现在网络上有很多低压电气讲课的视频,但出现很多错误,尤其是在电线电缆的载流量选择方面,看了许多工程项目,这个问题也存在,即便是不少电气事故的报告,此问题也往往被忽视。下面就来谈谈这个问题。
一、过负荷保护要求
说到电线电缆的载流量就不得不提到低压配电线路的过负荷保护,因为电线电缆的载流量要满足配电线路的过负荷保护要求,就是要求在过负荷电流引起的电线电缆温度升高对电线电缆的绝缘、接头、端子或电线电缆周围的物质造成损害之前切断电源。
过负荷保护要符合下面的公式要求:

式中:(IB)——电气回路的计算电流(A);
(In)——熔断器熔体额定电流,断路器额定电流或整定电流(A);
(Iz)——导体允许持续载流量(A);
(I2)——保证保护电器可靠动作的电流(A);当保护电器为断路器时,\(I_z\)为约定时间内的约定动作电流;当为熔断器时,\(I_z\)为约定时间内的约定熔断电流。
图1可以清晰地说明过负荷保护的两个条件及其关系。

过负荷保护电器包括断路器和熔断器,它们应装设在配电回路首端即电线电缆的电源侧。
二、选择的电线电缆的载流量不能满足过负荷保护
只要是满足上文公式(1)就可以认为满足过负荷保护要求,但实际上很多人选择的电线电缆的载流量是有问题的,并不能满足过负荷保护要求却不自知,究其根源是对电线电缆载流量该依据什么并不知道。有人选择电线电缆载流量依据是手册或标准图集,像《工业与民用供配电系统设计手册》或标准图19DX101-1《建筑电气常用数据》,而手册和标准图集所依据是从IEC/TC64标准转化过来国家标准GB/T16895.6-2014《低压电气装置第5-52部分:电气设备的选择和安装布线系统》(以下简称《载流量标准》)手册和标准图集进行了一定修改,但修改的原理很多人并不清楚,造成理解错误从而应用错误。下面分别具体阐述。
1.单回路电线电缆
在这方面错误的多是装修公司的电气人员、工地施工工及维修电工,他们对电线电缆的知识从已淘汰的书本上获得或师傅教的,电线电缆根数不同,不同绝缘的电线电缆以及同材质电线电缆在不同敷设方式下,载流量是不一样的,然而很多人却不清楚。下面通过网络上流传甚广的一张某电缆厂提供的聚氯乙烯电线载流量表来解决其存在的错误。
1)根据《载流量标准》的规定,固定敷设配电线路的导体最小截面:铜导体1.5mm²,铝导体是10mm²,而电缆产品标准GB/T3956规定铝导体最小截面就是10mm²。由此表中截面积60mm²及以下的铝线和1mm²的铜线都不应该使用。
2)在表1中,提到的是聚氯乙烯电线,简称BV,另外在此基础上绝缘加入尼龙材料的则是聚氯乙烯护套线BVN,则具有更好的电气性能和环保性能,虽然BVN散热能力比BV强,同样条件下载流量值应该更高些,但属于绝缘材料相同,标准还是按照同一载流量的规定执行。不过还有另外一种绝缘材料交联聚乙烯电线,简称BVJ,在同样条件下其载流量值比BV高。电线电缆在穿管明敷、穿管暗敷等不同敷设方式,载流量都是不一样,《载流量标准》有体现。为方便起见,仅仅列举了单相时的载流量,详见表2。
通过表1和表2的对比后发现,同样条件下的电线,网络上的载流量比《载流量标准》的数值大很多,因此网络上看到断路器63A与单相BV-3X10mm²配套,他们认为电线的载流量按75A,在住宅装修领域表现得特别明显,然而这是不满足过负荷保护要求,带来事故隐患。

前阶段,参加了住宅电气安全科普活动,为了方便广大群众的理解和使用,做了保护电器与电线穿管暗敷时载流量配合表,参见表3。

由于导线穿管明敷散热比暗敷的好,只要满足暗敷时的载流量,那明敷也能满足。
2.多回路电缆集中敷设
槽盒和带盖无孔托盘属于同类型,但两者依据的标准不同,荷载不同,槽盒只能敷设导线,带盖无孔托盘则是敷设电缆和导线的。
在很多工程中,多回路电缆集中敷设时的载流量选择存在问题。由于电缆在不同敷设方式是否封闭及散热,其基础载流量就是不同的,另外多回路电缆敷设在不同散热敷设方式的成束降低系数不同,如果不认真地辨别、选用,可能造成最终的载流量不能满足过负荷保护要求。
《载流量标准》中规定了多回路电缆的不同敷设方式,其图例和在《载流量标准》对应载流量位置见表4。

根据《载流量标准》,电缆敷设在不同散热敷设方式的基本载流量是不同的,以三相无缝装多少支联聚乙烯铜芯电缆为例,各敷设方式载流量对比如表5所示。
多回路在封闭敷设方式时成束降低系数的选用过大是载流量选择错误的关键所在。在实际工程中,对多回路电缆敷设在封闭敷设方式内如槽盒,对成束降低系数往往取0.7。通过交流后了解到,选用成束降低系数0.7,理由是多于9个回路或9根多芯电缆不再减少降低系数,经查《载流量标准》表B.52.17,这是按多回路或多根多芯电缆单层敷设在敞开的无孔托盘上选用的降低系数,而对于封闭敷设方式时其数值要小得多,具体见表6。

需要说明的是,如果相邻电缆水平间距超过了2倍电缆外径时,则不需要降低系数。
为了更好对比多回路铜芯多芯电缆不同布线方式载流量的不同,在不考虑环境温度等其他因素的前提下,以9个三相回路铜芯多芯电缆布线方式不同进行比较,具体见表7。

从上表可知同样截面的电缆在不同布线方式下,其最终载流量是不同的,相互之间相差最小为10%,最大甚至相差1倍,如果没有正确选择,这样选用的电缆载流量会小于防护电器的额定电流,达不到配电线路过负荷防护的要求,保护电器也就无法保护电缆,从而造成绝缘损坏,引发短路、接地故障等事故。
三、同等条件下的铝合金电缆的载流量并不高于铝芯电缆
2008年北京奥运会以后,在北美应用以AA8000牌号为主的铝合金电缆产品被引入国内,由于当时期货市场物价高而价格低,使得建筑低压配电中采用铝合金电缆来替换钢芯电缆降低工程造价。由于铝合金的利润高,国内电缆电缆企业纷纷加入生产行列,然而却出现这样一种宣传,现在在网络上依然还可以查到:铝合金因为加入铜、镁、硅等合金元素,在相同截面和敷设条件下,铝合金电缆的载流量普遍高于铝芯电缆,铝合金电缆的载流量可达到铜电缆的约79%,而铝芯电缆则通常只能达到铜的约60%左右。
感觉从逻辑上说不通。就导电率而言,常用的铜比铝好。铝合金电缆是在铝基础上加入合金元素,因为加入的多种合金元素,而这些合金元素导电率远不如铝,加入之后,导电率应该低于铝才对,在同等条件下其载流量怎么会比铝芯电缆更高呢?
经过查询相关标准,得到铜导线、铝导体和最好的8000系列铝合金导体的导电性能指标,进行对比。参见表8。

国际上以退火软铜的导电率作为100%IACS(国际退火铜标准)基准,纯铝导体的导电率约为61%-62.5%IACS。这意味着它的导电能力是铜的61%,而铝合金导体(以常用的8000系列铝合金为例),通过添加稀土等元素进行优化后,其导电率通常略低于或非常接近纯铝,一般在59.5%-61%IACS。导体的导电率由高向低的排序为:铜>铝>铝合金,从导电率这个根本性来看,铝合金并没有比纯铝更具优势。因此,在相同的截面积、相同的敷设条件下(如温度、环境、套管等),它们的理论载流量计算值几乎是相同的。《载流量标准》也并没有铝合金电缆的载流量,将其视作铝电缆看待。如果认为同等条件下的铝合金电缆的载流量远高于铝芯电缆的话,并按此选择铝合金电缆作为配电线路导体的话,最终会导致配电线路载流量不能满足过负荷保护要求,从而带来事故隐患。
四、结语
电线电缆载流量的选择是电气安全的重要因素,看小实大,前面列出的这些问题还是比较普通的,亟待引起各方面应有的重视,从而降低电气事故发生率。
作者简介
谢炜,男,建筑电气高级工程师,主要从事建筑电气设计。

编辑:Harris
