介紹一種超高層建筑內(nèi)部供電用吊裝電纜

    摘要：本文介紹了根據(jù)上海環(huán)球金融中心大樓內(nèi)部供電設(shè)計(jì)要求，研究開發(fā)了一種全新的超高層建筑內(nèi)部供電用10kV吊裝電纜，敘述了吊裝電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、部件組成與相關(guān)工藝、吊裝電纜的特殊性能及其實(shí)際應(yīng)用與前景。
    關(guān)鍵詞：超高層建筑、吊裝電纜、專用吊具、敷設(shè)安裝

1 開發(fā)背景
    舉世矚目的上海環(huán)球金融中心是當(dāng)今世界第一高樓，它是一幢超高層，超大型綜合性建筑。大樓地下3層，地上101層，高度492米，建筑總面積為38萬平方米。根據(jù)供電設(shè)計(jì)要求，整座大樓在B2F設(shè)計(jì)有35kV中央變電所一個(gè)，在B2F至90F之中的不同樓層分別設(shè)有10kV副變所16個(gè)，所有副變所用10kV進(jìn)線電纜均必須采用低煙無鹵A級(jí)阻燃電力電纜供電，且30F及以上層的副變所的進(jìn)線電纜還必須是垂吊敷設(shè)安裝，電纜應(yīng)從B2F中變所經(jīng)水平橋架敷設(shè)，再經(jīng)垂直敷設(shè)，然后再經(jīng)水平橋架敷設(shè)至副變所，電纜中間不應(yīng)有過渡接頭，水平段最長有350m，垂直段最長超過400m，垂直段因井道空間有限，無支架支撐電纜，必須垂吊安裝。
    從上述供電設(shè)計(jì)方案可以看出，如今超高層建筑內(nèi)部供電依據(jù)用電負(fù)荷中心，將變電所分布設(shè)計(jì)在大樓高層的不同位置，采用10kV電纜從底層高壓變電所直供至樓層的副變，有效的減少了高層建筑物內(nèi)部空間的占用，改變了過去僅靠低壓供電系統(tǒng)的傳統(tǒng)方式，大大縮短了低壓電纜供電路徑，降低了線路損耗，也改善了電源質(zhì)量，可以確保大樓供電安全可靠性。
    為此，為上海環(huán)球金融中心供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)了一種全新的超高層建筑內(nèi)部供電用10kV吊裝電纜。

2 吊裝電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    從上述供電方案、敷設(shè)路徑、安裝要求可以看出，該電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至少應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)：
1)    電纜導(dǎo)體截面的選擇應(yīng)能滿足用電負(fù)荷所需的載流能力，且應(yīng)盡可能改善電纜導(dǎo)體的截流能力；
2)    由于電纜垂直敷設(shè)長達(dá)數(shù)百米而無支架支撐，因此電纜應(yīng)盡可能減輕自重且具有足夠的機(jī)械抗拉能力；
3)    電纜水平段長達(dá)300m以上，雖然橋架敷設(shè)，但大樓內(nèi)部空間有限，橋架有連續(xù)直角轉(zhuǎn)彎，要求電纜的彎曲性能非常好；
4)    電纜應(yīng)具有低煙無鹵高阻燃特性；
5)    電纜垂吊敷設(shè)僅靠電纜自身承受長達(dá)數(shù)百米電纜自重是不夠的，必須配套相應(yīng)的電纜專用吊具來承受電纜的重力；
6)    為減少供電不安全隱患，電纜經(jīng)水平——垂直——水平敷設(shè)，中間不應(yīng)有接頭。
    根據(jù)以上原則，我們經(jīng)充分比較分析，確定采用具有低煙無鹵A級(jí)阻燃的單芯銅導(dǎo)體電纜，將其絞合成纜，并在垂直段位于三芯電纜絞合成纜的間隙分別添加具有低煙無鹵阻燃性能且與電纜護(hù)套表面有良好接觸的鋼絲繩承載單元，再由承載單元連接電纜的專用吊具，將其吊裝在電纜經(jīng)垂直轉(zhuǎn)向水平處的大樓樓層的建筑物上。
上述電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：采用單芯電纜絞合成纜，在垂直段增加了鋼絲繩承載單元，鋼絲繩承載單元連接電纜專用吊具，因此，由電纜、承載單元、專用吊具三者構(gòu)成了超高層建筑內(nèi)部供電用吊裝電纜。單芯電纜可以極大改善導(dǎo)體的載流能力，三芯電纜絞合可減少空間占用，改善電纜的彎曲性能，在垂直段增加了鋼絲繩承載單元，可長期承載長達(dá)數(shù)百米電纜的自重，并能方便敷設(shè)吊裝。

3 吊裝電纜主要部件與工藝
    吊裝電纜的導(dǎo)體與絕緣應(yīng)該說與常規(guī)10kv交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的絕緣線芯完全一致，由導(dǎo)體、導(dǎo)體屏蔽、XLPE絕緣、絕緣屏蔽、軟銅帶屏蔽組成，符合GB/T12706標(biāo)準(zhǔn)要求。
電纜要求有低煙無鹵A 級(jí)阻燃性能，因此在銅帶屏蔽層外需增加一層擠包的低煙無鹵高阻燃隔氧層，然后在其外面再擠包低煙無鹵材料外護(hù)套，確保電纜通過GB/T 18380.3規(guī)定的A類成束燃燒試驗(yàn)，GB/T 17651規(guī)定的煙密度試驗(yàn)，透光率不小于80%，GB/T 17650.2規(guī)定的無鹵性能試驗(yàn)。
    承載單元選擇經(jīng)過防腐處理的特高強(qiáng)度鋼絲繩，該鋼絲繩至少每根需承受2倍以上垂直段電纜自重的拉力，并根據(jù)三芯電纜成纜間隙進(jìn)行計(jì)算選擇合適外徑和強(qiáng)度的鋼絲繩，鋼絲繩外面應(yīng)擠包與成纜間隙形狀相似的具有低煙無鹵阻燃性能的外保護(hù)層。
    三根承載單元與三根單芯電纜絞合于一體，外繞綁扎帶，承載單元應(yīng)與電纜護(hù)套有良好接觸，以增加與電纜的靜磨擦力。為確保承載單元有足夠的安全系數(shù)，經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算，三根承載單元與專用吊具連接應(yīng)能承受4倍以上垂直段電纜自重的拉力而不變形。
    專用吊具由于受安裝空間的限制，應(yīng)體積小、鋼性好、強(qiáng)度高、與樓層方便安裝就位、與三根承載單元方便連接、調(diào)整，為確保電纜長期安全運(yùn)行，三根承載單元的受力應(yīng)盡可能分布均勻，因此承載單元與吊具連接必須是張力可調(diào)，甚至實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過程中承載單元受力監(jiān)控。
    吊裝電纜的生產(chǎn)工藝。吊裝電纜的生產(chǎn)工藝與常規(guī)電纜生產(chǎn)工藝大體相同，但需要有六盤成纜設(shè)備，在三芯電纜絞合成纜過程中應(yīng)按電纜敷設(shè)實(shí)際需要水平段+垂直段+水平段的長度組織生產(chǎn)，其中在垂直段應(yīng)添加事先成型的承載單元。
    承載單元與專用吊具的連接工藝。承載單元的鋼絲繩與專用吊具的連接在國外通常采用壓接方法，該方法簡便、工藝成熟，但壓接工藝容易損傷連接部位的鋼絲繩強(qiáng)度。該項(xiàng)目采用澆鑄連接工藝，澆鑄連接工藝先將錨杯經(jīng)探傷測試并加熱處理，根據(jù)不同的合金材料在適宜的澆鑄溫度下將處理過的鋼絲繩端頭澆鑄在錨杯口內(nèi)，并對(duì)澆鑄面施加一定的壓力進(jìn)行擠壓密實(shí)。澆鑄連接工藝，對(duì)鋼絲繩不存在有損傷，合金材料結(jié)合力強(qiáng)，粘結(jié)強(qiáng)度可以超過鋼絲繩本身強(qiáng)度，受拉力作用不存在滑脫現(xiàn)象，經(jīng)試驗(yàn)單根承載單元承受180kN無變形，三根承載單元組合承受480kN也完全通過，滿足該項(xiàng)目最大導(dǎo)體截面、最長電纜吊裝的設(shè)計(jì)要求。

4 吊裝電纜的性能考核與比較
    吊裝電纜的性能除了具有交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜所擁有的性能外，還應(yīng)具備以下性能考核：
1)    吊裝電纜的熱循環(huán)電氣試驗(yàn)。截取適當(dāng)長度的吊裝電纜試品，對(duì)試品承載單元施加恒定拉力，并按標(biāo)準(zhǔn)GB/T12706.2-2002的第18.1.6條進(jìn)行20次熱循環(huán)試驗(yàn)，導(dǎo)體加熱溫度為90℃+5~10℃，在完成熱循環(huán)試驗(yàn)后，對(duì)電纜試品再進(jìn)行局部放電試驗(yàn)， 1.73U0下局部放電量不大于5pC。
2)    為滿足超高層建筑對(duì)電纜消防要求，應(yīng)對(duì)吊裝電纜進(jìn)行成束燃燒性能考核和煙密度試驗(yàn)，滿足無鹵、低煙和A類成束燃燒試驗(yàn)的阻燃性能。該電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有隔氧層，可有效阻止電纜絕緣材料的燃燒，從而實(shí)現(xiàn)了較高的阻燃性能和燃燒透光率。
3)    為確保吊裝電纜在敷設(shè)起吊過程中的安全，應(yīng)對(duì)起吊環(huán)與電纜專用吊具相連接考核整體拉力試驗(yàn)。從吊裝電纜試品中取適當(dāng)長度的承載單元3根，按上述工藝要求將其固定在專用吊具上，對(duì)吊具起吊環(huán)與連接吊具的承載單元分別施加恒定拉力的4倍，目力觀測起吊環(huán)與連接吊具及承截單元有無變形和拉脫現(xiàn)象。
4)    為確保吊裝電纜安裝后長期運(yùn)行的可靠性，還應(yīng)對(duì)吊具固定板與電纜專用吊具進(jìn)行整體拉力試驗(yàn)。從吊裝電纜試品中取適當(dāng)長度的承載單元3根，按上述工藝要求將其固定在專用吊具上，對(duì)吊具固定板與連接吊具的承載單元分別施加恒定拉力的3倍，目力觀測固定板與連接吊具及承載單元有無變形和拉脫現(xiàn)象。
    該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的吊裝電纜與傳統(tǒng)的鋼絲鎧裝電纜相比：相同導(dǎo)體截面，載流量要比鋼絲鎧裝電纜要大，因此減少了因電纜鎧裝產(chǎn)生的磁損；電纜外徑相比要小，電纜本體重量要輕，且易于彎曲；實(shí)現(xiàn)水平——垂直——水平一次完成敷設(shè)，電纜中間無接頭，減少線路隱患；電纜吊裝比較容易，安裝方便。

5 吊裝電纜的實(shí)際應(yīng)用與前景
    為上海環(huán)球金融中心設(shè)計(jì)開發(fā)的超高層建筑內(nèi)部供電用10kV吊裝電纜，在上海電纜研究所、交通大學(xué)和相關(guān)試驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)的支持下，經(jīng)過多次試驗(yàn)研究和專家評(píng)審論證，產(chǎn)品通過了全性能試驗(yàn)考核，于2005年由國內(nèi)電纜行業(yè)與建筑行業(yè)的權(quán)威專家共同鑒定，一致認(rèn)為研究開發(fā)的超高層建筑內(nèi)部供電用10kV吊裝電纜產(chǎn)品設(shè)計(jì)獨(dú)特、結(jié)構(gòu)合理，性能指標(biāo)能滿足工程要求；吊裝電纜及其連接吊具能夠滿足超高層建筑內(nèi)部供電垂直吊裝施工和使用要求；產(chǎn)品性能達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。并得到了上海環(huán)球金融中心的投資方與建設(shè)方的高度認(rèn)同。因此獲得該產(chǎn)品兩項(xiàng)專利技術(shù)。
    現(xiàn)已生產(chǎn)第一批WDZA-DZ-YJY  6/10kV  3*（1*300）、WDZA-DZ-YJY  6/10kV  3*（1*400）吊裝電纜交付上海環(huán)球金融中心，在上海環(huán)球金融中心建設(shè)方的精心準(zhǔn)備和組織下，已順利實(shí)現(xiàn)吊裝敷設(shè)。在如此高的大樓，經(jīng)過地下水平段、垂直段、高層水平段安裝，在國內(nèi)建筑垂吊敷設(shè)施工中尚屬首次，即便在國外對(duì)吊裝電纜超高層垂直吊裝敷設(shè)中也無先例，目前電纜吊裝敷設(shè)情況一切正?！，F(xiàn)正在按上海環(huán)球金融中心的要求生產(chǎn)供貨第二批吊裝電纜。
    研究開發(fā)的超高層建筑內(nèi)部供電用10KV吊裝電纜完全可替代傳統(tǒng)的鋼絲鎧裝電力電纜，可承受較大拉力，能有效降低鎧裝鋼絲造成的損耗，增大電纜載流能力。完全可以用于百米以上高層建筑內(nèi)部供電系統(tǒng)，達(dá)到改善高層建筑內(nèi)部供電質(zhì)量，大大減少低壓電纜和縮小低壓電纜供電半徑，減少電纜占用空間，敷設(shè)安裝方便。該電纜還可以用于礦山開采豎井垂直敷設(shè)，可有效減少電纜接頭及安裝固定設(shè)施。


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