IEC標準下電纜實際載流量的計算研究

何宏源，金 妮

(1.北京市建筑設計研究院有限公司，北京 100045；2.中國科學院沈陽自動化研究所，遼寧 沈陽 110016)

1 概述

針對上述問題，本文對IEC標準下動力電纜實際載流量計算進行深入分析。某項目中，根據業主的技術要求，在電纜選型上，主要有2個比較棘手的問題：第一，業主要求在主廠房零米和廠區采用電纜排管進行電纜敷設，其他樓層采用電纜橋架敷設，而常規做法采用電纜溝或者架空橋架，基本沒有電纜排管的設計經驗；第二，電纜選型計算要按照IEC標準執行，并提供相關計算書[1-2]。一般工程的做法是按照GB 50217—2007《電力工程電纜設計規范》中的要求，先考慮敷設環境和敷設方式，然后查表選擇敷設系數，確定電纜載流量后，再進行合理的電纜選型。但經過對文獻[3]和文獻[4]進行分析后，發現IEC標準與GB標準對電纜敷設系數的要求存在差異。本文僅就低壓動力電纜的選型進行分析。

2 電纜排管的技術分析

在國內外很多項目中，電纜排管應用較少，無論是設計還是施工，都比較復雜，因此，在工程應用中，電纜排管都不是首選。電纜排管的結構型式如圖1所示。

圖1 電纜排管的結構型式

本項目在與業主討論的過程中提出了很多采用電纜排管設計存在很多不利因素：施工復雜；因散熱不良導致電纜載流量大幅降低；電纜的敷設、檢修和更換不方便；排管一旦施工完成，電纜孔的數量不能調節，因此需預留較多備用孔；無論從設計還是施工，造價都會提高。

但業主強烈要求采用電纜排管，主要原因如下：項目所在地雨季時間較長，采用電纜溝排水效果不好；電纜排管防火安全性高；節省占地空間。最后，為了滿足業主要求，采用了電纜排管的設計方案。

3 IEC標準下電纜載流量的計算研究

3.1 基準載流量

本工程低壓動力電纜選擇1 kV、銅芯、XLPE絕緣、三芯電纜，根據IEC 60364-5，可以得到IEC標準下電纜在空氣中的基準載流量。

在表1中，各截面電纜載流量的基本環境條件為導體，最高溫度為90 ℃，環境溫度為30 ℃。XLPE絕緣銅芯電纜的載流量見表1。

表1 XLPE絕緣銅芯電纜的載流量

3.2 修正系數的選擇

3.2.1 溫度的修正系數

根據IEC 60364-5，可以得到空氣中敷設不同于基準溫度為30 ℃時的載流量修正系數。電纜在空氣中敷設時的溫度修正系數見表2。

表2 電纜在空氣中敷設時的溫度修正系數

根據IEC 60364-5,可以得到土壤中敷設不同溫度下的載流量修正系數。電纜在土壤中直埋和穿管敷設時的溫度修正系數見表3。

表3 電纜在土壤中直埋和穿管敷設時的溫度修正系數

3.2.2 土壤熱阻的修正系數

當電纜直埋地中或土壤中穿管敷設時，根據IEC 60364-5，可以得到不同土壤熱阻的載流量修正系數[5]。電纜在土壤中直埋和穿管敷設時的土壤熱阻修正系數見表4。

表4 電纜在土壤中直埋和穿管敷設時的土壤熱阻修正系數

3.2.3 敷設方式的修正系數

a.敷設在橋架中

根據IEC 60364-5，可以得到電纜敷設在梯形橋架中的修正系數。電纜在橋架中敷設時的修正系數見表5。

表5 電纜在橋架中敷設時的修正系數

應注意，在表5中，各修正系數選擇的基本條件為電纜類型和導體尺寸的平均值，值的變化范圍一般不大于5%。表5中的值應用于單層電纜敷設，而不用于電纜層疊敷設，因為這種安裝方式的平均值將顯著降低。

該條不同于GB 50127—2018《電力工程電纜設計規范》，在該規范附錄中，給出了在單層電纜橋架中敷設多層電纜的修正系數，見表6。因此在實際工程中，可參考使用。如在IEC標準基礎上，若每層橋架上布置2層電纜，可再考慮0.8的修正系數。

在表6中，電纜橋架層間間距為300 mm，橋架和墻的間距至少為20 mm。對于更近的距離，數值將降低。電纜橋架水平間距為225 mm，橋架背靠背安裝。對于更近的距離，數值將降低。

表6 電纜在單層橋架中疊置敷設時的修正系數

b.敷設在電纜排管中

根據IEC 60364-5，可以得到電纜敷設在電纜排管中的修正系數，見表7。

表7 電纜在排管中敷設時的修正系數

c.直埋在土壤中敷設

根據IEC 60364-5，可以得到電纜直埋在土壤中的修正系數，見表8。

表8 電纜在直埋敷設時的修正系數

3.2.4 電纜埋深的修正系數

根據IEC 60520-2，當電纜在排管或直埋地中敷設時，還應考慮到電纜埋深不同于0.8 m時的修正系數。電纜在埋地管中不同埋深的修正系數見表9。

表9 電纜在埋地管中不同埋深的修正系數

4 結論

本工程低壓廠用工作段布置在控制樓3層，去往各輔助車間的電纜需經過集控樓內的架空橋架，然后在主廠房零米采用電纜排管送至各用電負荷。電纜載流量各修正系數的選擇如下。

a.架空橋架內

溫度修正系數為0.91(廠房內溫度按40 ℃考慮)；橋架內敷設系數為0.7×0.8(考慮電纜接觸敷設，3層橋架，每層橋架內布置18根電纜，分2層敷設)；總修正系數為0.51，若采用3×95電纜，根據IEC標準，電纜實際載流量為152 A。

b.電纜排管內

溫度修正系數為1(土壤中溫度按20 ℃考慮)；土壤熱阻修正系數為1(土壤熱阻按2.5 K·m/W考慮)；排管內敷設修正系數為0.66(考慮電纜排管中心距250 mm，16根排管)；電纜埋深修正系數為0.96(考慮電纜排管中低壓動力電纜埋深為1.5 m)；總修正系數為0.634，若采用3×95電纜，根據表1，電纜實際載流量為189 A；經比較，3×95電纜的實際載流量按最嚴重情況為152 A。

c.IEC和GB標準對比

經過上述分析，GB標準和IEC標準在設計理念上基本一致，但IEC標準在具體細節上更加詳細，主要表現在IEC標準考慮了電纜埋深的修正系數，而GB標準沒有對該情況進行分析；IEC標準詳細列出了電纜排管敷設的修正系數，而GB標準沒有對該情況進行分析；在電纜橋架敷設時，IEC標準考慮了電纜橋架在層間間距為300 mm、水平間距為225 mm時，也要考慮一定的修正系數，而GB標準只是考慮了電纜布置在單層橋架上，層疊敷設時的修正系數。

在電纜選型上，GB標準和IEC標準相差不大，但是若基于GB標準進行設計，不論是圖紙，還是計算書，提交給業主后，都無法通過最終審查，說服國外業主采用GB標準進行設計也不現實。因此，在國外工程設計中，設計人員要深入了解IEC標準，才能得到國外業主的認可。

本文通過對IEC標準中電纜載流量修正系數的研究，給出了IEC標準下電纜實際載流量的計算方法，為今后的國際項目進行電纜選型提供借鑒。