28
Ноябрь
–
декабрь
2015
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
ПОДЗЕМНЫЕ
ПОДЗЕМНЫЕ
Объекты
Объекты
PowerSouth Energy Cooperative
использовала
метод
горизонтально
-
направленного
бурения
,
чтобы
проложить
подземную
ли
-
нию
от
юга
Флориды
Авеню
к
северу
Сэплинг
Пойнт
в
Алабаме
.
К
омпании
PowerSouth Energy Cooperative
нуж
-
но
было
провести
в
Орандж
бич
,
штат
Алаба
-
ма
,
ЛЭП
напряжением
115
кВ
и
мощностью
350
МВА
.
Новая
линия
могла
быть
также
под
-
ключена
к
сети
подстанций
в
южном
Балдвин
Кантри
,
обслуживаемом
Baldwin EMC.
Около
8
км
ЛЭП
было
проложено
по
побережью
Мексиканского
залива
.
При
этом
около
2
км
этой
ЛЭП
необходимо
было
проло
-
жить
под
прибрежными
водами
в
Wolf Bay,
а
также
под
эксплуатируемой
подстанцией
во
Флорида
Авеню
.
Компания
PowerSouth
использовала
горизонтально
-
направленное
бурение
(
ГНБ
)
для
установки
под
водой
защитного
кабельного
короба
между
подстанцией
во
Флорида
Авеню
и
областью
Сэплинг
Пойнт
.
Хотя
гори
-
зонтально
-
направленное
бурение
под
водой
было
не
-
простой
задачей
,
это
нужно
было
сделать
,
чтобы
улуч
-
шить
надёжность
поставок
электроэнергии
в
Орандж
Бич
и
на
побережье
залива
.
Буровые работы на грани
возможности
PowerSouth столкнулась со значительными
сложностями во время подземной прокладки кабеля,
потребовавшей поиска новых решений.
Джо Р. Армстронг (Joe R. Armstrong), PowerSouth Energy Cooperative,
Артур Дж. Смит (Arthur J. Smith),
Waldemar S. Nelson and Co. Inc.
29
Ноябрь
–
декабрь
2015
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
ПОДЗЕМНЫЕ
ПОДЗЕМНЫЕ
Объекты
Объекты
Маршрут
прокладки
кабеля
предполагал
бурение
под
подстанцией
Флориды
Авеню
,
шоссе
Алабамы
180,
а
также
между
библиотекой
Орандж
Бич
и
центром
досуга
,
затем
через
1800
метров
он
должен
был
достичь
залива
Wolf Bay.
Установка
короба
Север
Сэплинг
Пойнт
пред
-
ставляет
собой
достаточно
не
-
обжитую
местность
,
поэтому
найти
площадку
для
установки
трубы
,
в
которой
прокладыва
-
ется
кабель
,
было
несложной
задачей
.
Таким
образом
,
трубы
могли
закладываться
под
воду
по
мере
бурения
туннеля
,
без
остановки
процесса
.
Что
касается
Флорида
Аве
-
ню
,
то
там
найти
место
для
ра
-
бот
было
значительно
сложнее
.
Тем
более
что
не
было
возмож
-
ности
задействовать
воздушные
линии
,
можно
было
рассматри
-
вать
только
области
,
вплотную
примыкающие
к
подстанции
.
Территории
к
востоку
и
запа
-
ду
от
подстанции
находились
в
частном
владении
,
таким
об
-
разом
,
выбор
оставался
только
между
территориями
к
северу
и
югу
.
Вначале
была
выбрана
местность
к
северу
от
подстанции
,
так
как
она
была
больше
и
располагалась
ближе
к
Сэплинг
Пойнт
.
Кроме
того
в
этом
случае
отпадала
необходимость
проводить
буровые
работы
под
подстанцией
вблизи
ЛЭП
с
напря
-
жением
115
кВ
.
К
сожалению
,
более
детальный
анализ
показал
,
что
этот
вариант
невозможен
.
Запас
по
высо
-
те
для
бурения
под
дорожным
покрытием
,
уже
постро
-
енные
объекты
и
то
,
что
путь
проходил
между
местной
библиотекой
и
центром
досуга
,
сделало
проведение
ра
-
бот
на
этой
территории
невозможным
.
Поэтому
местность
к
югу
от
подстанции
осталась
единственно
возможным
вариантом
,
несмотря
на
то
,
что
этот
вариант
требовал
бурения
под
работающей
подстанцией
,
большей
длины
кабеля
,
а
также
бурения
на
меньшей
территории
,
чем
обычно
необходимо
для
подобных
работ
.
Но
всё
же
,
если
бы
эти
трудности
были
преодолены
,
под
этой
территорией
возможно
было
про
-
вести
подземный
кабель
между
Флоридой
Авеню
и
Сэ
-
плинг
Пойнт
.
Преодоление
сложностей
Одной
из
главных
проблем
было
создание
такой
системы
трубопроводов
,
чтобы
провести
1869
метров
проводов
методом
ГНБ
.
Только
трубы
из
полиэтилена
низкого
давления
(
ПНД
)
и
поливинилхлорида
(
ПВХ
)
могли
использоваться
для
установки
коробов
с
кабе
-
лями
напряжением
115
кВ
и
гирляндой
изоляторов
.
Та
-
кая
модель
предполагала
установку
пучка
труб
из
ПНД
и
ПВХ
,
но
силы
вытягивания
тогда
приближались
бы
к
максимально
допустимым
.
Стальной
короб
значительно
увеличивает
макси
-
мально
допустимую
силу
вытягивания
,
на
случай
,
если
сила
трения
превысит
ожидаемую
.
Это
решение
в
ко
-
нечном
итоге
принесло
свои
плоды
,
когда
короб
застрял
в
самом
начале
вытягивания
,
а
в
туннеле
было
только
304
метра
кабеля
.
Соответственно
возникла
необходи
-
мость
вынимать
трубопровод
и
изменить
вырытый
тун
-
нель
.
Если
бы
не
стальной
короб
,
большая
часть
трубо
-
провода
и
уже
вырытого
хода
была
бы
потеряна
.
Перед
бурением
под
эксплуатируемой
подстанцией
115
кВ
стальной
короб
диаметром
1,5
метра
был
уста
-
новлен
под
землей
,
чтобы
минимизировать
возможное
воздействие
бурения
на
подстанцию
.
Тем
не
менее
даже
несмотря
на
установку
защитного
короба
,
бурение
под
работающей
подстанцией
представляло
опреде
-
ленные
сложности
в
обеспечении
безопасности
.
Представители
компании
были
обеспокоены
тем
,
что
стальной
короб
в
прямом
контакте
с
контуром
за
-
земления
подстанции
перенесёт
воздействие
от
буре
-
ния
на
контур
заземления
.
Сбой
в
передаче
электро
-
энергии
или
удар
молнии
рядом
или
в
подстанцию
повысили
бы
напряжение
в
контуре
заземления
,
при
этом
повысилась
бы
опасность
поражения
током
вокруг
оборудования
для
бурения
.
Эту
опасность
удалось
ни
-
велировать
благодаря
установке
дополнительного
кон
-
тура
заземления
в
соответствии
со
стандартом
IEEE 80
«
Гид
по
безопасному
заземлению
подстанции
»,
связав
всё
электросетевое
оборудование
подстанции
с
этим
контуром
заземления
.
Проложив
стальной
1,5-
метровый
короб
под
под
-
станцией
,
рабочие
извлекли
из
него
землю
и
устано
-
вили
внутри
41-
сантиметровую
центрирующую
трубу
.
Центратор
удерживал
бурильную
колонну
в
центре
1,5-
метрового
короба
во
время
бурения
и
расширения
туннеля
для
вытягивания
стального
короба
.
Однако
при
бурении
на
1800
метров
в
длину
перед
рабочей
группой
встала
ещё
одна
проблема
.
Направ
-
ленное
бурение
начинает
терять
управляемость
после
приблизительно
1200
метров
работ
,
в
зависимости
от
состояния
почвы
,
а
для
прокладывания
трубы
под
за
-
ливом
Wolf Bay
необходимо
было
пробурить
около
1800
метров
в
длину
.
Компания
PowerSouth
решила
эту
проблему
,
использовав
метод
двустороннего
горизон
-
тально
-
направленного
бурения
.
Для
этого
нужно
было
одновременно
вести
бурение
с
двух
сторон
,
так
,
чтобы
оба
туннеля
соединились
в
середине
,
или
,
по
крайней
мере
,
на
расстоянии
945
метров
от
любого
края
.
Прокладка
кабеля
Для
бурения
,
производимого
одновременно
двумя
установками
с
разных
концов
,
нужно
было
постоянно
точно
отслеживать
местоположение
каждого
бурового
30
Ноябрь
–
декабрь
2015
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
На
данном
снимке
с
вертолёта
видна
буровая
установка
с
южной
стороны
подстанции
во
Флорида
Авеню
,
необходимая
для
бурения
под
подстанцией
с
ограниченным
местом
для
проведения
работ
.
Конструкция
вытягивающей
головки
труб
из
полиэтилена
повы
-
шенной
плотности
позволяла
им
наполняться
водой
,
что
значи
-
тельно
облегчало
их
установку
.
долота
.
Магнитометры
,
установленные
на
каждом
до
-
лоте
,
улавливали
магнитное
поле
от
кабеля
,
протяну
-
того
вдоль
всего
маршрута
бурения
,
что
позволяло
в
точности
определить
их
местонахождение
.
Как
только
долота
встречались
в
середине
маршрута
,
бурильные
установки
,
находящиеся
в
Сэплинг
Пойнт
и
во
Флорида
Авеню
,
отводились
,
после
чего
оба
долота
извлекались
в
Сэплинг
Пойнт
.
Затем
находящаяся
в
Сэплинг
Пойнт
буровая
уста
-
новка
извлекалась
,
в
то
время
как
бурильная
установ
-
ка
во
Флорида
Авеню
оставалась
для
вытягивания
бура
-
расширителя
, 1,5-
метрового
стального
короба
и
труб
из
полиэтилена
повышенной
плотности
.
Буровой
раствор
—
смесь
из
бентонитовой
глины
натурального
происхождения
и
воды
—
не
только
смазывал
буриль
-
ную
колонну
,
но
и
помогал
удалить
отходы
бурения
,
оставляя
образованный
туннель
неповреждённым
.
После
того
как
туннель
был
сделан
,
расширен
до
1,2
метров
,
в
него
уста
-
навливался
стальной
короб
.
Короб
наполнял
-
ся
водой
,
что
застав
-
ляло
его
естественном
образом
всплывать
в
более
плотном
буро
-
вом
растворе
,
таким
образом
минимизируя
силы
вытягивания
.
Кон
-
струкция
вытягивающей
головки
труб
из
поли
-
этилена
повышенной
плотности
позволяла
им
наполняться
водой
,
что
значительно
облегчало
их
установку
.
В
межтрубное
про
-
странство
,
между
труба
-
ми
и
стальным
коробом
,
заливался
цементный
раствор
.
Однако
преи
-
мущества
такой
заливки
не
учитывались
в
расчётах
токовой
нагрузки
проводни
-
ков
.
Благодаря
этому
удалось
установить
,
что
заливка
цементного
раствора
в
очень
длинный
трубопровод
не
только
возможна
,
но
также
может
использоваться
в
бу
-
дущем
для
увеличения
токовой
нагрузки
проводников
.
Для
перехода
от
подземных
линий
к
воздушным
в
Сэплинг
Пойнт
и
к
10-
сантиметровой
алюминиевой
шине
во
Флорида
Авеню
были
установлены
специаль
-
ные
конструкции
.
Эти
конструкции
достаточно
прочны
,
чтобы
выдерживать
ураганы
3-
й
категории
,
а
также
они
оборудованы
съёмной
верхней
перекладиной
и
стенкой
для
крепежа
существующих
и
,
при
необходимости
,
до
-
полнительных
кабелей
.
Расчёт
ГНБ
При
расчёте
ГНБ
необходимо
было
преодолеть
ещё
одну
существенную
проблему
,
которая
состояла
в
том
,
чтобы
разработать
кабель
,
способный
выдержать
не
-
обходимую
мощность
в
300
МВА
,
который
мог
бы
быть
установлен
в
трубу
.
Металлический
барьер
(
или
оплёт
-
ка
),
необходимый
для
предотвращения
попадания
воды
к
кабелю
,
находящемуся
под
высоким
напряжени
-
ем
,
обычно
изготавливается
из
свинца
.
К
сожалению
,
расчёты
показали
,
что
при
использовании
свинца
для
изготовления
оплётки
будет
значительно
превышено
предельно
допустимое
напряжение
при
прокладке
ка
-
беля
и
давление
на
боковые
стенки
.
Соответственно
,
необходим
был
значительно
более
лёгкий
кабель
.
При
изучении
возможных
вариантов
для
материа
-
лов
оплётки
выбор
был
сделан
в
пользу
нержавеющей
стали
.
Нержавеющая
сталь
позволяла
сделать
оплёт
-
ку
кабеля
значительно
более
тонкой
и
лёгкой
,
а
также
позволяла
сократить
вихревые
токи
,
повышая
прово
-
димость
кабеля
на
10%.
Использование
нержавею
-
щей
стали
для
оплётки
сократило
вес
кабеля
с
67,2
до
36,1
кг
/
м
.
Кроме
того
,
в
ходе
установки
кабеля
был
при
-
менён
закон
Архимеда
,
каждая
трубка
была
заполне
-
на
водой
,
что
сократило
вес
кабеля
при
установке
до
21,6
кг
/
м
.
Монтажные
усилия
также
удалось
сократить
благо
-
даря
покрытию
оболочки
кабеля
графитом
,
что
созда
-
ло
внутренний
проводящий
слой
в
оболочке
,
позволив
тем
самым
проводить
проверку
целостности
оплётки
кабеля
при
использо
-
вании
высокого
напря
-
жения
.
Нанесение
на
оплётку
кабеля
смазки
на
основе
воска
также
позволило
уменьшить
силы
протяжки
кабеля
.
Канатная
трелёвочная
установка
,
помещённая
между
кабельным
бара
-
баном
и
началом
тру
-
бы
во
Флорида
Авеню
,
также
уменьшила
силы
протяжки
кабеля
.
Кроме
того
,
трелёвочная
уста
-
новка
может
сдерживать
кабель
,
не
отпуская
его
назад
.
Первые
244
ме
-
тра
трубы
были
проло
-
жены
под
12-
градусным
отрицательным
углом
.
Это
вызвало
обеспо
-
коенность
тем
,
что
под
ПОДЗЕМНЫЕ
ПОДЗЕМНЫЕ
Объекты
Объекты
31
Ноябрь
–
декабрь
2015
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
Катушка
для
кабеля
на
напряжение
115
кВ
на
подстанции
во
Фло
-
рида
Авеню
,
подготовленная
к
установке
.
Каждая
такая
катушка
транспортируется
и
устанавливается
с
помощью
80-
колесного
самоходного
большегрузного
трейлера
производства
Goldhofer
(
виден
за
катушкой
на
фото
).
силой
тяжести
может
размотаться
слишком
большой
отрезок
кабеля
.
Трелёвочная
установка
должна
была
сдерживать
кабель
для
снижения
возможного
риска
его
чрезмер
-
ного
отматывания
.
Также
на
катушечный
барабан
были
добавлены
петли
для
дополнительной
защиты
от
чрезмерного
разматывания
кабеля
.
Как
только
раз
-
матывание
кабеля
в
трубу
прекращалось
,
трелёвочная
установка
,
напротив
,
использовалась
для
подталкива
-
ния
кабеля
,
что
позволяло
снизить
силы
его
протяжки
.
Допустимый
запас
прочности
конструкции
был
достиг
-
нут
путём
поддерживания
сил
протяжки
всех
кабелей
на
уровне
4500
кг
,
что
значительно
ниже
разрешенного
уровня
в
17200
кг
.
К
сожалению
,
несмотря
на
то
,
что
мощность
кабеля
была
повышена
благодаря
оплётке
из
нержавеющей
стали
,
она
не
достигла
300
МВА
.
Так
как
невозможно
было
найти
медный
кабель
толщиной
более
2500
мм
2,
необходимо
было
внести
новые
изменения
в
расчёты
.
В
кабеле
возник
поверхностный
эффект
,
состоящий
в
том
,
что
токи
высоких
частот
протекают
по
поверхност
-
ным
слоям
проводника
,
а
токи
низких
частот
—
по
сло
-
ям
,
расположенным
ближе
к
центру
проводника
.
Чтобы
извлечь
выгоду
из
этого
эффекта
и
повысить
токовую
нагрузку
,
несколько
одиночных
медных
нитей
были
скреплены
в
проводник
диаметром
0,06
метров
,
покры
-
тый
изоляционной
эмалью
.
Внесённые
изменения
значительно
увеличили
об
-
щую
площадь
медного
провода
.
Эти
изменения
позво
-
лили
всей
кабельной
линии
выдерживать
мощность
в
300
МВА
,
а
в
аварийных
ситуациях
— 370
МВА
.
Проклад
-
ка
оптоволокна
внутри
двух
труб
из
нержавеющей
стали
,
под
оплёткой
кабеля
нужна
была
для
системы
контроля
температуры
.
Такая
система
позволяла
постоянно
от
-
слеживать
температуру
кабеля
по
всей
его
длине
.
Для
окончания
прокладки
кабеля
необходимо
было
закрепить
его
.
В
процессе
закрепления
некоторые
от
-
резки
кабеля
сворачивались
на
опорах
,
таким
образом
,
создавался
излишек
кабеля
,
необходимый
в
случае
его
перемещения
.
Согласно
расчётам
,
при
повышении
температуры
,
кабель
мог
увеличиться
на
0,6
м
,
также
нужно
было
учи
-
тывать
,
что
при
продолжительной
работе
его
длина
при
извивании
увеличивалась
на
2,7
м
.
Таким
образом
,
за
-
пас
длины
кабеля
должен
был
составить
3,4
м
.
Так
как
такой
запас
кабеля
был
непрактичным
,
ком
-
пания
решила
использовать
систему
наращивания
ка
-
беля
.
Эта
система
не
часто
используется
в
США
,
но
успешно
применяется
в
Японии
в
течение
более
чем
30
лет
.
Использование
муфт
позволило
удлинить
ка
-
бель
на
200%,
а
также
предотвратить
проскальзывание
излишнего
запаса
кабеля
в
трубу
во
время
циклов
на
-
грузки
.
Однако
изоляция
на
жилах
проводника
должна
была
быть
удалена
перед
концевой
заделкой
кабеля
,
что
было
достигнуто
путём
разведения
305
медных
струн
,
обработкой
пескоструйным
аппаратом
и
сплетением
их
обратно
воедино
.
Это
позволило
установить
обжимной
наконечник
,
необходимый
для
концевой
заделки
и
при
-
соединения
кабеля
к
подстанции
во
Флорида
Авеню
и
к
новой
воздушной
линии
в
Сэплинг
Пойнт
.
Для
перехода
от
подземных
линий
к
воздушным
в
Сэплинг
Пойнт
и
к
10-
сантиметровой
алюминиевой
шине
во
Флорида
Авеню
в
этих
точках
были
установлены
специальные
конструкции
.
ПОДЗЕМНЫЕ
ПОДЗЕМНЫЕ
Объекты
Объекты
32
Ноябрь
–
декабрь
2015
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
Красота
всего
проекта
заключается
в
том
,
что
его
не
видно
.
То
,
что
скрыто
Одно
из
главных
преимуществ
этой
установки
за
-
ключаются
в
том
,
что
её
нельзя
увидеть
.
Все
работы
по
прокладке
подземных
линий
проходили
незаметно
для
общественности
,
так
же
,
как
и
сама
подземная
линия
,
которая
не
портит
прекрасного
ландшафта
Орандж
Бич
.
Успех
этого
проекта
был
достигнут
благодаря
соче
-
танию
инженерных
решений
и
успешного
менеджмента
,
а
также
поддержке
властей
Орандж
Бич
.
Джо
Р
.
Армстронг
(Joe R. Armstrong
, Joe.
получил
степень
бакалав
-
ра
в
области
гражданского
строительства
в
универси
-
тете
Алабамы
.
Проработав
три
года
в
консалтинге
,
на
-
чал
работать
в
PowerSouth
в
качестве
инженера
ЛЭП
в
отделе
проектирования
и
строительства
.
В
данный
мо
-
мент
является
менеджером
по
подаче
электроэнергии
.
Имеет
лицензию
профессионального
инженера
.
Артур
Дж
.
Смит
(Arthur J. Smith
, Arthur.Smith@
wsnelson.com)
получил
степень
бакалавра
в
Тулейн
-
ском
университете
.
Он
пришёл
в
Waldemar S, Nelson
and Co.Inc.,
компанию
из
Нового
Орлеана
,
занимающу
-
юся
инженерным
консультированием
,
в
1975
году
,
ещё
будучи
студентом
,
и
продолжил
там
работать
и
после
окончания
университета
,
поднимаясь
по
карьерной
лестнице
до
нынешней
должности
первого
заместителя
директора
и
начальника
инженерного
отдела
в
главном
офисе
.
В
настоящее
время
он
является
председате
-
лем
комитета
безопасности
IEEE
и
членом
ассоциаций
NFPAI, LES
и
NSPE.
Статья
интересна
хотя
бы
тем
,
что
описывает
зарубеж
-
ный
опыт
строительства
ка
-
бельной
линии
,
ведь
,
к
сожале
-
нию
,
подобной
информации
до
нас
доходит
совсем
мало
.
Тем
более
материал
полезен
,
так
как
в
нём
рассказывается
о
прокладке
линии
напряже
-
нием
115
кВ
с
применением
ряда
редко
встречающих
-
ся
и
даже
уникальных
технических
решений
.
Во
-
первых
,
это
горизонтально
-
направленное
бурение
(
ГНБ
)
трассы
длиной
почти
2
км
двумя
машинами
на
-
встречу
друг
другу
.
В
России
,
например
,
неизвестно
бурения
трасс
длиной
под
1000
метров
,
а
здесь
такое
бурение
было
выполнено
,
и
более
того
оба
двигаю
-
щихся
навстречу
друг
другу
километровых
канала
со
-
шлись
под
землёй
настолько
точно
,
что
они
образо
-
вали
одну
общую
трассу
длиной
2
км
.
Во
-
вторых
,
это
затяжка
в
грунт
стальной
трубы
-
футляра
огромного
диаметра
1,5
метра
,
которая
потребовалась
,
поскольку
только
сталь
смогла
вы
-
держать
столь
значительные
силы
трения
о
стенки
бурового
канала
.
В
-
третьих
,
это
бетонирование
зазора
между
сталь
-
ным
футляром
и
затянутыми
в
него
полимерными
трубами
—
непростая
задача
при
столь
большой
длине
трассы
.
Бетонирование
зазора
позволило
улуч
-
шить
охлаждение
кабеля
и
снять
с
труб
механиче
-
скую
нагрузку
,
что
обеспечило
возможность
примене
-
ния
недорогих
труб
из
полиэтилена
низкого
давления
(
ПНД
),
который
за
рубежом
для
нужд
кабельного
строительства
не
применяется
.
В
-
четвёртых
,
это
специально
разработанная
кон
-
струкция
кабеля
,
имеющего
допустимый
ток
около
1500
А
(
трёхфазная
мощность
300
МВт
),
герметиза
-
цию
с
применением
стали
вместо
свинца
,
наружный
полупроводящий
слой
.
Причём
,
хотя
и
сложно
пове
-
рить
,
похоже
,
что
конструкция
кабеля
трёхфазная
(
судя
по
наличию
стальной
оболочки
,
применение
ко
-
торой
для
однофазных
кабелей
недопустимо
)!
КОММЕНТАРИЙ
Михаил Дмитриев, доцент Санкт-Петербургского политехнического
университета, к.т.н.
ПОДЗЕМНЫЕ
ПОДЗЕМНЫЕ
Объекты
Объекты
Оригинал статьи: Буровые работы на грани возможности
PowerSouth столкнулась со значительными сложностями во время подземной прокладки кабеля, потребовавшей поиска новых решений.
Комментарий к статье:
Михаил Дмитриев, доцент Санкт-Петербургского политехнического университета, к.т.н.
