IEC标准下电缆实际载流量的计算研究

何宏源，金 妮

(1.北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045；2.中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110016)

1 概述

针对上述问题，本文对IEC标准下动力电缆实际载流量计算进行深入分析。某项目中，根据业主的技术要求，在电缆选型上，主要有2个比较棘手的问题：第一，业主要求在主厂房零米和厂区采用电缆排管进行电缆敷设，其他楼层采用电缆桥架敷设，而常规做法采用电缆沟或者架空桥架，基本没有电缆排管的设计经验；第二，电缆选型计算要按照IEC标准执行，并提供相关计算书[1-2]。一般工程的做法是按照GB 50217—2007《电力工程电缆设计规范》中的要求，先考虑敷设环境和敷设方式，然后查表选择敷设系数，确定电缆载流量后，再进行合理的电缆选型。但经过对文献[3]和文献[4]进行分析后，发现IEC标准与GB标准对电缆敷设系数的要求存在差异。本文仅就低压动力电缆的选型进行分析。

2 电缆排管的技术分析

在国内外很多项目中，电缆排管应用较少，无论是设计还是施工，都比较复杂，因此，在工程应用中，电缆排管都不是首选。电缆排管的结构型式如图1所示。

图1 电缆排管的结构型式

本项目在与业主讨论的过程中提出了很多采用电缆排管设计存在很多不利因素：施工复杂；因散热不良导致电缆载流量大幅降低；电缆的敷设、检修和更换不方便；排管一旦施工完成，电缆孔的数量不能调节，因此需预留较多备用孔；无论从设计还是施工，造价都会提高。

但业主强烈要求采用电缆排管，主要原因如下：项目所在地雨季时间较长，采用电缆沟排水效果不好；电缆排管防火安全性高；节省占地空间。最后，为了满足业主要求，采用了电缆排管的设计方案。

3 IEC标准下电缆载流量的计算研究

3.1 基准载流量

本工程低压动力电缆选择1 kV、铜芯、XLPE绝缘、三芯电缆，根据IEC 60364-5，可以得到IEC标准下电缆在空气中的基准载流量。

在表1中，各截面电缆载流量的基本环境条件为导体，最高温度为90 ℃，环境温度为30 ℃。XLPE绝缘铜芯电缆的载流量见表1。

表1 XLPE绝缘铜芯电缆的载流量

3.2 修正系数的选择

3.2.1 温度的修正系数

根据IEC 60364-5，可以得到空气中敷设不同于基准温度为30 ℃时的载流量修正系数。电缆在空气中敷设时的温度修正系数见表2。

表2 电缆在空气中敷设时的温度修正系数

根据IEC 60364-5,可以得到土壤中敷设不同温度下的载流量修正系数。电缆在土壤中直埋和穿管敷设时的温度修正系数见表3。

表3 电缆在土壤中直埋和穿管敷设时的温度修正系数

3.2.2 土壤热阻的修正系数

当电缆直埋地中或土壤中穿管敷设时，根据IEC 60364-5，可以得到不同土壤热阻的载流量修正系数[5]。电缆在土壤中直埋和穿管敷设时的土壤热阻修正系数见表4。

表4 电缆在土壤中直埋和穿管敷设时的土壤热阻修正系数

3.2.3 敷设方式的修正系数

a.敷设在桥架中

根据IEC 60364-5，可以得到电缆敷设在梯形桥架中的修正系数。电缆在桥架中敷设时的修正系数见表5。

表5 电缆在桥架中敷设时的修正系数

应注意，在表5中，各修正系数选择的基本条件为电缆类型和导体尺寸的平均值，值的变化范围一般不大于5%。表5中的值应用于单层电缆敷设，而不用于电缆层叠敷设，因为这种安装方式的平均值将显著降低。

该条不同于GB 50127—2018《电力工程电缆设计规范》，在该规范附录中，给出了在单层电缆桥架中敷设多层电缆的修正系数，见表6。因此在实际工程中，可参考使用。如在IEC标准基础上，若每层桥架上布置2层电缆，可再考虑0.8的修正系数。

在表6中，电缆桥架层间间距为300 mm，桥架和墙的间距至少为20 mm。对于更近的距离，数值将降低。电缆桥架水平间距为225 mm，桥架背靠背安装。对于更近的距离，数值将降低。

表6 电缆在单层桥架中叠置敷设时的修正系数

b.敷设在电缆排管中

根据IEC 60364-5，可以得到电缆敷设在电缆排管中的修正系数，见表7。

表7 电缆在排管中敷设时的修正系数

c.直埋在土壤中敷设

根据IEC 60364-5，可以得到电缆直埋在土壤中的修正系数，见表8。

表8 电缆在直埋敷设时的修正系数

3.2.4 电缆埋深的修正系数

根据IEC 60520-2，当电缆在排管或直埋地中敷设时，还应考虑到电缆埋深不同于0.8 m时的修正系数。电缆在埋地管中不同埋深的修正系数见表9。

表9 电缆在埋地管中不同埋深的修正系数

4 结论

本工程低压厂用工作段布置在控制楼3层，去往各辅助车间的电缆需经过集控楼内的架空桥架，然后在主厂房零米采用电缆排管送至各用电负荷。电缆载流量各修正系数的选择如下。

a.架空桥架内

温度修正系数为0.91(厂房内温度按40 ℃考虑)；桥架内敷设系数为0.7×0.8(考虑电缆接触敷设，3层桥架，每层桥架内布置18根电缆，分2层敷设)；总修正系数为0.51，若采用3×95电缆，根据IEC标准，电缆实际载流量为152 A。

b.电缆排管内

温度修正系数为1(土壤中温度按20 ℃考虑)；土壤热阻修正系数为1(土壤热阻按2.5 K·m/W考虑)；排管内敷设修正系数为0.66(考虑电缆排管中心距250 mm，16根排管)；电缆埋深修正系数为0.96(考虑电缆排管中低压动力电缆埋深为1.5 m)；总修正系数为0.634，若采用3×95电缆，根据表1，电缆实际载流量为189 A；经比较，3×95电缆的实际载流量按最严重情况为152 A。

c.IEC和GB标准对比

经过上述分析，GB标准和IEC标准在设计理念上基本一致，但IEC标准在具体细节上更加详细，主要表现在IEC标准考虑了电缆埋深的修正系数，而GB标准没有对该情况进行分析；IEC标准详细列出了电缆排管敷设的修正系数，而GB标准没有对该情况进行分析；在电缆桥架敷设时，IEC标准考虑了电缆桥架在层间间距为300 mm、水平间距为225 mm时，也要考虑一定的修正系数，而GB标准只是考虑了电缆布置在单层桥架上，层叠敷设时的修正系数。

在电缆选型上，GB标准和IEC标准相差不大，但是若基于GB标准进行设计，不论是图纸，还是计算书，提交给业主后，都无法通过最终审查，说服国外业主采用GB标准进行设计也不现实。因此，在国外工程设计中，设计人员要深入了解IEC标准，才能得到国外业主的认可。

本文通过对IEC标准中电缆载流量修正系数的研究，给出了IEC标准下电缆实际载流量的计算方法，为今后的国际项目进行电缆选型提供借鉴。