电缆桥架的填充率例子
作者：admin 发表时间：2008-12-28 16:15:12 阅读：次
在综合布线工程中，桥架穿线是消耗人力最大、与其它工种交叉面最多的一环。
由于桥架多安装在走廊吊顶上，往往出于隐蔽空间的总体平衡考虑，给综合布线系统用的桥架空间往往只能达到建筑标准中规定的尺寸。
在工程实践中发现，桥架的尺寸是否宽松会给水平双绞线的敷设带来极大的影响。
由于综合布线系统所用桥架大多为金属全封闭桥架，根据《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》（GB50312-2007）的规定，在线槽中敷设时，线槽的截面利用率（以下简称“截面利用率”）不应超过50%。
这一数值若直接作为桥架/ 线槽的设计依据，在实际穿线时容易出现穿线困难的现象。
笔者认为其原因在于以下两点：
※该截面利用率引自《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）中对控制电缆和通信电缆的条款，而该条款要求线缆在桥架中排列整齐（参见《电气安装工程手册》），这与综合布线中水平双绞线的排列方式不同；
※为了保证水平双绞线的高频传输性能，桥架内的水平双绞线通常不进行绑扎，而是顺其自然的将双绞线放在桥架中。
某IDC机房的桥架
1 填充率的来源及计算方法
填充率为桥架内所有电力电缆的总截面（包括外护层）与桥架的有效截面之比。
它的来源可参考以下资料：
※根据《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）第9.11节的规定，“在电缆桥架上可以无间距敷设电缆，电缆在桥架内横断面的填充率：电力电缆不应大于40%；控制电缆不应大于50%。
”在对应的条文说明中，明确说明“控制、信号线路等非载流导体，不存在因散热不良而损坏导线绝缘问题，填充率可增至50%”。
该数据引自NEC法规第362-5条和日本《电气设备技术标准》第197 条。
（说明：这里的填充率即为截面利用率）
某电信机房的数千根电话线
※在《电气安装工程手册》中标明，桥架内的线缆（电力电缆、通信电缆、控制电缆）敷设方式为平行敷设，其中电力电缆应有适当的间距。
因此可以认为控制电缆、信号电缆在桥架中的截面利用率为50%是指平行敷设（排整齐）时的数据。
※在《钢制电缆桥架工程设计规范》（CECS31-91）的条文说明中，提供了关于托盘、梯架的发展裕量：根据《电缆托架设计导则》（美C.J.kalupa）：“电缆托架内要为以后增加电缆或为正在设计中的托架进行扩充留出足够的备用空位。
一般留10%～25%备用空位是合适的”。
因此，选用托盘、梯架横截面积的公式为：
SD=n1"π"d12/4+n2"π"d22/4+……+ nn"π"dn2/4（mm2）
S=K"SD/η (3.
2.1)
式中 SD——电缆总截面积（mm2）；
n1、n2…nn——同型号规格电缆根数；
d1、d2…dn——同型号规格电缆直径（mm）；
S——托盘、梯架横截面积（mm2）；
K——裕量系数，取1.10～1.25；
η——填充率（%）。
由《钢制电缆桥架工程设计规范》提供的计算公式可以看出，目前国内相关标准中的截面利用率实为K/η，即考虑了一定预留裕量的比例参数。
2 水平双绞线的传输性能及对敷设的要求
水平双绞线属于高频传输线缆，按照《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》GB/T50312-2000的要求，桥架中的水平双绞线可以不进行绑扎，其原因如下：
※水平双绞线的绞距都是经过反复计算和试验而得出的，如果绑扎过紧，会使绞距变形，组成传输参数变化，引起传输性能劣化；
※水平双绞线中共分4个线对（分别用篮、橙、绿、棕四色标识），每个线对之间的绞距各不相同，以此达到抵御线对间电磁干扰（近端串扰和远端串扰）的目的。
但同型号的水平双绞线中的4个线对只可能采用4个不同的绞距，即每个线对使用1个绞距。
这样，在同一工程中所敷设的多根水平双绞线中同色线对的绞距完全相同，也就是说这些线对之间的串扰（线间串扰）无法抑制，如果双绞线完全平行，则线间串扰将会增大。
这一点，在2002年颁布的计算机以太网标准
（IEEE802.3-2002）中也有叙述。
在综合布线系统工程中，由于水平双绞线平行时会引入线间干扰（即一根双绞线中同色线对发出的电磁波干扰相邻双绞线中同色线对，由于同色线对的绞距完全相同，因此这种干扰很难抵消），故综合布线系统不希望水平双绞线在桥架中出现完全平行的现象，因此双绞线在水平桥架中通常采用散放的敷设方式。
3 综合布线系统工程实际敷设情况概述
在综合布线系统穿线时，为了最大限度的节省线缆和工作时间，通常水平双绞线是从工作区向配线间敷设，且每次穿线的数量多为24根以内。
这样在桥架内，水平双绞线会十分混乱，甚至出现线缆层层叠叠
绞在一起的现象，造成双绞线之间形成杂乱无章的空洞。
这时，若用力压线缆，可以空出部分桥架的空间，可以想象线缆在桥架中的松散会造成截面利用率的明显下降（特别是在桥架的转弯处）。
如果在同一个水平桥架中敷设数百根双绞线，其桥架内的双绞线根本不可能移动，也很难从中抽出任何一根双绞线：这些线缆完全是扭绞在一起，成为难舍难分的一个松散联合体。
应该说明的是，桥架内的线缆敷设有两种方式：一是将线缆沿桥架拉到位后，用手托入桥架；二是直接在桥架内拉双绞线。
可见，前者可以使桥架内的双绞线整齐些，但施工难度很高；后者施工难度低，但加剧了桥架内线缆的不整齐程度，即填充率会明显低于前者。
由于双绞线抗拉强度远高于国产电话线，因此采用后一种施工方法的施工人员明显居多。
4 桥架内水平双绞线的截面利用率的计算
在计算前，先假定水平双绞线的排列呈方型结构。
虽然蜂窝状结构的敷设密度更高，但由于水平双绞线在施工时不允许平行排列，因此双绞线不可能正好嵌入其它双绞线的缝隙之中，即不可能形成蜂窝状结构。
即使采用方型结构，仍然是为了计算方便而选取的最高密度结构。
水平双绞线的线缆外层通常为圆型，如果要将线缆排列呈方型，则线缆之间必然有部分空间。
从计算可得：在线缆呈方型排列时，最高的截面利用率为：
其中：d为线缆外径。
若取预留系数为10～25%，则桥架中双绞线的最大总截面积为63%～71%，由此可见50%的截面利用率已基本接近线缆完全平行时的情况（允许线缆散乱造成的浪费空间为20%）。
5 桥架敷设线缆试验
然而，为了保证高频传输性能，水平双绞线已不可能采用完全平行的敷设方式，即不可能出现方型布局结构，即实际的填充率必然大大低于63%～71%。
那么是否会低于50%？者一点已经不可能用理论算出，为此笔者使用双绞线进行了一次测试试验：
试验方法：取若干根双绞线成束散放在桥架中，以双绞线的散放平面略高于桥架上平面，但可以轻松盖上桥架盖子为该桥架中可以容纳的双绞线基准数量。
试验过程:
※桥架尺寸：110×120mm；
※双绞线外径：6mm；
※填充率为33%时的手感：有剩余空间；
填充率为33%时
填充率为40%时的手感：有少量剩余空间，要盖上桥架盖子没有问题；
填充率为40%时
※填充率为50%时的手感：要盖上桥架的盖子得用力压线；
填充率为50%时
试验体会：线缆达到40%时，难以在桥架中拨动线缆；达到50%时，要想盖上2米长的盖子得几个人同时用力压线，这时要想做到线缆不变形可能有困难。
6 集成商投标书中选取的填充率
通过对1997年以来从网上可以收集到的投标书进行分析，综合布线系统集成商在投标书中描述对桥架的要求，其中截面利用率一值常有以下2组数据：
※多数集成商的描述方式为：“桥架内截面积应大于线缆截面积之和的3倍”，即截面利用率定为33%；
※部分集成商的描述方式为：线缆截面积不应大于桥架内截面积的52%或1/(1.8～2.0)，而52%刚好为63%的截面利用率下浮20%。
7 工程体会
在工程实践中，笔者在布线工程的桥架设计时，截面利用率通常都定义为33%（为了计算方便），经过大量工程验证，采用该数值的桥架完全能够确保在施工中不会出现桥架上盖盖不紧的现象，并还能够具有一定容量的冗余，即具有增加少量其它弱电线缆的能力。
同时，笔者也遇到过截面利用率为50%的桥架，此时出现过线缆放如桥架后，盖桥架盖子困难的现象，特别是在弯角处。
得到的体会为：在建筑标准中，通常规定桥架的内截面面积不小于线缆截面积之和的一倍，事实上这个数据对于电源电缆是适合的，而对综合布线系统的线缆往往显得小了一些。
8 结论
在《钢制电缆桥架工程设计规范》（CECS31-91）中，提出过控制电缆的实际截面利用率可定为40%～50％，如果将综合布线系统的截面利用率设定在40%以下，应该可以兼顾桥架穿线施工难度与造价之间的关系。
