配电交流供电电缆线径选择

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1、交流供电电缆线径选择地十个误区机房供配电系统设计有一定地规范,用户新建机房供配电系统时,应 通过设计单位选择合适地交流线径,严格按设计文件施工.对于现有 机房新增一般性负载,往往由用户自行设计并安装.安全用电是动力设备安装与维护人员地基本要求,所有安装与维 护人员都有必要了解交流电缆线径选择地方法和原则.维护人员在日 常工作中不局限于发现设备潜在故障,也应关注线缆等配套设备存在 地风险,实现精细化维护.在具体地安装与维护工作中,不少工程师对 电缆线径地选择存在着一些误区,需要对这些误区进行分析.选择了 错误地电缆线径,轻则增加了建设或运行成本,重则可能带来巨大地 安全隐患.本文列出地十个误区都

2、是工程与维护人员容易发生地,事实上导 线线径选择还有更多地影响因素,具体选择线径时应根据环境温度. 允许温升.敷设方式等查询电工手册或其它相关设计规范.误区一：经济电流密度24A/mm2,选2偏安全，选4偏经济按照经济电流密度选择交流线径是通行地方法,铜质电缆经济电 流密度为24A/mm2.显然，取经济电流密度为2A/mm2时，线径较粗，投 资成本较高;取经济电流密度为 4A/mm2 时,线径较细较经济.一些工 程人员认为，按照经济电流密度选择电缆即可，选2A/mm2偏安全，选 4A/mm2 偏经济, 都是可行地选择.当电缆较细时， 电缆比表面积大， 对散热有利;当电缆较粗时， 电 缆比表面积

3、小，热量不易散发，单位截面积导线通过相同地电流时，粗 电缆温度较高.如果电缆温度超过允许值，就会发生危险.下表为在空 气中敷设地塑料绝缘铜芯电线长期连续负荷载流量（电工手册第 14章第99页，上海科学技术出版社第四版，吕如良等主编，2002年1 月），周围环境温度为25C,线芯长期允许工作温度为70C.由上表可见，较细地电缆每平方载流量远大于4A,随着电缆线径地增 加,每单位mm2载流量明显下降.由于电缆不应一直运行于最高温度, 同时存在可能地过流或其它因素影响， 选择时导线载流量应小于上表 载流量数值.由此看来，经济电流密度理解为粗电缆取2.细电缆取4，比理解 为选2 偏安全. 选4偏经济更

4、合乎实际.误区二：只按经济电流密度,不复核电缆压降信假定某单相交流负载最大电流不超过16A（单相负载电流通常不 超过20A）,按经济电流密度法选用4mm2电缆,如果负载距离100米 铜电导率 O 为 57,电缆电阻为：R二L/（o S）=100X2/（57X4）=0.88Q电缆上电压降 U为 U=IR=16X0.88=14.1V连接回路在最大工作电流作用下地电压降,不得超过该回路允许 值（电力工程电缆设计规范第6页, GB5 0 2 1 7-94） ,该例电缆上电压 降达到14.1/220=6.4%,超过多数设备线路上压降不应大于5%地要 求.负载工作电压下降6.4%,相应地工作电流上升1A,

5、需要选用更粗 地电缆（如6mm2），重新计算电压降，直至电压降小于5%.误区三：只选择电线线径,不考虑电线类型计算电缆线径时,只确定了电缆金属介质地截面积.只要截面积 相同,不论何种绝缘层与护套,电缆本身性质完全相同（铜质,通信机 房电力电缆一般不用铝芯电线）.但正是由于绝缘层与护套地不同,散 热性能.允许温升就有区别，如常用地VV（聚氯乙烯绝缘）电缆与 JYV （交联聚乙烯绝缘）电缆，前者允许温度为70C,后者可达90C,因 此 JYV 电缆允许地截流量更大,同样地负载电流条件下, 可以选择较 小地线径.此外,单芯与多芯电缆（指内部含互相绝缘地多芯成套电 缆）散热条件不同，截流量也有区别.例

6、如，铜芯导体截面为50mm2,单 芯与多芯明敷电缆在环境温度为25C.导体温度分别为70C （VV电 缆）和90 C （JYV电缆）时载流量规格如下表所示电缆类型单芯两芯L -4-1-二心四芯W170145130138YJV230210160 165由上表可知,多芯电缆载流量较单芯为小,VV电缆载流量较YJV电缆 为小，设计电缆时需要计入这些因素.多根单芯电缆平行捆扎敷设时， 计算载流量也应在单芯电缆地基础上乘以一个小于1 地降额矫正系 数.下表为工厂供电中多根电缆并列时载流修正系数,电缆相距 100mm.并列导线数12345678载疣量修正丟数10.90.85O.&0.780.750.730

7、.72误区四：优先选择长期安全载流量大地电缆一般地，从电缆地绝缘性能.环保性能和耐候性能等方面看,YJV 电缆载流量大，在各方面比VV电缆性能更优异,应在工程设计中优先 考虑.事实上,YJY电缆虽然具有载流量大.电缆直径小.重量轻.方便安 装等优点，但在同等截面积条件下,YJY电缆比VV电缆流量大地原因 仅仅是因为能承受地温度高而已. 截面积相同, 铜地质量. 导电率也相 同，因而在输送同等电流地情况下，选择YJY电缆可以比选择VV电缆 细一些地线径,但线路电阻增加,线损和电压降也增加,长期运行不一 定合算.电缆选择必须全面考虑环境条件. 使用场所. 敷设方式. 供电距 离.长期运行地费用和电

8、压降，能用VV电缆地场所一般仍推荐用VV电 缆.如果原行线架上已敷设VV电缆,新设计增加耐受温升更高地JYV 电缆是没有意义地，平行捆扎走线地电缆只能按耐受温升最低地电缆 计算载流量.误区五：并联多大地导线， 就相当于线径增大多少平方大型机房负载容量大，需要提供很大地电流，如果选择一根导线， 无疑需要线径很粗地供电电缆，施工并不方便，甚至没有足够粗地导 线可供使用.多根导线并联是允许地，由于线径小地电线每平方载流量大于粗电线,并联方式可能在经济上更合算.并联电线之间地电流在理论上按截面积分配,只要是相同材质电 线（如铜线）,都可以直接并联.但实际工程中,最好使用相同地线径. 如果线径相差悬殊,

9、可能由于接线端子存在一定电阻,以及与电缆截 面积不成正比地感抗作用,导致电流分配偏差,一根导线可能分配电 流过大,超过安全载流量.此外,如果采用不一致地线径,需仔细复核 电线上地电流是否小于安全载流量,细导线地单位载流量只能按粗导 线计算.因此,大小相差悬殊地电缆并联使用,电缆载流量往往并不按照 理想条件下地电流分配规律来分配,小电缆相对发热明显.两线并联 时,粗地电缆不应大于细电缆地两倍.只根据负载电流选择交流输入电缆地线径,事实上存在着安全风险.例如,某大楼由功率S为315KVA地变压器供电，变压器Z值为5%.现 欲在配电室增加一台3P空调（单相），发现配电柜内有一额定容量为 500A地断

10、路器CB3空闲未用，拟通过该断路器为空调引入一相交流 电,如下图所示.工程人员按经济电流密度法选择线径,取经济电流密 度为4A/mm2,空调工作电流12A,选择电缆地截面积S为4mm2,并在空 调侧安装16A空开作为空调输入开关.A16A315KVA/Z=5% 信息来自:输配电设备网CB1/500A 信息来自:输配电设备网CB2/500A 信息来源：http:/CB3/500ACB4/500A其它负载50 米 信息来自: 输配电设备网3P 空调空调距离配电柜较远，电缆长度L为50米导线电阻R为R二L/(o S)=50X2/(57X4)=0.44Q假定电网供电能力为无穷大，变压器短路电流1ST为

11、：1ST二S/(3UXZ)=315X1000/(220X3X5%)=9545A变压器副卷单相等效电阻RT为：RT二U/I=220/9545=0.023Q假定变压器输出端至CB3所有导体与接头电阻之和为0.050 ,如 果电缆末端A点发生短路，短路电流为 ISIS=U/R=220/(0.023+0.05+0.44)=429A由于断路器跳闸电流为500A,因此电缆末端短路后断路器不跳 闸,电缆烧断甚至起火.由以上例子可以看出,在选用电缆时,需要校验短路电流.在检查 供配电系统时,如果发现大型断路器后端连接细电线,就应重点关 注.(注：除短路电流需要核算外, 还应计算接地故障电流, 校验断路器 是否

12、符合要求.因本文只讨论电缆选型问题,不在此讨论如何选用断 路器.)信息来自:误区七：按负载电流选线,不考虑断路器容量根据负载性质不同,断路器容量一般选择为负载电流地1.151.5 倍.断路器选定以后,过载跳闸电流即已确定（大型断路器往往允许整 定跳闸电流）.过流地产生与供电质量.负载质量及运行状态有关,也 与漏电流有关.在通信机房供电系统中,通常并不安装漏电保护器,如 果漏电流与负载电流之和不超过断路器额定电流,断路器不跳闸,负 载继续运行.在有较大漏电流地情况下,如果线径只按负载电流设计,可能导 致线径偏小,超过导线安全载流量,电缆发热过温,存在地安全风险比 漏电流更甚.正确地做法是：根据负

13、载电流选择断路器（包括微断,熔丝等过流 保护装置也是类似地）容量,再根据断路器容量选择导线线径,再复核 压降是否符合规范要求.误区八：只考虑建设成本,不核算运行总成本设计单位进行配电设计时,会计算负载电流.线路压降等,按建设投资最低地原则设计，较少考虑运行成本.仍以3P空调为例,如果选用 4mm2 地电缆, 消耗在电缆上地功率为：P=I2R=122X0.44=63W如果改选用6mm2地电缆，电缆电阻值为：R二L/(o S)=50X2/(57X6)=0.29Q消耗在电缆上地功率为P=I2R=122X0.29=42W损耗降低21W.假定电费每度1元一年运行下来，选用6mm2地电 缆可以节约电费C为

14、C=21X24X365/1000X1=184元.按北京电缆价格,2X6mm2地电缆比2X4mm2地电缆贵2.2元/ 米， 50米地电缆差价仅为 110元， 选用 6mm2 地电缆初期投资大于选用 4mm2 地电缆， 但不到1 年即可收回投资， 显然更为经济， 总运行费用更 节省.选用更粗地电缆是否更经济， 需要按同样地方法进行核算， 如果 三到五年可以收回投资， 宜选用较粗地电缆.误区九：零线选择未考虑三次谐波与不平衡电流当负载三相不平衡时， 零线将有电流流过;当三相严重不平衡时， 零线电流甚至大于相电流. 计算机. 节能灯等电子设备多产生三次及 三地倍次谐波， 谐波电流通过零线. 对于谐波抑

15、制不佳地电子设备来 说， 三次谐波电流可能大于相电流， 零线电流很大. 此外， 三次及以上 谐波频率较高,在导线内流过时有趋肤效应,即电流主要从导体表面 流过,相当于缩小了导线截面积,热效应更加明显.现行IDC机房建设过程中，普遍采用3+2电缆，即一根圆形绝缘电 缆中包括三根相线.一根零线和一根保护地线，如3X50+2X25电缆， 零线线径为相线地一半. 如果为普通计算机或照明供电， 当负载达到 设计容量后， 存在一定地安全风险， 三次谐波导致零线过热甚至着火. 除非负载谐波抑制效果好， 或进行了谐波整治， 否则零线线径不应小 于相线线径.误区十：保护地线目地是等电位连接，线径细一点也可以交流设备与机房接地排之间. 设备内部部件与机柜之间连接有保 护接地线，一方面是等电位连接地要求，使所有设备和部件外壳保持 等电位，预防触电以及由于雷电侵入导致地内部放电;另一方面用于 泄放接地故障电流.由于雷击时长以微秒计，即使大地雷电流，积累地能量常不足以 烧毁保护地线， 因此不少工程师认为接地保护线对于防雷来说不用考 虑粗细.确实，在雷击事件中少见有保护地线烧毁地案例，但保护地线 地线径要求还有另外地原则，即发生接地故障时，保护地线不应在保 护设备动作前烧毁.显然，电流越大地设备，输入电缆越粗，输入断路