路桥电气设计中电缆的选择计算

陈　凯

摘要：本文首先简介了电力电缆的一般选择与校验方法，接下来叙述了道路、桥梁电气设计中电缆选择的特点和计算思路，最后用“负荷电流矩”法举例说明了路桥电气设计中考虑电压损耗条件。选择相线电缆截面的过程。

关键词：道路桥梁电缆计算

一、前言

本文所述的电缆特指电力电缆。正确地选择电缆类型及电缆规格，是电气设备安全、可靠运行的前提和保障。和一般导线及架空线路相比，电缆的价格要高出数倍。合理地选择电缆、比选电缆通道走向及其敷设方式，在降低电气工程造价、节约有色金属等方面都具有十分重要的意义。

二、电缆选择的重要性与一般方法

电缆作为电能传输的通道，和架空线路相比，因其安全隐蔽、美观耐用、节约空间等优点，越来越广泛地使用于城市建设及各类交通工程中。简单的说，电缆是一种特殊的导线，在它几根(或单根)缠绕的绝缘导电芯线外面，统包有绝缘层和保护层。保护层又分内外两层，内层用以直接保护绝缘层，外层用以防止内层免受机械损伤和腐蚀。外护层通常为钢丝或钢带构成的钢铠，外覆沥青、麻料或塑料护套。

由于电力系统容量、电压、相数等因素的变化及敷设环境条件的不同，电力电缆产品的规格也是相当繁多的。随着电缆制造技术的进步，电力电缆继续朝着更高的电压等级、更大的传输容量的方向发展。电力电缆的分类方法有很多，常见的有按电压等级分类、按材料工艺分类、按使用环境及条件分类等。例如，可按电缆绝缘层材料不同，考虑使用电压等级因素，简单分类如下表：

电缆的选择，首先根据用途及使用条件，兼顾投资因素，确定具体的电缆类型，再根据电力负荷的大小、分布等因素确定电缆的规格。电缆的参数很多，在类型一定的情况下，主要是选择电缆的导体截面积，即确定电缆规格。电缆截面选择过大时，将增加有色金属的消耗量，显著增加线路造价；电缆截面选择过小时，在线路运行期间，将产生过大的电压损耗和电能损失，可使绝缘损坏，甚至引起火灾，不仅影响用电设备的正常使用，而且限制以后负荷的增加。因此，合理地选择电缆截面，对节约有色金属和减少建设费用，以及保证质量良好的电能供应，都具有重大的意义。

为了保证供电系统的安全、可靠、优质、经济地运行，选择导体截面时，除满足工作电压的要求外，一般还要满足发热条件：电流通过电缆时要产生电能损耗，使导体发热升温，严重时会损坏绝缘层甚至引起火灾。因此，电缆正常工作时的发热温度不能超过有关规定温度，或者说按发热条件选择三相线路中的相线截面时，应使其允许载流量Ial(allowable current-carrying capacity)不小于通过相线的计算电流I₃₀，即

I_al≥I₃₀

如果电缆敷设的环境温度与电缆允许载流量所采取的环境温度不同时，则电缆的允许载流量还应乘以温度校正系数

式中θ_al——导线正常工作时的最高允许温度；

θ₀线的允许载流量所采用的环境温度；

θ_v——电缆敷设地点实际的环境因素。

按照规定，选择电缆所用的实际环境温度：室外电缆沟，取当地最热月平均最高气温；室内电缆沟，取当地最热月平均最高气温加上5℃；电缆隧道，取当地最热月平均最高气温；土中直埋。取当地最热月平均气温。另外，对于铜芯导线，其允许载流量约为相同截面铝芯线的1.3倍。在相同的环境温度下，相同根数的电缆明敷、穿钢管、穿塑料管或埋地时的允许载流量也是不同的，在具体选择时应查阅有关设计手册。

三、电气设计中电缆选择的特点与常用方法

根据设计经验，高压线路及特大电流的低压线路，应先按规定的经济电流密度选择电缆的截面，以使线路的年运行费用接近最小，节约电能和有色金属，再校验其它条件。而对于一般低压照明线路，因其对电压水平要求较高，所以一般先按允许电压损耗条件来选择截面，然后校验其发热条件和机械强度。对于低压动力线路，因其负荷电流较大，所以先按发热条件来选择截面，再校验其电压损耗和机械强度。

一般情况下，路桥照明设施提供的照明水平是比较低的，人眼处于中介视觉状态，此时辨别物体不是通过两者之间的颜色差异来实现的，而是依靠物体与背景之间的亮度差异。以道路照明为例，无论单侧布灯、交错布灯、对称布灯还是中央布灯，桥梁上的道路照明负荷都是均匀分布的，在计算电压损耗时，可假设其分布负荷集中于分布线段的中点，按照集中负荷来计算。按照桥梁供电质量的要求，桥梁照明负荷线路末端电压应不小于额定电压的90％，不大于额定电压的105％；桥上动力负荷线路末端电压应不小于额定电压的90％；低压功率因数COSφ应在0.85以上。

四、结语

本文仅对电力电缆截面选择的常规方法作了简单的介绍，也仅针对具有理想计算条件的桥梁照明回路，举例说明了按照电压损耗条件选择电缆的过程。对于复杂环境、复杂条件下电缆的精确选择计算，还需在以后的工作和实践中进一步积累和归纳。

参考文献：

[1]建筑电气设计手册.北京：中国建筑工业出版社

[2]电力工程电气设计手册.北京：中国电力出版社