78
СЕТИ
РОССИИ
к
а
б
е
л
ь
н
ы
е
л
и
н
и
и
кабельные линии
О способах
повышения
пропускной
способности
кабелей в трубах
В последние годы в России растет число кабельных линий клас-
сов 6–500 кВ, имеющих участки трассы, проложенные в поли-
мерных трубах. Также постепенно увеличивается и протяжен-
ность таких участков, достигая 300–500 м, и теперь уже можно
встретить линии, где в общей сложности более половины трас-
сы размещено в трубах. Следовательно, особую актуальность
приобретают вопросы выбора труб, их влияния на надежность
и эффективность кабельных линий.
Михаил ДМИТРИЕВ, к.т.н., доцент
Санкт-Петербургского политехнического университета
ВВЕДЕНИЕ
Возможности
метода
горизонталь
-
но
-
направленного
бурения
(
ГНБ
)
по
-
стоянно
возрастают
и
уже
позволя
-
ют
обустраивать
в
грунте
трубные
участки
длиной
не
только
десятки
,
как
это
требовалось
изначально
,
а
даже
сотни
метров
.
Для
крупных
городов
развитие
ГНБ
и
возросшая
сложность
прокладки
кабелей
тра
-
диционным
способом
(
в
траншеях
)
привели
к
ожидаемому
результату
:
теперь
размещение
кабелей
в
тру
-
бах
стало
использоваться
не
только
локально
в
местах
пересечений
с
до
-
рогами
и
коммуникациями
,
но
и
как
полноправный
способ
строительства
линий
.
Рост
длин
участков
трассы
,
про
-
ложенных
в
трубах
,
как
оказалось
,
происходит
не
только
в
сегменте
ГНБ
,
но
и
в
сегменте
обычной
траншейной
прокладки
.
Дело
в
том
,
что
трубы
ста
-
ли
восприниматься
как
недорогая
аль
-
тернатива
железобетонным
лоткам
на
всем
протяжении
трассы
линии
,
а
так
-
же
как
возможность
строительства
в
несколько
этапов
,
выполняемых
с
интервалом
в
несколько
месяцев
или
даже
лет
.
Например
,
сложно
и
дорого
под
-
готовить
траншею
и
поддерживать
ее
длительное
время
в
надлежащем
со
-
стоянии
,
ожидая
покупки
и
поставки
кабеля
на
объект
.
В
ситуациях
огра
-
ниченного
финансирования
или
дру
-
гих
причин
,
не
позволяющих
сразу
после
подготовки
траншеи
оператив
-
но
приступить
к
прокладке
кабеля
,
применение
труб
позволит
выйти
из
положения
.
На
1-
м
этапе
в
грунте
го
-
товится
траншея
,
и
на
ее
дно
укла
-
дываются
трубы
с
установленными
заглушками
,
траншея
засыпается
.
На
2-
м
этапе
,
после
оплаты
1-
го
,
приоб
-
ретения
и
поставки
кабеля
на
объект
,
откапываются
только
лишь
торцы
труб
,
снимаются
заглушки
,
протяги
-
вается
кабель
,
монтируются
муфты
,
линия
сдается
в
эксплуатацию
.
79
Возросшая
роль
труб
ставит
перед
энергетиками
целый
комплекс
задач
,
среди
которых
разработка
требований
к
полимерным
трубам
для
прокладки
ка
-
бельных
линий
и
методам
их
механического
расчета
[1, 2
и
др
.].
Немаловажными
также
являются
вопросы
теплового
расчета
кабельных
линий
в
трубах
:
–
влияние
теплопроводности
стенки
трубы
на
допу
-
стимый
ток
жилы
кабеля
;
–
поправочный
коэффициент
на
прокладку
в
трубах
.
ТЕПЛОВОЙ
РАСЧЕТ
КАБЕЛЯ
В
ТРУБЕ
На
рисунке
1
схематично
показан
кабель
внеш
-
него
диаметра
d
,
проложенный
в
грунте
в
полимер
-
ной
трубе
,
имеющей
внешний
диаметр
D
и
толщину
стенки
e
.
Это
может
быть
как
трехфазный
кабель
,
так
и
однофазный
кабель
(
тогда
трехфазная
линия
имеет
сразу
три
таких
трубы
с
однофазным
кабелем
в
каждой
из
них
).
Например
,
если
речь
идет
об
однофазных
кабелях
с
изоляцией
из
сшитого
полиэтилена
,
то
главными
ис
-
точниками
тепловыделения
в
кабеле
являются
поте
-
ри
мощности
в
жиле
P
Ж
и
экране
P
Э
.
Указанное
тепло
отводится
от
кабеля
в
грунт
,
для
чего
оно
должно
преодолеть
цепочку
из
тепло
-
вых
сопротивлений
R
(
рисунок
2).
Видно
,
что
на
пути
тепла
встают
изоляция
кабе
-
ля
(
И
),
оболочка
кабеля
(
О
),
воздух
в
тру
-
бе
(
В
),
полимерная
труба
(
Т
),
грунт
(
Г
).
Задав
температуру
грунта
равной
,
скажем
,
T
Г
= 20 °
С
,
с
помощью
тепловой
схемы
рис
. 2
можно
определить
потери
в
жиле
P
Ж
и
потери
в
экране
P
Э
,
при
которых
температура
жилы
кабеля
выйдет
на
уро
-
вень
T
Ж
= 90 °
С
,
считающийся
предельно
допустимым
в
нормальном
режиме
рабо
-
ты
для
изоляции
из
сшитого
полиэтилена
.
Далее
определяется
значение
тока
жилы
кабеля
I
ДОП
,
отвечающее
потерям
P
Ж
и
P
Э
,
и
это
значение
называется
длительно
до
-
пустимым
током
жилы
.
Указанная
мето
-
дика
расчета
отражена
в
ГОСТ
Р
МЭК
[3].
В
схеме
рис
. 2
величины
тепловых
со
-
противлений
зависят
от
геометрических
характеристик
рассматриваемой
систе
-
мы
,
т
.
е
.
от
внешних
и
внутренних
диа
-
метров
изоляции
,
оболочки
,
трубы
.
Также
тепловые
сопротивления
R
зависят
и
от
свойств
материалов
—
их
удельных
теп
-
ло
вых
сопротивлений
.
Значения
для
элементов
кабеля
и
для
воздуха
являются
извест
-
ными
параметрами
,
тогда
как
значения
для
трубы
и
грунта
в
каждом
конкретном
случае
должны
уточ
-
няться
.
На
рисунке
3
в
качестве
примера
представлены
расчеты
длительного
допустимого
тока
трехфазной
кабельной
линии
110
кВ
,
выполненной
однофазными
кабелями
с
изоляцией
из
сшитого
полиэтилена
,
име
-
ющими
распространенные
в
России
сечения
1000
мм
2
медной
жилы
и
240
мм
2
медного
экрана
.
Полагаем
,
что
потерь
в
экранах
нет
,
то
есть
P
Э
= 0 (
сделана
транс
-
позиция
экранов
или
их
одностороннее
заземление
),
а
фазы
кабеля
проложены
сомкнутым
треугольником
.
Считаем
,
что
каждая
из
трех
фаз
кабеля
110
кВ
проложена
в
своей
трубе
с
типовыми
параметрами
:
внешний
диаметр
D
= 225
мм
,
кольцевая
жесткость
SN 64
кН
/
м
2
.
При
модуле
упругости
950
МПа
согласно
таблице
1
из
[2]
имеем
отношение
D
/
e
= 11,7
и
тол
-
щину
стенки
такой
трубы
e
= 225/11,7 = 19,2
мм
.
В
расчетах
рисунка
3
варьируется
:
–
удельное
тепловое
сопротивление
грунта
Г
в
диа
-
пазоне
1–3 (
м
·
К
)/
Вт
;
–
удельное
тепловое
сопротивление
трубы
Т
в
диа
-
пазоне
0,1–100 (
м
·
К
)/
Вт
.
Согласно
графику
на
рисунке
3,
например
,
в
слу
-
чае
прокладки
в
грунте
Г
= 1 (
м
·
К
)/
Вт
полимерных
труб
,
обладающих
Т
= 3 (
м
·
К
)/
Вт
,
допустимый
ток
ка
-
беля
составляет
I
ДОП
= 1000
А
.
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ
СТЕНКИ
ТРУБЫ
Зависимости
,
изображенные
на
рисунке
3,
нагляд
-
но
показывают
,
что
для
увеличения
допустимого
тока
I
ДОП
кабельной
линии
следует
стараться
обеспечить
Г
→
0
и
/
или
Т
→
0.
Так
,
в
частности
,
переход
от
ас
бес
-
то
вых
труб
Т
= 10
к
полимерным
трубам
,
сделанным
из
полиэтилена
низкого
давления
(
ПНД
)
и
имеющим
кабель
d
D
труба
полимерная
ρ
Т
e
грунт
ρ
Г
Рис
. 1.
Кабель
,
расположен
-
ный
в
полимер
-
ной
трубе
T
Ж
R
О
R
И
R
В
R
Т
R
Г
P
Ж
P
Э
T
Г
Рис
. 2.
Тепловая
схема
замещения
кабельной
линии
в
трубе
Рис
. 3.
Допустимый
ток
кабельной
линии
110
кВ
в
зависимости
от
удельного
теплового
сопротивления
трубы
(
Т
)
и
грунта
(
Г
)
1
1.5
3
2
ρ
Г
, мК /В т
I
ДО П
, А
ρ
Т
, мК /В т
2
3
5
4
ас
б
е
ст
ПН
Д
№
6 (39) 2016
80
СЕТИ РОССИИ
меньшее
удельное
тепловое
сопротивление
стенки
Т
= 3,
привел
к
росту
допустимого
тока
кабелей
на
2–4%.
В
настоящее
время
пришло
понимание
,
что
ПНД
нельзя
использовать
при
строительстве
кабельных
линий
с
изоляцией
из
сшитого
полиэтилена
,
и
на
место
ПНД
пришли
специальные
термостойкие
негорючие
кабельные
полимерные
трубы
[1].
Про
-
изводители
таких
труб
в
качестве
одного
из
допол
-
нительных
аргументов
в
пользу
своей
продукции
сообщают
,
что
их
трубы
обладают
удельным
тепло
-
вым
сопротивлением
стенки
Т
≤
3,
т
.
е
.
дают
повы
-
шение
допустимого
тока
кабелей
в
сравнении
со
случаями
ПНД
и
асбеста
.
На
самом
деле
,
как
следует
из
теплового
расчета
рисунка
3,
в
диапазоне
Т
≤
3
удельное
тепловое
со
-
противление
уже
практически
никак
не
влияет
на
до
-
пустимый
ток
линии
I
ДОП
.
Это
происходит
потому
,
что
в
тепловой
схеме
на
рисунке
2
при
Т
≤
3
значение
теплового
сопротивления
стенки
трубы
R
Т
оказывает
-
ся
ничтожно
малым
на
фоне
других
тепловых
сопро
-
тивлений
,
остающихся
неизменными
.
Хочется
обратить
внимание
,
что
согласно
ГОСТ
[4]
и
другим
документам
,
при
определении
удельного
теплового
сопротивления
следует
указы
-
вать
температуру
,
при
которой
проводятся
замеры
.
Так
,
для
силовых
кабелей
6–500
кВ
с
изоляцией
из
сшитого
полиэтилена
удельное
сопротивление
труб
Т
интересно
лишь
при
рабочих
температу
-
рах
60–90 °
С
.
Исследования
показывают
,
что
при
таких
температурах
для
полимерных
труб
сложно
достичь
уровня
Т
≤
2÷3,
и
по
этой
причине
некото
-
рые
производители
начинают
хитрить
,
декларируя
,
например
,
нетиповое
значение
Т
= 1,
но
скрывая
значение
отвечающей
ему
температуры
,
нигде
его
не
указывая
.
Несмотря
на
отсутствие
какой
-
либо
необходи
-
мости
в
борьбе
за
Т
→
0
и
достаточность
Т
=
2÷3,
есть
производители
,
которые
продолжают
эту
беспо
-
лезную
гонку
,
отвлекая
внимание
энергетиков
от
по
-
настоящему
проблемных
вопросов
прокладки
кабе
-
лей
в
трубах
,
среди
которых
,
например
:
–
недопустимость
использования
труб
,
имеющих
в
своем
составе
ПНД
;
–
необходимость
создания
методики
,
позволяющей
в
полевых
условиях
на
объекте
определить
,
не
поставлены
ли
обычные
ПНД
трубы
,
окрашенные
в
красный
цвет
;
–
недопустимость
прокладки
высоковольтных
сило
-
вых
кабелей
6–500
кВ
в
трубах
,
соответствующих
ГОСТ
Р
МЭК
61386-2014 «
Трубные
системы
для
прокладки
кабелей
» (
этот
ГОСТ
имеет
область
действия
,
распространяющуюся
исключительно
на
низковольтные
сети
до
1
кВ
).
ПОПРАВОЧНЫЙ
КОЭФФИЦИЕНТ
НА
ПРОКЛАДКУ
В
ТРУБАХ
Согласно
каталогам
кабельных
заводов
при
про
-
кладке
кабеля
6–500
кВ
в
трубе
допустимый
ток
линии
снижается
на
10%
относительно
случая
про
-
кладки
прямо
в
грунте
.
Таким
образом
,
при
проекти
-
ровании
кабелей
в
трубах
проектировщикам
реко
-
мендуется
использовать
поправочный
коэффициент
0,9.
К
сожалению
,
расчеты
показывают
,
что
данная
цифра
является
настолько
усредненной
,
что
ее
при
-
менение
никак
не
может
быть
рекомендовано
.
В
статье
[5]
после
выполнения
серии
расчетов
на
примере
кабеля
110
кВ
1000/240
мм
2
было
выявле
-
но
,
что
замена
традиционной
прокладки
в
открытом
грунте
на
трубную
при
определенных
условиях
не
только
не
снижает
пропускную
способность
линии
,
а
даже
наоборот
способна
вызвать
ее
повышение
вплоть
до
5–15%.
Эффект
роста
допустимого
тока
связан
с
тем
,
что
при
больших
диаметрах
труб
они
получают
значительную
площадь
контакта
с
грун
-
том
и
хорошо
охлаждаются
.
Иными
словами
,
в
те
-
пловой
схеме
на
рисунке
2
появление
труб
приво
-
дит
к
необходимости
учета
сопротивлений
R
В
и
R
Т
,
но
иногда
в
гораздо
большей
мере
оно
способству
-
ет
снижению
R
Г
,
что
в
итоге
и
вызывает
снижение
общего
суммарного
теплового
сопротивления
схе
-
мы
,
улучшение
охлаждения
жил
кабеля
,
рост
допу
-
стимого
тока
.
Особенно
заметным
рост
допустимого
тока
кабеля
оказывается
тогда
,
когда
при
выборе
внешнего
диа
-
метра
труб
отходят
от
описанного
в
[2]
традиционного
правила
D
/
d
≥
1,5 (
рисунок
1),
используя
вместо
него
правило
D
/
d
≥
2 ÷ 3.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.
Прокладка
кабельных
линий
в
полимерных
тру
-
бах
может
не
только
снижать
,
но
и
повышать
до
-
пустимый
ток
для
жилы
кабеля
.
В
общем
случае
использование
поправочного
коэффициента
0,9
на
прокладку
в
трубах
является
неверным
.
2.
Использование
полимерных
труб
с
удельным
те
-
пловым
сопротивлением
менее
2–3 (
м
·
К
)/
Вт
не
из
-
меняет
допустимого
тока
жилы
кабельной
линии
.
3.
Появление
в
кабельных
сетях
труб
с
тепловыми
сопротивлениями
0,1–1 (
м
·
К
)/
Вт
или
,
соответствен
-
но
,
с
теплопроводностью
1–10
Вт
/(
м
·
К
)
не
имеет
ничего
общего
с
потребностями
энергетики
.
4.
Для
повышения
допустимого
тока
жилы
кабеля
,
проложенного
в
полимерной
трубе
,
в
настоящее
время
есть
лишь
два
основных
способа
:
это
или
применять
трубы
увеличенного
диаметра
,
или
предусматривать
контролируемое
заполнение
труб
водой
(
без
частиц
грунта
,
так
как
они
могут
вызвать
заиливание
кабеля
).
ЛИТЕРАТУРА
1.
Дмитриев
М
.
В
.
Полимерная
труба
как
важнейший
элемент
кабельной
системы
6–500
кВ
//
ЭЛЕКТРО
-
ЭНЕРГИЯ
:
Передача
и
распределение
, 2015,
№
6(33).
С
. 78–83.
2.
Дмитриев
М
.
В
.
Механический
расчет
полимерных
труб
//
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распреде
-
ление
, 2016,
№
3(36).
С
. 70–75.
3.
ГОСТ
Р
МЭК
60287-1-1-2009.
Кабели
электриче
-
ские
.
Расчет
номинальной
токовой
нагрузки
.
4.
ГОСТ
23630.2-79.
Пластмассы
.
Метод
определе
-
ния
теплопроводности
.
5.
Дмитриев
М
.
В
.
Кабельные
линии
,
проложенные
в
полимерных
трубах
6–500
кВ
.
Тепловой
рас
-
чет
//
Новости
электротехники
, 2015,
№
5(95).
С
. 32–34.
Оригинал статьи: О способах повышения пропускной способности кабелей в трубах
В последние годы в России растет число кабельных линий классов 6–500 кВ, имеющих участки трассы, проложенные в полимерных трубах. Также постепенно увеличивается и протяженность таких участков, достигая 300–500 м, и теперь уже можно встретить линии, где в общей сложности более половины трассы размещено в трубах. Следовательно, особую актуальность приобретают вопросы выбора труб, их влияния на надежность и эффективность кабельных линий.В статье рассмотрены основные способы повышения длительно допустимого тока кабелей, проложенных в трубах.
