О теплотехнических расчетах кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена. Часть I. Допустимые токовые нагрузки

60

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ

О теплотехнических расчетах 
кабелей с изоляцией из сшитого 
полиэтилена

Часть I. Допустимые токовые нагрузки

УДК

 621.315.2

Полещук

 

С

.

И

.,

ведущий

 

инженер

  

ЭО

 

дирекции

 

проектирования

 

по

 

ТП

 

МЭС

 

Востока

Ключевые

 

слова

:

кабели

 

электрические

, 

токовая

 

нагрузка

, 

тепловое

 

сопротивление

, 

окружающая

 

температура

Keywords:

electric cables, current rating, thermal resistance, ambient 
temperature

В

 

статье

 

выполнен

 

анализ

 

теплотехнических

 

расчетов

 

кабелей

 

в

 

существующих

 

нормативных

 

документах

. 

Показаны

 

ошибки

, 

допущенные

 

при

 

переводе

 

на

 

русский

 

язык

 

этих

 

документов

. 

Анализируются

 

используемые

 

в

 

нормативных

 

документах

 

формулы

 

допустимой

 

токовой

 

нагрузки

 

кабелей

, 

проложенных

 

в

 

земле

 

в

 

условиях

 

частичного

 

высыхания

 

грунта

. 

Показано

 

несоответствие

 

этой

 

формулы

 

физическим

 

процессам

, 

происходящим

 

при

 

рассеивании

 

тепла

, 

выделяемого

 

кабелями

.

Предложена

 

формула

 

допустимых

 

токовых

 

нагрузок

 

для

 

трех

 

одножильных

кабелей

, 

проложенных

 

в

 

наземных

 

кабельных

 

лотках

.

ВВЕДЕНИЕ

Современные

 

кабельные

 

линии

 

напряжением

 110–

500 

кВ

 

представляют

 

собой

 

сложные

 

и

 

дорогосто

-

ящие

 

инженерные

 

сооружения

, 

надежность

 

и

 

га

-

рантированный

 

срок

 

эксплуатации

 

которых

 

должны

 

подтверждаться

 

достоверными

 

расчетами

 

кабелей

 

в

 

характерных

 

местах

 

их

 

прокладки

, 

а

 

также

 

соот

-

ветствующими

 

проектными

 

решениями

 

конструктив

-

ного

 

выполнения

 

различных

 

узлов

 

кабельной

 

линии

 

и

 

надлежащими

 

условиями

 

эксплуатации

 

кабелей

. 

В

 

настоящее

 

время

 

для

 

опре

-

деления

 

длительно

 

допустимых

 

токов

 

кабелей

 

используется

 

СТО

 

56947007-29.060.20.071-2011 
«

Силовые

 

кабельные

 

линии

 

на

-

пряжением

 110–500 

кВ

. 

Условия

 

создания

. 

Нормы

 

и

 

требования

. 

Стандарт

 

организации

» [1].

В

 

основу

 

этого

 

стандарта

 

по

-

ложены

 

ГОСТ

 

Р

 

МЭК

 60287-1-

1-2009 «

Кабели

 

электрические

. 

Расчет

 

номинальной

 

токовой

 

на

-

грузки

. 

Часть

 1-1. 

Уравнения

 

для

 

расчета

 

номинальной

 

токовой

 

нагрузки

 

и

 

расчет

 

потерь

. 

Общие

 

положения

» [2] 

и

 

ГОСТ

 

Р

 

МЭК

 

60287-2-1-2009 «

Кабели

 

элек

-

трические

. 

Расчет

 

номинальной

 

токовой

 

нагрузки

. 

Часть

 2-1. 

Теп

-

ловое

 

сопротивление

. 

Расчет

 

те

-

плового

 

сопротивления

» [3].

В

 

свою

 

очередь

, [2] 

и

 [3] 

явля

-

ются

 

переводами

 

международ

-

ных

 

стандартов

 IEC 60287-1-1-

2006 [4] 

и

  IEC 60287-2-1-2006 [5].

Прежде

 

всего

, 

следует

 

отме

-

тить

, 

что

 

в

 

разделах

 1.4 [2] 

и

 [4] 

все

 

расчетные

 

формулы

 

допу

-

Начальный

 

этап

 

прокладки

 

трехфазного

 

подводного

 

кабеля

 220 

кВ

через

 

пролив

 

Босфор

 

Восточный

 

на

 

береговом

 

участке

 

острова

 

Русский

61

стимых

 

номинальных

 

токовых

 

нагрузок

 

кабелей

 

приведены

 

для

 

трехжильных

 

и

 

четырехжильных

 

кабелей

. 

Поэтому

 

эти

 

формулы

 

без

 

соответствующей

 

корректи

-

ровки

 

нельзя

 

применять

 

для

 

трех

 

одножильных

 

кабелей

, 

проло

-

женных

 

в

 

земле

 

в

 

одном

 

железо

-

бетонном

 

кабельном

 

лотке

, 

или

 

в

 

общем

 

наземном

 

кабельном

 

лотке

 

на

 

территории

   

распреде

-

лительного

 

устройства

. 

Кроме

 

того

, 

в

 [1] 

раздела

 

те

-

плотехнических

 

расчетов

 

нет

, 

а

 

в

 

переведенных

 

на

 

русский

 

язык

 [2] 

и

 [3] 

встречаются

 

неточ

-

ности

 

перевода

 

и

 

прямые

 

ошибки

 

как

 

в

 

текстовой

 

части

, 

так

 

и

 

в

 

рас

-

четных

 

формулах

.

Часть

 3-1 IEC 60287 [6], 

в

 

ко

-

торой

 

содержатся

 

нормативные

 

справочные

 

данные

 

по

 

условиям

 

эксплуатации

 

и

 

выбору

 

типов

 

ка

-

белей

 

в

 15 

различных

 

странах

 

от

 

Австралии

 

до

 

Японии

 

и

 

США

, 

на

 

русский

 

язык

 

до

 

настоящего

 

вре

-

мени

 

не

 

переведена

. 

Российской

 

Федерации

 

в

 

пе

-

речне

 

избранных

 

этим

 

стандартом

 

стран

 

нет

.

Поэтому

 

в

 

основу

 

анализа

 

ниже

 

приведенных

 

рас

-

четных

 

выражений

 

положены

 [1–6] 

с

 

указанием

 

по

 

ходу

 

изложения

 

замеченных

 

неточностей

 

и

 

ошибок

.

В

 

настоящей

 

работе

 

анализ

 

теплотехнических

 

расчетов

 

кабелей

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэти

-

лена

, 

проложенных

 

в

 

земле

, 

выполнен

 

на

 

основе

 

расчетов

 

наземных

 

кабельных

 

участков

 

ЛЭП

 220 

кВ

 

Зеленый

 

угол

 — 

Русская

, 

введенной

 

в

 

эксплуатацию

 

в

 2011 

году

. 

Участок

 

этой

 

линии

 220 

кВ

 

на

 

переходе

 

через

 

пролив

 

Босфор

 

Восточный

 

выполнен

 

трехжильным

 

кабелем

 

напряжением

 220 

кВ

 

с

 

медными

 

жилами

 

се

-

чением

 500 

мм

2

. 

Конструкция

 

кабеля

 

с

 

расположени

-

ем

 

жил

 

по

 

вершинам

 

равностороннего

 

треугольника

 

разработана

 

японской

 

компанией

 J-Power Sistems. 

Доставка

 

кабеля

 

выполнена

 

японской

 

компанией

 

Marubeni  Corporation. 

На

 

остальных

 

участках

 

трассы

 

ЛЭП

 220 

кВ

 

Зеле

-

ный

 

угол

 — 

Русская

 

применены

 

одножильные

 

кабе

-

ли

 

с

 

алюминиевыми

 

жилами

 

сечением

 630 

мм

2

 

ко

-

рейской

 

компании

 Taihan. 

При

 

этом

 

каждые

 

три

 

фазы

 

одной

 

цепи

 

кабельной

 

линии

 

также

 

укладывались

 

в

 

железобетонных

 

кабельных

 

лотках

 

по

 

вершинам

 

равностороннего

 

треугольника

 

вплотную

 

друг

 

к

 

дру

-

гу

. 

Поэтому

 

с

 

точки

 

зрения

 

выполнения

 

теплотехни

-

ческих

 

расчетов

 

подводные

 

и

 

подземные

 

кабельные

 

участки

 

ЛЭП

 220 

кВ

 

Зеленый

 

угол

 — 

Русская

 

имеют

 

много

 

общего

.

В

 

настоящее

 

время

 

теплотехнические

 

расчеты

 

кабелей

 

практически

 

всегда

 

выполняются

 

заводами

-

изготовителями

. 

Но

 

представленные

 

по

 

требованию

 

МЭС

 

Востока

 

теплотехнические

 

расчеты

 

кабельной

 

линии

 220 

кВ

 

Зеленый

 

угол

 — 

Русская

 

с

 

переходом

 

через

 

пролив

 

Босфор

 

Восточный

 

были

 

сделаны

 

за

-

Момент

 

затяжки

 

трехфазного

 

подводного

 

кабеля

 220 

кВ

 

через

 

пролив

 

Бос

-

фор

 

Восточный

 

в

 

железобетонный

 

кабель

 

ный

 

лоток

водами

-

изготовителями

 

без

 

учета

 

некоторых

 

кон

-

структивных

 

особенностей

 

как

 

самих

 

кабелей

, 

так

 

и

 

условий

 

их

 

прокладки

 

на

 

различных

 

участках

 

трас

-

сы

 

кабельной

 

линии

. 

Причем

 

в

 

технических

 

заданиях

 

на

 

изготовление

 

кабелей

 

эти

 

особенности

 

также

 

не

 

учитывались

.

При

 

обсуждении

 

с

 

японской

 

и

 

корейской

 

компа

-

ниями

 

возникших

 

замечаний

 

по

 

выполненным

 

ими

 

расчетам

 

проявилось

 

разное

 

отношение

 

предста

-

вителей

 

этих

 

компаний

 

к

 

замечаниям

. 

Японская

 

сторона

 

скрупулезно

 

анализировала

 

каждое

 

за

-

мечание

 

и

 

предложение

 

по

 

методикам

 

расчета

 

и

 

с

 

готовностью

 

шла

 

на

 

исправление

 

выявленных

 

неточностей

, 

несоответствий

 

отдельных

 

расчетных

 

формул

 

и

 

эквивалентной

 

тепловой

 

схемы

 

замеще

-

ния

 

реальной

 

конструкции

 

кабеля

 

и

 

условиям

 

его

 

прокладки

. 

В

 

отличие

 

от

 

них

 

представители

 

компа

-

нии

 Taihan 

заняли

  «

круговую

 

оборону

» 

и

 

с

 

необъ

-

яснимым

 

упорством

 

отстаивали

 

все

 

свои

 

ранее

 

принятые

 

решения

, 

даже

 

самые

 

абсурдные

. 

Поэто

-

му

 

представляется

 

целесообразным

, 

не

 

вдаваясь

 

в

 

подробности

 

этих

 

замечаний

, 

провести

 

анализ

 

расчетных

 

формул

 

в

 

существующих

 

нормативных

 

документах

 

и

 

показать

 

на

 

конкретных

 

примерах

 

особенности

 

теплотехнических

 

расчетов

 

трехфаз

-

ных

 

и

 

однофазных

 

кабелей

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

. 

Дальнейший

 

анализ

 

теплотехнических

 

расчетов

 

трехфазных

 

кабелей

, 

проложенных

 

в

 

земле

, 

вы

-

полнен

 

для

 

наземных

 

участков

 

подводного

 

кабеля

 

ЛЭП

 220 

кВ

 

Зеленый

 

угол

 — 

Русская

. 

Аналогичные

 

теплотехнические

 

расчеты

 

однофазных

 

кабелей

, 

проложенных

 

в

 

наземных

 

железобетонных

 

лотках

, 

выполнены

 

для

 

кабельных

 

заходов

 

ЛЭП

 220 

кВ

 

Тын

-

да

 — 

Хорогочи

 

и

 

Тында

 — 

Лопча

 

на

 

территорию

 

ПС

 

220 

кВ

 «

Тында

».

№

 2 (41) 2017

62

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ

 

АНАЛИЗ

 

СУЩЕСТВУЮЩИХ

 

ФОРМУЛ

 

ДОПУСТИМЫХ

 

ТОКОВЫХ

 

НАГРУЗОК

 

ДЛЯ

 

ТРЕХФАЗНЫХ

 

КАБЕЛЕЙ

, 

ПРОЛОЖЕННЫХ

 

В

 

ЗЕМЛЕ

 

ИЛИ

 

НА

 

ВОЗДУХЕ

В

 

настоящее

 

время

 

длительно

 

допустимые

 

токовые

 

нагрузки

 

для

 

кабелей

, 

проложенных

 

в

 

земле

 

или

 

на

 

воздухе

, 

определяются

 

в

 

соответствии

 

с

 

уравне

-

нием

 

теплового

 

баланса

 

кабельной

 

линии

, 

которое

 

в

 [2] 

и

 [4] 

представлено

 

в

 

виде

 

общей

 

формулы

 

пре

-

вышения

 

температуры

 

токопроводящей

 

жилы

 

над

 

средней

 

температурой

 

окружающей

 

среды

:



 =(

I

 

2

R

+0,5

W

d

)

T

1

+ [

I

 

2

R

(1+ 



1

) + 

W

d] · 

nT

2

 +

 + 

[

I

 

2

R

(1+ 



1

+ 



2

) +

W

d

] · 

n

(

T

3

 + 

T

4

). 

(1)

 

Для

 

этой

 

формулы

 

в

 [2] 

приведены

 

следующие

 

условные

 

обозначения

 

с

 

примечанием

:

I

 — 

величина

 

допустимого

 

тока

 

в

 

одной

 

токопрово

-

дящей

 

жиле

, 

А

;



 = 



 – 



С

 —  

допустимое

 

превышение

 

температуры

 

токопроводящей

 

жилы

 

над

 

температурой

 

окружаю

-

щей

 

среды

, °C;



 — 

максимальная

 

допустимая

 

температура

 

токо

-

проводящей

 

жилы

, °C; 



С

 — 

температура

 

окружающей

 

среды

, °C;

 

Примечание

.

 

Имеется

 

в

 

виду

 

средняя

 

температура

 

окружающей

 

среды

 

при

 

нормальных

 

условиях

 

в

 

слу

-

чае

, 

когда

 

кабели

 

прокладываются

 

или

 

будут

 

проло

-

жены

 

с

 

учетом

 

влияния

 

любого

 

местного

 

источника

 

тепла

, 

но

 

без

 

учета

 

повышения

 

температуры

 

от

 

ка

-

белей

, 

расположенных

 

в

 

непосредственной

 

близости

, 

вследствие

 

выделяющейся

 

в

 

них

 

теплоты

. 

R

 — 

сопротивление

 

токопроводящей

 

жилы

 

перемен

-

ному

 

току

 

на

 

единицу

 

длины

 

при

 

максимальной

 

ра

-

бочей

 

температуре

, 

Ом

/

м

; 

W

d

 — 

потери

 

в

 

диэлектрике

 

на

 

единицу

 

длины

 

для

 

изоляции

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

, 

окружающей

 

то

-

копроводящую

 

жилу

, 

Вт

/

м

; 

T

1

 — 

тепловое

 

сопротивление

 

изоляции

 

между

 

токо

-

проводящей

 

жилой

 

и

 

оболочкой

 (

экраном

) 

на

 

едини

-

цу

 

длины

 

кабеля

, 

К

·

м

/

Вт

;

T

2

 — 

тепловое

 

сопротивление

 

подушки

 

между

 

обо

-

лочкой

 (

экраном

) 

и

 

броней

 

на

 

единицу

 

длины

 

кабе

-

ля

, 

К

·

м

/

Вт

; 

если

 

в

 

конструкции

 

кабеля

 

брони

 

нет

, 

то

 

T

2

 = 0; 

T

3

 — 

тепловое

 

сопротивление

 

наружного

 

защитного

 

покрытия

 

кабеля

 

на

 

единицу

 

длины

 

кабеля

, 

К

·

м

/

Вт

; 

T

4

 — 

тепловое

 

сопротивление

 

между

 

наружной

 

по

-

верхностью

 

кабеля

 

и

 

окружающей

 

средой

 

на

 

едини

-

цу

 

длины

 

кабеля

, 

К

·

м

/

Вт

;

n

 — 

число

 

несущих

 

нагрузку

 

жил

 

в

 

кабеле

 (

жилы

 

оди

-

накового

 

размера

 

и

 

несущие

 

одну

 

и

 

ту

 

же

 

нагрузку

);



1

 — 

отношение

 

потерь

 

в

 

металлической

 

оболочке

 

(

экране

) 

к

 

общим

 

потерям

 

во

 

всех

 

жилах

 

кабеля

;



2

 — 

отношение

 

потерь

 

в

 

броне

 

к

 

общим

 

потерям

 

во

 

всех

 

жилах

 

кабеля

.

Прежде

 

всего

, 

необходимо

 

отметить

 

неадекват

-

ный

 

перевод

 

примечания

 

к

 

определению

 

температу

-

ры

 

окружающей

 

среды

 



С

.

В

 

оригинале

, 

в

 [4] 

это

 

примечание

 

приведено

 

в

 

следующем

 

виде

:

 

NOTE.

 The ambient temperature is the temperature of the 

surrounding medium under normal conditions, at a situation 

in 

w

hich cables are installed, or are to be installed, including 

the effect of any local source of heat, but not the increase of 
temperature in the immediate neighbourhood of the cables 
due to heat arising therefrom.

Фразы

 «

средняя

 

температура

» 

в

 

этом

 

тексте

 

нет

, 

и

 

все

 

примечание

 

в

 

соответствии

 

с

 

оригиналом

 

мож

-

но

 

перевести

 

как

:

 

Примечание

.

 

Окружающая

 

температура

 — 

это

 

тем

-

пература

 

окружающей

 

среды

 

при

 

нормальных

 

услови

-

ях

 

в

 

месте

, 

где

 

кабели

 

проложены

 

или

 

должны

 

быть

 

проложены

, 

с

 

учетом

 

влияния

 

любого

 

местного

 

ис

-

точника

 

тепла

, 

но

 

без

 

учета

 

повышения

 

темпера

-

туры

 

от

 

выделяющих

 

тепло

 

кабелей

, 

расположенных

 

в

 

непосредственной

 

близости

. 

То

 

есть

 

в

 

примечании

 

разъясняется

, 

что

 

если

 

ка

-

бель

, 

например

, 

прокладывается

 

в

 

общем

 

коллек

-

торе

 

с

 

теплопроводом

, 

то

 

при

 

определении

 

окружа

-

ющей

 

температуры

 

необходимо

 

учитывать

 

нагрев

 

воздуха

 

этим

 

теплопроводом

. 

Если

 

же

 

определяется

 

допустимая

 

токовая

 

нагрузка

 

кабеля

 

в

 

режиме

 

лет

-

него

 

максимума

, 

то

 

за

 

температуру

 

окружающей

 

сре

-

ды

 

следует

 

принимать

 

действительную

 

температуру

 

воздуха

 

в

 

этом

 

режиме

, 

а

 

не

 

его

 

среднюю

 

температу

-

ру

 

за

 

какой

-

то

 

период

.

Действительно

, 

в

 

соответствии

 

с

 [7], 

абсолют

-

ная

 

максимальная

 

температура

 

воздуха

, 

например

, 

в

 

Тынде

 

равна

 36°C, 

а

 

средняя

 

температура

 

воздуха

 

наиболее

 

теплого

 

месяца

 — 

всего

 24,9°C. 

Поэтому

 

при

 

расчете

 

допустимой

 

токовой

 

нагрузки

 

в

 

режиме

 

летнего

 

максимума

 

необходимо

 

принимать

 

темпера

-

туру

 

окружающей

 

среды

 36°C, 

а

 

не

 24,9°C.

Так

, 

из

-

за

 

ошибочного

 

перевода

 

текста

 

норматив

-

ного

 

документа

 

смысл

 

термина

  «

температура

 

окру

-

жающей

 

среды

» 

оказался

 

искаженным

, 

что

 

приводит

 

к

 

неизбежным

 

ошибкам

 

при

 

его

 

использовании

 

в

 

рас

-

четных

 

формулах

. 

Для

 

исключения

 

подобных

 

ошибок

 

в

 [6] 

есть

 

даже

 

специальные

 

предупреждения

 

о

 

том

, 

что

 

средние

 

температуры

 

земли

 

и

 

воздуха

 

в

 

теплотехнических

 

расчетах

 

кабельных

 

линий

, 

проектируемых

, 

напри

-

мер

, 

на

 

территории

 

Канады

, 

не

 

применять

. 

Следующим

 

отличием

 [2] 

от

 [4] 

является

 

несоот

-

ветствие

 

общего

 

вида

 

формул

 

длительно

 

допусти

-

мого

 

тока

 

в

 

кабелях

. 

В

 [4] 

эта

 

формула

 

имеет

 

в

 

вид

:

 



 – 

W

d

[0,5

T

1

+ 

n

(

T

2

 +

T

3

 + 

T

4

)]

 

I

 =  ———————  .

0,5

 (2)

 

R

[

T

1 

+ 

n

(1 + 



1

)

T

2

 + 

n

(1 + 



1

+ 



2

) (

T

3

 + 

T

4

)]

В

 [2] 

эта

 

же

 

формула

 

приведена

 

в

 

виде

 

 



 – 

W

d

[0,5

T

1

+ 

n

(

T

2

 +

T

3

 + 

T

4

)]

 

I

 =  ——————— 

 

.

-0,5

 (2.1)

 

R

[

T

1 

+ 

n

(1 + 



1

)

T

2

 + 

n

(1 + 



1

+ 



2

) (

T

3

 + 

T

4

)]

Из

 

сравнения

 

между

 

собой

 

этих

 

формул

 

видно

, 

что

 

при

 

переводе

 

на

 

русский

 

язык

 

знак

 «+», 

стоящий

 

после

 

квадратных

 

скобок

 

перед

 

степенью

 0,5, 

в

 [4] 

без

 

всяких

 

обоснований

 

заменен

 

на

 

знак

 «–».

В

 [1] 

для

 

расчета

 

длительно

 

допустимого

 

тока

 

ка

-

беля

 

приводится

 

формула

 (5.1):

 

___________________________________________

 



 – 

W

d

(0,5

T

1

+ 

T

2

 +

T

3

 + 

T

4

)]

 

I

 = 

√

——————— . 

 

RT

1 

+ 

R

(1 + 



1

)

T

2

 + 

R

(1 + 



1

+ 



2

) (

T

3

 + 

T

4

)]

В

 

этой

 

формуле

 

при

 

общем

 

ее

 

соответствии

 

с

 

ви

-

дом

 

формулы

 (2) 

отсутствует

 

количество

 

токоведу

-

63

щих

 

жил

 

кабеля

, 

то

 

есть

 

формула

 (5.1) 

в

 [1] 

соответ

-

ствует

 

формуле

 (2) 

при

 

n

 = 1.

В

 

справедливости

 

вида

 

формулы

 (2) 

можно

 

убе

-

диться

 

после

 

следующего

 

преобразования

 

форму

-

лы

 (1):



 = (

I

 

2

R

 + 0,5

W

d

)

T

1

 + [

I

 

2

R

(1 + 



1

) + 

W

d

] · 

nT

2

 + 

+ [

I

 

2

R

(1 + 



1

+ 



2

) + 

W

d

] · 

n

(

T

3

 + 

T

4

) =

= 

I

 

2

RT

1

 + 0,5

W

d

T

1

 + 

I

2

RnT

2

 · (1 + 



1

) + 

W

d

 

nT

2

 +

+ 

I

 

2

R n

 ·(1 + 



1

 + 



2

)(

T

3

 + 

T

4

) + 

W

d

 · 

n

(

T

3

 + 

T

4

) =

= 

I

 

2

R

[

T

1

 + 

nT

2

 (1 + 



1

) + 

n

(1 + 



1

 + 



2

)(

T

3

 + 

T

4

)] +

+ 

W

d 

[0,5

T

1

 + 

n

(

T

2

 + 

T

3

 + 

T

4

)]. 

Записывая

 

последнее

 

соотношение

 

относитель

-

но

 

тока

 

I

, 

получаем

 

искомую

 

формулу

 

допустимого

 

значения

 

токовой

 

нагрузки

 (2):

 



 – 

W

d

[0,5

T

1

+ 

n

(

T

2

 +

T

3

 + 

T

4

)

 

I

 =  ———————  .

0,5

 (2)

 

R

[

T

1 

+ 

n

(1 + 



1

)

T

2

 + 

n

(1 + 



1

+ 



2

) (

T

3

 + 

T

4

)]

Из

 

этого

 

следует

, 

что

 

знак

 «–», 

стоящий

 

перед

 

степенью

 0,5 

в

 

формуле

 (2.1), 

в

 [2] 

поставлен

 

оши

-

бочно

 

при

 

некорректном

 

переводе

 

этого

 

документа

 

на

 

русский

 

язык

 

и

 

использовать

 

эту

 

формулу

 

для

 

расчетов

 

нельзя

.

ВЫВОД

 

ФОРМУЛЫ

 

ДОПУСТИМЫХ

 

ТОКОВЫХ

 

НАГРУЗОК

 

ДЛЯ

 

ТРЕХФАЗНЫХ

 

КАБЕЛЕЙ

 

НАПРЯЖЕНИЕМ

 

ДО

 35 

КВ

, 

ПРОЛОЖЕННЫХ

 

В

 

ЗЕМЛЕ

 

ИЛИ

 

НА

 

ВОЗДУХЕ

В

 

общем

 

виде

 

процесс

 

передачи

 

тепла

 

от

 

нагре

-

тых

 

частей

 

кабеля

 

в

 

окружающую

 

среду

, 

описанных

 

формулой

 (1), 

определяется

 

уравнением

 

теплово

-

го

 

баланса

 

кабельной

 

линии

, 

которое

 

записывается

 

тепловым

 

законом

 

Ома

, 

аналогичным

 

закону

 

Ома

 

в

 

электротехнике

 [8]:

 



 = 

W

 · 

T

, (3)

где

 



 — 

разность

 

температур

 

нагретого

 

тела

 (

в

 

рас

-

сматриваемом

 

случае

 — 

кабеля

) 

и

 

окружающей

 

среды

, °C; 

W

 — 

тепловой

 

поток

 (

потери

 

тепла

 

в

 

кон

-

структивных

 

элементах

 

кабеля

), 

Вт

/

м

; 

T

 — 

сопротив

-

ление

 

тепловому

 

потоку

,  

К

·

м

/

Вт

. 

Перед

 

началом

 

составления

 

уравнения

 

тепло

-

вого

 

баланса

 

любой

 

конкретной

 

кабельной

 

линии

 

удобно

 

сначала

 

представить

 

ее

 

в

 

виде

 

эквива

-

лентной

 

тепловой

 

схемы

 

замещения

, 

облегчающей

 

понимание

 

тепловых

 

процессов

, 

происходящих

 

при

 

передаче

 

тепла

 

от

 

нагретых

 

элементов

 

кабе

-

ля

 

в

 

окружающую

 

среду

. 

Но

 

по

 

каким

-

то

 

причинам

 

в

 

нормативных

 

документах

 [1–5] 

тепловых

 

схем

 

замещения

 

нет

, 

что

 

затрудняет

 

их

 

понимание

. 

Как

 

показывает

 

практика

, 

от

-

сутствие

 

тепловых

 

схем

 

замещения

 

или

 

их

 

несоот

-

ветствие

 

рассматриваемым

 

кабельным

 

линиям

 

может

 

привести

 

к

 

ошибкам

 

в

 

тепло

-

технических

 

расчетах

, 

как

 

при

 

проектировании

 

этих

 

линий

, 

так

 

и

 

в

 

теплотехниче

-

ских

 

расчетах

 

компаний

, 

по

-

лучивших

 

право

 

на

 

изготов

-

ление

 

и

 

поставку

 

кабелей

 

для

 

конкретного

 

объекта

. 

Для

 

определения

 

области

 

применения

 

форму

-

лы

 (2) 

и

 

наглядности

 

дальнейших

 

построений

 

пред

-

ставляется

 

целесообразным

 

выполнить

 

независимый

 

вывод

 

формул

 (1) 

и

 (2) 

с

 

помощью

 

эквивалентной

 

те

-

пловой

 

схемы

 

замещения

 

одного

 

трехжильного

 

кабе

-

ля

 

напряжением

 

до

 35 

кВ

, 

приведенной

 

на

 

рисунке

 1. 

При

 

этом

 

n 

= 3. 

В

 

соответствии

 

с

 

разделом

 1.4 

в

 [2] 

и

 [4] 

принимается

, 

что

 

кабель

 

может

 

прокладываться

 

как

 

в

 

земле

, 

так

 

и

 

на

 

открытом

 

воздухе

.

На

 

рисунке

 1 

стрелками

 

показаны

 

места

 

повыше

-

ния

 

температуры

 

кабеля

 

за

 

счет

 

потерь

 

в

 

токопрово

-

дящих

 

жилах

 (

W

C

), 

диэлектрических

 

потерь

 

в

 

изоля

-

ции

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

 (

W

d

), 

потерь

 

в

 

свинцовой

 

оболочке

, 

окружающей

 

токопроводящие

 

жилы

  (

W

S

), 

и

 

потерь

 

в

 

металлической

 

броне

 (

W

a

). 

По

 

приведенной

 

на

 

рисунке

 1 

схеме

 

замещения

 

в

 

соответствии

 

с

 

формулой

 

теплового

 

закона

 

Ома

 (3) 

можно

 

проследить

 

распространение

 

тепла

, 

возника

-

ющего

 

в

 

различных

 

элементах

 

кабеля

, 

как

 

на

 

отдель

-

ных

 

частях

 

поперечного

 

сечения

 

самого

 

кабеля

, 

так

 

и

 

во

 

внешней

 

среде

, 

в

 

которой

 

находится

 

кабель

.

На

 

схеме

 

рисунка

 1 

стрелками

 

показаны

 

места

 

повышения

 

температуры

 

кабеля

, 

в

 

том

 

числе

:

 

–

за

 

счет

 

потерь

 

в

 

каждой

 

из

 

трех

 

токопроводящих

 

жил

 (

W

C

);

 

–

диэлектрических

 

потерь

 

в

 

изоляции

 

из

 

сшито

-

го

 

полиэтилена

, 

окружающей

 

токопроводящие

 

жилы

 (

W

d

);

 

–

потерь

 

в

 

общей

 

металлической

 

оболочке

  (

экра

-

не

) (

W

S

);

 

–

потерь

 

в

 

металлической

 

броне

 (

W

a

).

Токовые

 

нагрузки

 

в

 

токопроводящих

 

жилах

 

кабе

-

ля

 

вызывают

 

в

 

них

 

потери

 

W

C

 

и

 

приводят

 

к

 

нагреву

 

токопроводящих

 

жил

 

до

 

максимально

 

допустимых

 

температур

 



. 

Эти

 

начальные

 

участки

 

выделения

 

тепла

 

кабельной

 

линией

 

показаны

 

в

 

левой

 

части

 

ри

-

сунка

 1. 

Схема

 

на

 

рисунке

 1 

составлена

 

с

 

допущением

, 

что

 

диэлектрические

 

потери

 

W

d

 

в

 

изоляции

 

из

 

сшито

-

го

 

полиэтилена

, 

окружающей

 

токопроводящие

 

жилы

, 

равномерно

 

распределены

 

по

 

толщине

 

изоляции

. 

Поэтому

 

перепад

 

температуры

 

в

 

изоляции

, 

вызван

-

ный

 

диэлектрическими

 

потерями

, 

принимается

 

рав

-

ным

 

произведению

 

W

d

 

на

 

тепловое

 

сопротивление

 

половины

 

толщины

 

изоляционного

 

слоя

. 

После

 

прохождения

 

тепловых

 

потоков

 

от

 

нагре

-

тых

 

частей

 

кабеля

 

через

 

наружный

 

защитный

 

покров

 

кабеля

, 

температура

 

тепловых

 

потоков

 

постепенно

 

уменьшается

. 

В

 

момент

 

их

 

выхода

 

в

 

окружающую

 

Рис

. 1. 

Тепловая

 

схема

 

замещения

 

трехфазного

 

кабеля

, 

проложенного

 

в

 

земле

 

или

 

на

 

воздухе

W

c

W

d

W

c

W

d

W

c

W

d

W

s

0,5

T

1

0,5

T

1

0,5

T

1

0,5

T

1

0,5

T

1

0,5

T

1

T

2

T

3

T

4

W

a

θ

c

θ

θ

θ

№

 2 (41) 2017

64

среду

 

эта

 

температура

 

становится

 

равной

 

темпера

-

туре

 

поверхности

 

земли

 

или

 

наружного

 

воздуха

 



С

. 

Конечные

 

участки

 

выделения

 

тепла

 

кабельной

 

лини

-

ей

 

показаны

 

в

 

правой

 

части

 

рисунка

 1. 

Таким

 

образом

, 

по

 

схеме

, 

приведенной

 

на

 

рисун

-

ке

 1, 

прослеживается

 

изменение

 

температуры

 

теп

-

ловых

 

потоков

, 

генерируемых

 

всеми

 

источниками

 

тепла

 

рассматриваемого

 

трехжильного

 

кабеля

 

от

 

мест

 

их

 

возникновения

 

до

 

выхода

 

на

 

поверхность

 

земли

 

или

 

на

 

воздух

 

с

  

последующим

 

рассеиванием

 

в

 

окружающей

 

атмосфере

. 

Для

 

упрощения

 

анализа

 

схемы

 

на

 

рисунке

 1 

и

 

приведения

 

формулы

 (3) 

к

 

виду

 

формулы

 (1) 

при

-

нимаем

 

следующие

 

дополнительные

 

обозначения

: 

W

С

 — 

потери

 

в

 

одной

 

токопроводящей

 

жиле

 — 

 

W

C

 = 

I

 

2

R

, 

Вт

/

м

; (4) 

W

S

 — 

потери

 

в

 

общей

 

металлической

 

оболочке

 (

экра

-

не

), 

окружающей

 

токопроводящие

 

жилы

 

кабеля

, 

Вт

/

м

. 

Так

 

как

 

по

 

определению

 

в

 

формуле

 (1) 



1

 — 

от

-

ношение

 

потерь

 

в

 

металлической

 

оболочке

 (

экране

) 

к

 

общим

 

потерям

 

во

 

всех

 

жилах

 

кабеля

, 

то

 

 

W

S

 



1

 = — (5)

 

n

 · 

W

C

 

и

 

W

S

 = 



1

 · 

n

 · 

W

C

. (5') 

Аналогично

: 

W

a

 — 

потери

 

в

 

броне

, 

окружающей

 

токопроводящие

 

жилы

, 

Вт

/

м

.

По

 

определению

 



2

 — 

отношение

 

потерь

 

в

 

броне

 

к

 

общим

 

потерям

 

во

 

всех

 

жилах

 

кабеля

. 

Поэтому

 

W

a

 



2

 = — (6)

 

n

 · 

W

C

 

и

 

W

a

 = 



2

 · 

n

 · 

W

C

. (6') 

Данные

 

изменения

 

в

 

соответствии

 

с

 

рисунком

 1 

можно

 

записать

 

в

 

виде

:





 = 

W

C

T

1

 + 

nW

C

 (

T

2

 + 

T

3

 + 

T

4

) + 0,5 

W

d

T

1

 + 

 + 

nW

d

 (

T

2

 + 

T

3

 + 

T

4

) +

 W

S

 (

T

2

 + 

T

3

 + 

T

4

) +  

(7)

 + 

W

a

 (

T

3

 + 

T

4

) +



С

. 

Далее

 

после

 

ряда

 

преобразований

, 

а

 

также

 

с

 

уче

-

том

 (4), (5´) 

и

 (6´), 

получаем

 

исходную

 

формулу

 (1).



 = 



 – 



С

 = (

W

C

+ 0,5

W

d

)

T

1

 + 

nW

C

T

2

 + 

+ 

nW

C

 (

T

3

 + 

T

4

) + 

nW

d

 

T

2

 + 

nW

d

 (

T

3

 + 

T

4

) + 



1

nW

C

T

2

 +

+ 



1

nW

C

(

T

3

 + 

T

4

) + 



2

nW

C

(

T

3

 + 

T

4

) =

= (

W

C

 + 0,5

W

d

)

T

1

 + [

W

C

(1 + 



1

) + 

W

d

] · 

nT

2

+ 

+ [

W

C

(1 + 



1

+ 



2

) + 

W

d

] · 

n

(

T

3

 + 

T

4

) = 

= (

I

 

2

R

 + 0,5

W

d

)

T

1

+ [

I

 

2

R

 (1+ 



1

)+ 

W

d

] · 

nT

2

 +

+ [

I

 

2

R

 (1+ 



1

+



2

) + 

W

d

] · 

n

(

T

3

 + 

T

4

).

Таким

 

образом

,





 =(

I

 

2

R

+0,5

W

d

)

T

1

+ [

I

 

2

R

(1+ 



1

) + 

W

d

] · 

nT

2

 + 

 + 

[

I

 

2

R

(1+ 



1

+ 



2

) +

W

d

] · 

n

(

T

3

 + 

T

4

). 

(1)

Записывая

 

полученное

 

соотношение

 (1) 

относи

-

тельно

 

тока

 I 

и

 

приводя

 

его

 

к

 

виду

 

формулы

 (5.1) 

в

 [1], 

получаем

 

искомую

 

формулу

 

допустимого

 

зна

-

чения

 

токовой

 

нагрузки

 (2) 

для

 

многожильных

 

ка

-

белей

:

 

___________________________________________

 



 – 

W

d

[0,5

T

1

+ 

n

(

T

2

 +

T

3

 + 

T

4

)]

 

I

 = 

√

——————— .  (2)

 

R

[

T

1 

+ 

n

(1 + 



1

)

T

2

 + 

n

(1 + 



1

+ 



2

) (

T

3

 + 

T

4

)]

При

 

сравнении

 

полученной

 

формулы

 (2) 

с

 

фор

-

мулой

 (5.1) 

в

 [1], 

становится

 

понятно

, 

что

 

формула

 

(5.1) 

в

 [1] 

составлена

 

для

 

одной

 

жилы

 

многожильного

 

кабеля

. 

Эта

 

формула

 

не

 

учитывает

 

тепловыделения

 

остальных

 

жил

 

кабеля

 

и

 

ее

 

нельзя

 

использовать

 

при

 

теплотехнических

 

расчетах

 

как

 

многожильных

, 

так

 

и

 

одножильных

 

кабелей

.

АНАЛИЗ

 

ФОРМУЛ

 

ДОПУСТИМЫХ

 

ТОКОВЫХ

 

НАГРУЗОК

 

ДЛЯ

 

КАБЕЛЕЙ

, 

ПРОЛОЖЕННЫХ

 

В

 

ЗЕМЛЕ

 

В

 

УСЛОВИЯХ

 

ЧАСТИЧНОГО

 

ВЫСЫХАНИЯ

 

ГРУНТА

 

Наибольший

 

допустимый

 

ток

 

для

 

кабелей

, 

проло

-

женных

 

в

 

условиях

 

частичного

 

высыхания

 

грунта

 

во

-

круг

 

кабеля

, 

определяется

 

в

 

разделах

 1.4.2.1 [2] 

и

 [4] 

из

 

выражения

 

____________________________________________

 



 – 

W

d

[0,5

T

1

+ 

n

(

T

2

 +

T

3

 + 



T

4

)] 

+ (



 – 1)



x

 

I

 = 

√

——————— .  (8)

 

R

[

T

1 

+ 

n

(1 + 



1

)

T

2

 + 

n

(1 + 



1

+ 



2

) (

T

3

 + 



T

4

)]

где

 



 = 



d

 

/



W

 — 

отношение

 

удельных

 

тепловых

 

сопро

-

тивлений

 

сухой

 

и

 

влажной

 

зон

 

грунта

;  



d

 — 

удельное

 

тепловое

 

сопротивление

 

сухого

 

грунта

, 

К

·

м

/

Вт

; 



W

 — 

удельное

 

тепловое

 

сопротивление

 

влажного

 

грун

-

та

, 

К

·

м

/

Вт

; 



x

 = 



x

 –

 



a

 — 

превышение

 

температуры

 

на

 

границе

 

между

 

сухой

 

и

 

влажными

 

зонами

 

грунта

 

над

 

температурой

 

окружающей

 

среды

, °C; 



x

 — 

кри

-

тическая

 

температура

 

грунта

 

и

 

температура

 

границы

 

между

 

сухой

 

и

 

влажными

 

зонами

, °C; 



a

 — 

темпера

-

тура

 

окружающей

 

среды

, °C.

Формула

 (8) 

отличается

 

от

 

формулы

 (2) 

элемен

-

тами

, 

выделенными

 

красным

 

цветом

. 

Для

 

состав

-

ления

 

эквивалентной

 

схемы

 

замещения

 

кабельной

 

линии

, 

проложенной

 

в

 

земле

 

в

 

условиях

 

частичного

 

высыхания

 

грунта

, 

и

 

возможности

 

определения

 

мест

 

размещения

 

этих

 

дополнительных

 

элементов

 

в

 

те

-

пловой

 

схеме

 

замещения

 

кабельной

 

линии

 

приве

-

дем

 

формулу

 (8) 

к

 

виду

, 

аналогичному

 

формуле

 (7). 

I

 

2

R

 [

T

1

 + 

n

 (1 + 



1

)

T

2

 + 

n

(1 + 



1 

+ 



2

) (

T

3 

+ 



T

4

)] =

= 



 – 

W

d

[0,5

T

1

+ 

n

(

T

2

 + 

T

3 

+ 





T

4

] + 

(



 – 1) 



x

;

W

C

[

T

1

 + 

n

 (1+ 

W

S

 /

nW

C

)

T

2

 + 

n

(1+ 

W

s /

nW

C

+ 

W

a

 /

nW

C

) ·

· (

T

3 

+ 



T

4

)] = 



 – 

W

d 

[0,5

T

1

+ 

n

(

T

2 

+ 

T

3

+ 



T

4

] + 

(



 – 1

) 



x

;

W

C

T

1

 + 

nW

C

T

2

 + 

W

S

T

2

 + 

nW

C

T

3

 + 

nW

C



T

4

 + 

W

S

(

T

3

+



T

4

) +

+ 

W

a

 (

T

3

+



T

4

) = 



 – 



a

 – 0,5

W

d

T

1

 – 

nW

d

T

2

 – 

– 

nW

d

(

T

3

+



T

4

) +

 (



 – 1

) 



x

;



 = 

W

C

T

1

 + 

nW

C

 (

T

2

 + 

T

3 

+ 



T

4

) + 0,5

W

d

T

1

 +

+ 

nW

d

 (

T

2

 + 

T

3

+



T

4

) + 

W

S

(

T

2

 + 

T

3

+



T

4

) + 

 

+

 W

a

 (

T

3

+



T

4

) + 



a

 – 

(



 – 1) 



x

. (9)

Анализ

 

полученной

 

формулы

 (9) 

показывает

, 

что

 

при

 

определении

 

допустимого

 

тока

 

кабельной

 

ли

-

нии

, 

проложенной

 

в

 

условиях

 

частичного

 

высыхания

 

грунта

, 

в

 [2] 

и

 [4] 

вместо

 

учета

 

увеличенного

 

тепло

-

вого

 

сопротивления

 

для

 

слоя

 

грунта

, 

подверженно

-

го

 

высыханию

, 

увеличено

 

тепловое

 

сопротивление

 

всего

 

слоя

 

грунта

, 

расположенного

 

над

 

кабелем

. 

Для

 

компенсации

 

образовавшегося

 

в

 

расчетах

 

дополни

-

тельного

 

теплового

 

сопротивления

 

грунта

 

и

 

возник

-

шего

 

при

 

этом

 

излишнего

 

перепада

 

температуры

 

в

 

формуле

 (9) 

на

 

соответствующую

 

величину

 

умень

-

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ

65

шена

 

температура

 

окружаю

-

щей

 

среды

 



a

.

Такое

 

преобразование

 

параметров

 

тепловых

 

со

-

противлений

 

и

 

расчетных

 

температур

 

не

 

отражает

 

фи

-

зические

 

процессы

, 

проис

-

ходящие

 

при

 

рассеивании

 

тепла

, 

выделяемого

 

кабеля

-

ми

, 

несмотря

 

на

 

возможное

 

формальное

 

совпадение

 

по

-

лученных

 

результатов

 

с

 

дей

-

ствительными

.

Если

 

отсутствие

 

перево

-

да

 

на

 

русский

 

язык

 3-

й

 

части

 

расчетов

 

токовых

 

нагрузок

 

кабельных

 

линий

, 

приведен

-

ной

 

в

 [6], 

можно

 

объяснить

 

тем

, 

что

 

опыт

 

Канады

, 

запрещающей

 

использование

 

в

 

расчетах

 

среднюю

 

температуру

 

окружающей

 

среды

, 

нам

 

не

 

интересен

, 

то

 

приведенный

 

в

 [4] 

и

 

без

 

изменения

 

повторенный

 

в

 [2] 

метод

 

определения

 

токовых

 

нагрузок

 

кабелей

 

при

 

частичном

 

высыхании

 

грунта

 

нельзя

 

применять

 

по

 

принципиальным

 

соображениям

.

При

 

проектировании

 

кабельной

 

линии

 

необходи

-

мо

 

изначально

 

предусматривать

 

возможность

 

пол

-

ного

 

или

 

частичного

 

высыхания

 

грунта

 

обратной

 

за

-

сыпки

 

кабельной

 

траншеи

 

и

 

учитывать

 

в

 

расчетах

 

разные

 

удельные

 

тепловые

 

сопротивления

 

увлаж

-

ненного

 

и

 

сухого

 

грунта

. 

Кроме

 

того

, 

как

 

видно

 

из

 

рисунка

 2, 

грунты

 

обратной

 

засыпки

 

кабельной

 

траншеи

 

с

 

железобетонными

 

лотками

, 

предохра

-

няющими

 

кабели

 

от

 

механических

 

повреждений

, 

практически

 

всегда

 

состоят

 

из

 

трех

 

разнородных

 

фракций

, 

которые

 

имеют

 

разное

 

удельное

 

тепло

-

вое

 

сопротивление

.

В

 

существующих

 

нормативных

 

документах

 

нет

 

каких

-

либо

 

методик

 

определения

 

внешнего

 

тепло

-

вого

 

сопротивления

 

грунта

, 

заполняющего

 

кабель

-

ную

 

траншею

 

двумя

 

или

 

тремя

 

слоями

 

с

 

разными

 

удельными

 

тепловыми

 

сопротивлениями

.

Возможный

 

метод

 

определения

 

внешнего

 

тепло

-

вого

 

сопротивления

 

многослойных

 

грунтов

 

обратной

 

засыпки

 

будет

 

предложен

 

автором

 

в

 

следующих

 

час

-

тях

 

настоящей

 

работы

.

ВЫВОД

 

ФОРМУЛЫ

 

ДОПУСТИМЫХ

 

ТОКОВЫХ

 

НАГРУЗОК

 

ДЛЯ

 

ТРЕХФАЗНЫХ

 

КАБЕЛЕЙ

 

С

 

ИЗОЛЯЦИЕЙ

 

ИЗ

 

СШИТОГО

 

ПОЛИЭТИЛЕНА

 

НАПРЯЖЕНИЕМ

 220 

КВ

, 

ПРОЛОЖЕННЫХ

 

В

 

ЗЕМЛЕ

 

ИЛИ

 

НА

 

ВОЗДУХЕ

 

На

 

рисунке

 2 

приведен

 

разрез

 

берегового

 

подзем

-

ного

 

участка

 

кабельной

 

трассы

 

ЛЭП

 220 

кВ

 

Зеленый

 

угол

 — 

Русская

.

Рассматриваемые

 

трехфазные

 

кабели

 220 

кВ

 

проложены

 

в

 

земле

 

на

 

глубине

 1,5 

м

 

и

 

защищены

 

от

 

механических

 

повреждений

 

монолитными

 

железо

-

бетонными

 

лотками

, 

закрытыми

 

сверху

 

массивными

 

железобетонными

 

плитами

. 

Лотки

 

засыпаны

 

песча

-

но

-

гравийной

 

смесью

. 

После

 

завершения

 

монтажных

 

работ

 

лотки

 

с

 

ка

-

белями

 

засыпаются

 

крупнообломочным

 

скальным

 

и

 

щебенистым

 

грунтом

 

обратной

 

засыпки

, 

поверх

 

ко

-

торого

 

отсыпается

 

валик

 

из

 

почвенно

-

растительного

 

слоя

, 

предотвращающий

 

эрозионные

 

процессы

 

в

 

по

-

чве

 

и

 

обеспечивающий

 

создание

 

ровной

 

поверхности

 

после

 

естественного

 

уплотнения

 

грунта

 (

п

. 7.4.9 [9]).

Конструкция

 

самого

 

трехфазного

 

кабеля

 

и

 

специ

-

фикация

 

его

 

элементов

 

показана

 

на

 

рисунке

 3 

и

 

в

 

таб

 

лице

 1.

Рис

. 2. 

Прокладка

 

подводных

 

трехфазных

 

кабелей

 220 

кВ

 

на

 

береговом

 

участке

 

острова

 

Русский

600

650

950

650

600

900

>1700

Песчано-графийная

475

Кабель 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Почвенно

-

растительный

Щебенистый грунт

С кальный  грунт

слой

Почвенно

-

растительный

слой обратной засыпки

Крупнообломочный скальный  

и щебенистый грунт обратной засыпки 

Ж елезобетонный 

лоток 

Ж елезобетонная

защитная плита  

смесь 

4400

1

2

3
4

5

6
7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

S1

S2

Рис

. 3. 

Общий

 

вид

 

трехфазного

 

кабеля

 220 

кВ

: 1 — 

токо

-

проводящая

 

жила

; 2 — 

экран

 

токопроводящей

 

жилы

; 

3 — 

изоляция

; 4 — 

экран

 

изоляции

; 5 — 

наружная

 

оболоч

-

ка

 

волоконно

-

оптического

 

модуля

; 6 — 

металлическая

 

оболочка

 

волоконно

-

оптического

 

модуля

; 7 — 

волоконно

-

оптический

 

модуль

; 8 — 

водоотталкивающий

 

слой

; 9 — 

металлическая

 

оболочка

; 10 — 

прокладка

; 11 — 

напол

-

нитель

; 12 — 

связующий

 

материал

; 13, 15 — 

подушки

; 

14 — 

защитный

 

слой

 

против

 

корабельных

 

червей

; 16 — 

проволочная

 

броня

; 17 — 

защитный

 

покров

; S1 — 

рас

-

стояние

 

между

 

токопроводящими

 

жилами

; S2 — 

рассто

-

яние

 

между

 

центром

 

кабеля

 

и

 

токопроводящими

 

жилами

№

 2 (41) 2017

66

 

На

 

рисунке

 4 

приведена

 

расчетная

 

схема

 

за

-

мещения

 

береговых

 

участков

 

рассматриваемой

 

ка

-

бельной

 

линии

 

с

 

трехфазным

 

подводным

 

кабелем

. 

Для

 

вывода

 

формулы

 

длительного

 

допустимого

 

тока

 

рассматриваемой

 

кабельной

 

линии

, 

а

 

также

 

для

 

возможности

 

определения

 

температуры

 

различных

 

элементов

 

кабеля

 

и

 

окружающей

 

его

 

внешней

 

среды

 

в

 

эквивалентной

 

схеме

 

замещения

 

на

 

рисунке

 4 

те

-

пловое

 

сопротивление

 

окружающей

 

среды

 

T

4

 

пред

-

ставлено

 

в

 

общем

 

виде

, 

как

Табл

. 1. 

Конструктивные

 

размеры

 

трехфазного

 

кабеля

 220 

кВ

№

Наименование

Исполнение

Толщина

, 

мм

Диаметр

,

мм

 

1

Токопроводящая

 

жила

 

(500 

мм

2

)

Гладкие

 

проводники

 

из

 

отожженной

 

меди

, 

плот

-

но

 

скрученные

 

в

 

круглый

 

жгут

, 

с

 

заполнением

 

пустот

 

между

 

проводниками

 

сплошным

 

водоне

-

проницаемым

 

герметизирующим

 

составом

 

 – 



27,1

2

Экран

 

токопроводящей

 

жилы

Экструдированный

 

полупроводящий

 

слой



1,6



30,3 

3

Изоляция

Экструдированный

 

сшитый

 

полиэтилен

 (XLPE) 

23,0



76,3

4

Экран

 

изоляции

Экструдированный

 

полупроводящий

 

состав



1,0



78,3

5

Наружная

 

оболочка

 

воло

-

конно

-

оптического

 

модуля

Экструдированный

 

черный

 

полиэтилен

4,5



22

6

Металлическая

 

оболочка

 

волоконно

-

оптического

 

модуля

Экструдированный

 

свинцовый

 

сплав

 

с

 

присад

-

кой

 

меди

 

и

 

теллура

 (Cu + Te)

1,5

–

7

Волоконно

-

оптический

 

модуль

2 

модуля

 

по

 20 

жил

 SM

–

8

Водоотталкивающий

 

слой

Водонепроницаемые

 

полупроводящие

 

ленты



0,8



79,9

9

Металлическая

 

оболочка

Экструдированный

 

свинцовый

 

сплав

 

с

 

присад

-

кой

 

меди

 

и

 

теллура

 (Cu + Te)

3,2

Средний

 



3,1;

наружный

 



86,3

10

Прокладка

Полупроводящие

 

ленты



0,2



86,7

11

Наполнитель

Подходящий

 

наполнитель

–

–

12

Связующий

 

материал

Ленты

, 

фиксирующие

 

наполнитель



1,0

–

13

Подушка

Соответствующие

 

ленты



0,1

–

14

Защитный

 

слой

 

против

 

корабельных

 

червей

Два

 

слоя

 

медной

 

ленты

2 × 0,127

–

15

Подушка

Один

 

слой

 

полипропиленовой

 

пряжи



2,0

–

16

Проволочная

 

броня

Один

 

слой

 

проволоки

 

из

 

оцинкованной

 

стали

. 

72 

проволоки

 

диаметром

 8 

мм

8.0

Внутренний

 



193,7;

наружный



209,7

17

Защитный

 

покров

Два

 

слоя

 

полипропиленовой

 

пряжи



4,7



219,1

Масса

 

готового

 

кабеля



95 

кг

/

м

S1

Расстояние

 

между

 

токопроводящими

 

жилами

86,7

S2

Расстояние

 

между

 

центром

 

кабеля

 

и

 

токопро

-

водящими

 

жилами

50,1

W

c

W

d

W

c

W

d

W

c

W

d

W

s

0,5

T

1

0,5

T

1

0,5

T

1

0,5

T

1

0,5

T

1

0,5

T

1

T

2

T

3

T

41

W

a

θ

0

θ

θ

θ

W

s

W

s

T

41

T

41

θ

0к

 

Рис

. 4. 

Расчетная

 

схема

 

замещения

 

береговых

 

участков

 

трехфазного

 

подводного

 

кабеля

 220 

кВ

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ