電纜工程的側(cè)壓力驗(yàn)算

陳志鋒

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局，廣東江門(mén)529000）

0 引言

在城市化進(jìn)程中，城市用電量逐年上升，而對(duì)城市清潔化的訴求使得城市中的架空輸電線(xiàn)路逐漸退出市民的視野之中，電力電纜輸電系統(tǒng)得以大力發(fā)展。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，除了外力破壞外，電纜擊穿事故主要由于施工過(guò)程中的操作不當(dāng)引起，施工作業(yè)受到設(shè)計(jì)的影響，因此，電纜工程應(yīng)嚴(yán)控設(shè)計(jì)、施工階段。本文主要介紹在電纜設(shè)計(jì)階段如何把控路徑的走向，為合理選擇電纜路徑提供數(shù)據(jù)支撐，避免給后期維護(hù)造成不可逆轉(zhuǎn)的損失。

1 電纜敷設(shè)情況分析

110 kV高壓電纜常見(jiàn)的敷設(shè)方式有電纜隧道、電纜溝、穿管、直埋等，在敷設(shè)過(guò)程中110 kV高壓電纜很容易受到損傷。110 kV高壓電纜采用穿管方式進(jìn)行敷設(shè)，在敷設(shè)過(guò)程中，電纜管道中的混凝土殘?jiān)苋菀讋潅蚰p電纜的外表層，影響高壓電纜的安全使用。同時(shí)，在敷設(shè)過(guò)程中，110 kV高壓電纜彎曲部位易受到管壁的摩擦和機(jī)械損傷從而導(dǎo)致110 kV高壓電纜產(chǎn)生扭曲，管壁和電纜線(xiàn)之間發(fā)生摩擦損傷。

如果在設(shè)計(jì)階段沒(méi)有充分考慮施工時(shí)對(duì)電纜的影響，尤其是當(dāng)電纜路徑的轉(zhuǎn)彎半徑不足或轉(zhuǎn)彎處的側(cè)壓力過(guò)大時(shí)，管道中的殘?jiān)鼘?duì)電纜的外護(hù)套造成致命損傷，并且可能會(huì)導(dǎo)致金屬護(hù)套變形、主絕緣變形，這將給后面的電纜附件制作造成難題，也給后期的運(yùn)行維護(hù)埋下安全隱患。

2 校核方法

在設(shè)計(jì)階段可以根據(jù)DL/T 5221—2005《城市電力電纜線(xiàn)路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》對(duì)電纜路徑是否合理進(jìn)行驗(yàn)算，在一般地形起伏不大的情況下，可以近似把路徑分為兩種情況：水平直線(xiàn)牽引、水平彎曲牽引。

（1）水平直線(xiàn)牽引可以使用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

（2）水平彎曲牽引可以使用李芬堡算式進(jìn)行計(jì)算：

或者簡(jiǎn)易算式（歐拉公式）進(jìn)行計(jì)算：

側(cè)壓力：

式中，T為牽引力（N）；T1為彎曲前的牽引力（N）；T2為彎曲后的牽引力（N）；μ為摩擦系數(shù)，詳見(jiàn)圖1；W為電纜單位重量（N/m）；L為電纜長(zhǎng)度（m）；R為電纜的彎曲半徑（m）；θ為彎曲部分的圓心角（rad）；P為側(cè)壓力（N/m）。

3 計(jì)算實(shí)例

江門(mén)某快速通道道路橋梁經(jīng)過(guò)110 kV棠中線(xiàn)12#—13#檔，造成110 kV棠中線(xiàn)此檔對(duì)快速通道安全距離不足（線(xiàn)行下快速通道橋梁建成后距離架空線(xiàn)不足1 m），且棠中線(xiàn)上方有500 kV線(xiàn)路經(jīng)過(guò)，升高棠中線(xiàn)將對(duì)500 kV線(xiàn)路安全間距不足，故需對(duì)110 kV棠中線(xiàn)12#—13#段進(jìn)行架空線(xiàn)路入地電纜敷設(shè)的遷改。

本工程電纜線(xiàn)路的型號(hào)為YJLW03-Z 64/110 1×1200，截面1 200 mm2，單位重量18.76 kg/km，即184 N/m，新建線(xiàn)路路徑長(zhǎng)約0.58 km，其中架空線(xiàn)路路徑長(zhǎng)約0.16 km，電纜線(xiàn)路路徑長(zhǎng)約0.42 km。電纜敷設(shè)方式：采用電纜溝、排管敷設(shè)，N1-A段為16.7 m埋管；檢查井A無(wú)角度，長(zhǎng)約2 m；A-B段為75 m埋管；轉(zhuǎn)彎井B轉(zhuǎn)角90°，弧長(zhǎng)約7 m；B-C段為279.2 m埋管；轉(zhuǎn)彎井C轉(zhuǎn)角90°，弧長(zhǎng)約7 m；C-N2段為33.4 m埋管（圖1）。

圖1 110 kV電纜遷改工程路徑圖及各種牽引條件下的摩擦系數(shù)

由于受到現(xiàn)場(chǎng)位置的制約，施工須從N2塔往N1塔方向敷設(shè)，根據(jù)《城市電力電纜線(xiàn)路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》，波紋鋁護(hù)套電纜護(hù)層容許最大側(cè)壓力為3 kN/m；根據(jù)電纜的截面可以算出該型號(hào)電纜的容許最大牽引力：

3.1 電纜盤(pán)出線(xiàn)段

受地形限制，本電纜盤(pán)出線(xiàn)段近似認(rèn)為長(zhǎng)度10 m，水平彎曲90°，轉(zhuǎn)彎半徑16 m，在滾輪上牽引，因該處為首端，選用上述公式（1）可得：

牽引力：T出線(xiàn)=μWL=0.2×184×10=368 N；

側(cè)壓力：P出線(xiàn)=T/R=368/16=23 N/m。

該處的牽引力及側(cè)壓力均在容許范圍內(nèi)。

3.2 N2-C段

該段電纜長(zhǎng)度33.4 m，水平直線(xiàn)無(wú)彎曲，在塑料管內(nèi)牽引，選用上述公式（1）可得：

該段牽引力：TN2-C=μWL+T出線(xiàn)=0.3×184×33.4+368≈2212N。

該處的牽引力在容許范圍內(nèi)。

3.3 轉(zhuǎn)彎井C

該段電纜長(zhǎng)度7 m，水平彎曲90°，轉(zhuǎn)彎半徑3 m，在滾輪上牽引，選用上述公式（3）可得：

牽引力：TC=TN2-Ceμθ=2 212×e0.2×1.57≈3 029 N；

側(cè)壓力：P出線(xiàn)=T/R=3 029/3≈1 010 N/m。

該處的牽引力及側(cè)壓力均在容許范圍內(nèi)。

3.4 C-B段

該段電纜長(zhǎng)度279.2 m，水平直線(xiàn)無(wú)彎曲，在塑料管內(nèi)牽引，選用上述公式（1）可得：

該段牽引力：TC-B=μWL+TC=0.3×184×279.2+3029≈18 444N。

該處的牽引力在容許范圍內(nèi)。

3.5 轉(zhuǎn)彎井B

該段電纜長(zhǎng)度7 m，水平彎曲90°，轉(zhuǎn)彎半徑3 m，在滾輪上牽引，選用上述公式（3）可得：

牽引力：TB=TC-Beμθ=18 444×e0.2×1.57≈25 251 N；

側(cè)壓力：P出線(xiàn)=T/R=25 251/3=8 417 N/m。

該處的牽引力在容許范圍內(nèi)，但側(cè)壓力8 417 N/m嚴(yán)重超過(guò)了規(guī)定的3 000 N/m，因此該處的轉(zhuǎn)彎半徑不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.6 B-A段

該段電纜長(zhǎng)度75 m，水平直線(xiàn)無(wú)彎曲，在塑料管內(nèi)牽引，選用上述公式（1）可得：

該段牽引力：TB-A=μWL+TB=0.3×184×75+25251=29392N。

該處的牽引力在容許范圍內(nèi)。

3.7 檢查井A

該段電纜長(zhǎng)度2 m，水平直線(xiàn)無(wú)彎曲，在滾輪上牽引，選用上述公式（1）可得：

牽引力：TA=μWL+TB-A=0.2×184×2+29 392≈29 466 N。

該處的牽引力在容許范圍內(nèi)。

3.8 A-N1段

該段電纜長(zhǎng)度16.7 m，水平直線(xiàn)無(wú)彎曲，在塑料管內(nèi)牽引，選用上述公式（1）可得：

該段牽引力：TA-N1=μWL+TA=0.3×184×16.7+29 466≈30 388 N。

該處的牽引力在容許范圍內(nèi)。

綜上，按照該設(shè)計(jì)方案，電纜在轉(zhuǎn)彎井B處側(cè)壓力過(guò)大，電纜的鋁護(hù)套將受到嚴(yán)重?cái)D壓，給今后的運(yùn)行埋下安全隱患，因此該設(shè)計(jì)方案應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)某一遷改電纜工程實(shí)例，校核發(fā)現(xiàn)了該工程的設(shè)計(jì)存在缺陷，一旦按照設(shè)計(jì)進(jìn)行施工將引起電纜側(cè)壓力過(guò)大，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致電纜的鋁護(hù)套嚴(yán)重變形，嚴(yán)重影響電纜的安全運(yùn)行，給電纜的可靠運(yùn)行埋下重大安全隱患。本文詳細(xì)介紹了電纜側(cè)壓力的計(jì)算過(guò)程，可為以后運(yùn)行單位的校核提供參考。