绿电供应链
赛尔电气
1 引言
根据工程建设的需要，1kV及以下三相供电回路，因工作电流较大、经济技术上有利等诸多因素，使电气设计人员常选用单芯电缆构成电力系统三相供电回路。但在施工图文件中，电气工程师往往只是标注所采用的单芯电缆规格型号，而总是忽视由于采用单芯电缆必须补充的相关安装、敷设要求。施工现场经常可以看到未按照相关要求敷设和安装的单芯电缆，单芯电缆的无序敷设，会造成供电系统的不正常运行，甚至发生事故。
因此，设计人员采用单芯电缆构成三相系统时，应对电缆型号、规格、安装敷设条件、敷设方式方法等技术要求有完整的了解。当采用有金属护层的单芯电缆时，应熟悉金属护层感应电势的相关规定和计算方法。本文就此作相关的探讨，对相关的标准和要求进行梳理，并与相关电缆厂家的技术人员进行沟通，整理成文，供同行参考。
2 0.6/1kV单芯电缆的优缺点
(1)电缆与柜、盘内终端连接时，由于可减免交叉，使电气安全间距较宽裕，改善了安装作业条件。
(2)长线路工程可减免电缆接头，增强运行可靠性。
(3)载流量较高，约增大10%，可降低截面选择，例如1kV聚氯乙烯绝缘铜电缆空气中敷设时单芯与三芯或四芯相比，可降低一挡选用。
(4)一旦电缆发生接地，难以发展至相间短路。
(5)容许弯曲半径较小，利于大截面电缆的敷设。
(6)单芯电缆重量较轻，安装时相应比较便利。例如YJY4×185+1×95电缆的重量是8143kg/km，而YJY1×185的电缆重量是1852kg/km。
(7)1kV单芯电缆构成三相系统电缆的价格比同规格4+1芯电缆的价格略贵。例如YJV4×185+1×95电缆价格为503元/m，YJV1×95电缆价格为72元/m，YJV1×185电缆的价格为119.6元/m。按照造价信息价格作全面比较，采用同规格单芯电缆与采用4+1芯电缆相比较，采用单芯电缆一次投资成本更高8%～10%，但是考虑降截面积选用的因素，两者的一次投基本持平。
(8)选用单芯电缆敷设在电缆桥架上时，会占用较大的空间。例如，YJY4×185+1×95电缆的外径是50.4mm，而YJY1×185的电缆外径是23mm，YJV1×95外径的电缆是17mm。
(9)单芯电缆的非金属电缆较低。例如，YJV1×185电缆的非金属含量为0.2978L/m，YJV1×95电缆的非金属含量为0.1679L/m，而YJV4×185+1×95电缆的非金属含量为2.0408L/m。按此例计算，选择单芯电缆与选择4+1电缆相比，非金属含量仅为66.5%，故在同一防火封堵通道内敷设时，单芯电缆的阻燃性能更加优越。
(10)选择单芯电缆时，应计算电压损失。单芯电缆的敷设有一定要求，单芯电缆构成三相系统时其与多芯电缆三相系统比较，电阻相同，感抗成倍增加，系统电压损失较大。较大的电压损失势必造成长期运行过程中能耗的增加，不利于节能。工程实践中，较多见的是单芯电缆在桥架内无序敷设，使单芯电缆构成的三相系统感抗更大，系统电压损失加剧，且不受控。1kV聚乙烯绝缘电缆电压损失如表1所示。
表1 1kV聚乙烯绝缘电缆电压损失
电缆导体截面/mm2 | 120 | 150 | 185 | 240 | 300 | |
单芯 | 0.100 | 0.088 | 0.078 | 0.069 | 0.062 | |
多芯 | 0.081 | 0.069 | 0.059 | 0.050 | -- | |
注：单芯水平排列电缆相互间中心距为电缆外径的2倍。
3 单芯电缆的选择
3.1 单芯电缆绝缘类型的选择
当明确需要与环境保护协调时，不得选用聚氯乙烯绝缘电缆;人员密集的公共设施，以及有低毒阻燃性防火要求的场所可选用交联聚乙烯绝缘电缆或矿物绝缘电缆;满足防火有低毒性要求时，不应选择聚氯乙烯电缆。
3.2 单芯电缆外护层的选择
应用在交流系统的单芯电力电缆护层的选择，当需要增强电缆抗外力时，应选用非磁性金属铠装层，不得选用未经非磁性有效处理的钢制铠装。曾有多个工程交流单芯电力电缆采用钢带活钢丝铠装，未达载流量就出现电缆过热甚至烧毁事故，因此判断钢带或钢丝铠装所作非磁性处理的实际效果不好，铠装层产生涡流、磁滞损耗并未抑制到预期程度。但如今技术难以实现，故对需要增强电缆抗外力的外护层，首先示明铠装层应采用非磁性金属材料，主要有铝合金等。例如广东某核电厂使用法国铝合金铠装单芯电缆，运行中没有过热现象，反映良好。此外，英国等单芯电力电缆也采用铝合金铠装。
在人员密集场所以及有低毒阻燃防火要求的场所，可选用聚乙烯等不含卤素的外护层。
3.3 单芯电缆选择应注意的问题
(1)单芯电缆选择时应注意，当由于供电容量较大，交流供电回路由多根电缆并联组成时，各电缆宜等长，并应采用相同材质、相同截面的导体;具有金属层的电缆，金属材质和构造截面也应相同。
(2)大电流负荷的供电回路，往往由多根单芯大截面电缆并联组成，运行时因电流分配不均，其中有电缆出现过热影响继续供电。并联各电缆的长度及导体、金属层截面均等，是使电流能均匀分配的必要条件，在应用单芯电缆时，各电缆的相序排列关系，也影响电流分配。故应以计算方式确定各电流分配的电流值，较为复杂繁琐。首次公布的IEC 60287-3-1：2002《多根单芯电缆并联电流分配及其金属层环流损耗的计算》标准，使按并联电缆的各导体阻抗、金属层均等的前提下，建立联立方程导出，其计算方法具有公认的可行性。需要指出的是，该计算方法从工程实际意义上已并不简单，可推论若不具有并联导体阻抗、金属层阻抗均等的条件，计算各电缆的电流分配必将更繁琐、复杂。
4 交流单芯电力电缆金属护层相关规定
4.1 感应电势的相关规定
单芯电缆在三相交流电网中，线芯电流产生的一部分磁通与金属套相连，使之产生感应电压。感应电压的值与电缆排列中心距和金属套平均半径之比的对数成正比，并与线芯的负荷电流、频率及电缆的长度成正比。在等边三角形排列的线路中，三相感应电压相等，在水平排列的线路中，边相的感应电压较中相的感应电压高。
交流单芯电力电缆线路的金属层上任一点非直接接地处的正常感应电势应符合以下要求：
(1)未采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时，不得大于50V。
(2)除以上情况外，不得大于300V。
4.2 接地方式的选择
交流系统单芯电力电缆金属层接地方式的选择应符合下列规定：
(1)线路不长，且能满足感应电势要求的情况下，应采取在线路一端或中央部位单点直接接地。
(2)线路很长且不能满足上述感应电势要求时，可采取在线路两端接地。单芯电缆金属套两端接地后，由于感应电压在金属套内产生循环电流，会造成护层损耗发热，降低电缆的输送容量。一般电缆的截面积越大，降低的输送容量也越大。1kV交联聚乙烯绝缘电缆空气中敷设时允许载流量如表2所示。
表2 1kV交联聚乙烯绝缘电缆空气中敷设时允许载流量
单芯电缆水平排列 | 电缆导体截面/mm2 | ||||
120 | 150 | 185 | 240 | 300 | |
单侧金属层接地 | 410 | 479 | 546 | 643 | 738 |
两侧金属层接地 | 351 | 392 | 438 | 502 | 552 |
注：水平排列电缆相互间中心距为电缆外径的2倍。
(3)除上述情况外的长线路，宜划分适当的单元，且在每个单元内按3个长度尽可能均等区域，应设置绝缘接头或实施电缆金属层的绝缘分隔，以交叉互联接地。
4.3 正常感应电势的计算
(1)交流系统中单芯电缆线路按通常排列情况下，在电缆金属层上任一点非直接接地处的正常感应电势值，可按下式计算。
(2)交流系统中单芯电缆线路按通常排列情况下，在电缆金属层上任一点非直接接地处的单位长度正常感应电势值计算如下：
当每根电缆相互间中心距均等时的配置，3根电缆直线并列时，边相电缆单位长度感应电势为：
以上是3根电缆直线并列时护层感应电压的计算，当采用其他排列方式时，可参考相关资料进行计算。
(3)举例：电缆导体正常工作电流500A，选用300mm2单芯电缆(铜护套)，电缆长度200m，每根电缆相互间中心距均等时的配置，3根电缆直线并列，电缆相邻之间中心距55mm(为2倍电缆外径)。经计算，得：
可见，电缆线路的正常感应电势最大值小于50V，满足规范的相关要求。在敷设过程中，可采取在线路一端或中央部位单点直接接地方式。
按上述计算方法计算、整理列表，如表3所示。
表3 单芯电缆按不同排列护层感应电压
电缆芯相别 | 感应电压/V | ||
OL1
| |||
公网安备:11010802022346号