機房供配電系統設計有一定的規范,用戶新建機房供配電系統時,應通過設計單位選擇合適的交流線徑,嚴格按設計文件施工。對于現有機房新增一般性負載,往往由用戶自行設計并安裝。
安全用電是動力設備安裝與維護人員的基本要求,所有安裝與維護人員都有必要了解交流電纜線徑選擇的方法和原則。維護人員在日常工作中不局限于發現設備潛在故障,也應關注線纜等配套設備存在的風險,實現精細化維護。在具體的安裝與維護工作中,不少工程師對電纜線徑的選擇存在著一些誤區,需要對這些誤區進行分析。選擇了錯誤的電纜線徑,輕則增加了建設或運行成本,重則可能帶來巨大的安全隱患。
本文列出的十個誤區都是工程與維護人員容易發生的,事實上導線線徑選擇還有更多的影響因素,具體選擇線徑時應根據環境溫度、允許溫升、敷設方式等查詢電工手冊或其它相關設計規范。
誤區一:經濟電流密度2~4A/mm2,選2偏安全,選4偏經濟
按照經濟電流密度選擇交流線徑是通行的方法,銅質電纜經濟電流密度為2~4A/mm2。顯然,取經濟電流密度為2A/mm2時,線徑較粗,投資成本較高;取經濟電流密度為4A/mm2時,線徑較細較經濟。一些工程人員認為,按照經濟電流密度選擇電纜即可,選2A/mm2偏安全,選4A/mm2偏經濟,都是可行的選擇。
當電纜較細時,電纜比表面積大,對散熱有利;當電纜較粗時,電纜比表面積小,熱量不易散發,單位截面積導線通過相同的電流時,粗電纜溫度較高。如果電纜溫度超過允許值,就會發生危險。下表為在空氣中敷設的塑料絕緣銅芯電線長期連續負荷載流量(《電工手冊》第14章第99頁,上?茖W技術出版社第四版,呂如良等主編,2002年1月),周圍環境溫度為25℃,線芯長期允許工作溫度為70℃。
由上表可見,較細的電纜每平方載流量遠大于4A,隨著電纜線徑的增加,每單位mm2載流量明顯下降。由于電纜不應一直運行于最高溫度,同時存在可能的過流或其它因素影響,選擇時導線載流量應小于上表載流量數值。
由此看來,經濟電流密度理解為粗電纜取2、細電纜取4,比理解為選2偏安全、選4偏經濟更合乎實際。
誤區二:只按經濟電流密度,不復核電纜壓降信
假定某單相交流負載最大電流不超過16A(單相負載電流通常不超過20A),按經濟電流密度法選用4mm2電纜,如果負載距離100米,銅電導率σ為57,電纜電阻為:R=L/(σS)=100×2/(57×4)=0.88Ω
電纜上電壓降ΔU為ΔU=IR=16×0.88=14.1V
連接回路在最大工作電流作用下的電壓降,不得超過該回路允許值(《電力工程電纜設計規范》第6頁,GB50217-94),該例電纜上電壓降達到14.1/220=6.4%,超過多數設備線路上壓降不應大于5%的要求。負載工作電壓下降6.4%,相應的工作電流上升1A,需要選用更粗的電纜(如6mm2),重新計算電壓降,直至電壓降小于5%。
誤區三:只選擇電線線徑,不考慮電線類型
計算電纜線徑時,只確定了電纜金屬介質的截面積。只要截面積相同,不論何種絕緣層與護套,電纜本身性質完全相同(銅質,通信機房電力電纜一般不用鋁芯電線)。但正是由于絕緣層與護套的不同,散熱性能、允許溫升就有區別,如常用的VV(聚氯乙烯絕緣)電纜與JYV(交聯聚乙烯絕緣)電纜,前者允許溫度為70℃,后者可達90℃,因此JYV電纜允許的截流量更大,同樣的負載電流條件下,可以選擇較小的線徑。此外,單芯與多芯電纜(指內部含互相絕緣的多芯成套電纜)散熱條件不同,截流量也有區別。例如,銅芯導體截面為50mm2,單芯與多芯明敷電纜在環境溫度為25℃、導體溫度分別為70℃(VV電纜)和90℃(JYV電纜)時載流量規格如下表所示
由上表可知,多芯電纜載流量較單芯為小,VV電纜載流量較YJV電纜為小,設計電纜時需要計入這些因素。多根單芯電纜平行捆扎敷設時,計算載流量也應在單芯電纜的基礎上乘以一個小于1的降額矯正系數。下表為《工廠供電》中多根電纜并列時載流修正系數,電纜相距100mm。
誤區四:優先選擇長期安全載流量大的電纜
一般地,從電纜的絕緣性能、環保性能和耐候性能等方面看,YJV電纜載流量大,在各方面比VV電纜性能更優異,應在工程設計中優先考慮。
事實上,YJY電纜雖然具有載流量大、電纜直徑小、重量輕、方便安裝等優點,但在同等截面積條件下,YJY電纜比VV電纜流量大的原因僅僅是因為能承受的溫度高而已。截面積相同,銅的質量、導電率也相同,因而在輸送同等電流的情況下,選擇YJY電纜可以比選擇VV電纜細一些的線徑,但線路電阻增加,線損和電壓降也增加,長期運行不一定合算。
電纜選擇必須全面考慮環