介紹一種超高層建筑內部供電用吊裝電纜

[當前欄目：技術支持]????? [發布日期：2015-05-25]

    摘要：本文介紹了根據上海環球金融中心大樓內部供電設計要求，研究開發了一種全新的超高層建筑內部供電用10kV吊裝電纜，敘述了吊裝電纜的結構設計、部件組成與相關工藝、吊裝電纜的特殊性能及其實際應用與前景。
    關鍵詞：超高層建筑、吊裝電纜、專用吊具、敷設安裝

1 開發背景
    舉世矚目的上海環球金融中心是當今世界第一高樓，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。根據供電設計要求，整座大樓在B2F設計有35kV中央變電所一個，在B2F至90F之中的不同樓層分別設有10kV副變所16個，所有副變所用10kV進線電纜均必須采用低煙無鹵A級阻燃電力電纜供電，且30F及以上層的副變所的進線電纜還必須是垂吊敷設安裝，電纜應從B2F中變所經水平橋架敷設，再經垂直敷設，然后再經水平橋架敷設至副變所，電纜中間不應有過渡接頭，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。
    從上述供電設計方案可以看出，如今超高層建筑內部供電依據用電負荷中心，將變電所分布設計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部空間的占用，改變了過去僅靠低壓供電系統的傳統方式，大大縮短了低壓電纜供電路徑，降低了線路損耗，也改善了電源質量，可以確保大樓供電安全可靠性。
    為此，為上海環球金融中心供電系統設計開發了一種全新的超高層建筑內部供電用10kV吊裝電纜。

2 吊裝電纜的結構設計
    從上述供電方案、敷設路徑、安裝要求可以看出，該電纜結構設計至少應滿足以下幾點：
1)    電纜導體截面的選擇應能滿足用電負荷所需的載流能力，且應盡可能改善電纜導體的截流能力；
2)    由于電纜垂直敷設長達數百米而無支架支撐，因此電纜應盡可能減輕自重且具有足夠的機械抗拉能力；
3)    電纜水平段長達300m以上，雖然橋架敷設，但大樓內部空間有限，橋架有連續直角轉彎，要求電纜的彎曲性能非常好；
4)    電纜應具有低煙無鹵高阻燃特性；
5)    電纜垂吊敷設僅靠電纜自身承受長達數百米電纜自重是不夠的，必須配套相應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，電纜經水平——垂直——水平敷設，中間不應有接頭。
    根據以上原則，我們經充分比較分析，確定采用具有低煙無鹵A級阻燃的單芯銅導體電纜，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，將其吊裝在電纜經垂直轉向水平處的大樓樓層的建筑物上。
上述電纜結構設計：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、專用吊具三者構成了超高層建筑內部供電用吊裝電纜。單芯電纜可以極大改善導體的載流能力，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，可長期承載長達數百米電纜的自重，并能方便敷設吊裝。

3 吊裝電纜主要部件與工藝
    吊裝電纜的導體與絕緣應該說與常規10kv交聯聚乙烯絕緣電力電纜的絕緣線芯完全一致，由導體、導體屏蔽、XLPE絕緣、絕緣屏蔽、軟銅帶屏蔽組成，符合GB/T12706標準要求。
電纜要求有低煙無鹵A 級阻燃性能，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套，確保電纜通過GB/T 18380.3規定的A類成束燃燒試驗，GB/T 17651規定的煙密度試驗，透光率不小于80%，GB/T 17650.2規定的無鹵性能試驗。
    承載單元選擇經過防腐處理的特高強度鋼絲繩，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，并根據三芯電纜成纜間隙進行計算選擇合適外徑和強度的鋼絲繩，鋼絲繩外面應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，承載單元應與電纜護套有良好接觸，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，經設計計算，三根承載單元與專用吊具連接應能承受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，應體積小、鋼性好、強度高、與樓層方便安裝就位、與三根承載單元方便連接、調整，為確保電纜長期安全運行，三根承載單元的受力應盡可能分布均勻，因此承載單元與吊具連接必須是張力可調，甚至實現運行過程中承載單元受力監控。
    吊裝電纜的生產工藝。吊裝電纜的生產工藝與常規電纜生產工藝大體相同，但需要有六盤成纜設備，在三芯電纜絞合成纜過程中應按電纜敷設實際需要水平段+垂直段+水平段的長度組織生產，其中在垂直段應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度。該項目采用澆鑄連接工藝，澆鑄連接工藝先將錨杯經探傷測試并加熱處理，根據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，并對澆鑄面施加一定的壓力進行擠壓密實。澆鑄連接工藝，對鋼絲繩不存在有損傷，合金材料結合力強，粘結強度可以超過鋼絲繩本身強度，受拉力作用不存在滑脫現象，經試驗單根承載單元承受180kN無變形，三根承載單元組合承受480kN也完全通過，滿足該項目最大導體截面、最長電纜吊裝的設計要求。

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聚乙烯絕緣電力電纜所擁有的性能外，還應具備以下性能考核：
1)    吊裝電纜的熱循環電氣試驗。截取適當長度的吊裝電纜試品，對試品承載單元施加恒定拉力，并按標準GB/T12706.2-2002的第18.1.6條進行20次熱循環試驗，導體加熱溫度為90℃+5~10℃，在完成熱循環試驗后，對電纜試品再進行局部放電試驗， 1.73U0下局部放電量不大于5pC。
2)    為滿足超高層建筑對電纜消防要求，應對吊裝電纜進行成束燃燒性能考核和煙密度試驗，滿足無鹵、低煙和A類成束燃燒試驗的阻燃性能。該電纜結構設計有隔氧層，可有效阻止電纜絕緣材料的燃燒，從而實現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起吊過程中的安全，應對起吊環與電纜專用吊具相連接考核整體拉力試驗。從吊裝電纜試品中取適當長度的承載單元3根，按上述工藝要求將其固定在專用吊具上，對吊具起吊環與連接吊具的承載單元分別施加恒定拉力的4倍，目力觀測起吊環與連接吊具及承截單元有無變形和拉脫現象。
4)    為確保吊裝電纜安裝后長期運行的可靠性，還應對吊具固定板與電纜專用吊具進行整體拉力試驗。從吊裝電纜試品中取適當長度的承載單元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象。
    該項目設計的吊裝電纜與傳統的鋼絲鎧裝電纜相比：相同導體截面，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；實現水平——垂直——水平一次完成敷設，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 吊裝電纜的實際應用與前景
    為上海環球金融中心設計開發的超高層建筑內部供電用10kV吊裝電纜，在上海電纜研究所、交通大學和相關試驗檢測機構的支持下，經過多次試驗研究和專家評審論證，產品通過了全性能試驗考核，于2005年由國內電纜行業與建筑行業的權威專家共同鑒定，一致認為研究開發的超高層建筑內部供電用10kV吊裝電纜產品設計獨特、結構合理，性能指標能滿足工程要求；吊裝電纜及其連接吊具能夠滿足超高層建筑內部供電垂直吊裝施工和使用要求；產品性能達到了國際領先水平。并得到了上海環球金融中心的投資方與建設方的高度認同。因此獲得該產品兩項專利技術。
    現已生產第一批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球金融中心，在上海環球金融中心建設方的精心準備和組織下，已順利實現吊裝敷設。在如此高的大樓，經過地下水平段、垂直段、高層水平段安裝，在國內建筑垂吊敷設施工中尚屬首次，即便在國外對吊裝電纜超高層垂直吊裝敷設中也無先例，目前電纜吊裝敷設情況一切正常。現正在按上海環球金融中心的要求生產供貨第二批吊裝電纜。
    研究開發的超高層建筑內部供電用10KV吊裝電纜完全可替代傳統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部供電系統，達到改善高層建筑內部供電質量，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，敷設安裝方便。該電纜還可以用于礦山開采豎井垂直敷設，可有效減少電纜接頭及安裝固定設施。

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