分支电缆与建筑电气设计规范

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摘要：分支电缆是一种新型的预制型建筑配电电缆，广泛用于中高层建筑、大型厂房、文体场馆的电力配送，该产品根据各个具体建筑的结构特点和配电要求，将主干电缆、分支线电缆、分支连接体等三部分进行一体化设计制造，具有优良的技术经济指标，在工程经济性、技术先进性和安装便利性方面，比传统电缆和母线具有突出的优点。本文旨在简要介绍分支电缆结构、性能的基础上，重点分析介绍该产品在符合建筑电气的相关规范方面的技术先进性。
关键词：分支电缆、结构、性能、设计要求、规范
一、分支电缆的结构与性能
1、产生与技术标准
分支电缆是在普通塑力缆基础上发展而来。由于现代文明的发展，都市的高层建筑越来越普及，在高层建筑配电系统电气设计中，供电可靠性、工程经济性和施工便利性越来越重要，采用普通电力电缆供电，三者的矛盾总难完全统一，只能根据不同工程而有所侧重。按传统方法，在楼层配电设计中，通常采用的办法有三种：
（1）放射式，由地下配电间分别对各个楼层引电缆直接供电，此法可靠性最好，却需要大量的电缆、桥架和较大的电缆井，造价高，经济性最差。
（2）链接法，由配电间引出电缆至底层配电箱，再由底层逐层向上链接供电，此法经济性最佳，但由于层数越多，安全系数越低（安全系数是逐级相乘），因此，可靠性最差。
（3）分区树干式，把一座高层建筑划分成n个单元区，每个单元采用电缆接从配电室供电，然后再分配至单元区内各个楼层。此法可靠性、经济性都比较好，经常被采用。
（4）干线电缆分支法，从配电室引出一根（或数根）主干电缆，每个楼层在干线电缆上供头分支，此法经济性最好，理论上也具有放射式配电相当的可靠性，但施工却是最麻烦的，更麻烦的是在主电缆上做楼层分支头时，受电缆的结构和现场施工条件以及人员素质的影响，接头质量参差不齐，实际运行的可靠性并不令人满意，但这种方法却促使人们想到把接头与电缆一同制造，由此诞生了新一代的建筑配电电缆——分支电缆。
分支电缆是把经过专门工艺处理的单芯电力电缆作为建筑主干电缆，根据各具体建筑的结构特点和尺寸量体裁衣，预先把分支接头与分支线、主干电缆一同设计制造。是把上面第（4）种方法中现场施工和管理的工作由专业制造厂完成，使得接头可靠性大大提高，而且工艺一致性也带来了质量一致，达到确保运行可靠性的目的。
分支电缆较早出现于英国和日本，在技术标准方面，1980年，日本电线工业协会颁布了第一部行业性标准JCS376（1980），随着技术的发展与进步，在1992年对该标准进行了修订，放宽了对产品结构材料方面的要求，提高了成品技术指标，目前，国内正规的分支电缆生产厂的产品标准主要是以该标准为基础。
2、结构
分支电缆在结构上，分为单芯型和多芯绞合型两种，每根单芯分支电缆又可分为三部分：
（1）主干电缆；
（2）支线电缆；
（3）分支连接体。
目前，因单芯型分支电缆结构简单，便于生产和施工，已获得大量应用。按照日本标准的规定，多芯型分支电缆实质上是多个单芯电缆的绞合体，而不是传统概念多芯电缆的结构，多芯型分支电缆的每项导体外面都有单独的绝缘和护套，每根线芯有独立的分支连接体。多芯型分支电缆具备一般多芯电缆的运行性能，国内只有为数极少的大型综合性电缆厂才具备生产能力，目前也已在推广应用中。
3、性能
分支电缆是一种新型的电力配送电缆，其关键性能有两项：
首先，一根具备良好品质的分支电缆，必须是性能优良的电力电缆，对于国内产品，其导体性能、绝缘性能、材料的机械物理性能均应符合GB12706-91标准——电缆的性能是分支电缆产品的基础指标。
第二，分支连接体的性能至关重要，这是分支电缆的关键性能。分支连接体把干线电缆与支线电缆的导体连为一体，并作绝缘防潮处理。从外观上看，无法知道内部接头质量，有两项重要的试验能够检测接头性能，即机械拉力试验和电热循环试验。对机械拉力试验而言，分支连接体（含干线与支线导体）的拉断力应保持在连接前的80%以上，对电热循环试验而言，在125次一定时间间隔的额定载荷与空载循环后，分支连接体的温度不得大于电缆表面温度的8℃。决定分支连接体的机械与电气性能的关键在于分支连接体的材料和工艺。对广大用户而言，应充分关心分支电缆的电缆质量、接头的材料选择和生产工艺工装。
我们讲，分支电缆更适合于现代建筑的配电系统，为什么？要分析这个问题，我们必须首先弄清楚相关电气设计规范中对配电线路的要求。
二、相关规范对建筑电气系统中配电线路的设计要求
1、建筑电气相关的设计规范
目前与建筑电气低压配电系统设计有关的规范主要有：
（1）GB50052-1995 供配电系统设计规范
（2）GB50054-1995 低压配电设计规范
（3）JGJ/T16-92 民用建筑电气设计规范
（4）GBJ16-87 建筑设计防火规范（1997年版本）
（5）GB50045-1995 高层民用建筑设计防火规范其中：《供配电系统设计规范》和《低压配电设计规范》是两项基础规范，主要内容参照采用了IEC标准。民用建筑电气设计规范》中供电系统和低压配电部分与其规定基本一致，但由于这是一个建筑行业的专业标准，建筑相关的部分规定更具体，如供电系统的负荷简等级，除规定分级原则外，更规定了各类具体建筑名称的负荷级别。
由于上述规范在颁布实施时，分支电缆产品在国内还没有应用先例，因此在规范中并未提及分支电缆，但在众多条款中体现了设计指导方向，总的说来，有三种观点：
1、关于配电级数——越少越好；
2、关于配电方式，按可靠性从高到低依次为放射式>树干式>分区树干式>链接式；
3、关于安装敷设方式，应与环境、建筑特征、机电应力等多种因素相适应。
（一）、关于配电级数：
对配电级数而言，GB50052-95第3.07条规定：供电系统应简单可靠，同一电压供电系统的变配电级数不宜多于两级，JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》中8.14条规定：“自变压器一次侧至用设备之间的低压配电级数不宜超过三级，但对非重要负荷供电时，可超过三级。”上述规范体现了一个要领，那就是配电级数越少越好，越少可靠性越高，技术越先进。
（二）、关于配电方式，GB50052-95中第6.02、6.03、6.04、6.05条中提出：“在正常环境的车间或建筑物内，当大部分用电设备为中小容量，但无特殊要求时，宜采用树干式配电”，“当用电设备为大容量，或负荷性质重要，或在有特殊要求的车间、建筑物内，宜采用放射式配电”，“当部分用电设备离供电点较远，而彼此相距很近、容量很少的用电设备，可采用链式配电，但每一回路环链设备不超过5台，其总容量不宜超过10kW”；“在高层建筑物内，当向楼层各配电点供电时，宜采用分区树干式配电，但部分较大容量的集中负荷或重要负荷，应从低压配电室以放射式配电”。
（三）、JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》中对配电方式有更为详细的规定，如：“8.2.15居住小区的高层建筑，宜采用放射式配电”“8.2.2.4除多层民用住宅外的其他民用建筑，对于较大的集中负荷或较重要的负荷应从配电室以放射式配电；对于向多层配电间或配电箱配电，宜采用树干式和分区树干式的方式”“由层间配电间或层配电箱至各分配电箱的配电，宜采用放射式与树干式结合的方式”，“8.2.3.2对于容量较大的集中负荷或重要负荷，宜从配电室以放射式配电对各层配电间的配电宜采用下列方式之一：
（1）工作电源采用分区树干式，备用电源也采用分区树干式或首层至顶层垂直干线的方式。
（2）工作电源和多用电源都采用由首层到顶层垂直干线方式。
（3）工作电源采用分区树干式，多用电源取自应急照明等电源干线。”
上述规定，是限于制定规范时，分支电缆尚未在国内推广应用，供电线路主要依赖普通电力电缆和母线，在充分考虑到可靠性和经济性后作出的。笔者认为，在应用分支电缆配电后，上述规定应该可以简化。这些内容体现了在供电可靠性方面，放射式高于树干式，又高于链接式的观点。
（四）、关于电缆和母线安装敷设方式。
GB50054-94中5.5.1、JGJ/T16-92中9.12.1都规定“封闭母线宜用于干燥和无腐蚀性的屋内场所。”
GB50054-94中5.7.2、JGJ/T16-92中4.13.5规定“竖井垂直布线时应考虑下列因素：…….垂直干线与分支线的连接方法。”
GB50054-94中5.7.3竖井内垂直布线采用大容量单芯电缆大容量线线作干线时，应满足下列条件：
1、载流量要留有一定的裕度；
2、分支容易安全可靠，安装及维修方便和经济。
GBJ16-87《建筑设计防火规范》中10.1.4规定：“消防用电设备的配电线路应穿管保护。当暗敷时应敷时应敷设在非燃烧体结构内，其保护层厚度不应小于3cm，明敷时必须穿金属管，并采取防火措施。采用绝缘和护套为非延续燃性材料的电缆时，可不采取穿金属管保护，但应敷设在电缆井沟内。
GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》中对消防电源及其配电，9.1.4条也规定了相同内容。
上述规范说明：电缆配电比母线具有更好的环境适应性，安装敷设更便利。
在熟悉电气规范的相关规定后，让我们来分析分支电缆配电方法与规范的符合性与技术先进性：
三、分支电缆配电的技术先进性
1、分支电缆的配电方式
分支电缆配电系统一般如图所示，在一个n层的大楼中，垂直竖井干线和各楼层供电由一根整预制的分支电缆完成，PG是总配电柜，PX是楼层配电箱，ZJX是转接箱，当PG与ZJX之间距离不远时，（满足载流量与起动运行压降要求）一般不予选用，这样可减少一个连接点，提高可靠性，节约投资。
由于分支电缆的干线是整根连续生产，中间无任何接头，如忽略导体电阻的影响，从可靠性角度考虑，在电性上可以看作是一点。所以图1可以简化成图2，该图是一种树干式配电系统。（插接式母线从表面看，具有相同的配电形式，但由于干线是一截一截插接而成，接头多，不能等效）。由于分支电缆的干线与支线连接是采用先进工艺，将主干线、分支线与连接金属夹具三点共同进行冷压接，其性能完全达到电缆接线端子和中间接头的质量要求，而且是在严格工艺与质量控制手段的工厂中制造，质量稳定可靠，因此图2可等效为图3，可见是一种典型的放射式配电系统。
2、 分支电缆配电的技术先进性
从上述配电系统的分析中，可以知道分支电缆可以使楼层配电简化成二级配电，每个楼层都可以达到最简单的二级配电，符合规范中配电级数越少越好的原则，这是先进性之一。
分支电缆配电系统的实质是一种放射式配电系统，具有最高的配电可靠性，适用于各种重要场合甚至是特别重要场合的配电，是一种最先进可靠的配电方式，这是先进性之二。
分支电缆是一种经过预制的电力电缆，其外形和结构特征仍然具备电缆特性，而且接头经过密封绝缘处理，在出厂时经受过水中耐压和绝缘电阻试验，因此对环境要求低，能适用于潮湿、盐雾酸碱等环境，而母线在规范中明确不能应用于这些环境，比母线适用范围广。而且，其安装方式简便，施工工期短，工费低，符合规范中设计应注重经济性的观点，这是其技术先进性之三。
四、分支电缆配电设计的注意点：
我们已分析：分支电缆配电系统的技术先进性，可以说分支电缆就是一种为现代建筑度身定做，量体裁衣的专业产品，具有最佳的适用性和技术经济性，但在工程设计中，需注意一点——那就是分支线的保护问题。对由于支线截面一般都有比干线小，因此，当支线发生过载或短路时，干线保护系统一般不会对其发生作用，必须在支线配电箱中设置保护器，保护器与分支接头问题不超过3m，如超过，分支线必须受敷设在不燃的管或槽中，且当该段发生单相或两相短路时，干线保护应能够断开。对此，应予以注意。
分支电缆作为一种从国外传入的新型建筑配电电缆，已经在国内众多工程中得到推广应用，并且已为广大设计人员认同并使用。本文旨在说明分支电缆配电与现有建筑电气相关规范的一致性，并能更好地体现规范的指导思想。是一种能满足现有规范的一种最先进、经济的配电方式