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(wàn)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(wú)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(guò)渡接頭，水平段最長(zhǎng)有350m，垂直段最長(zhǎng)超過(guò)400m，垂直段因井道空間有限，無(wú)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(guò)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(zhǎng)達(dá)數(shù)百米而無(wú)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(zhǎng)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(wú)鹵高阻燃特性；
5)    電纜垂吊敷設(shè)僅靠電纜自身承受長(zhǎng)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(lái)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(wú)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(wú)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(zhǎng)期承載長(zhǎng)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(shuō)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(wú)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(wú)鹵高阻燃隔氧層，然后在其外面再擠包低煙無(wú)鹵材料外護(hù)套，確保電纜通過(guò)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(wú)鹵性能試驗(yàn)。
    承載單元選擇經(jīng)過(guò)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(wú)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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(zhǎng)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(guó)外通常采用壓接方法，該方法簡(jiǎn)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(cè)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(guò)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(guò)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(wú)變形，三根承載單元組合承受480kN也完全通過(guò)，滿足該項(xiàng)目最大導(dǎo)體截面、最長(zhǎng)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(zhǎng)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(wú)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(guò)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(zhǎng)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(cè)起吊環(huán)與連接吊具及承截單元有無(wú)變形和拉脫現(xiàn)象。
4)    為確保吊裝電纜安裝后長(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)固定板與連接吊具及承載單元有無(wú)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(wú)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(cè)機(jī)構(gòu)的支持下，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)研究和專家評(píng)審論證，產(chǎn)品通過(guò)了全性能試驗(yàn)考核，于2005年由國(guó)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(guó)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(guò)地下水平段、垂直段、高層水平段安裝，在國(guó)內(nèi)建筑垂吊敷設(shè)施工中尚屬首次，即便在國(guó)外對(duì)吊裝電纜超高層垂直吊裝敷設(shè)中也無(wú)先例，目前電纜吊裝敷設(shè)情況一切正常。現(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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