及低壓電纜

一般是分為小型、塑殼、萬能斷路器三種。斷路器是配電回路設備的電源控制及保護開關，低壓斷路器的性能及可靠性直接會影響電網運行的穩定性，相關設備人員的安全性，必須要對斷路器進行合理的選擇，當然想要達到此目的就需要在設計過程中加強研究與計算的力度。可以選擇限流式斷路器，其斷路器具有在短路電流未達到頂峰期值前就被完全分斷的優勢，能最大限度的減少預期的能量，自然能確保電網、電氣設備的機械力、焦耳能量得到合理的減少。

對于低壓電纜方面的選擇而言，需要非常的慎重，所以需要從敷設方式和環境條件兩個視角來選擇導體的載流量，并要使其處于不小于計算電流的狀態中。當然還需要保證選擇的導體要符合線路保護的最低需求。

五、線路末端單相接地短路電流的計算分析

計算方式：Id=Un/√3/Zphp，其中Un是線電壓，Zphp是相保阻抗。為了讓線路可靠的切斷接地故障電流，線路末端最小短路電流需要不小于斷路器瞬間的脫扣器整定的1.3倍。

六、導體需要具備的特征分析

配電回路發生短路故障的過程中，其電流通過保護裝置和被保護導體，保護裝置會快速進行動作，會快速切斷供電回路，對導體有較強的保護作用。但保護裝置一般會有固定的動作時間，此時間段內，導體必須要具有承受斷路電流熱效應的能力，這樣才不會發生意外的事故。所以當斷路持續時間小于5秒時，需要對其熱穩定性進行測試，測試方式是S≥I/K√t。

【總結】

首先，對于市政長隧道，需要合理設置變電室，控制低壓側線路的供電半徑，使開關和電纜線路處于合理的經濟狀態，提升用電保護和安全度。其次，斷路器需要以符合性質為中心，選擇短延時脫扣整定電流和瞬間脫扣電流，發揮對線路的保護及安全用電作用。再次，選擇最小熱穩定電纜截面，提升設計的經濟效益。最后，針對實情合理調整保護整定值，提供良好的隧道用電環境，為社會的可持續發展奠定扎實基礎。

參考文獻：

[1]鐵路特長隧道的中壓配電方案研究[J].李學剛.高速鐵路技術.2013（02）

[2]短路熱穩定校驗計算方法分析[J].李鵬飛，王濱.智能建筑電氣技術.2011（01）

作者簡介：

李亞芳女199108助理工程師畢業于紹興文理學院現就職于杭州中騰市政工程設計咨詢有限公司自動化本科學歷

吳劍青男19880427助理工程師畢業于浙江機電職業技術學院現就職于杭州中騰市政工程設計咨詢有限公司電氣工程本科學歷