公路隧道电力电缆设计探讨

乔梅梅 金 蕊

1 概述

在隧道供配电系统设计中，正确选择电缆截面，不仅能够保证供电系统安全、可靠、经济、合理地运行，而且对于节约有色金属消耗量也很重要。

一般导线和电缆的选择应满足下述要求:发热条件、电压损耗、经济电流密度和机械强度。以下就从这几个方面考虑，并根据供电特点的不同，将公路隧道电力电缆分为两类分别讨论，即高压电缆导线截面选择和低压电缆导线截面选择。

2 高压电缆导线截面的选择

电缆的截面越大，电能损耗就越小，但是线路投资，维修管理费用和有色金属消耗量相反地要增加。因此从经济方面考虑，导线和截面应选择一个比较合理的截面，即使电能损耗小，又不致过分增加线路投资、维修投资费用和有色金属消耗量。隧道高压供电线路，一般应按规定的经济电流密度选择导线和电缆的截面(见表1)。

经济截面与经济电流密度的关系式为:

其中，I30为线路的计算电流，A。

表1 我国规定的导线和电缆经济电流密度jec

3 低压电缆导线截面的选择

隧道中低压电缆主要包括风机配电电缆、照明配电电缆、监控配电电缆和消防设备配电电缆。在选择低压配电电缆时应首先按照线路电压损耗来选择，然后校验其机械强度和发热条件。

为使用电设备正常运行和有合理的使用寿命，选择电缆时应充分考虑用电设备对电压偏差的要求。对于隧道中的各种用电设备，无论是风机还是照明，规定允许电压偏差值均为±5%。

计算低压线路的电压损耗时，因三相线路的线间距离很近，导线截面小，电阻的作用大，因此可忽略不计电抗。这样，计算电压损耗时，只考虑线路电阻、功率和功率因数。

其中，ΔV%为允许电压损耗;P为负荷的功率(单相或三相)，kW;l为线路长度，m;S为导线或电缆截面，mm2;C为由电路的相数、额定电压及导线材料的电阻率等决定的常数，称为电压损耗计算常数，见表2。

表2 电压损耗计算常数

4 设计举例

下面以山西西陵井隧道为例，详细介绍隧道内高、低压电力电缆的合理选用。山西西陵井隧道左线长6545m，右线长6565m。全线在西陵井3号和6号行车横洞分别设置一处315kVA的箱式变电所，左线共设置有10台250kVA埋地式变压器，右线共设置有14台250kVA埋地式变压器，左线轴流风机房设置2台1600kVA变压器，右线轴流风机房设置2台2500kVA变压器。2台箱式变电所分别从隧道大、小桩号端变电所各引一路10kV电力电缆供电，左线和右线埋地式变压器分别从隧道大、小桩号端变电所供电。在隧道中间设置联络柜，当一路10kV发生故障时，由另一路10kV保证隧道内埋地式变压器的可靠供电。左线轴流风机和右线轴流风机房双路10kV电源分别引自隧道大、小桩号端变电所。

1)隧道高压电力电缆的选取。

左线轴流风机房变压器总容量3200kVA，右线轴流风机房变压器总容量为5000kVA，从隧道大、小桩号端变电所至风机房的高压电力电缆全部为电力电缆，因此左线轴流风机房电力电缆的计算如下式:

右线轴流风机房电力电缆的计算如下式:

由此可以确定，左线轴流风机房高压电力电缆截面为95，右线轴流风机房高压电力电缆截面为150。

同样根据上式方法可以确定隧道左线埋地式变压器高压电力电缆截面为95，右线埋地式变压器高压电力电缆截面为120。隧道内箱式变电所的电力电缆截面为25。

2)隧道低压电力电缆的选取。

隧道低压设备有隧道照明、监控、电伴热、检修插座等设备。因此本文仅以小桩号端右线照明电力电缆的选取为例，详细介绍隧道低压电力电缆的选择。

表3 隧道照明负荷和距离

隧道加强照明距离较短，负荷电流较大，应先按发热条件来选择截面，再校验其电压损耗和机械强度。而基本照明距离较长，应先按电压损耗条件来选择截面，然后再校验其他条件。隧道照明负荷和距离见表3。

加强照明1的负荷电流为63.8 A，加强照明2的负荷电流为51.6 A。

选型:经查电力电缆厂家提供的数据，NH-VV22-1kV 4×25电力电缆载流量为71 A，NH-VV22-1kV 4×16电力电缆载流量为54 A，因此，隧道加强照明1电力电缆选用25的电缆截面，隧道加强照明2电力电缆选用16的电缆截面。

校验:选取25的电缆截面后，右线加强照明1的电压损耗为:

右线加强照明2的电压损耗为:

因为隧道照明为均匀性分布负荷，在计算电压损耗时，将其分布负荷集中于分布线段的中点，按照集中负荷来计算。

右线基本照明1电力电缆直接按照允许电压降进线选型:

得出基本照明1的电力电缆截面为10。

5 结语

在隧道机电建设费用中，电力电缆无疑占了相当大的比重，合理选择电力电缆的截面，不仅在前期节约建设单位的投资成本，而且在后期可以有效的降低隧道的运营成本，隧道电力电缆的合理选取是隧道机电设计工作的一项重要工作，如何合理选取电力电缆必须引起设计人员的充分重视。

［1］李小明.影响电线电缆绝缘电阻测量值的主要因素分析［J］.山西建筑，2010，36(20):162-163.