技術(shù)文章

電纜彎曲半徑的現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)便測(cè)量
：電纜彎曲半徑；弦高法；弦長(zhǎng)法；三點(diǎn)法；偏差率；速查表

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化的進(jìn)程日益加速，城市電網(wǎng)中電力電纜的使用不斷增加。北京市三環(huán)路以內(nèi)所有新建輸電線路幾乎全部使用電纜。此外，城網(wǎng)架空線入地工程也在大范圍內(nèi)實(shí)施。

電纜**運(yùn)行的關(guān)鍵因素是其絕緣的良好程度和內(nèi)部電場(chǎng)分布的均勻性。電纜彎曲半徑是電纜敷設(shè)施工及運(yùn)行中保證其絕緣性能的主要指標(biāo)。所謂彎曲半徑，是指工程上把彎曲的電纜近似看做一段圓弧，圓弧所在圓的半徑即為此彎曲電纜的彎曲半徑。

如果電纜在敷設(shè)施工或運(yùn)行中彎曲半徑小于規(guī)定值，會(huì)直接導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的破壞，*終致使絕緣擊穿，釀成**質(zhì)量事故。因此，工程實(shí)踐中大量存在著對(duì)彎曲半徑進(jìn)行測(cè)量及判斷的問(wèn)題。

本文就是要尋求一種簡(jiǎn)便且準(zhǔn)確測(cè)量電纜彎曲半徑的方法，以期正確判斷其符合性，并希望能對(duì)電纜敷設(shè)施工做一些預(yù)防性的指導(dǎo)。由于電纜工程作業(yè)區(qū)狹窄，要求測(cè)量方法有如下特點(diǎn)：原理正確，方法簡(jiǎn)便，結(jié)果準(zhǔn)確。

1現(xiàn)狀分析

目前工程實(shí)踐中，電纜的*小彎曲半徑規(guī)定值一般有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：

•設(shè)計(jì)值，規(guī)范的施工圖設(shè)計(jì)，都會(huì)明確給出施工時(shí)和運(yùn)行時(shí)的*小彎曲半徑值；

•電纜生產(chǎn)廠家提供值；

•《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50168-92）中第5.1.7條的規(guī)定。

較大的電纜彎曲以目測(cè)就可以判定其合格,即：觀察曲線形狀，假定其圓心點(diǎn)，自假定的圓心至*近的電纜本體，用直尺測(cè)量出其距離，即為電纜彎曲半徑。如果彎曲較小，就必須經(jīng)測(cè)量而得出具體的數(shù)值，再與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。怎樣才能簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的進(jìn)行測(cè)量？首先要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。

2區(qū)別不同現(xiàn)場(chǎng)情況，分別建立數(shù)學(xué)模型

2.1只可于曲線內(nèi)側(cè)量取數(shù)值

如圖1，理論公式為

R=b2/（8a） a/2

應(yīng)用此法量取a、b兩數(shù)值，即得R值。可稱其為“弦高法”。


2.2只可于曲線外側(cè)量取數(shù)值

如圖2，理論公式為

L弧=(πR/90)arcsin[L弦/(2R)]

應(yīng)用此法量取AB間弦長(zhǎng)L弦/和弧長(zhǎng)L弧兩數(shù)值，即得R值。可稱其為“弧長(zhǎng)法”。

注意：運(yùn)用此公式已知L弦/和L弧值，不易得出R值（若已知L弦和R值，則容易得出L弧值）。可使用EXCEL電子表格的智能計(jì)算功能，多次試選的R值以使L弦和L弧值相符。

2.3三點(diǎn)法測(cè)量

考慮到取直角和測(cè)量曲線的不方便，在前兩種情況下均采用三點(diǎn)法進(jìn)行測(cè)量（如圖3）。理論公式為

R=b2/[2(b2-a2/4)1/2］

實(shí)踐中取AB=BC，分別量取AB=b、AC=a的長(zhǎng)度，即得R值。可稱之為“三點(diǎn)法”。


3準(zhǔn)確性的檢驗(yàn)

這三個(gè)理論公式的選用無(wú)疑是正確的。但是將其應(yīng)用到工程實(shí)踐中，準(zhǔn)確性如何呢？還需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

筆者在同事的幫助下，模擬實(shí)際工程情況作了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)：我們?cè)诘孛嫔戏謩e劃出半徑為1.8m、1.4m、1.2m的一段弧。選取兩段不同外徑的電纜（D=73mm、85mm），并將實(shí)驗(yàn)電纜彎成以上曲線，安排人員測(cè)量。得出數(shù)據(jù)并計(jì)算，其結(jié)果見(jiàn)表1。

表1電纜彎曲數(shù)據(jù)


對(duì)數(shù)據(jù)表的說(shuō)明：

•測(cè)量部位內(nèi)、中、外是指電纜彎成設(shè)定曲線后，其內(nèi)側(cè)、中部、外側(cè)；

•弦長(zhǎng)、弦高、弧長(zhǎng)均為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，預(yù)設(shè)半徑為已知數(shù)據(jù)（RD/2），計(jì)算半徑、偏差值、偏差率為計(jì)算結(jié)果（偏差率=偏差值/預(yù)設(shè)半徑）；

•方法一平均偏差率為1.10，方法二平均偏差率為1.39，方法三平均偏差率為2.05。

4實(shí)際工作中的推廣

在以上實(shí)驗(yàn)中，分別用三種方法對(duì)電纜彎曲半徑進(jìn)行了確定。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，可得出結(jié)論：需要準(zhǔn)確測(cè)量并計(jì)算電纜彎曲半徑時(shí)，此三種方法均可以應(yīng)用于工程實(shí)踐。即使存在人為的測(cè)量偏差（任何工程測(cè)量都會(huì)存在，但應(yīng)盡量減小），其平均偏差率在工程實(shí)踐中是完全可以接受的。

降低偏差率也有方法：視現(xiàn)場(chǎng)情況，取弦長(zhǎng)盡可能大，則測(cè)量誤差對(duì)*終結(jié)果的影響會(huì)更小。

依照上述公式，測(cè)量出數(shù)據(jù)后手工計(jì)算會(huì)有些煩瑣。可使用EXCEL電子表格的智能計(jì)算功能，能夠輕松解決（因其使用現(xiàn)已相當(dāng)普遍，筆者無(wú)需贅述）。

需要說(shuō)明的是，三種方法適用于不同施工場(chǎng)地情況。如場(chǎng)地情況良好，則第三種方法操作起來(lái)是*簡(jiǎn)單的。遇**種情況，工程上有專用的卡尺可測(cè)量弦長(zhǎng)（實(shí)際操作中，用4.0鐵線也可完成）。在測(cè)量工具的使用上，更可以簡(jiǎn)化為一把卷尺、幾米小白線、幾米鐵線。

5將對(duì)數(shù)值的計(jì)算轉(zhuǎn)化為比較，減少計(jì)算量

多數(shù)情況下，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)彎曲半徑的測(cè)量要由一線施工人員或質(zhì)檢人員來(lái)完成，要求每個(gè)施工人員都掌握這幾個(gè)公式，并能夠正確熟練地進(jìn)行計(jì)算是比較困難的。另外，大多數(shù)情況下，只要知道實(shí)際半徑是否大于控制彎曲半徑就可以了，而無(wú)須計(jì)算準(zhǔn)確的數(shù)值。由此，筆者想到，能否設(shè)計(jì)一張表格，使施工人員和質(zhì)檢人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量后無(wú)須計(jì)算，而只將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與表格數(shù)據(jù)相比較，就能判斷合格與否。

將公式轉(zhuǎn)化，弦高法為：a=R-[R2-(b/2)2]1/2；弧長(zhǎng)法為：L弧=(πR/90)arcsin[L弦/(2R)]；三點(diǎn)法為：a=b(4-b2/R2)1/2。

表2弦離法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量電線彎曲半徑對(duì)照表（m）

具體到每一個(gè)工程，其電纜的型號(hào)是確定的，則其彎曲半徑控制值R也已經(jīng)確定。若再將三個(gè)公式中的b、L弦、b分別固定，則可求得相應(yīng)的a控、L弧控、a控值。取多組可能的數(shù)值，即得一張現(xiàn)場(chǎng)可用來(lái)比較的速查表（本文只給出了弦高法的速查表見(jiàn)表2。其它兩種方法的速查表，讀者可自行編制）。

應(yīng)用微積分的知識(shí)可知：將三個(gè)公式中的b、L弦、b分別固定后，則相應(yīng)的a、L弧、a與R成函數(shù)關(guān)系。在各自定義域內(nèi)，其增減關(guān)系：方法一、方法二為單減；方法三為單增。直觀的圖形分析也可得出這個(gè)結(jié)論。

由以上分析，可得出速查表的用法：

•方法一：若a測(cè)大于a控，則彎曲半徑不合格，反之則合格。

•方法二：若L弧測(cè)大于L弧控，則彎曲半徑不合格，反之則合格。

•方法三：若a測(cè)大于a控，則彎曲半徑合格，反之則不合格。

6結(jié)束語(yǔ)

在理論分析的基礎(chǔ)上，筆者通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，得到了計(jì)算彎曲半徑的公式。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了理論公式應(yīng)用于工程實(shí)踐的準(zhǔn)確性（體現(xiàn)為偏差率），并得出了適用的結(jié)論。將公式轉(zhuǎn)換后，使“對(duì)數(shù)值的計(jì)算”轉(zhuǎn)化為“對(duì)數(shù)值的判斷”，編制出了適用于現(xiàn)場(chǎng)施工人員及質(zhì)檢人員使用的速查表，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)工作量及工作難度。

經(jīng)本公司質(zhì)檢人員現(xiàn)場(chǎng)使用后反映，確實(shí)達(dá)到了“原理正確，方法簡(jiǎn)便，結(jié)果準(zhǔn)確”的目的
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