NEC标准对桥架电缆填充率计算的规定

朱晓丹

（中国天辰工程有限公司，天津300400）

在工程应用中，桥架电缆填充率如果过高，会出现散热不良、桥架盖板盖不紧、难以新增电缆等问题，因而桥架电缆填充率的计算至关重要。有关桥架电缆填充率的计算，中国规范一般描述的不够详细，并不区分不同类型的桥架，电缆类型也描述的很笼统，如CECS31—2006《钢制电缆桥架工程设计规范》中说明：电缆在桥架中填充率“动力电缆可取40%～50%，控制电缆可取50%～70%”，若出现多种电缆类型的混合，则没有具体的说明。

在NFPA 70—2014《美国国家电气规程》中的392.22章节，则是针对各种不同类型的桥架及电缆，对桥架中允许填充的电缆数量做出了详细说明。随着中国工程公司国际化进程的不断推进，NEC标准必将得到越来越多的应用。因此，本文主要基于NFPA 70—2014中的相关规定来进行桥架电缆填充率的阐述及计算。

1 桥架电缆填充率的概念

在国内，桥架电缆填充率一般指桥架内电缆的总截面积与桥架的内部截面积之比。然而，对于不同类型的电缆，这个概念应有所不同。比如，对于截面积较大的电力电缆，只允许在桥架中敷设1层，因而可敷设电缆的数量就只与电缆的外径及桥架的内部宽度有关，用截面积来计算填充率就不再有意义。因此，需要根据桥架内敷设的电缆类型分别进行桥架电缆填充率的定义。基于NFPA 70—2014中的规定，针对不同敷设方式的电缆，本文提出不同的桥架电缆填充率概念如下：

1)对于电缆只允许单层敷设的情况，电缆桥架的填充率定义为桥架中电缆的外径之和与桥架的内部宽度之比。

2)对于电缆允许多层敷设的情况，电缆桥架的填充率定义为桥架中电缆的总截面积与桥架中最大允许填充电缆截面积之比。

3)对于既有单层敷设电缆又有多层敷设电缆的情况，电缆桥架的填充率定义为桥架中允许多层敷设电缆的截面积之和与桥架中最大允许填充多层敷设电缆截面积之比。

2 电缆桥架类型定义

根据NEMA VE 1—2002《金属电缆桥架系统规范》，电缆桥架类型定义如下：

1)梯架式电缆桥架（Ladder Cable Tray）：由2根纵向侧边及若干独立横档构成的组合件。

2)托盘式电缆桥架（Trough or Ventilated Cable Tray）：由通风底板及整体或独立的纵向侧边构成的组合件。

3)槽式电缆桥架（Solid-bottom or Nonventilated Cable Tray）：由不通风底板及整体或独立的纵向侧边构成的组合件。

4)整体型电缆桥架（Channel Cable Tray）：由一片式通风/不通风槽形部件构成的组合件。

3 桥架电缆填充率的计算

在CECS 31—2006中，关于桥架的发展裕量说明如下：根据美C.J.Kalupa《电缆托架设计导则》：“电缆托架内要为以后增加电缆或为正在设计中的托架进行扩充留出足够的备用空位。一般留10%～25%备用空位是合适的”。因此，在进行桥架电缆填充率计算时，还要考虑发展裕量，本文定义k为电缆填充裕量系数，可根据具体项目的要求取值1.10～1.25。为防止引起混淆，本文在计算公式中的长度单位均采用mm，面积单位均采用mm2，额定电压用V额表示。

3.1 V额≤2 k V的多股导体电缆在桥架中的填充率计算

NFPA 70—2014给出了梯架式、托盘式或槽式桥架中V额≤2 k V时多股导体电缆最大允许填充截面积，见表1所列。

3.1.1 梯架式或托盘式电缆桥架

1)含多种类型电缆。包含动力电缆或照明电缆，或者同时含有动力电缆、照明电缆、控制电缆和信号电缆。

a)电缆全部不小于4/0 AWG。AWG（American wire gauge）是美国线规，是一种区分电缆直径的标准。所有电缆外径之和D不应超过桥架内部宽度W，而且桥架内电缆只允许铺1层。则D计算公式为

式中：n1，…，nn——同型号规格的电缆根数；d1，…，dn——同型号规格的电缆直径。

本文D的计算公式都相同，后面不再赘述。电缆填充率F计算公式为

b)电缆全部小于4/0 A WG。所有电缆截面积之和S应小于表1中相应W 对应的允许填充电缆截面积值S1。S计算公式为

本文S的计算公式都相同，后面不再赘述。则F为

c)既有不小于4/0 AWG，也有小于4/0 AWG的电缆。所有小于4/0 AWG的电缆截面积之和S3应小于S1-30D1，其中D1是所有不小于4/0 AWG的电缆外径之和。不小于4/0 AWG的电缆只允许铺1层，且不允许其他电缆放置在其上面。F为

2)只有控制电缆和/或信号电缆的情况。

a)桥架内部高度H≤150 mm。桥架内最大允许填充截面积的比例r应为50%，即S应小于桥架内部截面积的50%。桥架内部截面积等于H乘以W。F为

b)H＞150 mm。如果H＞150 mm，则取桥架有效高度H1为150 mm来计算。F为

3.1.2 槽式电缆桥架

1)含多种类型电缆。包含动力电缆或照明电缆，或者同时含有动力电缆、照明电缆、控制电缆和信号电缆。

a)电缆全部不小于4/0 AWG。D≤90%W，而且桥架内电缆只允许铺1层。F为

b)电缆全部小于4/0 AWG。S应小于表1中第3列所对应的允许填充电缆截面积值S2。F为

c)既有不小于4/0 AWG，也有小于4/0 AWG的电缆。所有小于4/0 AWG的S3应小于S2-25D1。不小于4/0 AWG的电缆只允许铺1层，且不允许其他电缆放置在其上面。F为

表1 梯架式、托盘式或槽式桥架中V额≤2 k V多股导体电缆最大允许填充截面积

2)只有控制电缆和/或信号电缆的情况。

a)H≤150 mm。r应为40%，即S应小于桥架内部截面积的40%，F计算公式同式（6）。

b)H＞150 mm。则取H1为150 mm来计算，F 计算公式同式（7）。

3.1.3 整体型电缆桥架

1)整体型托盘式电缆桥架。NFPA 70—2014给出了整体型托盘式桥架中V额≤2 k V的多股导体电缆最大允许填充截面积，见表2所列。

a)仅有单根电缆。S应小于表2中相应W所对应的允许填充电缆截面积值S4。F为

b)有多根电缆。S应小于表2中相应W 所对应的允许填充电缆截面积值S5。F为

表2 整体型托盘式桥架中V额≤2 kV的__多股导体电缆最大允许填充截面积

a)仅有单根电缆。S应小于表3中相应W所对应的电缆允许填充截面积值S6。F为

b)有多根电缆。S应小于表3中相应W 所对应的电缆允许填充截面积值S7。F为

表3 整体型槽式桥架中V额≤2 k V的_多股导体电缆最大允许填充截面积

2)整体型槽式电缆桥架。NFPA 70—2014给出了整体型槽式桥架中V额≤2 k V的多股导体电缆最大允许填充截面积，见表3所列。

3.2 V额≤2 k V的单股导体电缆在桥架中的填充率计算

单股电缆一般不应用于屏蔽电缆，因而不需要使用封闭式的槽式桥架，多使用梯架式、托盘式或整体型托盘式电缆桥架。

3.2.1 梯架式或托盘式电缆桥架

NFPA 70—2014给出了梯架式或托盘式桥架中V额≤2 k V的单股导体电缆最大允许填充截面积，见表4所列。

1)电缆截面积全部不小于506.70 mm2（1 000 kc mil）。D不应超过W，而且桥架内电缆只允许铺1层。F计算公式同式（2）。

表4 梯架式或托盘式桥架中V额≤2 k V的____单股导体电缆最大允许填充截面积

说明：在NEC的出版物中，对于大于4/0 AWG的导体尺寸，采用千圆密耳（Kilo Circular Mil）来表示，缩写为kc mil，1 kc mil=0.506 7 mm2。250 kc mil是NEC中第一个截面积大于4/0 AWG的导体尺寸，表示电缆的导体外径为12.70 mm（适用于实心电线）或导体截面积为126.7 mm2（适用于绞合电线）。

2)电缆大于126.68 mm2（250 kc mil）且小于456.03 mm2（900 kc mil）。S 应小于表4中相应W所对应的允许填充电缆截面积值S8。F为

3)既有不小于506.70 mm2（1 000 kc mil），也有小于506.70 mm2的电缆。所有小于506.70 mm2的电缆截面积之和S9应小于表4中相应W 所对应的计算值（S8-28D2），其中D2是所有不小于506.70 mm2电缆外径之和。不小于506.70 mm2的电缆只允许铺1层，且不允许有其他电缆放置在其上面。F计算公式为

4)电缆大于1/0 AWG且小于4/0 AWG。D不应超过W，而且桥架内电缆只允许铺1层。F计算公式同式（2）。

3.2.2 整体型托盘式电缆桥架

D不应超过W，而且桥架内电缆只允许铺1层。F计算公式同式（2）。

3.3 V额＞2 k V的电缆在桥架中的填充率计算

D不应超过W，而且桥架内电缆只允许铺1层。F计算公式同式（2）。

4 结 论

本文根据NFPA 70—2014中的相关规定，针对不同类型的桥架和电缆，详细给出了桥架电缆填充率的计算过程及计算公式，最终得到桥架电缆填充率的计算流程图，文中不再赘述。

近些年，化工管道三维模型设计软件的应用越来越多，使用该类软件来建立工厂三维电子模型，具有设计碰撞检查、自动抽取材料、生成施工图等优点，而且可以提供整套电子文件进行电子交付，方便项目实施。因此，根据实际需要，桥架电缆填充率的自动计算也理应成为三维模型设计软件的优点。然而，在使用该软件的过程中，发现其对于桥架电缆填充率的计算并不完善。本文建立的桥架电缆填充率计算流程图非常适合应用于三维模型设计软件进行自动计算，如果三维软件设计公司能够配合完成相关程序的编写并引入实际应用，将非常有利于桥架及电缆的三维设计。