地铁电力电缆工程电缆支架的设计

地铁电力电缆工程电缆支架的设计摘要：本文结合工程经验，分析了地铁供电系统电力电缆工程中有关电缆支架的设计问题，包括支架的类型、主材、托臂长度、支架层间距、支架跨距、固定方式、防腐、接地等问题，并提出选择建议，对电缆支架的选择设计有一定参考性。关键词：地铁；电力电缆支架；设计；选择；建议引言：地铁供电系统中，电力电缆因其可靠性高、电击可能性小、占地面积小、维护工作量少等优点被广泛应用于地铁工程。规范要求“电缆明敷时，应沿全长采用电缆支架、桥架等支持与固定”。因此，地铁电缆工程的可靠性、安全性除了电缆质量因素外，电缆支架也起着举足轻重的作用。目前，国家针对电缆支架的相关规范比较少，GB50217对电缆支架作了一般规定，但有些技术参数例如：托臂的长度、支架层间距、安装螺栓规格等尚需要根据地铁的特点进行综合分析，合理选取，以满足地铁安全运行的要求。1.地铁工程电力电缆及电缆支架简介1.1电力电缆地铁供电系统电力电缆主要包括10-35kV交流高压电缆、750-1500V的牵引直流电缆、400V的交流低压电缆及控制保护类电缆。交流高压电缆将地铁主变电所与车站变电所、各车站变电所串接，形成中压网络；牵引直流电缆将牵引所与牵引网连接，给电动车组提供直流电源；交流低压电缆将低压电源送至各动力、照明设备。1.2电缆支架电缆支架应用在电缆敷设工程中，使电缆排列整齐，便于维修；使电缆分层架设，保持一定距离，利于散热；将各电压等级电缆分开敷设，避免相互影响；将电缆托起，防止水淹、机械损伤等。目前，国内地铁工程中，常用的电力电缆支架主要有两种。一是电缆桥架，它结构简单，配置灵活，在数量众多、密集的电缆回路布线上，能使通道空间容纳的电缆数量显著增多,电缆桥架多用于交流低压和控制保护类电缆的敷设。二是型钢电缆支架。型钢支架是电力系统中运用历史最长的电缆支架，因其强度高，能适用于各种场合，制作也比较简单方便，所以地铁工程中压环网和牵引直流电缆敷设基本采用型钢支架，其中又以臂式支架最为普遍。除上述常用金属材料支架外，城市美化要求高的工程采用一种新型高强度复合材料的电缆支架。此支架造型美观、灵活轻便、电绝缘及防腐蚀性能优越。2.电缆支架选择2.1电缆支架主材地铁工程中电力电缆支架通常是把钢材轧制成所需型材后，经焊接或用紧固件拼装而成。其材质应符合GB700《碳素结构钢》中Q235A的要求。2.2电缆支架托臂长度普通电缆支架（臂式支架）在地铁工程中应用最广泛，区间隧道侧壁、站台板下电缆通道内、电缆夹层、高架桥区间等场合一般都选择臂式支架，臂式支架比其它类型支架简单灵活，方便电缆敷设，适合空间狭小、电缆数量较多场合。臂式支架的托臂长度不仅与其承载能力、敷设电缆数量有关还与设备限界等现场条件有关。电缆支架的荷载除考虑电缆及其附件荷重外，还应考虑安装维护的受力要求，有可能短暂上人时，计入900N的附加集中荷载；机械化施工时，计入纵向拉力、横向拉力等影响；在高架露天区段，还应计入可能有覆冰、雪和大风的附加荷载。地铁限界分为车辆限界、设备限界、建筑限界。电缆支架应安装在设备限界内，规范要求“宽度方向上设备和设备限界之间应留出20~50mm的安全间隙”，根据工程经验，考虑土建、轨道等专业施工误差，建议前期配合中，支架和设备限界之间预留量按不小于50mm设计。电缆敷设占用空间除考虑电缆自身的外径尺寸外，还应考虑电缆之间的安全净距和安装卡子的空间。例如：臂式支架，当一层托臂需要敷设2回品字布置的单芯电力电缆时，在满足限界要求前提下，托臂净长宜不小于350mm。2.3电缆支架层间距及电缆支架跨距电缆支架的层间距不仅需要满足方便电缆敷设、固定及安装接头的要求，且在多根电缆同置于一层时，可更换或增设任一根电缆及其接头。电缆支架层间距最小值参见表1。电缆支架的最大跨距应满足支架的承载能力和无损电缆的外护层及其导体的要求。规范要求普通支架允许跨距宜符合表2。表1电缆支架层间距最小值（mm）电缆电压等级和类型、敷设特征普通支架、吊架控制电缆明敷120电力电缆明敷6kV以下1506-10kV交联聚乙烯20035kV单芯25035kV三芯300表2普通支架的允许跨距（mm）电缆特征敷设方式水平垂直未含金属套、铠的全塑小截面电缆8001000除上述情况外的中压电缆800150035kV以上高压电缆15003000地铁车站内由于电缆种类、数量多，高低压电缆共用，支架水平跨距宜选择800mm；在线路区间，大多为高压电缆，为使电缆敷设有一定驰度以能够补偿在各种运行环境温度下因热胀冷缩引起的长度变化，支架水平跨距宜选择1500mm，敷设控制保护类电缆的托臂配置梯形桥架。2.4电缆支架固定电缆支架固定方式一般有焊接固定和锚栓固定。焊接固定，需要在前期配合中预埋钢板，虽然强度高，但灵活性差，其在地铁电缆支架工程中应用较少。金属锚栓固定电缆支架由于安装灵活、施工方便被普遍采用。金属锚栓又分膨胀锚栓和机械锚栓，膨胀锚栓依靠的是膨胀应力发挥作用，不适用于有振动力的场合且会在作用的过程中对混凝土基材有一定损害，但成本相对较低，施工方便，被早期工程普遍采用。机械锚栓嵌入混凝土后，依靠机械锁键力发挥作用，产生类似预埋的效应，不会破坏承载的安全性，且具有抗振动、抗疲劳等性能，但成本相对较高，且国内大批量生产能力还有待提高。无论哪种锚栓，其承载力都必须大于支架的荷载值，锚栓的抗拉和抗剪能力应满足应用场合的要求。地铁电力电缆工程中，典型臂式支架如图：偏于安全，若仅考虑上部锚栓受拉，底部锚栓抗剪，一个重约300kg（含电缆、附加荷载）、托臂长0.35m、上下排锚栓间距0.9m的电缆支架，取施工动载系数2.0，锚栓不均匀受力安全系数2.0,安装环境系数2.0，各固定点受力为:1）上部锚栓受拉F=2.0*2.0*2.0*3000*(350/2)=2.34kN2*9002）底部锚栓抗剪V=2.0*2.0*2.0*3000=12kN2因此，所选安装锚栓的抗拉、抗剪力必须大于上述计算值。锚栓长度需根据固定构件和承载物的特点选择。地铁工程中，支架一般固定于隧道侧壁，隧道侧壁表层约有50mm厚的混凝土保护层，锚栓锚固深度应不小于混凝土保护层厚度，才能起到安全固定作用。因此，锚栓长度取80~100mm，即可满足受力要求，又不破坏承载安全性。2.5支架的防腐处理钢结构支架必须进行防腐处理，惯用方法有热浸镀锌和渗锌防腐。热浸镀锌防腐处理的质量应满足如下规定：桥架构件镀锌厚度平均值≥65μm，螺栓及杆件镀锌厚度平均值≥54μm。若采用渗锌工艺，所有零部件的渗锌厚度平均值≥50μm，渗锌后应进行后处理，防止返锈现象发生。2.6支架的接地规范要求钢制电缆支架应有可靠的电气连接并接地。目前，地铁工程中大多采用一根50mmX5mm的镀锌扁钢将全线的支架连接贯通，并在车站内就近连接到综合接地网。3.结束语本文依据相关标准规范，并结合地铁工程中电力电缆敷设的特点，就电缆支架设计提出了一些看法，希望能对后续工程有所帮助。参考文献：[1]国家电力公司机械局主编，电线、电缆及其附件实用手册，北京：中国电力出版社，2001[2]GB/T50217—2007电力工程电缆设计规范[3]CECS31:2006钢制电缆桥架工程设计规范注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。