楊光龍

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，云南 昆明 650011）

0 前言

近年，由于城市化進(jìn)程加速，用電量大幅增加，對(duì)城市電網(wǎng)網(wǎng)架的穩(wěn)定性、可靠性提出了新的挑戰(zhàn)。但是城市的土地供應(yīng)有限，已到了寸土寸金的地步，加之文明城市的創(chuàng)建，人們對(duì)人身安全的更加重視，在城市地面上興建架空線路、變電站，已經(jīng)不合時(shí)宜。于是，新建工程、城網(wǎng)改造、架空線入地遷改的工程越來(lái)越多，地下變電站、輸電電纜線路逐漸在城市的地下鋪開，成為城市電網(wǎng)的血脈，點(diǎn)亮地上的萬(wàn)家燈火，給城市提供源源不斷的能量。

電纜工程的大量密集投運(yùn)，給電纜運(yùn)維人員的驗(yàn)收工作增加的難度，但是大量的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)告訴我們，驗(yàn)收時(shí)的嚴(yán)格把關(guān)，將為日后的運(yùn)維工作省不少心，尤其是電氣類，因?yàn)橐坏┩哆\(yùn)，停電檢修時(shí)間將不確定。其中電纜彎曲半徑的驗(yàn)收就是一個(gè)重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)。

1 電纜彎曲半徑的定義及控制標(biāo)準(zhǔn)

1.1 電纜彎曲半徑的定義

彎曲半徑即曲率半徑，在幾何中，定義為曲率的倒數(shù)，即R=1/K。平面曲線的曲率是針對(duì)曲線上某個(gè)點(diǎn)的切線方向角對(duì)弧長(zhǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)率，表明曲線偏離直線的程度，通過(guò)微分來(lái)定義，如圖1所示，彎曲半徑。其中L為轉(zhuǎn)動(dòng)弧長(zhǎng)，θ為切線方向角，K為曲率。對(duì)于曲線，它等于最接近該點(diǎn)處曲線的圓弧的半徑。電纜的彎曲半徑即指電纜彎曲處，最接近該點(diǎn)處曲線的圓弧的半徑。

圖1 彎曲半徑示意圖

1.2 控制電纜彎曲半徑的意義

電纜根據(jù)絕緣材料的不同可分為：塑料絕緣電纜、橡膠絕緣電纜、油紙絕緣電纜、充油電纜，目前最常用的為塑料絕緣電纜，其中交聯(lián)聚乙烯以其優(yōu)異的電氣性能、耐熱性能、機(jī)械性能、耐老化性能和其他性能應(yīng)用最為廣泛[2]，本文只考慮此絕緣電纜。

眾所周知，交聯(lián)聚乙烯由聚乙烯加入交聯(lián)劑經(jīng)過(guò)化學(xué)或者物理的方法交聯(lián)而成，在電纜絕緣材料中屬于固體絕緣，屬于塑性材料，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重彎曲時(shí)，將產(chǎn)生塑性形變，無(wú)法恢復(fù)。比如在電纜敷設(shè)或運(yùn)行時(shí)，電纜彎曲半徑不滿足要求，將導(dǎo)致彎曲處內(nèi)側(cè)絕緣受擠壓，外側(cè)絕緣受拉伸超過(guò)極限值，產(chǎn)生不可逆形變。絕緣層承受導(dǎo)體線芯的高壓，當(dāng)絕緣與導(dǎo)體間有氣隙或者絕緣結(jié)構(gòu)損壞，會(huì)在該點(diǎn)形成局部放電，在長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)電場(chǎng)作用下，可能會(huì)形成電樹枝，最終導(dǎo)致絕緣擊穿，線路跳閘等一系列嚴(yán)重后果。

1.3 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

1）《城市電力電纜線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》DLT 5221-2016中4.1.1條規(guī)定“任何方式敷設(shè)的電纜的彎曲半徑不宜小于表4.1.1規(guī)定的彎曲半徑[3]”，如表1所示。

表1 電纜敷設(shè)時(shí)和運(yùn)行時(shí)最小彎曲半徑

2）《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB 50168-2018中5.1.7條規(guī)定“電纜的最小彎曲半徑應(yīng)符合表5.1.7的規(guī)定[4]”，如表2所示。

表2 電纜最小彎曲半徑

3）《電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50217-2018中5.1.2條規(guī)定“電纜在任何敷設(shè)方式及全部路徑條件的上下左右改變部位，均應(yīng)滿足電纜允許彎曲半徑要求，并應(yīng)符合電纜絕緣及其構(gòu)造特性的要求[5]?！?/p>

4）中國(guó)南方電網(wǎng)公司《輸電設(shè)備缺陷定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（運(yùn)行分冊(cè)）2015版》2.2.1.5條規(guī)定：電纜本體敷設(shè)、安裝不當(dāng)“電纜本體彎曲半徑＜20D”屬重大缺陷。

由上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可知，多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)均已對(duì)電纜最小彎曲半徑有了清晰的闡述，《電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》定性要求，《城市電力電纜線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》及《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》定量要求，中國(guó)南方電網(wǎng)公司《輸電設(shè)備缺陷定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（運(yùn)行分冊(cè)）2015版》對(duì)運(yùn)維要求有明確的指示。

2 電纜彎曲半徑測(cè)量工具的研制

針對(duì)電纜彎曲半徑的測(cè)量，我們運(yùn)維單位傳統(tǒng)的測(cè)量方法為用卷尺“畫圓”、“測(cè)量目測(cè)直徑”的土辦法，如圖3所示，遇到電纜繞墻外側(cè)敷設(shè)的情況還無(wú)法測(cè)量，存在測(cè)量方法不專業(yè)、具有主觀性，測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確等諸多缺點(diǎn)。于是，我們決定制作一種專門測(cè)量電纜彎曲半徑的工具。

2.1 方法制定

常用的彎曲半徑測(cè)量方法有3種：

1）第一種方法“弦高法”[1]，理論公式為：

式中：a為弦高；b為弦長(zhǎng)；R為彎曲半徑。

2）第二種方法“三角法”，理論公式為：

式中：a、b、c分別為角A、B、C的對(duì)邊長(zhǎng)度。

3）第三種，弧長(zhǎng)法，理論公式為：

式中：L弦為弦長(zhǎng)；L弧為弦長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)。

通過(guò)對(duì)3種方法的比較，弦高法以計(jì)算簡(jiǎn)單、測(cè)量方便、電纜內(nèi)外側(cè)均能測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)被采用。圖2、圖3分別為電纜彎曲半徑測(cè)量工具從電纜內(nèi)側(cè)、外側(cè)測(cè)量示意圖。

圖2 內(nèi)側(cè)測(cè)量示意圖

圖3 外側(cè)測(cè)量示意圖

2.2 工具制作

由于經(jīng)費(fèi)限制，加之主要目的為試驗(yàn)方法是否可行，為了方便加工，我們采用木板制作工具，用高精度測(cè)距儀測(cè)量弦高a，用等距離孔位表示弦長(zhǎng)b，通過(guò)調(diào)節(jié)支撐條在不同孔位的固定來(lái)調(diào)節(jié)弦長(zhǎng)b，其中支點(diǎn)腿的長(zhǎng)度為c，孔位間距為5 cm，弦長(zhǎng)b的調(diào)節(jié)范圍為20~60 cm，測(cè)距儀測(cè)量數(shù)據(jù)為x，圓弧內(nèi)側(cè)測(cè)量時(shí)（模擬電纜沿墻角內(nèi)側(cè)敷設(shè)情形）a=x-c，圓弧外側(cè)測(cè)量時(shí)（模擬電纜沿墻角外側(cè)敷設(shè)情形）a=c-x。制作成品。

2.3 效果驗(yàn)證

1）測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)圓弧驗(yàn)證

用直徑88 cm標(biāo)準(zhǔn)圓的呼啦圈為對(duì)象驗(yàn)證測(cè)量尺的功能性及準(zhǔn)確性。

已知：弦長(zhǎng)b=60 cm，支點(diǎn)腿長(zhǎng)c=20 cm，測(cè)距儀讀數(shù)x=31.7 cm，a=x-c=11.7 cm，

代 入 公 式R=(a2+b2/4)/2a=（11.72+602/4）/（2*11.7）=44.3 cm

則：直徑D=2R=88.6 cm，誤差=88.6-88.0 =0.6 cm

2）測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)電纜驗(yàn)證

已知：110 kV松呈線電纜外徑D=85 mm，電纜運(yùn)行時(shí)最小彎曲半徑為15D=127.5 cm，電纜彎曲半徑測(cè)量尺b=60 cm，c=20c m，測(cè)距儀讀數(shù)x=22.7 cm，則：

a=x-c=2.7 cm

R=(a2+b2/4)/2a=168.0 cm>15D=127.5 cm，該處電纜彎曲半徑符合要求。

3）測(cè)量誤差與基于圓弧的辯證關(guān)系

半徑R較大時(shí)，為了避免a值太小，測(cè)量誤差太大，b值應(yīng)選擇較大值，同時(shí)所測(cè)的電纜段近似圓?。话霃絉較小時(shí)，為了保證所測(cè)的電纜段近似圓弧，b值應(yīng)選擇稍小值，a值測(cè)量誤差也不會(huì)過(guò)大。

3 結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，該電纜彎曲半徑測(cè)量工具能基本準(zhǔn)確測(cè)量電纜彎曲半徑，能夠從電纜內(nèi)側(cè)、外側(cè)測(cè)量，且操作簡(jiǎn)單，容易上手，但由于材質(zhì)及測(cè)距儀精度原因，準(zhǔn)確度還有待提高，且工具略顯笨重，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量不太方便。

我們針對(duì)該測(cè)量工具的優(yōu)缺點(diǎn)，將進(jìn)行以下探索與改進(jìn)：①10~500 kV電壓等級(jí)各種截面的電纜彎曲半徑均可測(cè)量，測(cè)量范圍廣；②采用激光測(cè)距，測(cè)量精度毫米級(jí)，測(cè)量準(zhǔn)確；③計(jì)算過(guò)程引入智能芯片，直接屏顯測(cè)量結(jié)果，方便快捷；④可推動(dòng)測(cè)量尺在電纜上行進(jìn)，實(shí)時(shí)測(cè)量該點(diǎn)彎曲半徑，配合聲光顯示，直接報(bào)警彎曲半徑不足的點(diǎn)；⑤測(cè)量尺采用伸縮、折疊的結(jié)構(gòu)，小巧易攜帶。

電纜彎曲半徑的控制及測(cè)量是電纜工程施工及竣工驗(yàn)收時(shí)的重要環(huán)節(jié)，尤其是敷設(shè)階段，文明施工、科學(xué)敷設(shè)是最基本也是最有效的措施，應(yīng)該嚴(yán)格把控。更好的施工方案及驗(yàn)收方法保證電纜彎曲半徑滿足要求，可以避免因電纜敷設(shè)、安裝彎曲半徑不足導(dǎo)致的絕緣缺陷，降低故障跳閘的幾率，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定、可靠性。