高压电缆沿桥梁敷设的设计分析与研究

2016-03-22广州市电力设计院有限公司廖晓苏

电子世界 2016年4期

广州市电力设计院有限公司廖晓苏

高压电缆沿桥梁敷设的设计分析与研究

广州市电力设计院有限公司廖晓苏

【摘要】随着经济的发展和科技的进步，高压电缆沿桥敷设的技术被不断的应用，极大的促进了交通运输业的发展。文章对广州明珠湾大桥沿桥敷设高压电缆进行了技术因素分析与研究，具体描述了桥梁伸缩对电缆敷设的影响以及对沿桥梁敷设电缆接地系统的研究，对促进交通运输的发展具有深远的影响。

【关键词】高压电缆；沿桥；敷设；设计

1　引言

随着经济的发展和科技的进步，目前拥有成熟实用的在桥梁上敷设高压电缆的技术，就像1988年在濑户大桥上敷设的长达八千米的充油电缆以及1992年在湘江大桥上敷设的长达八百米的交联电缆等。国家在2005年颁布的《城市电力电缆线路设计技术规定》中明确的提出“城市高压电力电缆跨河流要优先考虑对城市的交通桥梁以及交通隧道进行电缆敷设”。大桥进行电缆敷设的难度不管是在技术上还是在施工设计上都远远的大于陆地，所以要正确的对大桥伸缩以及车辆运动形成的振动对电缆的影响进行处理，还要正确的对待高压电缆金属护套换位接地技术等的使用，对于高压电缆在桥梁上进行敷设具有深远的影响。

2　工程背景

广州明珠湾大桥是南沙明珠湾区的重要交通通道，路线横跨南沙街和珠江街，西起于珠江街万环西路，向东跨越龙穴南水道后，东接虎门联络道，全线大致呈西南～东北走向，全长约9143m，规划为60m宽的城市主干路，双向八车道。该大桥由多部分组成，分别有副航道桥、主航道桥、两岸引桥以及中意引桥等。大桥建设后敷设高压电缆是必不可少的工序之一，但是从海底进行高压电缆的敷设不仅费用高，而且还不安全，修理保养都不容易进行，所以大多选择沿桥梁或者是沿着桥梁堤坝进行高压电缆的敷设，这样一来，敷设高压电缆的难度减小了，运行维修和保养的费用也减少了，但是，进行沿桥梁敷设高压电缆的设计难度比较大，进行施工的技术也比较的复杂，存在的问题也比较多，本文结合工程的实际，对桥梁伸缩对高压电缆的影响以及高压电缆的接地系统进行了研究，从中获得一定的经验。

3　桥梁伸缩对电缆敷设的影响

在桥梁上进行高压电缆敷设不仅要考虑到大桥自身的热伸缩，还要考虑到大桥受环境温度以及汽车移动负载的变化的影响。对于那些长度比较大的桥梁具有较大的伸缩量，如果不尽快的采取相应的对策，电缆随着桥梁的拉伸就会产生过大的张力，在桥梁多次反复拉伸的情况下，高压电缆的金属护套便会断裂，受到绝缘击穿而受到损害。

经验证明，桥梁以及高压电缆在不同的环境温度下都会产生不同程度的伸缩，所以要注重桥梁伸缩对高压电缆产生的影响，及时采取措施进行解决处理。蛇形敷设以及在桥梁的两端以及桥墩之间的伸缩缝里加入电缆伸缩装置都是不错的选择，这样可以减少桥梁伸缩对高压电缆的影响，有利于高压电缆正常的进行工作。图1为电缆伸缩装置的工作原理图。

图1　电缆伸缩装置的工作原理图

桥梁会根据环境温度以及承载重量的变化发生伸缩，主要决定因素为荷载形式、温差、大桥的结构以及长度等，计算大桥精确伸缩量的公式为：

M=kalÄt

其中k=1.4-2.0，m是大桥的伸缩量，a是线膨胀系数，L是大桥的长度，Ät是大桥经受的温差，根据公式计算，明珠湾大桥的伸缩量为800mm。电缆伸缩装置的选型应该能够吸收桥桁的热伸缩，且保证敷设于伸缩装置上的电缆不发生过分的弯曲。经调研，沈阳古河的Off set 伸缩弧装置有比较成熟的运行经验，本工程针对OFFSET装置布置参数、电缆支撑固定方式与间距等参数计算进行初步的分析。

大跨度Offset 的电缆的设计中，伸缩量变大的话，Offset 的尺寸也变大，对于通常的没有约束力的自由式Offset，仅依靠电缆的刚性的话，部分地集中吸收伸缩量，可能导致Offset 不能有效地工作。因此需使用使Offset 内各部分的电缆均等变化的装置—均等差动式机构。作为这种情况的设计条件，先细分成对应于预测的汽车以及铁道荷载条件、温度变化条件等的伸缩量，分别预测30年内（作为电缆的耐用年限）的发生次数、应变量，有必要将Offset 尺寸设置成满足以下条件：

a.最大伸缩的时候，在电缆是带有铝套管制电缆的情况下电缆的弯曲半径为30d 以上（d：套管平均外径）。

b.为了使包铝能承受30年内的反复伸缩，累计受害系数( Σmn / N )为 0.5 以下。

由于无论何种伸缩状态Offset 的弯曲半径都维持在30d 以上的要求，有必要满足下式。

其中：

F：大跨度Offset宽度（大跨度Offset 拉伸时）；

L：大跨度Offset长度的1/2（大跨度Offset 拉伸时）。

c.防止伸缩的措施。

不管是桥梁还是高压电缆在环境温度的影响之下都会产生一定程度的伸缩量，如果达不到桥梁设计的要求，脱离了桥梁每个桥墩之间的水平的伸缩距离小于或者等于一百五十毫米的硬性规定，桥梁的使用将会出现严重的后果，带来不必要的损失，威胁人们的生命健康安全。所以广州珠江大桥的建设采用了以下措施来减少桥梁以及高压电缆的各种伸缩对高压电缆带来的不好的影响。

要全程使用蛇形敷设将包括桥梁和高压电缆的全部的伸缩变形进行吸收，然后将箱梁里的高压电缆敷设在电缆支架上面。与此同时，还要将电缆伸缩装置分别安置在钢架桥的两端、每个桥墩之间的伸缩缝里以及桥梁的两端位置，安装电缆伸缩装置的空间大小要根据大桥自身的条件来设置，保证桥梁在任何环境温度下的伸缩都可以得到解决。不仅要考虑桥梁的伸缩，为了减少工程建设成本，延长高压电缆的寿命，还要对高压电缆的弯曲半径进行控制，保证电缆伸缩装置在最大伸缩的程度。

4　沿桥梁敷设电缆接地系统的研究

4.1选择接地连接的方式

考虑到明珠湾大桥桥梁所处自然环境的影响，对电缆接地连接方式还要采取一定的措施。例如，用螺栓连接的接地线以及接地极经过长时间车辆以及其他原因的振动，就会使接地线连接面变得不够紧密，导致摩擦加大，并且受到盐雾的影响使接接地线或者接地极触面的电阻增大，一旦接地线或者接地极出现短路，便会引起着火烧毁接地栓，导致出现严重的后果，威胁人们的生命健康，所以采用接地扁铁与接地极进行焊接的方式是比较安全可靠，在选择接地连接的方式上一定要经过严密的考虑，选择最适合实际情况的接地方式，保证大桥可以在安全的条件下为人们服务，促进交通运输业的发展。

4.2高压电缆金属护套接地方式

广州明珠湾大桥在高压电缆的敷设过程中需要分段进行敷设，要想减少高压电缆接头的数量就必须要保证每段高压电缆的长度不低于850米。高压电缆金属护套的感应电压在负荷最大的情况下可以达到85瓦，将金属护套的电压值提高有利于减少绝缘接头的配置问题，不仅可以缩短工作时间而且可以提高电缆运行的可靠性。在明珠湾大桥高压电缆敷设的工程中，是将本段高压电缆分为2部分，每一部分内部两处金属护套相互交叉连接，每一部分的两端都直接接地。金属护套进行交叉互联可以限制高压电缆本身的感应电压能力，不需要再设置专门的回流线，并且可以限制接地线或者接地极发生短路时对金属护套的破坏。