线缆温度与载流、线径选型校正关系的分析应用

郎茂坤

摘要 ：本文结合电加热炉项目运用中出现线缆温度超标定值的问题，对现场环境温升、线缆自身温升和线缆载流大小等因素进行分析，参照电工设计手册确定电加热炉项目中线缆载流量与线缆温度的校正系数，给出不同温度下线缆的载流量参考值，并通过项目改造论证了分析数据，避免了线缆严重老化的风险。

关键词： 线缆温度;线缆载流;校正系数

1引言

在新能源电池行业中，磷酸铁锂材料与三元材料的制备中已广泛使用电加热辊道炉作为烧结工序设备。随着单机产能的不断提高，辊道炉的加热功率在同步提升，单回路加热电源线缆的载流量也在增大。受加热电源线缆敷设所处环境温度和线缆载流变大的同步影响，线缆工作温升高的问题也愈加凸显。

某材料制备商客户定制的4台55米电加热辊道炉采用了BVR（铜芯聚氯乙烯绝缘软电线）系列线缆作为加热电源线，辊道炉各回路电流及线缆线径配置见表1。线缆标定最高工作温度不超过70℃。在辊道炉满负荷带料生产时巡检发现加热电源线缆工作温度最高达到87℃，已严重超出标定最高工作温度，存在安全隐患。

为了排查问题原因，排除线缆异常高温带来的安全隐患，综合分析线缆发热的原因以及线缆线径选用的依据是本文讨论的主要问题。

2原线缆线径的选型原则

（1）按照电气工程常用线缆线径选型办法估算10mm2线缆载流量为50A，在环境温度≥60℃情况下，线缆线径的选取需向上一档;

（2）电工手册关于线缆载流大小明确如下：25℃环境温度下，10mm2铜芯软线缆载流75A，不同环境温度下线缆的载流量需按校正系数校正，不同环境温度下校正系数[1]见表2。

按照导线工作温度50℃、环境温度40℃时0.663的载流校正系数计算，BVR-10mm2线缆的载流量不低于49A。

（3）项目中选用的BVR-10mm2线缆承载最大43.7A的电流符合以上两种线缆线径的选型原则。从参考数据上来看，线缆工作温度应该在50℃左右。因此，线缆实际工作温度与参考数据存在较大偏差，原线缆线径的选型原则并不能完全符合现场的应用工况。

3线缆温升的因素分析

在常规电气工程项目中，线缆发热的主要原因可以总结为以下六个方面：

（1）线缆接头制作技术不好，压接不紧密，造成接头处接触电阻过大，也会造成电缆产生异常发热的现象。

（2）线缆相间绝缘性能不好，造成绝缘电阻较小，运行中也会产生发热现象。

（3）针对铠装电缆，局部护套破损进水后会对绝缘性能造成缓慢破坏作用，造成绝缘电阻逐步降低，也会造成电缆运行中产生异常发热的现象[2]。

（4）采用的线缆导体电阻不符合要求，会造成电缆在运行中产生发热现象。如铜芯软线缆BVR-16mm2在20℃时导体电阻≤1.91Ω/km。如果换做铝芯导体线缆，单位电阻远大于1.91Ω/km，其发热程度也会高于铜芯软线缆[3]。

（5）线缆线径选择不当，线缆线径与载流大小不匹配，会造成使用的线缆导体截面过小，运行中产生过载现象，线缆长时间过载运行造成异常发热。

（6）线缆敷设引起的发热，设备中线路多敷设于线槽或者桥架内，对于回路数量较多的设备，线路敷设时排列过于密集，通风散热效果不好，或电缆靠近其他热源太近，影响了电缆的正常散热，也有可能造成电缆在运行中产生发热现象。

综合以上分析因素，结合现场查验：线缆接头制作、线缆相间绝缘、线缆铜芯导体阻值大小均能达到工艺要求。在线缆线径选型上，能满足原有技术选型原则要求;在线缆敷设方面，线缆敷设在线槽内，因线路数量较多，线缆存在汇集、捆扎等情况。

为论证不同载流和不同敷设条件下线缆温度情况，按不同回路功率输出情况分别记录其线缆温度，得出如下4种数据：

1、回路1加热功率输出较大，在70%左右，其加热回路中加热线温度高达73℃;

2、其余回路加热输出率最大在40%左右，其加热回路中加热线温度在60℃以内;

3、现场1#、2#设备在满负荷烧料运行时，回路内加热线温度普遍偏高;3#、4#设备处于高温保温未烧料状态，回路内加热线汇集处温度在50℃左右;

4、现场将汇集处捆扎线缆散开，再次测得线缆温度为71℃，低于捆扎时实测数据87℃。

结合以上4种数据可以得出如下结论：

（1）负荷率越大，线缆载流量越大，线缆温度就越高;

（2）线缆敷设越密集，线缆温度就越高。

因此，针对现场出现的线缆温升过高的问题，初步判定为线缆汇集捆扎造成的散热不畅引起线缆工作环境温度升高，造成线缆实际载流能力下降，从而加剧线缆温度的升高。但碍于线缆敷設空间有限，工程项目上无法做到将线缆完全散开，因此在线缆密集敷设时，温度对线径选型、载流大小的影响不再符合原有选型原则。

4线径选型与载流大小的校正

根据现场线缆线径、载流值、线缆温度的数据，校正思路如下：

（1）线缆25℃环境温度下的核定载流量按常用线缆线径选型办法估算，即10mm2线缆载流量为50A，16mm2线缆载流量为64A;

（2）线缆在不同环境温度下的载流量校正系数参考电工手册标准，其基准电流参照第（1）条约束的线缆载流量，并非按电工手册给定的参考值;

（3）按上述两条复核的BVR-10mm2和BVR-16mm2线缆载流数据见表3。

所复核的导线工作温度与现场实际温度较为接近，因此可作为校正参考;

（4）现用BVR线缆允许最高工作温度不超过70℃，应结合允许的导线温度与环境温度，按载流修正系数计算线缆载流值，校正后的线缆载流量数据见表4。

校正后的导线载流量明确了不同环境温度下对应导线工作温度时的载流量参考值，较以往笼统的直接按线径评估载流量，存有较大的数值差异，数据可参考性更高。

5结果评估与总结

在得出校正系数和校正后不同温度线缆的载流值后，重新对线缆线径进行选型。根据各回路配置的功率电流值，重新选择BVR-16mm2线缆作为加热电源线缆，并对设备原配置的BVR-10mm2线缆进行改造替换。

改造后的线缆温度基本维持在40℃-50℃区间，后期按照同样校正方法选型的现场数据同样符合这一数据，各现场线缆载流及温度数据见表5。

通过各现场线缆载流数据及线缆温度数据可以看出，校正选型后的线缆工作温度符合表4中的校正数据。表4对不同线径、不同环境温度和不同载流量情况下的线缆工作温度可以起到预期性的指示作用。

6结语

本文阐述的线缆载流与线缆温度的影响结合了实际的工程数据，根据环境温度与导线工作温度校正得到的线缆载流量具有一定的工程参考意义，在线缆线径选型和线缆工作温度评估方面可供类似工况下参考分析。

参考文献

[1]《电工手册》编写组.电工手册.第二版[M].上海：上海科学技术出版社，1990.

[2]朱文滔.浅谈电缆载流量的影响因素及优化方法[J].华东科技（综合），2018.

[3]张自峰.电线电缆导体电阻和电阻率的分析[J].城市建设理论研究，2012（26）.