氧化鋁廠電纜的截面選擇

楊畢 王雅桐

摘 要：本文主要介紹了氧化鋁廠在電力電纜設(shè)計(jì)時(shí)，選取電纜截面需要滿足的條件，并闡述了各個(gè)條件的具體要求，對(duì)氧化鋁廠供配電設(shè)計(jì)時(shí)正確選用電纜提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：電纜工作溫度；經(jīng)濟(jì)電流密度；動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定；電壓損失

1 正確選擇電纜截面的必要性

對(duì)氧化鋁廠進(jìn)行供配電設(shè)計(jì)時(shí)，除了選用跟環(huán)境相適合的電纜種類外，還必須選用正確的電纜截面積。電纜截面積的選擇，關(guān)系到投資成本、電纜線路的使用壽命和損耗、電能質(zhì)量等。如選用電纜的截面積偏小，會(huì)導(dǎo)致電壓偏差、線路損耗大，使初期投資成本高。氧化鋁廠廠內(nèi)用電設(shè)備種類較多，某些用電設(shè)備距離配電室較遠(yuǎn)，某些用電設(shè)備（如原料片區(qū)的膠帶輸送機(jī)）需要帶料重載啟動(dòng)，需要保證這些用電設(shè)備端子電壓滿足要求，設(shè)備正常啟動(dòng)，運(yùn)行在額定狀態(tài)，若導(dǎo)致用電設(shè)備無法啟動(dòng)，則直接影響氧化鋁廠的生產(chǎn)。因此，正確選擇電纜截面對(duì)氧化鋁廠的順利生產(chǎn)具有重要的作用。

2 電纜截面選擇需要滿足的條件

電纜截面選擇需要滿足以下4個(gè)方面要求。

2.1 電纜通過電流時(shí)，其線芯的溫度不能超過電纜所允許的長期工作溫度

為保證電纜的實(shí)際工作溫度小于允許值，電纜的允許長期工作電流（簡稱載流量）應(yīng)大于線路的工作電流。由于氧化鋁廠屬于對(duì)鋁有腐蝕的環(huán)境，各用電設(shè)備的供電需要有較高的可靠性，很多電機(jī)需多根大電纜并列敷設(shè)，因此氧化鋁廠通常選用銅芯電纜，銅芯電纜的允許持續(xù)載流量是鋁芯電纜的1.29倍。電纜載流量會(huì)隨著周圍環(huán)境條件的改變而改變。

（1）電纜在空氣中和土壤中敷設(shè)，根據(jù)環(huán)境的溫度，

確定載流量校正系數(shù)。式中，是電纜的最高

工作溫度（℃），是與額定載流量相適應(yīng)的基準(zhǔn)環(huán)境溫度（℃），是實(shí)際的環(huán)境溫度（℃）。

（2）根據(jù)土壤濕度的不同，確定載流量校正系數(shù)。

（3）土中直埋多根并行敷設(shè)時(shí)，根據(jù)電纜之間凈距的不同，確定載流量校正系數(shù)。

（4）空氣中單層多根并行敷設(shè)時(shí)，根據(jù)電纜中心間距與電纜外徑的關(guān)系，確定載流量校正系數(shù)。

（5）電纜橋架上敷設(shè)多層電纜，并且電纜無間距時(shí)，根據(jù)橋架種類和電纜層數(shù)，確定載流量校正系數(shù)。

2.2 電纜截面選擇除技術(shù)條件外，也可按經(jīng)濟(jì)條件進(jìn)行選擇

按經(jīng)濟(jì)條件選擇，即使經(jīng)濟(jì)壽命期內(nèi)的初始投資和線路損耗費(fèi)用之和最少，即按經(jīng)濟(jì)電流選擇電纜截面。

計(jì)算電纜的經(jīng)濟(jì)電流截面積計(jì)算公式如下：

式中，J是電纜經(jīng)濟(jì)電流密度（A/mm2），Sj是經(jīng)濟(jì)電纜截面（mm2），Imax是第一年導(dǎo)體最大負(fù)荷電流（A）。

也可根據(jù)項(xiàng)目所在地區(qū)及電價(jià)（華東、華南為高電價(jià)區(qū)，代表電價(jià)取0.5元/kWh；華中、華北、東北為中電價(jià)區(qū)，代表電價(jià)取0.4元/kWh；西南、西北為低電價(jià)區(qū)，代表電價(jià)取0.3元/kWh）、氧化鋁行業(yè)最大負(fù)荷利用小時(shí)Tmax=6500h、班制，查《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》第三版中經(jīng)濟(jì)電流范圍表格或經(jīng)濟(jì)電流密度曲線，得出電纜截面。

對(duì)備用電動(dòng)機(jī)等一些備用回路的電纜，可按其正常運(yùn)行小時(shí)數(shù)的一半來選擇電纜截面。當(dāng)電纜經(jīng)濟(jì)電流截面比按熱穩(wěn)定、持續(xù)載流量等技術(shù)條件要求的截面小時(shí)，按照技術(shù)條件要求截面選擇；當(dāng)電纜經(jīng)濟(jì)電流截面介于電纜標(biāo)稱截面之間時(shí)，宜按偏小選擇最接近檔截面。

2.3 通過短路電流時(shí)，不超過所允許的短路強(qiáng)度

高壓電纜要校驗(yàn)熱穩(wěn)定性，母線要校驗(yàn)動(dòng)、熱穩(wěn)定性。

（1）校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定。

當(dāng)母線跨數(shù)大于2時(shí)，母線的應(yīng)力為

當(dāng)母線跨數(shù)等于2時(shí)，母線的應(yīng)力為

式中，Kx是矩形截面導(dǎo)體的形狀系數(shù)；ip3是三相短路峰值電流，kA；l是母線的絕緣子跨距，m；D是導(dǎo)體的中心距離，m；W是母線截面系數(shù)，m3，與母線布置方式有關(guān)，對(duì)于水平布置的三相母線，當(dāng)母線水平放置時(shí)為0.167bh2，當(dāng)母線豎放時(shí)為0.167hb2；β是按機(jī)械共振條件校驗(yàn)的振動(dòng)系數(shù)。

作用于母線的計(jì)算應(yīng)力應(yīng)小于等于母線最大允許應(yīng)力，硬鋁母線最大允許應(yīng)力為120MPa，硬銅為170MPa。

（2）校驗(yàn)熱穩(wěn)定。

母線、電纜熱穩(wěn)定允許的最小截面按下式計(jì)算

式中，Qt是短路電流的熱效應(yīng)，kA2·s，c是熱穩(wěn)定系數(shù)。

2.4 電壓損失需要控制在允許范圍內(nèi)

當(dāng)氧化鋁廠各車間交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)端子電壓應(yīng)能保證系統(tǒng)需要的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且同時(shí)引起的電壓下降不能妨礙其他用電設(shè)備的工作。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，配電母線上的電壓應(yīng)符合以下要求：

（1）在一般情況下，配電母線上的電壓不宜低于標(biāo)稱電壓的85%。當(dāng)電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)時(shí)，則不應(yīng)低于標(biāo)稱電壓的90%。

（2）電動(dòng)機(jī)不頻繁起動(dòng)，并且配電母線上未接照明負(fù)荷或?qū)﹄妷合陆得舾械呢?fù)荷時(shí)，配電母線上的電壓不應(yīng)低于標(biāo)稱電壓的80%。

（3）配電母線上未接其他用電設(shè)備時(shí)，配電母線上的電壓需要保證達(dá)到電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求；對(duì)于低壓電動(dòng)機(jī)，還應(yīng)保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓。

氧化鋁廠內(nèi)某些工藝設(shè)備（如原料片區(qū)皮帶）供電距離較遠(yuǎn)，有的甚至能達(dá)到200～300m，因此設(shè)計(jì)時(shí)需要校驗(yàn)供電線路的電壓損失。

三相平衡負(fù)荷線路電壓損失按下式計(jì)算：

3 結(jié)語

綜上所述，選取適合的電纜截面，能夠有效減少線路的損耗、降低電壓損失、減少成本、提高電能質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]王洪才.鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊[M].冶金工業(yè)出版社，1996.

[2]任元會(huì).工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊[M].中國電力出版社，2005.