淺談化工廠區(qū)10 kV及以下電纜設(shè)計(jì)常見問題

鹿秀萍

(中海油石化工程有限公司,山東 濟(jì)南 250101)

1 電纜選型

1.1 導(dǎo)體材質(zhì)選擇

目前最常見的電纜導(dǎo)體材質(zhì)為鋁導(dǎo)體和銅導(dǎo)體,但在相同條件下,無論是在電阻率、載流量、電壓降、可靠性和施工性能等各方面,銅導(dǎo)體比鋁導(dǎo)體都有著明顯的優(yōu)勢(shì)。且根據(jù)我國以往工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看,銅芯電纜比鋁芯電纜事故率更低,安全性更好。化工廠區(qū)多為爆炸危險(xiǎn)環(huán)境,根據(jù)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范要求,在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境1區(qū)內(nèi)應(yīng)采用銅芯電纜,除本質(zhì)安全電路外,在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境2區(qū)宜采用銅芯電纜[1]。所以在化工廠區(qū)宜優(yōu)先選用銅芯電纜。

1.2 電纜截面選擇

控制電纜的截面選擇應(yīng)滿足GB/T 50217—2018中第3.7節(jié)中的要求,其中需要注意的是控制電纜壓降的問題,化工廠區(qū)內(nèi)電纜敷設(shè)距離較長,控制電纜的壓降是非常容易忽視的一個(gè)問題,在電纜選型時(shí)一定要對(duì)控制電纜壓降進(jìn)行復(fù)核。

低壓系統(tǒng)保護(hù)導(dǎo)體截面選擇:包括低壓電機(jī)負(fù)荷的TN-S系統(tǒng)供電回路保護(hù)導(dǎo)體(接地線)截面選擇如表1。

表1 保護(hù)導(dǎo)體截面選擇

電力電纜的截面選擇主要是按照熱穩(wěn)定、允許電壓降、持續(xù)載流量等參數(shù)來選擇,對(duì)于化工廠區(qū)來說,電纜一般長期負(fù)載運(yùn)行,考慮到經(jīng)濟(jì)效益以及電能損耗,尚宜按經(jīng)濟(jì)電流密度來選擇電纜截面。比較電纜的投資、電能損耗等,來選擇更合適的電纜。

化工廠區(qū)電纜截面選型的建議:隨著廠區(qū)的增大,線路敷設(shè)距離也不斷加大,壓降問題就成了容易被忽略的問題。所以在工程設(shè)計(jì)中要注意對(duì)動(dòng)力電纜、控制電纜、通信電纜等的線路壓降進(jìn)行校驗(yàn),避免線路壓降過大造成末端設(shè)備無法啟動(dòng)或信號(hào)衰減無法運(yùn)行的情況。建議大型項(xiàng)目的電氣、電信專業(yè)工程設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)定中增加電纜截面選擇統(tǒng)一規(guī)定,避免相同容量的用電設(shè)備電纜截面不一致。

1.3 電纜U0/U的選擇

電纜額定電壓的選擇也是電纜選型中需要關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn),其中U0為導(dǎo)體對(duì)地間的額定電壓,也稱做相電壓;U為導(dǎo)體之間的額定電壓,也稱作線電壓[3]。電纜額定電壓選擇參見表2與表3。

表2 電纜的額定電壓標(biāo)注

表3 電纜的額定電壓值U0/U和Um及沖擊絕緣水平

1.4 電纜鎧裝層的選擇

鋼帶鎧和鋼絲鎧是目前化工廠區(qū)內(nèi)常用的兩種電纜的鎧裝層方式,鋼帶鎧裝電纜主要增加電纜的抗拉強(qiáng)度,常用于室外的直埋敷設(shè)等;鋼絲鎧裝電纜主要增加電纜的抗拉強(qiáng)度,常用于大長度的垂直敷設(shè)等,且鋼絲鎧裝電纜價(jià)格比鋼帶鎧裝電纜貴。電纜外護(hù)層的選擇可參考圖1。

圖1 不同電纜外護(hù)層適用場(chǎng)所

1.5 電纜的防鼠防蟻防霉

由于南方特殊的地理和環(huán)境因素,適宜蟲蟻?zhàn)躺毖?造成蟲蟻災(zāi)害,容易對(duì)埋地電纜造成嚴(yán)重的損害,導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。在蟲蟻災(zāi)害嚴(yán)重的地區(qū),為防止電纜被蟲蟻損害,可在電纜埋地敷設(shè)時(shí)穿鋼管或硬質(zhì)塑料保護(hù)管。也可以增加高硬度外護(hù)層或者使用金屬套或者鋼帶鎧裝[2],來達(dá)到防蟲蟻啃食的效果。鋼帶鎧裝電纜或帶金屬包帶的塑料絕緣電纜在鼠害嚴(yán)重的場(chǎng)所使用較為常見。具體防蟲蟻或防鼠電纜選型還可參考GB/T 34016—2017《防鼠和防蟻電線電纜通則》中的規(guī)定。在南方潮濕環(huán)境中,還需要注意電纜的防霉處理,常見的防霉措施一是在電纜生產(chǎn)制造的過程中添加防霉劑;二是在成品的電纜表面直接噴上防霉抗菌噴劑,使電纜表面具有防霉能力。具體電纜防霉的相關(guān)措施可參考 ISO 846:2019《塑料微生物作用的評(píng)價(jià)》和GJB 150.10A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第 10 部分:霉菌試驗(yàn)》等有關(guān)電纜防霉的相關(guān)規(guī)范。

1.6 電纜材料的環(huán)保、安全要求

隨著環(huán)境保護(hù)問題越來越受到全球各國的關(guān)注與重視,這對(duì)電纜的安全與環(huán)保問題也提出了更高的要求。在電纜選型時(shí)宜選用安全環(huán)保可再生利用的材質(zhì),不宜選用有毒有害含鉛鎘等重金屬危害環(huán)境的材質(zhì)。低壓電纜宜選用交聯(lián)聚乙烯或聚氯乙烯擠塑絕緣類型;高壓交流電纜宜選用交聯(lián)聚乙烯絕緣類型電纜[2]。但是聚氯乙烯受熱或燃燒時(shí),可能會(huì)產(chǎn)生氯化氫,對(duì)人體有害,所以在人員密集場(chǎng)所或有環(huán)境保護(hù)要求的場(chǎng)所不得選用該型號(hào)電纜[2-5]。除上述要求外,還需要特別關(guān)注于2006年7月開始實(shí)施的RoHS環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

2 電纜敷設(shè)

化工廠區(qū)常見的電纜敷設(shè)方式主要有橋架敷設(shè)、直埋敷設(shè)、保護(hù)管敷設(shè)、電纜夾層敷設(shè)及幾種方式聯(lián)合敷設(shè)等,每種敷設(shè)方式各有優(yōu)缺點(diǎn),具體敷設(shè)方式應(yīng)該根據(jù)工程環(huán)境特點(diǎn)來確定。下面是電纜敷設(shè)中常見的一些問題:

2.1 電纜敷設(shè)細(xì)節(jié)問題

(1)非鎧裝電纜敷設(shè)時(shí)應(yīng)采用具有機(jī)械強(qiáng)度的鋼管或罩進(jìn)行保護(hù),保護(hù)范圍為地面上2 m內(nèi),或由地面下引上時(shí),地下0.3 m深電纜區(qū)段;(2)借用建筑物風(fēng)道給風(fēng)機(jī)供電的電纜要穿管保護(hù);(3)在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中明敷的電纜需要穿管保護(hù),埋地敷設(shè)的電纜過路或穿越建筑基礎(chǔ)時(shí)均應(yīng)穿管保護(hù)[2];(4)在夾層電纜敷設(shè)時(shí)進(jìn)、出開關(guān)柜時(shí)排列敷設(shè)便于電纜出線,同時(shí)避免電纜過于集中,方便施工;(5)夾層電纜橋架安裝高度要考慮電纜至開關(guān)柜間的彎曲半徑,電纜盡量由橋架直接進(jìn)入開關(guān)柜;(6)電纜夾層中開關(guān)柜進(jìn)線口附近增加電纜固定裝置;(7)結(jié)合工程具體情況提供電纜敷設(shè)標(biāo)準(zhǔn)圖、大樣圖等,便于現(xiàn)場(chǎng)施工。

2.2 電纜與設(shè)備電纜引入裝置的匹配問題

化工廠區(qū)現(xiàn)場(chǎng)施工發(fā)現(xiàn)電纜與設(shè)備進(jìn)線格蘭不匹配等問題,主要表現(xiàn)在:

(1)電纜外徑與進(jìn)線格蘭內(nèi)徑尺寸不匹配,或大或小,無法安裝。進(jìn)線格蘭主要包括電動(dòng)機(jī)接線盒進(jìn)線格蘭,現(xiàn)場(chǎng)安裝的動(dòng)力箱、檢修箱、控制箱等的進(jìn)出線格蘭,現(xiàn)場(chǎng)照明燈具(包括路燈、高桿燈、航空障礙燈等)接線盒進(jìn)出線格蘭等;(2)電纜的類型與格蘭密封形式、布線形式不匹配,如鎧裝電纜配非鎧裝格蘭等;(3)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域選用格蘭的防爆等級(jí)和防護(hù)等級(jí)與區(qū)域環(huán)境防爆防護(hù)等級(jí)不匹配;(4)現(xiàn)場(chǎng)電纜接線箱、電機(jī)接線盒內(nèi)電纜安裝空間小,電纜接線困難等。

電纜與設(shè)備格蘭不匹配等問題的一般預(yù)防措施:

(1)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)選用防爆格蘭,其防爆等級(jí)不低于該區(qū)域電氣設(shè)備的防爆等級(jí);(2)選用的格蘭形式要與電纜類型相匹配,鎧裝電纜要配相應(yīng)的鎧裝電纜用格蘭頭;(3)成套供貨的電纜接線箱、電機(jī)接線盒等在設(shè)備技術(shù)規(guī)格書中要提出電纜的電壓等級(jí)、電纜形式及電纜外徑,以便供貨商確定接線盒的尺寸及進(jìn)線格蘭規(guī)格和格蘭的材質(zhì)。同時(shí)要求供貨商提供接線箱/盒內(nèi)電纜安裝詳圖。收到設(shè)備返資后要認(rèn)真審核圖紙并及時(shí)提出審核意見,后續(xù)要及時(shí)跟蹤供貨商修改情況并將情況反饋給項(xiàng)目組,在設(shè)備到貨前解決問題,不要把問題留到工地現(xiàn)場(chǎng),避免耽誤項(xiàng)目施工進(jìn)度;(4)對(duì)于室外防爆照明燈具供電線路和接線盒格蘭的配合問題,建議接線盒至照明燈具的線纜由燈具廠配套供貨,燈具前接線盒(包括進(jìn)出格蘭)由設(shè)計(jì)單位根據(jù)電纜型號(hào)規(guī)格選擇;(5)電纜接線箱內(nèi)的接線端子和接線空間一定要根據(jù)電纜外徑、電纜終端頭長度、絕緣間距等進(jìn)行選擇,避免接線空間過小導(dǎo)致接線困難。

2.3 電纜長度問題

電纜的計(jì)算長度應(yīng)包括實(shí)際路徑長度與附加長度[2],電纜的附加長度可參見圖2的規(guī)定。需要注意的是,對(duì)廠區(qū)引入建筑物,直埋電纜因地形及埋設(shè)的要求,電纜溝、隧道、吊架的上下引接,電纜終端、接頭等所需的電纜預(yù)留量,可取圖紙量出的電纜敷設(shè)路徑長度的5%[2]。

圖2 35 kV及以下電纜敷設(shè)度量時(shí)的附加長度

電纜的訂貨貨長:(1)長距離的電纜線路宜采用計(jì)算長度作為訂貨長度[2];(2)對(duì)于10 kV及以下電纜短距離敷設(shè)時(shí),考慮到電纜剪短浪費(fèi)問題,還應(yīng)該留一定長度的余量,一般留計(jì)算長度的5%～ 10%[2];(3)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電線電纜交貨長度誤差是±0.5%,電纜技術(shù)規(guī)格書中可對(duì)電纜交貨長度作出規(guī)定,一是規(guī)定電纜交貨長度用計(jì)米器計(jì)量誤差為正誤差;二是對(duì)總包項(xiàng)目確定現(xiàn)場(chǎng)電纜檢驗(yàn)、試驗(yàn)需要的電纜長度,以便訂貨時(shí)增加此部分電纜長度;(4)建議在照明系統(tǒng)圖中增加“線長/管長”一欄,便于照明線纜的統(tǒng)計(jì)和復(fù)核;(5)建議增加軟件的引進(jìn)和開發(fā)力度,提高電纜統(tǒng)計(jì)長度的準(zhǔn)確性;(6)預(yù)留電纜長度宜參考圖3。

圖3 電纜敷設(shè)和附加長度

2.4 電纜鎧裝層、金屬屏蔽層接地問題

電氣設(shè)計(jì)說明中應(yīng)根據(jù)國標(biāo)規(guī)范相關(guān)條款明確控制電纜金屬屏蔽的接地方式,并在相應(yīng)的位置設(shè)置接地端子板。對(duì)供配電系統(tǒng)接地、電信系統(tǒng)接地、儀表接地統(tǒng)一設(shè)置。

電纜金屬屏蔽的接地方式應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50217—2018《電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》與GB/T 3836.15—2014《爆炸性環(huán)境 第8部分:由“n”型保護(hù)的設(shè)備》中的相關(guān)條款;電信系統(tǒng)電纜的接地應(yīng)參考SH 3081—2019的相關(guān)條款。

2.5 電纜替代問題

大型的化工廠區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)由于電纜規(guī)格型號(hào)眾多,電纜分盤表不明確、施工保護(hù)不到位、電纜丟失等各種原因?qū)е略疽?guī)格型號(hào)的電纜無法使用需要進(jìn)行電纜替代,電纜替代中要注意以下問題:

(1)同型號(hào)電纜原則上截面大的可以替代截面小的電纜,要注意核實(shí)電纜保護(hù)管徑、設(shè)備進(jìn)線格蘭內(nèi)徑等是否與替代電纜外徑相匹配;(2)小動(dòng)力負(fù)荷(3 kW以下)動(dòng)力電纜不建議用控制電纜替代。一是因?yàn)椴捎玫臉?biāo)準(zhǔn)不同;二是因?yàn)殡妷旱燃?jí)不同;三是電纜的絕緣和護(hù)套厚度不同;(3)電信專業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)用電設(shè)備如聲光報(bào)警、信號(hào)燈、攝像機(jī)、揚(yáng)聲器等供電電纜的電壓等級(jí)建議參考相關(guān)規(guī)范條款進(jìn)行確定。

3 其他電纜相關(guān)問題

3.1 熱縮管選擇需要注意問題

(1)熱縮電纜附件應(yīng)符合國家規(guī)范GB/T 12706.4—2020和DL/T 413—2006中的相關(guān)條文要求。電纜附件的技術(shù)要求有的會(huì)在電纜技術(shù)規(guī)格書中體現(xiàn),有的電纜廠家不提供電纜附件,可能需要單獨(dú)采購,建議對(duì)電纜附件單出技術(shù)規(guī)格書,對(duì)全廠的高低壓電纜附件進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定。

(2)熱縮管按電壓等級(jí)分為:1,10,35 kV;按使用位置分為:NSY(戶內(nèi)終端)、WSY(戶外終端)和JSY(中間接頭);按電纜芯數(shù)可分為:單芯、多芯等進(jìn)行選擇。

(3)1 kV低壓熱縮電纜終端頭:熱縮電纜終端分為熱縮指套和絕緣套管兩個(gè)部分,終端頭絕緣管分為紅、黃、綠、藍(lán)、黑,地線黃綠雙色熱縮管。選用的熱縮管絕緣、阻燃等性能應(yīng)與原電線電纜的絕緣和阻燃性能保持一致。

(4)設(shè)計(jì)中值得關(guān)注的是DL/T 1059—2007《電力設(shè)備母線用熱縮管》,本標(biāo)準(zhǔn)適用于額定電壓為35 kV及以下電壓等級(jí)的電力設(shè)備母線用熱縮管。高、低壓開關(guān)柜內(nèi)的母線不建議使用熱縮管,其他沒有保護(hù)殼體的裸母線可參考使用。

3.2 電線電纜分盤表

在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí),電纜分盤不論是對(duì)電纜采辦還是施工都起著非常重要的作用,根據(jù)項(xiàng)目的具體需求,參考行標(biāo)JB/T 8137.1～4—2013《電線電纜交貨盤》與HGT 20638—2017《化工裝置自控工程設(shè)計(jì)文件深度規(guī)范》編制電纜分盤表。大型化工廠區(qū)各種規(guī)格型號(hào)電纜繁多,許多電纜單根長度超過1 000 m,常常由于現(xiàn)場(chǎng)施工等原因?qū)е码娎|截取過短,不得不重新采購電纜或增加電纜中間接頭,而中間電纜接頭為電纜最薄弱的地方也是故障多發(fā)的地方,在爆炸危險(xiǎn)區(qū)也不允許電纜中間接頭。所以根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況編制電線電纜分盤表非常有必要,不僅節(jié)約成本提高電纜利用率,還提高現(xiàn)場(chǎng)施工效率。

3.3 電儀交接柜

電儀交接柜作為電氣儀表之間信號(hào)傳輸?shù)臋C(jī)柜,不僅可以使專業(yè)分工界面更加清晰,兩個(gè)專業(yè)之間信號(hào)對(duì)接界面更直觀明了,還避免漏掉相關(guān)信號(hào),節(jié)省了大量人工時(shí)。在大型的化工廠區(qū)內(nèi)建議高、低壓配電室分別設(shè)置電儀交接柜,并且每段母線設(shè)置一臺(tái)電儀交接柜避免不同電壓等級(jí)、不同母線段的信號(hào)在電儀交接柜內(nèi)混接。柜內(nèi)端子備用數(shù)量按30%～50%預(yù)留,控制柜內(nèi)電纜的數(shù)量,以備日后廠區(qū)擴(kuò)建或改造使用。

3.4 電纜技術(shù)規(guī)格書

DEC文件的使用,有的業(yè)主單位有專用的電纜技術(shù)規(guī)格書和電纜采購清單(DEC),對(duì)電纜的型號(hào)規(guī)格、電纜芯數(shù)、電纜截面、阻燃耐火電纜型號(hào)規(guī)格等作出明確規(guī)定。電氣設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)定中根據(jù)業(yè)主電纜清單編制電纜選型表,方便后期的電纜采購工作。工程設(shè)計(jì)中盡量不要選用電纜清單中沒有規(guī)定的電纜。編寫電纜技術(shù)規(guī)格書注意下列問題:(1)電纜相關(guān)規(guī)范的采用;(2)對(duì)6 kV及以上的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜,應(yīng)選用內(nèi)、外半導(dǎo)電屏蔽層與絕緣層三層共擠工藝特征的型式[2];此種工藝生產(chǎn)的電纜具有較優(yōu)的耐水樹特性;(3)在有防腐和防潮要求的環(huán)境中,電纜的鎧裝層上應(yīng)該增加聚乙烯外護(hù)層。

3.5 電纜相關(guān)規(guī)范

在設(shè)計(jì)說明、技術(shù)規(guī)格書等設(shè)計(jì)文件中采用電纜的相關(guān)規(guī)范,應(yīng)注意下列問題:

(1)不相關(guān)的規(guī)范或者關(guān)系不大的規(guī)范不要列出;(2)按照規(guī)范編號(hào)由小到大列出;(3)遇到即將實(shí)施的規(guī)范,要根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)展情況確定是否采用,如果項(xiàng)目完工前規(guī)范開始實(shí)施,此規(guī)范就要采用;(4)注意行業(yè)規(guī)范和地方規(guī)范的采用,如綠色建筑、節(jié)能環(huán)保等;(5)每個(gè)項(xiàng)目都要核對(duì)規(guī)范編號(hào),避免采用作廢規(guī)范;(6)注意施工驗(yàn)收規(guī)范的使用,設(shè)計(jì)圖紙要符合施工驗(yàn)收規(guī)范的要求;(7)注意電纜敷設(shè)國標(biāo)圖集的采用,設(shè)計(jì)圖紙一般不開列圖集號(hào),應(yīng)出電纜敷設(shè)圖(大樣圖)。