薛之谦以前为什么不红:电力工程电缆设计规范

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设计规范2010-06-21 17:58:28阅读32评论0 字号:大中小 订阅 5 电缆敷设

  5.1 一般规定

  5.1.1 过去的工程实践中,有的按路径最短选择却忽视了高温、水泡、干扰等不利因素,出现事故隐患或导致故障,影响安全。

  直埋电缆线路,运行中遭受外力破坏的事故比例较高,尤在城镇地区建设挖掘频繁地段突出。

  充油电缆线路的供油箱与线路不位于同一水平时,需计入重力影响。可参见本规范4.2.3条说明。

  5.1.2 未达电缆允许弯曲半径的现象,时有伴随着电缆故障被发觉,其中不乏因设计条件创造不够所致,如隧道或沟的转弯、分支部位未具备适应性;粗大截面电力电缆位于沟道的支架上层、与顶上地坪安置的柜盘供连接电缆的空间过小而难以满足等。

  各型电缆容许弯曲半径,可由相应的电缆制造标准查明或供货方提供。

  5.1.3 顺序排列原则,便于运行维护管理,有利于降低弱电电缆回路的电气干扰强度,实行防火分隔措施。

  过去在火电厂参照原苏联原来规程按电力电缆、控制电缆自上而下的顺序排列,实践中有因上层大截面引接时难满足容许弯曲半径的情况。另据原苏联1986年第六版《电气安装规程》已改变了这种单一规定。

  根据多次实体模拟燃烧试验显示:上层动力电缆着火后,高温熔融物滴落在下层控制电缆上也会引燃。故从防火意义看,以高压电缆由上而下抑或由下而上顺序,并无本质差别。

  所以,两种顺序都应允许,可因地制宜。

  5.1.4 同一层支承架上迭置的电缆层数较多时,将有助于减少支架总层数、增加通道中容纳电缆数量以降低投资,然而一旦故障时波及影响面增加,也给巡视检查增加困难;此外,还宜考虑今后发展上增添可能,故宜有所限制。

  日本电气设备技术基准对容纳电缆截面之和占桥架中横截面的比例(简称占积率),规定一般不大于20%,控制电缆等情况不大于50%;《美国国家电气法规》(NEC)对大截面电力电缆规定原则上不超过一层,对控制电缆的占积率规定不大于50%(有孔托盘或梯架)和40%(无孔托盘)。

  本项要求与已颁SDJ26—89规定基本一致。

  5.1.6 单芯高压电缆均有必须接地的金属屏蔽层,通过静电耦合的感应影响可忽略,从下述因素可认为电磁感应的影响也远比架空线小。

  由于沿电缆线路一般并行有金属支架、接地线,且往往还有回流线、其他电缆,再者,城镇、工业区内含有大量其他金属管线、钢筋混凝土建筑等金属群也起屏蔽作用,且测试显示这种环境屏蔽系数,一般约0.1~0.8。国内某供电局两次进行电缆线路工程测试,表明对通讯线不存在干扰影响。

  日本《地中送电规程)载列有电缆线路两侧100m外的通信线,或穿入钢管的电缆,均可不考虑对通信线的干扰和危险影响。

  5.1.7 其他国家对电缆与管道平行间距允许最小值的规定:

  原苏联《电气安装规程》,对煤气、易燃液体管道按1000mm,其他管道为500mm;日本《电气设备技术基准),对煤气管道接100mm(低压时)、150mm(高压时);对热管道表面温度45一65℃按150mm,管道表面大于65℃时为300mm。

  本项规定对热力管道间距,系考虑到电力电缆载流量一般按环温40—45℃计、控制电缆大量使用PVC外套其工作温度不宜大于60℃,同时根据多种情况下温度分布实测,空气中300mm距离温度梯度约10℃左右,增大距离才较妥。因而,仍采取与已颁布的SDJ26—89标准相同值。

  5. 1. 8 基于抑制干扰的措施、要求及其条件的多样化,经分析,若简单地给出定量的允许距离值,并不合理恰当。

  不妨引鉴部分国外的标准、设计方法如下,供分析时参考。

  日本《电气设备技术基准》规定,弱电回路电缆与其他电缆的间距不宜小于150mm。

  此外,日本对计算机信号回路用软线(无屏蔽线)与并行电力电缆的相互允许最小间距,有按表11所列数值的做法(可参见《电设工业》1990年2月号第51页)。

  

  5. 1. 10 本条规定与我国已颁发的《爆炸和火灾危险环境的电力装置设计规范》基本一致。也与原苏联《电气安装规程》和日本的部分规定原则相近。

  5. 1. 17 附录E所列,系根据实践经验总结的一般性情况。

  5. 1. 18 本条所列也是基于工程实践总结。 5.2 敷设方式选择 5. 2. 1 所列敷设方式均已广为应用。

  本条中直埋敷设,与日本以相同汉字命名的直埋含意上并不相同。

  日本在直埋敷设方式中,含有下列三种:(A)电缆放入开挖出的壕沟土层上,沿电缆盖有呈倒凹形混凝土制的槽形盖;(B)或在正凹形混凝土制浅槽内敷设电缆后埋砂再加盖;(C)电缆穿于地下管中。

  可见,其中(C)法与本规范的穿管敷设同,(B)法与本规范的浅槽敷设归属于相近类,区别在于全埋设地下且覆盖0.6~1.2m厚的土层。仅(A)法与本规范的直埋敷设实质相近,但在防护电缆外力损伤意义上较安全,然而相应造价也较贵。

  本条规定的敷设方式及其选择原则,是基于我国国情,且经长期实践检验,基本恰当可行。

  5.2.2 直埋敷设方式,一般较易实施,具有投资省的显著优点,仍有相当适用价值。同时,也要全面估价其适用的局限性。

  如城镇建设发展,已出现频繁开挖地段中电缆受外力破坏事故增多的趋势。某大城市lOkV供电电缆2200余公里,近6年统计电缆故障率达7次/100km·年,其中外力损坏就占41%;另一大城市10—35kV电缆线路共约3000km,85%为直埋,其中约25%已运行40年以上,由于外护层多已严重损坏、绝缘老化,计划今后8年至少需更换600km以上电缆,就同时考虑了拟改用排管等敷设方式。

  5.2.3 穿管敷设,一般比沟道投资较省,且在避免电缆线路相互影响、提高安全性方面有明显优点。但散热条件不及沟道,其电缆载流能力相对稍差。

  由于管路路径适应性较好,施工工期短,作业面小,在城镇地下线路应用有较大发展,然而,有些情况下也并非较沟道等敷设方式具有绝对优势。

  5.2.4 浅槽敷设,实质上是介于直埋与电缆沟之间的一种可供选择方式。我国南方地区由于地下水位较高,又需维持电缆线路有较高的防护外力损伤,较多应用浅槽敷设,实践达到预期成效。

  5.2.5 电缆沟敷设较为普遍,大量实践表明,运行年久后,出现沟盖板断裂破损不全、地面水溢入沟内等情况,常影响电缆绝缘变坏,在火电厂锅炉房等煤灰弥漫沉积场所,往往导致电缆火灾易于发生,故宜有所限制。

  5.2.6 公用性隧道集中配置各类管线,比分开配置可占用较小的地下空间,尤其能避免道路反复开挖,使繁忙的城市交通可以减少开挖的弊病,又便于巡视检查和维修,具有显著的社会经济效益。

  我国某大城市新建主要干道,沿干道地下建有宽5.9m、高2.6m 2条7km长公用性隧道,平均造价约2000万元/公里,约占道路造价的50%,初投资虽较大,但今后长时间不破坏地面,将节省相当财力,又能保持干道畅通,带来显著的社会效益,故被认为综合经济性较高。日本东京等大城市早已采用这种称为“共同沟”的方式,总长达200km以上(参见

  业)1984年2月号等)。

  5.2.9 地下水位较高的地方,化学腐蚀液体溢流的场所,实践中屡因沟道积水难以根除,影响金属支架锈蚀严重而垮坍,电缆绝缘下降以致故障频繁,有些工程不得不改造变为架空敷设。

  建筑物内不适于地下敷设电缆,除上述条件外还有其他的原因,如火电厂锅炉房中煤灰积聚,随地面工业水的流淌,加以有重载车(更换球磨机的钢球等搬运)通过造成沟盖板破损,一般不宜采用电缆沟;大型火电厂等自动化程度较高的厂房内设有控制室,众多的控制、信号电缆与设备装置连接距离等因素,采用隧道往往不及架空敷设电缆。

  厂区不适于地下敷设电缆,除上述条件外也有其他情况,如受地下管网布置地位限制,有的工程采用支承式架空敷设(参见《水泥技术》1990年第4期);有的用悬挂式架空敷设(火电厂主厂房至除灰系统的运距灰浆泵房等)。 5.3 直埋敷设于地中 5.3.1 通常以聚氯乙烯或聚乙烯构成的电缆挤塑外套,在酸、碱强腐蚀下,会发生化学物理变化而导致龟裂、渗透,宜于防止。

  杂散电流从电缆周围土壤中流入的地带称阴极地带,反之从电缆流至周围土壤的地带称阳极地带,由于阳极作用所产生的腐蚀化合物,一般将使电缆的铅包层产生腐蚀。

  5. 3. 2 直埋敷设的埋深限制,是从防护电缆安全又兼顾经济性的综合考虑。

  国外规范标准的有关规定,现汇列于表12。

  

  经分析,我国已颁布的《电气电缆运行规程》和《发电厂、变电所电缆选择与敷设设计规程》规定的埋深要求,经长期实践证明可行,与国外标准相近,因而继续沿用基本一致的要求。

  5. 3. 5 表5.3.5的拟定,主要基于以下考虑:

  凡《电力电缆运行规程》实行无异议的,宜维持历史连续性;但经实践总结其中要求欠合理者,也需要予以适当调整。像电缆与热力管沟平行容许最小距离,可酌减一半的特殊情况,如管沟属冬季采暖用热力管时,由于冬季土壤温度较低,缩至lm的平行净距后,热力管沟的发热影响,不致于引起电缆所处土壤温度超过其夏季土壤自然温度(可参见《建筑电气)1990年第3期)。

  同时考虑到上述规程未曾包含,但在指导工程需明确统一规定的内容,则一并纳入。电缆与公路边、排水沟、电缆杆的距离容许值,现与原苏联1985年颁布的《电气安装规程》一致。

  5. 3. 8 统计显示接头运行故障率较高,考虑接头制作的需要,对重要回路的接头两侧留有备用裕量,将有助于恢复供电。

  5. 3. 9 特殊回填土的使用方式,已由本规范第3.7.4和5.3.4条明确。 5.4 敷设于保护管中 5. 4. 1 电缆保护管材质种类不少,适用情况多样,本条规定了属于共性的基本要求。

  保护管的机械强度一般由相应专业标准明确。如日本制订有《电力电缆的地中埋设方法》JISC3653—1987标准,对地中埋设用电缆保护管按各类管材的机械强度要求是:

  钢制保护管.应满足在100mm长的管旅加1000kgf正压力:

  构成排管的陶瓷制管,应满足沿管轴正交方向以每秒51—60kgf的加速度施加3.47kgfcm2的压力不少于lmin。

  对聚乙烯波纹管,则以20mm/min速度施加R×l7.4kgf的正交荷载作用在200mm长的管上;管的两侧垫有平板。其中R系管的内外径平均值,单位为cm。

  此外,原西德DIN57605标准,对可挠性塑料保护管,按施加50kgf静压力作用5min后,要求管的形变率不大于20%,且按5kgf·cm冲击荷载试验后管壁应无裂缝。英国BS4607标准对塑料管耐冲击性,按2kg·10cm冲击试验考核等。

  美国电气制造商协会标准NEMA—TC3—1978,把电缆用塑料保护管分成四种使用类型:I型,埋入混凝土中;Ⅱ型,地中埋设但不埋入混凝土中;Ⅲ型,地面上一般性荷载条件;Ⅳ型,地面上重载条件。

  国内某城市供电设计研究室开发四孔型混凝土排管,拟定技术条件是:混凝土抗压强度400kg/cm2、管体的承压极限(裂缝荷载)5000kg以上,弯曲强度极限400kg·m以上等。

  包含机械性能在内的电缆用保护管统一标准,我国有关标准化组织已提议将纳入制订计划。

  本条分项的简要说明如下:

  (1)穿于接地钢管中的控制电缆,在相距60mm的工频电磁干扰下,可较未穿钢管时的干扰幅值降低9~14倍,暂态高频干扰可降低15—30倍(详见1987年9月《电气と工事》)。

  (2)交流单相电缆以单根穿于钢管的情况,在某引进工程中就有使用,由于闭合磁路感应涡流使钢管发热,以致有数十根电缆因此被烧坏(详见《电线电缆》1990年第3期)。

  5.4.2 分项说明如下:

  (1)难燃性塑料保护管仅具有相对不延燃性,可燃质一旦被烧着,往往助长了火势;如系聚氯乙烯保护管,着火后析出大量氯化氢气体,其毒性和二次灾害均较严重,故不宜在防火要求高的场所使用。

  国内在埋入混凝土中部分露出地面情况,广泛采用普通炭素钢管(俗称水煤气管)、厂房内架空分支保护电缆用钢质硬或软管,从南方湿热、化学腐蚀严重地区运行时间不长、锈蚀损坏均较快的反映,现明确以适合环境耐久要求为原则的防腐处理;列举的镀锌、包塑(注塑复包)在国内外都已成熟应用,在含硫化物高的环境,镀锌不及包塑。

  (2)塑料管的自熄性与不同燃烧条件差异较大,在未统一制订适于电缆使用典型条件下等效标准试验方法前,仅宜以本项原则要求来考核。

  如日本JISC8411、8340等标准中,规定了硬质聚氯乙烯管、可挠性塑料管的难燃性考核要求,并不以单一的氧指数来衡量。

  塑料管用于混凝土中埋设,施工时有一些立体交叉作业场所,出现高处重物落下冲击情况应能耐受。如日本塑料管分类就含耐冲击型。

  可挠性塑料保护管,便于冷弯、有助加快施工,西方工业国家已大量应用取代钢管,我国也已开发应用取得成效。

  5.4.3 地中埋设用保护管,迄今已应用水泥管、铸铁管、石棉水泥管、钢管、硬质聚乙烯管、多孔陶瓷管、玻纤增强塑料管等多种类型。本条规定了选择时应遵循的基本原则。

  5. 4.4 一般推荐1管穿1根电缆、且明确重要性场所尤宜按此原则,是基于长期实践经验,较有利于保持电缆不易在施工中受损伤,确保安全。

  数根电缆合穿1管,可加快施工降低造价,国外多有采用,国内也有工程实践。

  电缆外径与保护管管径的比值,要从便于施工和管材投资两方面统一考虑,经分析仍以维持多年来采取的倍数值为宜。这与日本等国际准也相同。

  5. 4 .5 分项说明如下:

  (1)力求减少弯头,使施工易于进行。反之,则给施工带来困难。

  如曾用φ22管穿10根2mm直径的聚氯乙烯绝缘线,在4个直角弯头每段6m的全长30m管中,测得第一个弯头出口张力6.7kgf,其余第二、三、四个弯头的出口张力,分别为18、36.5、67.5kgf,最终出口张力为69.5kgf(参见1987年3月<电气と工事),第29—34页)。这显示了弯头尤其是直角弯头越多,施工牵引力越大的规律。

  此外,美国国家电气法规(NEC)规定,不应超过相当于4个直角弯的弯头。

  (2)埋管距地面深度的允许值,由保护管的抗压强度和对应于地面上承受的荷载等因素确定。

  国外有关规范标准的规定如下:

  美国国家规范(NEC)的埋深限制不小于0.454m,原苏联《电气安装规程》要求不小于0.5m,但与铁路交叉时距路基深度不小于lm。

  日本JISC3653—1987标准的埋深分别规定:(A)有载重车经过时不小于1.2m,(B)慢车道下面不小于0.8m,(C)其他情况为0.6m。但颁布后,有的认为过于保守,估计有1.5—2倍的裕度,且有浅埋趋势的动议,以利于与地下管网交叉,还可提高电缆载流能力等,因而有认为在城镇步行道下面埋深可缩减至不小于0.3m(可参见《电气学会杂志》第111卷第7期)。

  借鉴日本采用力学分析方法验算埋深的承压受力情况,分项扼要介绍如下:

  其一是埋深覆盖土层的垂直荷重,按土层容重1650kg/m3(地下水位以上)、2000kg/m3(地下水位以下),并依Yansen理论式和取土的内部摩擦角35°及管路宽1200mm条件,算出在埋深1.2m条件下的分布荷重为1650kg/m2。

  载重车经过路面的荷重,按Froelich理论式,并依20t汽车后轮重8t,应力集中系数为5(砂质土层为4~5)等条件,算出荷重分布,当深埋为1.2m时在管的地方为4700kg/m2。

  两项合成,在深埋1.2m时为6350kg/m2垂直荷载作用于电缆保护管上(详见《电设工业》1971年2月号)。

  其二是也有分析计算和试验验证,对同样载重车经过路面的垂直荷重算出为10910kg/m2,埋深0.3m时土层垂直荷重540kg/m2;对管材产生的弯矩算出为R2×0.093kgf·cm/cm(R为管的半径),管材的容许弯矩按抗弯强度乘以断面系数,并计入安全系数为3,在采用波纹塑料管的抗弯强度240kgr/cm2和φ50、φ200断面系数相应为0.05cm3/cm、0.445cm3/cm时,算出的

  管材容许弯矩均大于承受弯矩。同时,通过实验测试,查明该型管和硬质聚氯乙烯管φ100、φ200在埋深0.3或0.6m下的最大变形率在0.35%一1.3%,均小于容许值(详见1987年9月《电气と工事),第44--45页)。

  综合分析后,本条的埋深限值既考虑到我国具有足够强度的保护管(如钢管等)一般可适应,又不作严格界定,容许稍有选择,以便按实际管材强度条件调整,也利于在通过城镇步行道等轻载情况下浅埋敷设的需要。

  5. 4. 6 本条主要从国内工程实践经验总结所归纳。

  排管纵向连接处如果超过2°30’,在φ50的排管孔中用一般600mm长的试通器,就难以沿管中贯通,故需限制弯曲度。

  缆芯工作温度相差较大的电缆,分置于相隔lm以上的不同排管组,已实践且有成效。

  排管的管路顶部至地坪的埋深0.5—0.7m时,可让大部分自来水、煤气、电话线和小截面电力电缆跨越通过,也满足承压要求。

  顺便指出,日本JISC3653—1987标准,对排管的埋深规定为0.3m,它不同于其包含穿管的所谓直埋时埋深值(可见第5.4.4条说明)。

  5.4.7 一般在100—200m以上长度的管路,可能出现受牵引张力限制间距而需设有拉线工作井。

  应用附录F时,一般需按管线中含有的直线、弯曲段情况,逐段推算,直至最后一段出口牵拉力符合式(F.0.1—1)以及弯曲段满足式(F.0.1—2)的条件。

  如管路位于斜坡,不能直接搬用式(F.0.2—1)、式(F.0.2—2),需计入重力影响。

  所列算式与美、日等国沿用的基本一致,且经过国内工程实践。有关参数确定说明如下:

  控制电缆容许拉力计入K=0.6的校正,出于安全考虑,与国内某2×60万千瓦机组工程参照美国EBASCO公司的实践一致。

  侧压力容许值在国外有不同择取,美国的EBASCO公司采用446.4kg/m;日本曾有下列值:

  铠装电缆,2500kg/m(饭家喜八郎《电力ケ-ブル技术ハソドプツク)1974年):

  自容式充油电缆,700kg/m《电设工业》1977年6月号,第37页)或300kg/m(古河电气工业公司,1985年);

  交联聚乙烯电缆(单芯或3芯),700kg/m(日立公司,《电设工业》1977年6月号第37页)或300kg/m(古河公司,1985年)、250kg/m(三菱电线公司,1985年);

  交联聚乙烯电缆(分相统包),250kg/m(日立公司,《电设工业》1977年6月号第37页,古河公司,三菱公司)。

  聚氯乙烯电缆,300kg/m。

  现择取的电缆侧压力容许值,可见偏于安全。

  动摩擦系数μ的择取值,能基本反映常用各类管材的相对差异规律性,且偏于保守。顺需指出,实测系列数据表明,μ值与电缆挤塑外套材质、润滑剂类别、温度以及弯曲段侧压力等因素相关,如低温比常温时μ值大多减小10%~40%,侧压力大于225kg/m左右时,μ可能减小50%以上等(可参见《IEEE—PAS》1971年9~10月;(电气と工事)1987年9月;(Transmissi style="color:#000000">思变