配電箱系統圖繪制中的常見問題分析

孟凡超

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266000)

在實際電氣設計過程中，配電箱系統圖的繪制是電氣設計中非常基礎且重要的內容，它可以反映配電箱的特性、負荷回路的信息等。無論是民用設計院還是工業設計院，設計者均會接觸到系統圖的繪制[1]。然而在系統圖繪制過程中，總會出現各種不合理的配置。而在諸多的系統圖繪制中，以配電箱系統圖的繪制最為基礎，無論是民用還是工業設計院，電氣設計師在著手設計整套電氣圖紙時，都會接觸此類圖紙。而此類圖紙涵蓋了很多信息，如進出線電纜選型、開關設備的選型等[2]。這些信息的設定都至關重要，比如饋線回路電纜選型過小，可能會引起電纜斷線或火災等安全事故。正因為系統圖較為基礎且包含內容過多，本文將闡述設計師經常遇到的誤區。

1 誤區1：照明和插座回路都設置漏保

在照明和插座配電箱系統圖中，設計師經常會出現這樣的誤區，即照明和插座都設置了漏電保護器或者插座回路未設置漏電保護器。要明確照明和插座回路是否裝設漏電保護器，要從電氣安全的原則說起。我們都知道，當人體觸電時，由于電流的作用，人體肌肉會不自覺地收縮，當手持式用電設備發生漏電，如果人體正在持握該設備，人體肌肉收縮導致了無法正常擺脫漏電設備，反而會越握越緊。而電流對人體的傷害不僅取決于電流的大小，還取決于擺脫電流的時間，時間越久對人體的傷害越大。為了防止此類事故的發生，設計者要在回路中加裝漏電保護器，它可以檢測微弱的漏電電流，并快速地切斷故障回路，進而保證了人身安全。那么我們再來探討固定設備如燈具、冰箱、洗衣機等是否有必要加裝漏電保護器呢？當燈具發生漏電時，人體觸摸到帶電燈具，因燈具不同于手持式用電設備，它本身固定在頂棚或墻面上，人體肌肉收縮自然就擺脫了帶電物體。而此種固定用電設備的供電回路無論是否加裝了漏電保護器，當發生漏電事故時，人體都會被電擊一下并且立即擺脫漏電設備。所以照明回路是不需要設置漏保的，否則容易造成漏保的濫用。

然而值得一提的是，由于很多固定設備如冰箱、洗衣機等都是由插座供電的。鑒于民用或工業用電時不規范，有時用戶可能會用冰箱、洗衣機等插座接手持式用電設備如小型電鉆。故出于此種原因，在工業與民用的照明和插座的配電箱系統圖繪制中，為了避免用電不規范給人身帶來的傷害，因此對插座回路加裝保護人身安全的漏保附件是有必要的。

綜上，在繪制系統圖時，照明回路（除考慮火災漏電保護）無需設置漏電保護器，而插座回路（無論是給固定設備還是手持設備供電的回路）均需設置漏電保護器。

2 誤區2：系統圖饋線回路中BV 和BVR 濫用

在工程設計中，經常會出現BV 線和BVR 線的濫用。前者是絕緣硬銅線，后者為絕緣軟銅線。這兩種線的名稱和特征都比較相似，故在工程設計中經常會有設計者搞不清在繪制系統圖時饋線回路該用什么線。

首先這里闡述下兩種線型的特點。對于小截面的BV 線而言，一般都是由一根銅芯構成，銅芯較粗，用以承載回路中的電流，正因為是由單根銅芯組成，所以此類線一般較硬，不太利于施工，尤其大截面的BV線更不容易壓接，但是此類線也有其優點，比如價格相對比較便宜，小截面BV 線接線處更加可靠。而BVR是由多根軟銅線組成的，其特點就是線型軟，方便穿管和施工，但是它也有缺點，如價格相對較貴，且非專業人員在壓接BVR 時會出現壓接不可靠等情況，而壓接不可靠可能會導致接線處容易被燒壞，影響用電安全。

基于兩種線型的特點，在實際的系統圖繪制過程中，我們一般會在小回路用電設備如照明、插座等采用BV 線，因為本身回路較小，所需要的BV 線截面也較小，不會因為線太硬導致施工不便等問題，同時小回路采用BV 線在接線時更加牢靠，無需做專業的接線端子[3]。

那么BVR 線用在什么場合呢？一般工業和民用設計中，經常會出現防靜電跨接等設計，此類設計是為了防止金屬外殼用電設備或者金屬管道產生電火花而采取的安全措施。當管道或者設備金屬外殼有靜電電荷積聚時，通過接地導線將此類電荷引入大地，杜絕安全隱患。在防靜電接地中采用的跨接線或接地導體因為需要大截面的導體，故一般采用BVR。此時如果再采用BV 線，會因為大截面的BV 線不易彎曲而導致施工困難。

3 誤區3：系統圖中特殊電纜型式的誤用

電氣設計時，設計者通常會根據上游專業提供的用電負荷來進行設計，用電負荷需要明確負荷等級、容量大小等信息。設計者以上游專業提供的用電條件作為輸入做出合理的設計，比如選擇適配的電纜等。本文以常見的應急照明系統圖為例來闡述系統圖中電纜型式誤用的情況。一般應急照明回路用以給應急照明燈具（如指示燈、應急燈等）供電，此類負荷最大的特點就是要求電源可靠并且需由耐火電纜供電。為什么需采用耐火電纜，需要我們了解耐火電纜的特性。耐火電纜相較于普通電纜而言，它可以在火災時保持正常功能。當火災發生時，為了人員可以安全逃生，應急照明燈具需在事故發生時仍能正常點亮一段時間。如果此時采用普通的電纜供電，當火災發生時，饋線回路的電纜經火焰煅燒很快就會失去作用，無法保證人員安全有序地撤離。

在此類電纜的選擇中，設計者經常會出現以下誤區：（1）采用普通的阻燃電纜代替耐火電纜。阻燃電纜僅僅具有阻燃特性，而無法在火災下保持正常功能，它的側重點是要求電纜可以在規定的時間內熄滅，此類電纜的作用是為了防止火災的蔓延，從而影響其他用電設備或人員救援。（2）采用一般或阻燃電纜穿鋼管保護，將鋼管上刷防火涂料，誤認為可以達到耐火電纜的效果。此類做法也是不可行的，當火災產生的高溫通過鋼管傳遞給里面敷設的電纜時，電纜因無法承受高溫而失去作用。（3）對于要求阻燃且耐火的場所，僅選用普通的耐火電纜。設計者要注意到一般的有機型耐火電纜并不一定能組織火焰燃燒，當場所對于供電線路有阻燃耐火特殊要求時，設計者應采用阻燃耐火電纜（ZAN）或無機型耐火電纜（如礦物絕緣電纜）。配電系統圖中只有合理地選擇電纜型號，才能為電氣安全保駕護航[4]。

4 誤區4：電纜、開關與回路計算電流不匹配

低壓配電系統設計是非常復雜的，存在著這樣那樣的配合，如開關和電流相配合、上下級開關之間配合等，科學合理地實現它們之間的配合不僅可以為建設方節約成本，還可以杜絕各種隱患。在配電箱系統圖中就存在很多這樣的配合，其中以電纜、斷路器和回路計算電流配合最為常見。各元器件的相互配合尤為重要，否則會引發一系列的故障。比如電纜和斷路器沒配合好，那么當回路發生故障，電纜已經過載很久，但是斷路器依然未可靠動作，導致電纜燒毀引發火災。再比如斷路器和計算電流沒配合好，導致一合斷路器就發生過負荷跳閘事故。

因此，做好電纜、斷路器和回路計算電流的配合至關重要。這里將詳細地闡述配合的基本原則。首先對電纜進行說明，當一個電纜的型號和截面固定時，那么它的額定載流量也會隨之確定，如2.5mm2電纜在標準環境下的額定載流量約為27A，回路中實際的負荷電流不可以超過電纜本身載流量。值得注意的是，電纜的額定載流量是在標準環境下測量得到的，它實際的允許載流量還要根據環境溫度、敷設方式等進行折算，如2.5mm2的電纜穿管敷設，載流量需進行校正，一般校正系數可取0.8，極度惡劣的環境下可取更低的校正系數。其次對回路計算電流進行說明，回路中計算電流一般是根據所接負荷容量和電壓等級決定的，在電氣設計中負荷電流的計算可以參考《電力工程設計手冊》表7-2 進行計算。此外，設計者需要注意為以后的擴容做準備，如某廠房目前接入燈具為2kW負荷，但是考慮后期要擴大廠房的規模，后續還會在同一照明增加照明用電負荷，那么遠期的這些負荷我們也要考慮進去。否則在未來廠房擴容時，可能會因為增加的用電負荷過大而導致整個供電回路的電纜和開關容量過小而更換。以上闡述了電纜、回路計算電流在設計時的要點，那么電纜、斷路器和回路計算電流的配合原則為：電纜安全載流量（考慮環境校正后）≥斷路器的額定電流＞回路的計算電流（考慮遠期規劃）。只有遵循這個配合原則，才能保證配電回路的可靠運行。當回路中發生過載時，斷路器會檢測到負荷電流過大，在電纜尚未因為過載而導致燒毀之前，斷路器會可靠動作，切斷用電負荷，保護此回線路上的電纜和用電設備。

5 誤區5：系統圖中照明、插座回路采用鋁芯電纜

一些設計者在對照明、插座配電系統圖繪制的時候，饋線回路采用鋁芯電纜。而依據《工業與民用供配電設計手冊》第四版第九章導體選擇中：照明、插座等分支回路應采用銅導體。鋁芯電纜相對于銅芯電纜來說，其有一定的優勢，如價格低廉、質量輕等。但是在低壓電氣設計中，鋁芯電纜的缺點更為明顯，這些缺點和鋁本身的特性息息相關。第一，鋁線容易被氧化形成氧化膜，而氧化膜有很高的電阻率，如果接頭處處理不好，高電阻率更容易導致發熱。第二，鋁相對銅來說有更高的膨脹系數。鋁的膨脹系數是銅的1.5 倍，而高的膨脹系數意味著同樣的熱量，鋁膨脹的體積更大，當用電回路中有電流流過時，鋁線會因為電流產生的熱量而膨脹，接頭處會因為膨脹的原因相互擠壓，而當回路斷電時，鋁線會逐漸冷卻至原狀，導致接頭處出現空隙，加大了與空氣的接觸概率，考慮到鋁的易氧化特性，進而進入惡性循環，引發火災。第三，鋁芯很容易被氯化氫所腐蝕。在日常的工程設計中，聚氯乙烯絕緣的電纜經常被設計院采用，為了防止氯化氫的分解，這類電纜的聚氯乙烯絕緣層中會添加一種穩定劑用于抑制分解。而當線路發生過載或溫度過高時，穩定劑將失去作用，那么電纜會釋放出少量的氯化氫腐蝕鋁。從鋁芯電纜的這些特性可以看出鋁電纜不如銅電纜可靠，鋁的安裝工藝和維護條件要求較高，而一般的場合如建筑物內的照明、插座等可能會被非專業人員所觸及，所以在實際設計過程中，對于一些可靠性要求高或者非專業人員容易觸及的回路應選用銅芯電纜。

值得注意的是，鋁芯電纜并非禁止使用，其應用場合也非常廣泛，如工地的臨時用電回路，考慮到項目結束臨電線路會被拆除等成本問題，經常會使用鋁芯電纜；又比如高壓輸電線路中的架空線，這類導體就采用鋁芯作為電流的載體，因為鋁芯本身質量輕，對桿塔的荷載要求相對更低，此外采用鋁芯（鋼芯鋁絞線等）工程成本也會更低。

6 誤區6：照明配電系統圖中進線電纜采用3+2 的形式

筆者發現一些設計師在對照明配電箱系統圖繪制時，會因為成本原因采用3+2 型式的電纜作用照明配電箱的進線電纜。目前無論是民用還是工業建筑，LED 燈的應用范圍非常廣泛，它以其高效率和高光通量的特點在諸多種類的燈具中脫穎而出。經實驗測試可得，同功率的LED 燈發出的光通量是白熾燈光通量的10 倍[5]。所以現在很多建筑、廠房等均采用LED燈作為照明燈具，也符合國家節能環保的要求。但是LED 燈不同于白熾燈，它屬于感性元器件，在正常運行過程中容易形成諧波。而諧波對電力系統是有危害的，單從配電箱系統圖上考慮，當饋線回路給LED 燈具供電時，LED 燈具產生的諧波會通過電纜的中性點疊加流過系統電源側。當諧波電流足夠大的時候，在中性線匯流的諧波數值可能會超過基波的數值，也就是說此時中性線流過的電流可能會超過相線電流。此時如果采用3+2 的電纜，如采用3×50+2×25mm2的電纜，相線截面為50mm2，中性線截面為25mm2，而流過相線的實際電流卻小于流過中性線的實際電流，這樣會導致中性線上發生過載，饋線回路斷路器會跳閘而引起斷電，故電纜應選擇4×50+1×25mm2（即4+1 的電纜型式）的規格。

綜合上述原因，可以總結出當回路中可能會出現較大的不平衡電流或諧波電流時，中性線截面的選擇不宜小于相線截面，否則容易出現中性線過載的現象。

7 結語

本文以工程設計中最常見的配電箱系統圖繪制為入手點，對系統圖中容易出現的誤區進行補充說明，闡述了諸如電纜材質選型、電纜或導線型號選擇及電纜、斷路器和計算電流配合等問題，提醒設計者在工程設計時重視設計質量和原則問題，可以有效地杜絕工程設計中容易被人忽視的隱患，保證供電安全，進而有效地保證人們的人身和財產安全。