任务描述

某车间从低压配电房引入进线电源，采用铠装电力电缆引入，敷设方式用电缆沟直埋式敷设，请设计直埋电缆沟的结构（图7-1），并描述电缆敷设的过程。

图7-1　直埋电缆沟

任务分析

本任务的目的主要是熟悉常见的电线电缆种类与结构，掌握常见的电缆敷设方式与步骤等问题，掌握电线电缆的选择与维护所需要的基本理论和基本知识。通过网络、图书馆查询等方式，认识工厂供配电线路中常用电力电缆的基本知识。

知识学习

7.1.1 导线与电缆的定义

1.电线的定义

电线学名导线，由良好导电性能的铜、铝及其合金材料制成。通常把只有裸金属导体的线材产品叫作裸导线，其截面有圆形、矩形、箔片或丝网编织等各种形状。

若导体上敷有绝缘层外加轻型保护（如棉纱编织层、玻璃丝编织层、塑料、橡皮等），结构单一、制造工艺简单、外径比较细小的线材产品，即为通常意义上所指的绝缘导线。其线芯有单股和多股绞制两种。

2.电缆的定义

由一根或两根以上绝缘导线与其他材料一起绞合成缆，结构较为复杂，外径较大的线材产品叫作电缆。其中，绝缘导线又称为缆芯线，其他材料包括既有防止水分侵入的严密内护材料，又有为加大机械强度的外护材料及绝缘材料、屏蔽材料和填充物等。每根缆芯线线芯由单根或多股导电材料构成，缆芯线数量常见的有单芯、双芯、三芯和四芯等多种。缆芯线的截面有圆形、半圆形和扇形三种，如图7-2所示。

图7-2　电缆截面示意图

7.1.2 导线与电缆的基本组成

电线电缆主要由导体材料、绝缘层、屏蔽层和保护层四部分以及填充物和承拉元件等组成。根据产品的使用要求和应用场合，电线电缆是由上述部分或全部内容组成的一个集成体。

1.导体材料

导体材料又称导体线芯，是线缆传输电能、信息或实现电磁能量转换过程中必不可少的重要构件。多用导电性能优良的铜、铝及其合金制成，截面形状有单圆形、扁平形、矩形、变质形等。线缆的规格都以导体材料的截面积来表示。

导线与绝缘层是构成绝缘线缆必须具备的两个基本构件。对于结构极为简单，只有导体一个结构件的产品，如架空裸导线、接触网导线、铜铝汇流排（母线）等，它们的电气绝缘主要是借助安装敷设时用的支撑绝缘子和空间距离（即利用空气绝缘）来保证。

2.屏蔽层

所谓屏蔽，是指对两个空间区域相互间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将系统或系统内的干扰源包围起来，既防止其干扰电磁场向外扩散，又防止它们受到外界电磁场的影响。

为此，在可靠性要求高的场合，大多选用带有屏蔽层的电线电缆。由于它们在电路中的功用不同，其屏蔽作用也不尽相同。

电力线缆屏蔽层的作用主要是电场屏蔽。为使绝缘层和电缆导体有较好的接触，消除导体表面的不光滑引起的导体表面电场强度的增加，一般在导体表面和绝缘层之间设有金属化纸或半导体纸带的内屏蔽层；为使绝缘层和金属护套有较好的接触，在绝缘层外表面和护层之间设有导电材料的外层屏蔽层，以保证导线与绝缘之间的空隙中，或绝缘外表面与外包结构件的空隙中不会发生局部放电，其实质是一种改善线缆自身电场分布的措施。

而控制线缆和信息传输线缆的屏蔽层，主要是抗外界电磁场干扰。因为其自身信号很弱，非常怕外界的电磁场影响，采用屏蔽线缆一方面可以有效抑制空间电磁场对传输线的影响，避免通信失效、噪声增大、传输误码、信号误差等现象；另一方面也可以降低电缆内传输信号对外的电磁辐射，减小对周边电磁环境的污染，防止信息的泄露和失密。

除此之外，对于所有室外引入室内的各类线缆，以及用于连接由开关场引入控制室继电保护设备的电流、电压和直流跳闸等可能由开关场引入干扰电压到基于微电子器件的继电保护的二次回路，采用屏蔽线缆，还具有防止雷电波入侵危害的良好效果。

屏蔽线缆的屏蔽层只有在接地以后才能起到屏蔽作用。屏蔽层接地有两种方式，即两端接地和一端接地。一端接地时，屏蔽层电压为零，可显著减少静电感应电压；两端接地使电磁感应在屏蔽层上产生一个感应纵向电流，该电流产生一个与主干扰相反的二次场，抵消主干扰场的作用，显著降低磁场耦合感应电压，可将感应电压降到不接地时感应电压的1%以下，具体做法应参照相关规范执行。

常用的屏蔽层材料有金属化纸或半导体纸带、铝管、铝箔、塑料复合带、钢带、钢丝、铜带或编织铜丝带等。如加入炭黑等材料则具有光屏蔽效果，可防止线缆加速老化。

3.保护层

线缆保护层分为内保护层和外保护层，是对绝缘层起保护作用的构件。其作用是防止电缆在运输、储存、施工和供电运行中受到空气、水气、酸碱腐蚀和机械外力的作用，使其绝缘性能降低，使用年限缩短。内保护层多用麻筋、铅包、涂沥青麻被或聚氯乙烯等制作。外保护层多用钢铠、麻被或铅铠、聚氯乙烯外套等制作。有的低压电缆直接用橡胶作外保护层。

许多专用于良好外部环境（如清洁、干燥、无机械外力作用的室内）的线缆产品，或者绝缘层材料本身具有一定的机械强度、耐气候性的产品，也可以没有保护层这一构件。

4.填充物和承拉元件

很多线缆产品是多芯的，如低压电力电缆多数是四芯、五芯电缆（适用于三相系统），控制电缆和信息传输电缆的缆芯数更多，有的多达800对、1 200对甚至是3 600对。将这些绝缘线芯或线对成缆（或分组多次成缆）后，一是外形不圆整，二是绝缘线芯间留有很大空隙。因此，必须在成缆时加入填充物和承拉元件，目的是使成缆外径相对圆整以便于包带、挤护套以及使电缆结构稳定、内部结实，在使用中（制造和敷设中拉伸、压缩和弯曲时）受力均匀而不损坏线缆的内部结构。

5.封闭母线（母线槽）

由金属板（钢板或铝板）作为保护外壳、导电排、绝缘材料及有关附件组成的母线系统，广泛用于发电机出线、变压器出线、高压开关柜母线联络、建筑物的垂直干线系统，如图7-3所示。

图7-3　母线槽

7.1.3 导线与电缆的性能

电线电缆产品应用于不同的场合。从整体来看，其主要性能可综合为以下几个方面。

1.电性能

（1）导电性能：大多数产品要求良好的导电性能，个别产品要求有一定的电阻范围。

（2）电绝缘性能：绝缘电阻、介电系数、介质损耗、耐电特性等。

（3）传输特性：指高频传输特性、抗干扰特性等。

2.力学性能

指抗拉强度、伸长率、弯曲性、弹性、柔软性、耐振动性、耐磨耗性以及耐机械力冲击等。

3.热性能

指产品的耐温等级、工作温度、电力传输用电线的发热和散热特性、载流量、短路和过载能力、合成材料的热变形性和耐热冲击能力、材料的热膨胀以及浸渍或涂层材料的滴落性能等。

4.耐腐蚀和耐气候性能

指耐电化腐蚀，耐生物和细菌侵蚀，耐化学药品（油、酸、碱、化学溶剂等）侵蚀，耐盐雾，耐光，耐寒，防霉以及防潮性能等。

5.抗老化性能

指在机械应力、电应力、热应力以及其他各种外加因素的作用下，或外界气候条件作用下，产品及其组成材料保持其原有性能的能力。

6.其他性能

包括部分材料的特性（如金属材料的硬度、蠕变，高分子材料的相容性）以及产品的某些特殊使用特性（如不延燃性、耐原子辐射、防虫咬、延时传输以及能量阻尼等）。

产品的性能要求，主要是从各个具体产品的用途、使用条件以及配套装备的配合关系等方面提出的。在一个产品的各项性能指标中，必然存在有些指标是主要的，起决定作用，需严格要求的；有些指标则是从属的，而在某些特定条件下，一些指标项之间又形成互相制约。因此，选用时必须全面分析、综合考虑。

7.1.4 导线与电缆型号的含义及分类

导线与电缆的命名通常是用“类别的名称 + 型号规格”来代替线缆的完整名称，如图7-4所示。可以说，只要能写出电线电缆的标准型号规格，就能明确到一个具体的产品，一般来说国产线缆型号的组成与顺序如下：

图7-4　导线与电缆型号定义

注：绝缘线缆中铜是主要使用的导体材料，故铜材代号T可省略；裸电线及裸导体制品中不得省略。裸电线及裸导体制品类、电力电缆类、电磁线类产品不标明大类代号，电气装备用电线电缆类和通信电缆类也不列明，但列明小类或系列代号等。因其为一通用格式，缺项可不计或省略。

线缆产品量大面广，分类方法很多，常用的主要方法如下：

按金属材料分，有银线、铜线、铝线、铁线等。

按导线形状分，有线形、矩形、管形等，其中线形导线又有单芯、多股、铜箔、编织等。

按导线绝缘性能分，有裸导线、塑料绝缘线、橡皮绝缘线、护套绝缘线、交联电缆等。

按用途分，有裸导线、绝缘导线、耐热导线、屏蔽线缆、电力线缆、预制分支线缆、控制线缆、话缆、同轴缆、光缆、数据电缆、组合通信缆、医用线缆、特种线缆等。

按敷设方式分，有明敷设（支架、钢索）线缆，暗敷设（直埋、穿管）线缆等。

按耐火等级分，有耐火线缆、阻燃线缆、低烟无卤线缆、低烟低卤线缆。

电缆的敷设方式有直接埋地、电缆沟、电缆桥架和电缆隧道、建筑竖井内敷设等。

7.1.5 导线与电缆的选择

导线选择包括导线型号，导线截面（相线截面、中心线截面、保护线截面）及辐射方式的选择等。

1.导线及电缆型号选择

导线型号反映导线的导体材料和绝缘方式。建筑电气中的各种电气工程所涉及的导线类型主要有铜/铝母线、裸/绝缘线、电缆三大类。其中，铜/铝母线作为汇流排多用于高低压配电柜（箱、盘、屏）中，而钢母线多作为系统工作接地或避雷接地的汇流排；裸导线主要用于适于采用空气绝缘的用电环境或场合，此外还应同时满足建筑防火规范要求；若为一般用电系统，只需满足非火灾条件下的使用，其导线型号则可按一般要求选择普通线缆；而对于有防火要求或消防用电设备的供电线路，除必须满足消防设备在火灾时的连续供电时间，保证线路的完整性及系统正常运行外，还须考虑线缆的火灾危险性，避免因短路、过载而成为火源，在外火的作用下应不助长火灾蔓延，且能有效降低有机绝缘层分解的有害气体，避免二次灾害的产生。因此，导线型号可根据实际情况，在具有不同防火特性的阻燃线缆、耐火线缆、无卤低烟线缆或矿物电缆中进行选择。

2.导线及电缆截面的选择

导线截面选择是导线选择的主要内容，直接影响着技术经济效果。根据导线所在系统的电压等级不同，其选择的方式方法均有所不同。在高压系统中，导线选择主要是指相线截面选择；而在低压系统中，则是根据采用的供电制的不同，指相线、中性线、保护线和保护中性线的截面选择。

7.1.6 导线与电缆选择的基本原则

（1）导线及电缆型号的选择，应满足用途、电压等级、使用环境和敷设方式的要求。(www.daowen.com)

选用导线及电缆时，首先要考虑用途、电压等级、现场环境及敷设条件等。例如，根据用途的不同，可选用裸导线、绝缘线缆、控制线缆等；根据电压等级的不同，有高压线缆和低压线缆的不同选择；根据使用环境及敷设条件选用导线及电缆型号。

（2）导线及电缆材质的选择，应满足经济、安全要求。

在满足线路敷设要求的前提下，尽量选用铝芯导线。就经济性而言，室外线路应尽量选用铝导线；架空线可选用裸铝线；高压架空线路挡距较长、杆位高差较大时可采用钢芯铝绞线。只有线路所经过的路径不宜架设架空线或导线经过路段交叉多，环境恶劣或具有火灾、爆炸等危险的场合，可考虑采用电缆外，其他场合宜采用普通绝缘导线。

考虑线路运行的安全性，下列场合的室内线路，宜采用铜芯导线：具有纪念性和历史性的建筑；重要的公共建筑和居住建筑；重要的资料档案室和库房；人员密集的娱乐场所；移动或敷设在剧烈振动的场所；潮湿、粉尘和有严重腐蚀性场所；有其他特殊要求的场合；一般建筑的暗敷设线路用导线；重要的操作回路，配电箱（盘、柜）及电流互感器二次回路等。

（3）导线及电缆产品的选择，应满足科学、合理的要求。

导线及电缆产品选择，应注意选用经工程验证合格、有国家安检认证的新材料、新品种线缆，不应选用淘汰或限制使用产品。

（4）适当考虑社会进步和技术发展需要。

由于社会进步、人民生活水平的不断提高，用电需求量逐年攀升，民用建筑尤其是居住建筑中，铜芯线缆的用量也在逐步增长。因此，在民用建筑电气中，对于干线和进户线的导线材质及其截面的选用，应留有适当余地。

总之，导线选择应全面综合考虑安全、可靠、经济合理等诸多因素，根据实际需要进行选配。

（5）民用建筑中电缆选择。

在室内正常条件下敷设，可选用聚氯乙烯、绝缘绝氯乙烯护套（VV型）的电缆；工作环境平均温度高于35 ℃或较大负荷的线路，可选用交联聚乙烯绝缘电缆（YJV型）；对消防要求高的建筑，如一类防火建筑、重要的公共场所以及人员集中的地下层的非消防线路宜采用阻燃低烟无卤电缆（ZR-YJV型）。消防用电设备、电梯用电、应急照明或特殊用电等线路可选用耐火类电缆（NH-YJV型）。

7.1.7 导线截面选择条件

为了保证供电系统安全可靠、优质、经济地运行，导线和电缆的截面的选择必须满足下列条件：

（1）经济电流密度。

高压线路及特大电流的低压线路，一般应按规定的经济电流密度选择电缆的截面，以使线路的年运行费用（包括电能损耗费）接近于最小，节约电能和有色金属。

（2）长时允许电流（允许载流量）。

导线和电缆在通过计算电流时产生的发热高温，不应超过其正常运行时的最高允许温度。

（3）正常运行允许电压损失。

导线和电缆在通过计算电流时产生的电压损耗，不应超过正常运行时允许的电压损耗值。

（4）机械强度条件。

导线截面应不小于最小允许截面。由于电缆的机械强度很好，因此电缆不校验机械强度，但需要校验短路热稳定度。

7.1.8 导线截面选择校验

1.高压架空线路导线截面的选择

应先按经济电流密度初选，然后按其他条件进行校验，全部条件都校验合格者为所选。

1）按经济电流密度选择导线截面

选择原则从两方面考虑：

截面越大，电能损耗就越小，但线路投资、有色金属消耗量及维修管理费用就越高；截面选择小，线路投资、有色金属消耗量及维修管理费用虽然低，但电能损耗大。

从全面的经济效益考虑，使线路的年运行费用接近最小的导线截面，称为经济截面，用符号Sec表示。

对应于经济截面的电流密度称为经济电流密度，用符号Jec表示。

按经济电流密度计算经济截面的公式为

式中，Ica为线路计算电流。

2）按长时允许电流选择导线截面

三相系统相线截面的选择：

导线和电缆的正常发热温度不得超过额定负荷时的最高允许温度。选择截面时须使通过相线的计算电流Ic不超过其允许载流量Ial，即

一般决定导线允许载流量时，周围环境温度均取 + 25 ℃作为标准，当周围空气温度不是 + 25 ℃，而是，导线的长时允许电流应按下式进行修正：

3）按允许电压损失选择导线截面

电流通过导线时，线路两端电压不等，

为了保证供电质量，对各类电网规定了最大允许电压损失，在选择导线截面时，要求实际电压损失ΔU%不超过允许电压损失ΔUac%，即

2.低压架空线路导线截面选择

对于1 kV以下的低压架空线，与高压架空线相比，线路比较短，但负荷电流较大。所以一般不按经济电流密度选择。低压动力线按长时允许电流初选，按允许电压损失及机械强度校验；低压照明线，因其对电压水平要求较高，所以，一般先按允许电压损失条件初选截面，然后按长时允许电流和机械强度校验。

（1）按长时允许电流选择导线截面。

要求导线的长时允许电流不小于线路的最大长时负荷电流（计算电流），即

（2）按允许电压损失选择导线截面。

因低压线路负荷电流大，相应的电压损失也大，故必须按允许电压损失来校验所选择导线截面。电压损失的计算公式与高压线路相同。

（3）按机械强度选择导线截面。

7.1.9 电缆芯线截面选择校验

1.高压电缆芯线截面选择校验

电缆与架空线相比，散热条件差，故还应考虑在短路条件下的热稳定问题。因此高压电缆截面除了按经济电流密度、允许电压损失、长时允许电流选择外，还应按短路的热稳定条件进行校验。

1）按经济电流密度选择电缆截面

根据高压电缆线路所带负荷的最大负荷年利用小时及电缆芯线材质，查出经济电流密度Jec，然后计算最大长时负荷电流Ica（如为双回路并联运行的线路，应按最大长时负荷电流的一般计算），电缆的经济截面Sec为

2）按长时允许电流校验所选电缆截面

按经济电流密度选择的标准截面，查出其长时允许电流Ial，应不小于其最大长时负荷电流（此时回路供电应按一回路的情况考虑），即

3）按电压损失校验电缆截面

式中，L为线路长度，m；Sc为导线截面，mm2；γ 为导线电导率。

4）按短路电流校验电缆的热稳定性

式中，I∞为最大三相稳态短路电流；为短路电流作用的假想时间；C为热稳定系数。

2.低压电缆截面选择

低压电缆截面选择与高压电缆选择不同，主要考虑电缆正常运行时的发热与电压损失，并考虑故障时短时承受大电流所引起的温升，故不再按经济电流密度选择，而是按长时允许符合电流初选截面，再用正常运行允许电压损失和满足短路热稳定的要求进行校验，所选电缆必须满足下述所有条件：

（1）按长时允许符合电流选择；

（2）按正常运行允许电压损失选择；

（3）按短路热稳定要求选择。

任务检查

按表7-1对任务完成情况进行检查记录。

表7-1　任务完成情况检查记录表