安全用電是動力設備安裝與維護人員的基本要求，所有安裝與維護人員都有必要了解交流電纜線徑選擇的方法和原則。維護人員在日常工作中不局限于發(fā)現設備潛在故障，也應關注線纜等配套設備存在的風險，實現精細化維護。在具體的安裝與維護工作中，不少工程師對電纜線徑的選擇存在著一些誤區(qū)，需要對這些誤區(qū)進行分析。選擇了錯誤的電纜線徑，輕則增加了建設或運行成本，重則可能帶來巨大的安全隱患。
　　廠房車間供配電系統(tǒng)設計有一定的規(guī)范，用戶新建車間供配電系統(tǒng)時，應通過設計單位選擇合適的交流線徑，嚴格按設計文件施工。對于現有機房新增一般性負載，往往由用戶自行設計并安裝。信息整理：www.yxmy8.cn  

　　按照經濟電流密度選擇交流線徑是通行的方法，銅質電纜經濟電流密度為2~4A/mm2。顯然，取經濟電流密度為2A/mm2時，線徑較粗，投資成本較高;取經濟電流密度為4A/mm2時，線徑較細較經濟。一些工程人員認為，按照經濟電流密度選擇電纜即可，選2A/mm2偏安全，選4A/mm2偏經濟，都是可行的選擇。

　　當電纜較細時，電纜比表面積大，對散熱有利;當電纜較粗時，電纜比表面積小，熱量不易散發(fā)，單位截面積導線通過相同的電流時，粗電纜溫度較高。如果電纜溫度超過允許值，就會發(fā)生危險。下表為在空氣中敷設的塑料絕緣銅芯電線長期連續(xù)負荷載流量(《電工手冊》第14章第99頁)，周圍環(huán)境溫度為25℃，線芯長期允許工作溫度為70℃。

　由上表可見，較細的電纜每平方載流量遠大于4A，隨著電纜線徑的增加，每單位mm2載流量明顯下降。由于電纜不應一直運行于最高溫度，同時存在可能的過流或其它因素影響，選擇時導線載流量應小于上表載流量數值。

　　由此看來，經濟電流密度理解為粗電纜取2、細電纜取4，比理解為選2偏安全、選4偏經濟更合乎實際。

　　假定某單相交流負載最大電流不超過16A(單相負載電流通常不超過20A)，按經濟電流密度法選用4mm2電纜，如果負載距離100米，銅電導率σ為57，電纜電阻為：R=L/(σS)=100×2/(57×4)=0.88Ω

　　電纜上電壓降ΔU為ΔU=IR=16×0.88=14.1V

　　連接回路在最大工作電流作用下的電壓降，不得超過該回路允許值(《電力工程電纜設計規(guī)范》第6頁，GB50217-94)，該例電纜上電壓降達到14.1/220=6.4%，超過多數設備線路上壓降不應大于5%的要求。負載工作電壓下降6.4%，相應的工作電流上升1A，需要選用更粗的電纜(如6mm2)，重新計算電壓降，直至電壓降小于5%。

　　計算電纜線徑時，只確定了電纜金屬介質的截面積。只要截面積相同，不論何種絕緣層與護套，電纜本身性質完全相同(銅質，通信機房電力電纜一般不用鋁芯電線)。但正是由于絕緣層與護套的不同，散熱性能、允許溫升就有區(qū)別，如常用的VV(聚氯乙烯絕緣)電纜與JYV(交聯(lián)聚乙烯絕緣)電纜，前者允許溫度為70℃，后者可達90℃，因此JYV電纜允許的截流量更大，同樣的負載電流條件下，可以選擇較小的線徑。此外，單芯與多芯電纜(指內部含互相絕緣的多芯成套電纜)散熱條件不同，截流量也有區(qū)別。例如，銅芯導體截面為50mm2，單芯與多芯明敷電纜在環(huán)境溫度為25℃、導體溫度分別為70℃(VV電纜)和90℃(JYV電纜)時載流量規(guī)格如下表所示

        由上表可知，多芯電纜載流量較單芯為小，VV電纜載流量較YJV電纜為小，設計電纜時需要計入這些因素。多根單芯電纜平行捆扎敷設時，計算載流量也應在單芯電纜的基礎上乘以一個小于1的降額矯正系數。下表為《工廠供電》中多根電纜并列時載流修正系數，電纜相距100mm。

　　一般地，從電纜的絕緣性能、環(huán)保性能和耐候性能等方面看，YJV電纜載流量大，在各方面比VV電纜性能更優(yōu)異，應在工程設計中優(yōu)先考慮。

　　事實上，YJY電纜雖然具有載流量大、電纜直徑小、重量輕、方便安裝等優(yōu)點，但在同等截面積條件下，YJY電纜比VV電纜流量大的原因僅僅是因為能承受的溫度高而已。截面積相同，銅的質量、導電率也相同，因而在輸送同等電流的情況下，選擇YJY電纜可以比選擇VV電纜細一些的線徑，但線路電阻增加，線損和電壓降也增加，長期運行不一定合算。

　　電纜選擇必須全面考慮環(huán)境條件、使用場所、敷設方式、供電距離、長期運行的費用和電壓降，能用VV電纜的場所一般仍推薦用VV電纜。如果原行線架上已敷設VV電纜，新設計增加耐受溫升更高的JYV電纜是沒有意義的，平行捆扎走線的電纜只能按耐受溫升最低的電纜計算載流量。
誤區(qū)五：并聯(lián)多大的導線，就相當于線徑增大多少平方

　　大型機房負載容量大，需要提供很大的電流，如果選擇一根導線，無疑需要線徑很粗的供電電纜，施工并不方便，甚至沒有足夠粗的導線可供使用。多根導線并聯(lián)是允許的，由于線徑小的電線每平方載流量大于粗電線，并聯(lián)方式可能在經濟上更合算。

　　并聯(lián)電線之間的電流在理論上按截面積分配，只要是相同材質電線(如銅線)，都可以直接并聯(lián)。但實際工程中，最好使用相同的線徑。如果線徑相差懸殊，可能由于接線端子存在一定電阻，以及與電纜截面積不成正比的感抗作用，導致電流分配偏差，一根導線可能分配電流過大，超過安全載流量。此外，如果采用不一致的線徑，需仔細復核電線上的電流是否小于安全載流量，細導線的單位載流量只能按粗導線計算。

　　因此，大小相差懸殊的電纜并聯(lián)使用，電纜載流量往往并不按照理想條件下的電流分配規(guī)律來分配，小電纜相對發(fā)熱明顯。兩線并聯(lián)時，粗的電纜不應大于細電纜的兩倍。
誤區(qū)六：只依據負載電流，未考慮短路電流
　　只根據負載電流選擇交流輸入電纜的線徑，事實上存在著安全風險。例如，某大樓由功率S為315KVA的變壓器供電，變壓器Z值為5%?，F欲在配電室增加一臺3P空調(單相)，發(fā)現配電柜內有一額定容量為500A的斷路器CB3空閑未用，擬通過該斷路器為空調引入一相交流電，如下圖所示。工程人員按經濟電流密度法選擇線徑，取經濟電流密度為4A/mm2，空調工作電流12A，選擇電纜的截面積S為4mm2，并在空調側安裝16A空開作為空調輸入開關。
　　16A
     315KVA/Z=5% 
　　CB1/500A
　　CB2/500A
　　CB3/500A
　　CB4/500A
　　其它負載
　　50米
　　3P空調
　　空調距離配電柜較遠，電纜長度L為50米，導線電阻R為R=L/(σS)=50×2/(57×4)=0.44Ω
　　假定電網供電能力為無窮大，變壓器短路電流IST為：IST=S/(3U×Z)=315×1000/(220×3×5%)=9545A
　　變壓器副卷單相等效電阻RT為：RT=U/I=220/9545=0.023Ω
　　假定變壓器輸出端至CB3所有導體與接頭電阻之和為0.05Ω，如果電纜末端A點發(fā)生短路，短路電流為ISIS=U/R=220/(0.023+0.05+0.44)=429A
　　由于斷路器跳閘電流為500A，因此電纜末端短路后斷路器不跳閘，電纜燒斷甚至起火。
　　由以上例子可以看出，在選用電纜時，需要校驗短路電流。在檢查供配電系統(tǒng)時，如果發(fā)現大型斷路器后端連接細電線，就應重點關注。(注：除短路電流需要核算外，還應計算接地故障電流，校驗斷路器是否符合要求。因本文只討論電纜選型問題，不在此討論如何選用斷路器。)
誤區(qū)七：按負載電流選線，不考慮斷路器容量
　　根據負載性質不同，斷路器容量一般選擇為負載電流的1.15~1.5倍。斷路器選定以后，過載跳閘電流即已確定(大型斷路器往往允許整定跳閘電流)。過流的產生與供電質量、負載質量及運行狀態(tài)有關，也與漏電流有關。在通信機房供電系統(tǒng)中，通常并不安裝漏電保護器，如果漏電流與負載電流之和不超過斷路器額定電流，斷路器不跳閘，負載繼續(xù)運行。
　　在有較大漏電流的情況下，如果線徑只按負載電流設計，可能導致線徑偏小，超過導線安全載流量，電纜發(fā)熱過溫，存在的安全風險比漏電流更甚。
　　正確的做法是：根據負載電流選擇斷路器(包括微斷，熔絲等過流保護裝置也是類似的)容量，再根據斷路器容量選擇導線線徑，再復核壓降是否符合規(guī)范要求。
誤區(qū)八：只考慮建設成本，不核算運行總成本
　　設計單位進行配電設計時，會計算負載電流、線路壓降等，按建設投資最低的原則設計，較少考慮運行成本。仍以3P空調為例，如果選用4mm2的電纜，消耗在電纜上的功率為：
　　P=I2R=122×0.44=63W
　　如果改選用6mm2的電纜，電纜電阻值為：R=L/(σS)=50×2/(57×6)=0.29Ω
   　消耗在電纜上的功率為P=I2R=122×0.29=42W 
　　損耗降低21W。假定電費每度1元，一年運行下來，選用6mm2的電纜可以節(jié)約電費C為C=21×24×365/1000×1=184元。
　　按上海電纜價格，2×6mm2的電纜比2×4mm2的電纜貴2.2元/米，50米的電纜差價僅為110元，選用6mm2的電纜初期投資大于選用4mm2的電纜，但不到1年即可收回投資，顯然更為經濟，總運行費用更節(jié)省。
　　選用更粗的電纜是否更經濟，需要按同樣的方法進行核算，如果三到五年可以收回投資，宜選用較粗的電纜。
誤區(qū)九：零線選擇未考慮三次諧波與不平衡電流
　　當負載三相不平衡時，零線將有電流流過;當三相嚴重不平衡時，零線電流甚至大于相電流。計算機、節(jié)能燈等電子設備多產生三次及三的倍次諧波，諧波電流通過零線。對于諧波抑制不佳的電子設備來說，三次諧波電流可能大于相電流，零線電流很大。此外，三次及以上諧波頻率較高，在導線內流過時有趨膚效應，即電流主要從導體表面流過，相當于縮小了導線截面積，熱效應更加明顯。
　　現行IDC機房建設過程中，普遍采用3+2電纜，即一根圓形絕緣電纜中包括三根相線、一根零線和一根保護地線，如3×50+2×25電纜，零線線徑為相線的一半。如果為普通計算機或照明供電，當負載達到設計容量后，存在一定的安全風險，三次諧波導致零線過熱甚至著火。除非負載諧波抑制效果好，或進行了諧波整治，否則零線線徑不應小于相線線徑。
誤區(qū)十：保護地線目的是等電位連接，線徑細一點也可以
　　交流設備與生產車間接地排之間、設備內部部件與機柜之間連接有保護接地線，一方面是等電位連接的要求，使所有設備和部件外殼保持等電位，預防觸電以及由于雷電侵入導致的內部放電;另一方面用于泄放接地故障電流。 
　　由于雷擊時長以微秒計，即使大的雷電流，積累的能量常不足以燒毀保護地線，因此不少工程師認為接地保護線對于防雷來說不用考慮粗細。確實，在雷擊事件中少見有保護地線燒毀的案例，但保護地線的線徑要求還有另外的原則，即發(fā)生接地故障時，保護地線不應在保護設備動作前燒毀。顯然，電流越大的設備，輸入電纜越粗，輸入斷路器容量越大，保護地線也越粗。因此規(guī)范規(guī)定，當相線線徑大于35mm2時，保護地線線徑應取相線線徑的一半，按規(guī)范進行供配電系統(tǒng)設計，能達到相線越粗，保護地線也越粗的目的，消除安全隱患。  
　　因此，保護地線線徑不能隨意選擇，保護地線的截面，應滿足回路保護電器可靠動作的要求
　　文章結語
     目前通信領域多數電力電纜配置偏于安全，在銅材日益昂貴、電纜費用占比越來越高的今天，有必要選擇經濟的電纜。對于正在運行中的系統(tǒng)，宜與專業(yè)的機房評測機構進行合作，實施機房評估與必要的整改，確保供電安全。
　　交流電纜的選擇看似簡單，但為了選擇安全而又經濟的電纜，則需要綜合考慮多方面的因素。可能因為選擇了過大的線徑增加建設成本，選擇過小的線徑增加運行成本并可能導致嚴重的安全風險。 信息整理：www.yxmy8.cn