Page 64 - 电力与能源2021年第六期

6 7 2 蒋 谦, 等: 电缆敷设牵引力状态评估方法研究

简易公式: 应变基体上, 当基体受力发生应力变化时, 电阻应
μ θ
T 2 =T 1 e ( 5 ) 变片也一起产生形变, 使应变片的电阻发生改变,
———弯 曲 前 的 牵 引 导致加在电阻上的电压发生变化, 从而实现对压
式中 T ———牵 引 力, N ; T 1
———弯曲后的牵引力, N ; ———摩 擦 系 力的测量。
力, N ; T 2 μ
数; W ———电缆 单 位 重 量,( N / m ); L ———电 缆 长 金属导体的电阻值可表示:
———电 缆 作
度, m ; R ———电 缆 的 弯 曲 半 径, m ; θ 1 L
R =ρ ( 13 )
直线倾斜牵引时的倾斜角,( ° ); θ ———弯曲部分的 S
2
式中 ρ ———金 属 导 体 的 电 阻 率,( Ω · cm ·
圆心角,( ° )。
-1
2
电缆管道路径示意图如图 1 所示。基于电缆 m ); S ———导体的截面积, cm ; L ———导体的长
牵引力的计算公式, 以图 1 为电缆管道路径为例 度, m 。
当金属丝受外力作用时, 其长度和截面积都
对电缆敷设的牵引力进行计算, A 点为电缆盘, F
会发生变化, 如金属丝受外力作用而伸长时, 其长
点为敷设终点, 具体的电缆受力计算如下。
度增加, 而截面积减少, 电阻值便会增加。当金属
丝受外力作用而压缩时, 长度减小而截面增加, 电
阻值则会减小。
系统利用分压器原理对应变片的电阻进行测
图 1 电缆管道路径示意图 量, 结合电阻和拉力的关系实现对电缆敷设过程
L1 段电缆为从电缆盘 1 处引出, 根据牵引力 中牵引力的测量, 整个系统的结构示意图如图 1
计算的基本原则, 电缆盘孔和轴的摩擦力可折算 所示。
成所敷设电缆 15 m 左右长度的重力计算, 可得

对于 L1 段电缆的牵引力:
T 1 =15Wg+ μ L 1 Wg ( 6 )
L2 段电缆的牵引力:
μ θ
T 2 =T 1 e ( 7 )
L3 段电缆的牵引力:
T 3 =μ L 3 Wg ( 8 )
L4 段电缆牵引力:
T 4 = WL 4 μ cosθ+sinθ ) ( 9 )
(
T5 段电缆牵引力:
T 5 =μ L 5 Wg ( 10 )
由此可见, 整个电缆敷设过程中, 牵引力:
( 11 )
T =T 2 +T 3 +T 4 +T 5
L2 段电缆的侧压力:
F =T 2 R ( 12 )
/
图 1 牵引力监测结构及实物图
2 拉力测试模块设计 3 复合缆的设计
拉力传感器根据力作用下变化量的不同分为 根据需要上传的拉力数据和图像, 同时满足
电阻应变片压力传感器、 压阻式压力传感器、 电感 电缆敷设过程中牵引强度, 系统采用高强度钢丝
式压力传感器、 电容式压力传感器、 谐振式压力传
复合缆, 实现对系统牵引过程供电及数据上传。
感器及电容式加速度传感器等 [ 3-5 ] 。为了实现对 凯夫拉复合电缆的结构示意图如图 2 所示。为了
电缆敷设过程中牵引力的测量, 本文设计了基于 防止供电线缆和光纤在施工过程中受损, 将光纤
压阻式压力传感器的牵引力监测模块。通常是将 和线缆放置在中间, 外围采用高强度钢丝承受电
应变片通过特殊的粘合剂紧密地粘合在产生力学 缆敷设牵引力。