配电交流供电电缆线径选择

1、交流供电电缆线径选择的十个误区机房供配电系统设计有一定的规范， 用户新建机房供配电系统时，应通过设计单位选择合适 的交流线径，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的基本要求，所有安装与维护人员都有必要了解交流电缆线径选择的方法和原则。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的风险，实现精细化维护。在具体的安装与维护工作中，不少工程师对电缆线径的选择存在着一些误区，需要对这些误区进行分析。选择了错误的电缆线径，轻则增加了建设或运行成本，重则可能带来巨大的安全隐患。本文列出的十个误区都是工程

2、与维护人员容易发生的，事实上导线线径选择还有更多的影响因素，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的方法，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，都是可行的选择。当电缆较细时，电缆比表面积大，对散热有利；当电缆较粗时，电缆比表面积小，热量不易散发，

3、单位截面积导线通过相同的电流时，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的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25 C,线芯长期允许工作温度为70 c。线役(mm2 )12.54610162550120150185安全截流量2034455685113146225400450505每mm工电流2013.611259,338,57.065.844.53.3332.73由上表可见，较细的电缆每平方载流量远大于4A,随着电缆线径的增加，每单位 mm2载流量明显下降。由于电缆

4、不应一直运行于最高温度，同时存在可能的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，铜电导率为57,电缆电阻为：R=L/（ d S）=100 X 2/（57 X 4）=0.88 Q电缆上电压降 AU为AU=IR=16X 0.88=14.1V连接回路在最大工作电流作用下的电压降，不得超过该回路允许值（电力工程电缆设计规范

5、第6页，GB50217-94）,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%的要求。负载工作电压下降6.4% ,相应的工作电流上升 1A,需要选用更粗的电缆（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的截面积。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的不同，散热性能、允许温升就有区别，如常用的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 70 C,后者可达90

6、 C,因此JYV电缆允许的 截流量更大，同样的负载电流条件下，可以选择较小的线径。此外，单芯与多芯电缆（指内部含互相绝缘的多芯成套电缆 ）散热条件不同，截流量也有区别。例如，铜芯导体截面为 50mm2 ,单芯与多芯明敷电缆在环境温度为25 C、导体温度分别为 70 c （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二芯四芯W170145130138YJV230210160165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的基础上乘以一个小于1的降额矫正系数。下表

7、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123458载流量修正系数10.90-850+80+780.750.730.72误区四：优先选择长期安全载流量大的电缆一般地，从电缆的绝缘性能、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电缆流量大的原因仅仅是因为能承受的温度高而已。截面 积相同，铜的质量、导电率也相同，因而在输送同等电流的情况下，选择 YJY电缆可以比 选择 VV 电缆细一些的线径

8、，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、长期运行的费用和电压降，能用VV 电缆的场所一般仍推荐用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的 JYV电缆是没有意义的，平行捆扎走线的电缆只能按耐受温升最 低的电缆计算载流量。误区五：并联多大的导线，就相当于线径增大多少平方大型机房负载容量大，需要提供很大的电流，如果选择一根导线，无疑需要线径很粗的供电电缆，施工并不方便，甚至没有足够粗的导线可供使用。多根导线并联是允许的，由于线径小的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

9、之间的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，最好使用相同的线径。如果线径相差悬殊，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的感抗作用，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，如果采用不一致的线径，需仔细复核电线上的电流是否小于安全载流量，细导线的单位载流量只能按粗导线计算。因此， 大小相差悬殊的电缆并联使用，电缆载流量往往并不按照理想条件下的电流分配规律来分配，小电缆相对发热明显。两线并联时，粗的电缆不应大于细电缆的两倍。只根据负载电流选择交流输入电缆的线径，事实上存在着安全风险。例如，某大楼由功率S为 3

10、15KVA 的变压器供电，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 的断路器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,选择电缆的截面积 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: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

11、L 为 50 米，导线电阻R 为R=L/( b S)=50 X 2/(57 X 4)=0.44 Q假定电网供电能力为无穷大，变压器短路电流IST 为：IST=S/(3U Z)=315 >1000/(2203<X 5%)=9545A变压器副卷单相等效电阻RT为：RT=U/I=220/9545=0.023 Q假定变压器车出端至 CB3所有导体与接头电阻之和为0.05 ，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

12、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的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)。过流的产生与供电质量、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

13、较大漏电流的情况下，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，存在的安全风险比漏电流更甚。正确的做法是：根据负载电流选择断路器(包括微断，熔丝等过流保护装置也是类似的)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，不核算运行总成本线路压降等，按建设投资最低的原则设计，4mm2 的电缆，消耗在电缆上的功率为：设计单位进行配电设计时，会计算负载电流、较少考虑运行成本。仍以3P 空调为例，如果选用P=I2R=122X 0.44=63W如果改选用 6mm2的电缆，电缆电阻值为：R=L/( S)=50X 2/(57 X 6)=

14、0.29 Q消耗在电缆上的功率为 P=I2R=122X 0.29=42W损耗降低21W。假定电费每度1元，一年运行下来，选用6mm2的电缆可以节约电费C 为 C=21 X24 X365/1000 1=184 元。按北京电缆价格，2X6mm2的电缆比2X4mm2的电缆贵2.2元/米，50米的电缆差价 仅为 110 元，选用6mm2 的电缆初期投资大于选用4mm2 的电缆，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。选用更粗的电缆是否更经济，需要按同样的方法进行核算，如果三到五年可以收回投资，宜选用较粗的电缆。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

15、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的倍次谐波，谐波电流通过零线。对于谐波抑制不佳的电子设备来说，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+2X 25电缆，零线线径为相线的一半。如果为普通计算机或照明供电，当负载达到设计容量后，存在一定的安全风险，三次谐波导致零线过热甚至着火。除非负载谐波抑制效果

16、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：保护地线目的是等电位连接，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的要求，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的内部放电;另一方面用于泄放接地故障电流。由于雷击时长以微秒计，即使大的雷电流，积累的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的案例，但保护地线的线径要求还有另外的原则，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，电流越大的设备，输入电缆越粗，输入断路器容量越大，保护地线也越粗。因此规范规定，当相线线径大于35mm2 时，保护地线线径应取相线线径的一半，按规范进行供配电系统设计，能达