电缆的选择内容包括两方面:一是确定其结构、型号、使用环境和敷设方式等;二是选择导线和电缆的截面。
以下,本文简要梳理之。
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2、 电缆类型的选择2.1 电缆导体材料的选择
用作电缆的导体材料,通常有铜和铝两种。铜材在导电率、载流量、机械性能、延展性及加工和安装上与铝材相比都具有优势。铝材尤其在连接性能上有着天然的劣势,在做电缆接头的时候,很容易快速产生氧化铝,导致在连接过程中产生虚接,从而引起接触电阻加大及电缆接头部位发热等问题。在配电设计的电缆选型中,除了对铜有腐蚀而对铝腐蚀相对较轻的环境、氨压缩机房、架空输电线路和较大截面的中频线路四种情况外,绝大多数情况下都会选择铜材作为电缆的导体材料。
2.2 电缆芯数的选择
电缆芯数是由配电系统的系统制式决定的。35kV交流系统一般为三相系统,采用3芯或 3×1单芯电缆;6kV~10kV交流系统也为三相系统,常采用3芯电缆;1kV以下交流系统可分为单相二线制 、两相三线制 、三相三线制、 三相四线制四种,常用2~ 5芯电缆(主干电缆也可采用单芯电缆)。
2.3 电缆绝缘水平的选择
3kV~35kV系统一般采用中性点不接地或者经高阻抗接地系统,其单相接地故障会持续较长时间,在系统运行中时常发生绝缘击穿故障,所以必须选用比相电压U0高一档的电压等级,即第Ⅱ类U0。比如在10kV系统中,应该选择电缆的额定电压为8.7kV/10kV,而不能选择6kV/10kV。220V/380V系统,在《低压配电设计规范》第5.2.5条文说明中明确规定对于单相接地故障的切断时间不应大于5s,所以可以选择第Ⅰ类U0。
2.4 绝缘材料的选择
最常见的绝缘材料是聚氯乙烯和交联聚乙烯两种。由于交联聚乙烯比聚氯乙烯有着更高的长期允许工作温度、短路热稳定允许温度、同等截面积下更高的载流量,而且交联聚乙烯不含卤素更符合环保化趋势,所以在两种材料价格逐渐缩小的情况下,应优先选择交联聚乙烯绝缘电缆。需特别指出在以下四种情况下,不宜选择聚氯乙烯绝缘电缆:
1) 60℃以上的高温场所;
2) 6kV及以上配电系统;
3) -15℃以下低温环境;
4) 对防火有低毒性要求的场所。
2.5 电缆护层类型选择
电缆外护层的选择与电缆的敷设方式及环境条件有直接的关系。1kV及以下低压常有的绝缘电线有以下几种:聚氯乙烯绝缘电线、聚氯乙烯绝缘软线、橡皮绝缘电线、电力和照明用聚氯乙烯绝缘软线等。6~35kV交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆,介质损耗低,性能优良,结构简单,制造方便,外径小,质量轻,载流量大,敷设方便,不受高差限制,耐腐蚀,做终端和中间接头较简便,因而被广泛采用。
此外,还应根据敷设场所的要求确定采用普通型、阻燃型或耐火型电缆。
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3 、电缆截面选择的原则为保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行,选择电缆截面时必须满足下列条件:
(1)按长期允许载流量选择电缆截面:
为了保证电缆的使用寿命,运行中的电缆导体温度不应超过导体绝缘所能承受的长期允许最高工作温度。
(2)校验其短路时的动、热稳定度:
电缆在通过正常最大负荷电流即计算电流时产生的发热温度,不应超过其正常运行时的最高允许温度(高压电缆要校验短路热稳定性;低压电缆,对非熔断器保护回路,当短路电流较大时,也需进行热稳定校验)。
(3)按电网允许电压降校验电缆截面 :
电缆在通过正常最大负荷电流即计算电流时产生的电压损耗,不应超过其正常运行时允许的电压损耗(对于工厂内较短的高压线路,可不进行电压损耗校验)。
(4)校验机械强度:
对于电缆,如不架空敷设,不必检验其机械强度,对于架空敷设时,需考虑具有足够的机械强度。
(5)按经济电流密度选择电缆截面:
35kV及以上的高压电缆及35kV以下的长距离、大电流电缆线路(例如较长的电源进线和电弧炉的短网等线路),其电缆截面宜按经济电流密度选择,以使线路的年运行费用支出最小(工厂内的10kV及以下线路,通常不按经济电流密度选择)。
(6)低压电缆应符合过负荷保护的要求:
TN系统中还应保证在接地故障时保护电器能断开电路。
电缆截面的选择和校验项目可参看下表:
电缆截面的选择和校验项目
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4 、电缆截面选择的具体方法4.1 持续允许载流量
按载流量选择截面是为保证电缆的实际工作温度不超过电缆绝缘所允许的长期工作温度,即电缆的载流量不应小于线路的工作电流。导体的允许载流量,不仅和导体的截面、散热条件有关,还与周围的环境温度有关,根据不同条件需对电缆的持续允许载流量进行以下修正:
(1)环境温度的修正
《电力工程电缆设计规范》(GB 50217-2018)附录C中,列出了部分电缆的持续允许载流量, 基准环境温度条件为:空气中敷设环境温度为40℃,埋地敷设环境温度25℃;在不同的环境温度敷设条件下,电缆允许的载流量尚应乘以相应的校正系数 K t: