基于Excel進行低壓電力電纜產品設計

劉 磊，荔建榮，周冬花

（1.江蘇珠影特種電纜有限公司，江蘇 無錫 214001；2.廣西陽工電線電纜有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

低壓電力電纜是工程建設、工業生產和配電設備等行業的常見產品，因產品型號規格繁多，每種型號規格低壓電力電纜的結構或材料各不相同，需要大量的計算；又因低壓電力電纜主要材料的價格波動較大，工藝方式的不斷創新，電纜的市場報價要實時作出相應調整。市場報價的快速反應是贏得市場的關鍵因素之一，所以制定一套準確反映眾多型號規格低壓電力電纜的工藝參數、材料消耗、制造成本的報價系統是十分必要的，該系統同時能方便企業的工藝參數控制管理和材料消耗的控制管理。

1 設計構想

低壓電力電纜的絕緣層厚度、護套層厚度、鋼帶厚度等各結構的尺寸在標準中有明確的規定，但因各工廠的工藝把控能力不同，結構在上限值上有所差異，通過各結構相互關聯的公式運算，準確計算各結構的外徑大小、材料消耗等，可采用Excel強大的數據處理功能制定一套能快速高效地計算出含低壓電力電纜各結構外徑尺寸、材料消耗、成本價格等參數的系統，系統的設計構想如圖1所示。

圖1 設計流程

2 程序的設計

2.1 電纜產品結構分解

依照GB/T 12706.1—2020《額定電壓1 kV（Um=1.2 kV）到35 kV（Um=40.5 kV）擠包絕緣電力電纜及附件 第1部分：額定電壓1 kV（Um=1.2 kV）和3 kV（Um=3.6 kV）電纜》和GB/T 19666—2019《阻燃和耐火電線電纜或光纜通則》標準，對不同結構的組成形式進行分解，并利用標準對不同結構材料的規定代碼進行有效分辨。該系統對未列的結構材料代碼可以通過在預留的擴展功能里進行拓展。

本文以WDZCN-YJY23 0.6/1 kV 3×150為例，電纜結構如圖2所示，進行結構分析和數值計算。

圖2 電纜結構

2.1.1 導體代碼

針對GB/T 12706.1—2020標準的低壓電力電纜的導體材料主要是銅導體、鋁導體、鋁合金導體、鍍錫銅導體等［1］。為了使Excel便于分辨，將采用不同的代碼表示，不同導體類型的代碼，如表1所示。

表1 導體代碼

低壓電力電纜的導體結構形式是多樣的，有單根導體、有多根單絲絞合導體，同時多根單絲絞合導體因工藝方式不同，有非緊壓圓導體、緊壓圓形導體、緊壓異型導體、第5種軟導體和第6種軟導體等結構形式［2］。為便于分辨，將采用不同的代碼表示，不同導體結構類型的代碼，如表2所示。

表2 導體結構代碼

2.1.2 絕緣類型代碼

根據低壓電力電纜標準GB/T 12706.1—2020的規定，絕緣層因材料的不同可分為4種類型（見表3）。

表3 絕緣類型代碼

2.1.3 內襯類型代碼

根據低壓電力電纜標準GB/T 12706.1—2020的規定，鎧裝型電纜必須要有內襯層，內襯層因材料的不同可分為4種類型（見表4）。其中無鎧裝型電纜無內襯層，對此類情況內襯層結構處可以選空值。

表4 內襯類型代碼

2.1.4 鎧裝類型代碼

根據低壓電力電纜標準GB/T 12706.1—2020的規定，鎧裝層因材料的不同可分為7種類型（見表5），其中有無鎧裝的電纜，對此類情況鎧裝層結構處可以選空值。

表5 鎧裝類型代碼

2.1.5 護套類型代碼

根據低壓電力電纜標準GB/T 12706.1—2020的規定，外護層因材料的不同可分為4種類型（見表6）。

表6 護套類型代碼

2.1.6 電纜燃燒特性代碼

依據GB/T 19666—2019的規定對電纜的阻燃、耐火特性進行結構分辨，無阻燃、耐火特性的低壓電力電纜可以選擇空值（見表7）［3］。

表7 電纜燃燒特性代碼

2.1.7 電壓等級代碼

根據低壓電力電纜標準GB/T 12706.1—2020的規定，電壓等級有2種（見表8）。

表8 電纜的電壓等級代碼

2.2 根據所需生產工藝錄入基礎參數

參數包括：

（1）導體結構參數，單芯導體單位質量、材料單價等。

（2）絕緣層用材料類型及代碼、絕緣標稱厚度、絕緣層用材料的密度、材料單價等。

（3）屏蔽材料，屏蔽層用材料類型、密度、材料單價等。

（4）成纜，成纜系數、成纜包帶用材料的類型、代碼、密度、材料單價等。

（5）內襯層用材料的類型、代碼、密度、材料單價等。

（6）鎧裝，鎧裝層用材料的類型、代碼、密度、材料單價等。

（7）外護套，外護套用材料的類型、代碼、密度、材料單價等。

2.3 低壓電力電纜型號的確認

對不同低壓電力電纜的結構設計，將對各結構進行拆分，只需按2.1所屬的各結構所描述的代碼表示，此類代碼有便于Excel系統的識別和基數參數的選取引用。以WDZCN-YJY23 0.6/1 kV 3×150型號的低壓電力電纜為例，導體材料選用銅導體，用“T”表示；導體結構采用緊壓圓形導體代號“B-2”，導體繞包雙層云母帶，用“N”表示；絕緣材料選用交聯聚乙烯，用“YJ”表示；內襯層材料選用聚乙烯，用“Y”表示；鋼帶鎧裝用“2”表示；低煙無鹵護套用“WDZC”表示。選擇“0.6/1 kV”電壓等級下的絕緣等結構參數。

2.4 低壓電力電纜規格的確認

低壓電力電纜的規格僅有兩個參數，即電纜芯數和標稱截面，例如3×150。

3 程序的實現

3.1 確定電纜的材料和結構尺寸參數

Excel中有數據有效性的選取功能，對低壓電力電纜所有涉及的結構都設置此類選取功能。各結構數據有效性選取功能的下拉菜單內列有該結構不同材料的代碼，選取確定代碼后，電纜設計界面即可引用對應的基礎參數，電纜所涉及的結構依次確定后，Excel將依照已設定好具有各結構邏輯計算關系的公式進行自動計算，即可計算相關的產品數據，例如：WDZCN-YJY23 0.6/1 kV 3×150型號電纜，計算出結構參數，如表9所示。

表9 WDZCN-YJY23 0.6/1 kV 3×150型電纜結構尺寸參數 （單位：mm）

3.2 計算電纜的各個部分原材料耗材及原材料成本價

依照3.1計算結構尺寸參數，利用Excel的數據公式處理功能即可計算出電纜各結構的材料消耗。以WDZCN-YJY23 0.6/1 kV 3×150型號電纜為例，計算出原材料耗材參數，如表10所示。

表10 WDZCN-YJY23 0.6/1 kV 3×150型電纜耗材 （單位：kg/km）

同樣以WDZCN-YJY23 0.6/1 kV 3×150型號電纜為例，將表8所述的各結構材料消耗數據代入對應各結構材料單價，即可得到低壓電力電纜的原材料成本（見表11）。

表11 WDZCN-YJY23 0.6/1kV 3×150型電纜材料成本

在Excel設計界面內，日后只需要調整低壓電力電纜的結構代碼，其他參數可自動更新。

4 結語

本文依據低壓電力電纜結構特點，對各結構進行分解，同時分析各結構尺寸和材料成本的影響因素，采用分類別的Excel基數數據處理方式和綜合類別數據的邏輯計算方式有機結合，可以對不同型號規格的低壓電力電纜進行結構尺寸、材料消耗、材料成本設計計算。設計或報價人員只需在設計界面選取所需結構代碼，即可高效完成相關參數的計算，有效地減輕了設計人員、報價人員的工作量，在實際應用中可以做到準確、高效，具有實際應用意義。由于文章篇幅有限，僅對數據生成的方法進行了論述，具體的計算過程未做詳細論述，詳細計算過程參照《電線電纜和軟線結構計算》［4］和《電線電纜手冊》［5］等。

本文只是提供了一種準確、高效的工作方法，相關從業人員可對不同標準類型的電纜采用同類型的數據處理方法進一步擴展，以減少相關人員的工作量，提高工作效率。