О теплотехнических расчетах кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена. Часть III. Особенности расчетов зимних режимов

Page 1
background image

Page 2
background image

92

О теплотехнических расчетах кабе лей 
с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Часть III. Особенности расчетов зимних режимов

УДК

 621.315.24

Полещук

 

С

.

И

.,

ведущий

 

инженер

 

ЭО

 

дирекции

 

проекти

 

рования

 

по

 

ТП

филиала

 

ПАО

 «

ФСК

 

ЕЭС

» — 

МЭС

 

Востока

В

 

статье

 

обобщены

 

результаты

 

исследований

 

теплоизоляционных

 

свойств

 

снега

Показаны

 

особенности

 

тепловых

 

сопротивлений

 

наружного

 

защитного

 

покрытия

 

кабелей

расположенных

 

по

 

вершинам

 

равностороннего

 

треугольника

Предложены

 

формулы

 

расчета

 

тепловых

 

сопротивлений

 

снежного

 

покрова

 

над

 

кабельными

 

линиями

проложенными

 

в

 

земле

.

Предложена

 

формула

 

допустимых

 

токов

 

кабельных

 

линий

проложенных

 

в

 

земле

покрытой

 

снегом

Определены

 

наименьшие

 

сечения

 

кабелей

 

с

 

медными

 

жилами

 

для

 

кабельных

 

участков

 

ЛЭП

 220 

кВ

проложенных

 

в

 

земле

.

Ключевые

 

слова

:

кабели

 

электрические

теплотехнические

 

расчеты

термическое

 

сопротивление

допустимый

 

ток

Keywords:

electric cables, thermal calculations, thermal resistance, 
permissible current

ВВЕДЕНИЕ

 

В

 

настоящей

 

части

 

продолжены

 

начатые

 

в

 [1] 

тепло

-

технические

 

расчеты

 

зимних

 

режимов

 

и

 

выделены

 

в

 

самостоятельный

 

раздел

 

расчеты

позволяющие

 

установить

 

количественную

 

оценку

 

влияния

 

снежно

-

го

 

покрова

 

на

 

величину

 

длительно

 

допустимого

 

тока

 

кабельных

 

линий

проложенных

 

в

 

железобетонных

 

кабельных

 

лотках

 

в

 

земле

.

Теплоизоляционные

 

свойства

 

снега

 

хорошо

 

из

-

вестны

Однако

несмотря

 

на

 

то

что

 

высота

 

снежного

 

покрова

 

над

 

трассами

 

кабельных

 

линий

проложен

-

ных

 

в

 

земле

и

 

на

 

территории

 

открытых

 

распреде

-

лительных

 

устройств

 

подстанций

 

может

 

достигать

 

1,0–1,5 

и

 

более

 

метров

влияние

 

снега

 

на

 

величину

 

длительно

 

допустимых

 

то

-

ков

 

в

 

кабелях

 

в

 

существу

-

ющих

 

нормативных

 

доку

-

ментах

 

в

 

настоящее

 

время

 

не

 

учитывается

Считается

что

 

с

 

насту

-

плением

 

зимних

 

холодов

 

и

 

понижением

 

температу

-

ры

 

окружающей

 

среды

 

до

 

отрицательных

 

значений

 

пропускная

 

способность

 

кабелей

 

увеличивается

и

 

поэтому

 

основным

 

рас

-

четным

 

режимом

 

кабель

-

ных

 

линий

 

является

 

режим

 

летнего

 

максимума

.

В

 

Правилах

 

устрой

-

ства

 

электроустановок

 [2] 

(

ПУЭ

-6), 

например

есть

 

соответствующая

 

табли

-

ца

 1.3.3 

с

 

поправочными

 

коэффициентами

 

на

 

дли

-

тельно

 

допустимые

 

токи

 

для

 

кабелей

проложен

-

ных

 

в

 

земле

 

или

 

в

 

воз

-

духе

если

 

температура

 

окружающей

 

среды

 

отли

-

Рис

. 1. 

Внутриплощадочный

 

проезд

 

вдоль

 

ОРУ

 110 

кВ

 

ПС

 220/110 

кВ

 «

Нижний

 

Куранах

»

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ


Page 3
background image

93

чается

 

от

 

температуры

при

 

которой

 

в

 

последующих

 

таблицах

 

определены

 

допустимые

 

токи

 

кабелей

 

с

 

различными

 

условиями

 

прокладки

.

В

 

частности

этот

 

поправочный

 

коэффициент

 

ра

-

вен

 1,0, 

когда

 

условная

 

температура

 

среды

 

совпада

-

ет

 

с

 

расчетной

Но

 

если

 

условная

 

температура

 

сре

-

ды

например

, +25 °

С

а

 

расчетная

 — 

ниже

 –5 °

С

то

 

в

 

таких

 

случаях

 

по

 

таблице

 1.3.3 

длительно

 

до

-

пустимые

 

токи

 

в

 

кабеле

 

при

 

нормируемой

 

темпера

-

туре

 

жил

 50 °

С

 

можно

 

увеличить

 

в

 1,48 

раза

То

 

есть

 

в

 

зимних

 

режимах

 

допустимые

 

токи

 

в

 

таких

 

кабелях

 

разрешается

 

увеличивать

 

почти

 

в

 1,5 

раза

.

Однако

 

в

 [1] 

показано

что

 

даже

 

без

 

учета

 

изо

-

ляционных

 

свойств

 

снежного

 

покрова

 

увеличение

 

токовой

 

нагрузки

 

в

 

кабелях

 

приводит

 

к

 

соответ

-

ствующему

 

увеличению

 

потерь

 

в

 

токопроводящих

 

жилах

 

кабелей

Снижение

 

этих

 

потерь

 

возможно

 

только

 

за

 

счет

 

уменьшения

 

длительно

 

допустимой

 

токовой

 

нагрузки

Это

 

не

 

позволяет

в

 

частности

использовать

 

ранее

 

запроектированные

 

кабели

 

напряжением

 220 

кВ

 

на

 

ПС

 220 

кВ

 «

Тында

» 

с

 

мед

-

ными

 

токопроводящими

 

жилами

 

сечением

 500 

мм

2

 

и

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

 

в

 

кабельных

 

вставках

 

ЛЭП

 220 

кВ

последовательно

 

соединен

-

ных

 

с

 

воздушными

 

участками

 

ЛЭП

 

с

 

проводами

 

АС

-300/39 

и

 

АС

-400/51. 

Эти

 

кабели

 

соответствуют

 

только

 

ВЛ

 

с

 

проводами

 

АС

-240/39, 

но

 

без

 

учета

 

до

-

полнительного

 

снижения

 

длительно

 

допустимых

 

токов

 

в

 

кабелях

 

за

 

счет

 

неучтенного

 

в

 

предыдущих

 

расчетах

 

теплового

 

сопротивления

 

снежного

 

покро

-

ва

 

над

 

кабельной

 

линией

Даже

 

если

 

обслуживающий

 

персонал

 

подстанций

 

освободит

 

через

 

какое

-

то

 

время

 

после

 

окончания

 

снежной

 

метели

 

внутриплощадочные

 

проезды

 

и

 

на

-

земные

 

кабельные

 

лотки

то

 

снег

как

 

показано

 

на

 

рисунках

 1 

и

 2, 

отбрасывается

 

в

 

обе

 

стороны

 

от

 

про

-

ездов

 

и

 

кабельных

 

лотков

 

за

 

боковые

 

стенки

 

лотков

При

 

этом

 

прекращается

 

конвекционный

 

теплообмен

 

между

 

воздухом

 

внутри

 

кабельных

 

лотков

 

и

 

наруж

-

ным

 

воздухом

Кабельный

 

лоток

 

превращается

по

 

своей

 

сути

в

 

проложенную

 

в

 

снегу

 

прямоугольную

 

трубу

 

с

 

выходящей

 

на

 

поверхность

 

земли

 

ее

 

верхней

 

частью

Поэтому

 

достаточно

 

достоверными

 

результатами

 

теплотехнических

 

расчетов

 

кабельных

 

линий

 

напря

-

жением

 220–110 

кВ

проложенных

 

в

 

земле

 

и

 

на

 

тер

-

ритории

 

ОРУ

 

подстанций

в

 

условиях

 

продолжитель

-

ного

 

зимнего

 

периода

 

со

 

значительным

 

по

 

высоте

 

снежным

 

покровом

можно

 

считать

 

только

 

расчеты

в

 

которых

 

учитываются

 

теплоизоляционные

 

свой

-

ства

 

снега

I. 

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ

 

СВОЙСТВА

 

СНЕГА

В

 

основу

 

первоначальной

 

оценки

 

теплоизоляцион

-

ных

 

свойств

 

снега

 

положены

 

результаты

 

полевых

 

наблюдений

 

за

 

снежным

 

покровом

проведенных

 

в

 2013–2014 

годах

 

российскими

 

исследователями

 

на

 

метеостанции

 

Баренцбург

расположенной

 

на

 

архи

-

пелаге

 

Западного

 

Шпицбергена

находящегося

 

под

 

суверенитетом

 

Норвегии

с

 

правом

 

Российской

 

Фе

-

дерации

 

проведения

 

там

 

хозяйственной

 

деятельно

-

сти

 [3].

Рис

. 2. 

Расчищенные

 

от

 

снега

 

наземные

 

кабельные

 

лотки

 

на

 

ОРУ

 220 

кВ

 

ПС

 220/110 

кВ

 «

Нижний

 

Куранах

»

 4 (43) 2017


Page 4
background image

94

Сравнительные

 

характеристики

 

снежного

 

покро

-

ва

 

на

 

различных

 

глубинах

 

от

 

дневной

 

поверхности

 

определены

 

в

 

апреле

 2013 

и

 

апреле

 2014 

годов

 

и

 

приведены

 

в

 

таблицах

 1 

и

 2.

Тепловые

 

сопротивления

 

отдельных

 

слоев

 

снега

 

в

 

этих

 

таблицах

 

рассчитаны

 

по

 

произведению

 

толщи

-

ны

 

рассматриваемого

 

снежного

 

слоя

 

на

 

его

 

удельное

 

тепловое

 

сопротивление

равное

 

обратной

 

величине

 

удельной

 

теплопроводности

.

Величина

 

полного

 

теплового

 

сопротивления

 

снежного

 

покрова

 

определяется

 

суммой

 

тепловых

 

сопротивлений

 

отдельных

 

его

 

слоев

В

 

том

 

числе

:

 

для

 

снежного

 

покрова

 

в

 

апреле

 2013 

года

 

общей

 

глубиной

 

h

C13

 = 1,1 

м

 

тепловое

 

сопротивление

 

расчетного

 

снежного

 

слоя

 

равно

 

T

C13

 = 5,8 

К

·

м

2

/

Вт

;

 

для

 

снежного

 

покрова

 

в

 

апреле

 2014 

года

 

глуби

-

ной

 

h

C14

 = 1,45 

м

 

тепловое

 

сопротивление

 

рас

-

четного

 

снежного

 

слоя

 

равно

 

T

C14

 = 4,93 

К

·

м

2

/

Вт

.

При

 

этом

 

величина

 

среднего

 

удельного

 

теплово

-

го

 

сопротивления

 

снежного

 

покрова

 

в

 2013 

году

 

по

 

таблице

 1 

составляет

С

13

 = 

T

C13

 / 

h

C13

 = 5,8/1,1 = 5,27 

К

·

м

/

Вт

.

В

 2014 

году

 

по

 

таблице

 2:

С

14

 = 

T

C14

 / 

h

C14

 = 4,93/1,45 = 3,4 

К

·

м

/

Вт

.

Для

 

обобщения

 

полученных

 

результатов

 

и

 

воз

-

можности

 

их

 

использования

 

в

 

других

 

районах

 

с

 

раз

-

личной

 

толщиной

 

снежного

 

покрова

 

в

 

таблице

 3 

приведены

 

выделенные

 

из

 

таблиц

 1 

и

 2 

верхние

 

по

-

верхностные

 

участки

 

снежного

 

покрова

начиная

 

от

 

дневной

 

поверхности

 

до

 

глубины

 0,5 

м

и

 

определе

-

на

 

величина

 

их

 

среднего

 

удельного

 

теплового

 

сопро

-

тивления

.

На

 

этих

 

верхних

 

участках

 

снежного

 

покрова

 

еще

 

не

 

произошло

 

уплотнение

 

ранее

 

выпавшего

 

снега

 

последующими

 

снегопадами

 

и

 

возможное

 

в

 

связи

 

Табл

. 1. 

Теплофизические

 

характеристики

 

снега

 

в

 

районе

 

метеостанции

 

Баренцбург

 

в

 

апреле

 2013 

г

.

Глубина

 

снега

 

от

 

днев

 

ной

 

поверх

-

ности

см

Характеристика

 

снега

Расчетная

 

толщина

 

снежного

 

слоя

h

C

м

Плотность

 

расчетного

 

снежного

 

слоя

кг

/

м

3

Средний

 

коэффи

-

циент

 

удельной

 

тепло

 

про

 

вод

-

ности

Вт

/(

К

·

м

)

Тепловое

 

сопро

-

тивление

 

расчет

-

ного

 

снежного

 

слоя

T

C

К

·

м

2

/

Вт

0-8

Метелевый

через

 

сутки

 

после

 

метели

0,08

220

0,22

0,08/0,22 = 0,36

20

Мелкозернистый

 

смерзшийся

0,12

370

0,5

0,12/0,5 = 0,24

42

Мелкозернистый

 

рыхлый

0,22

292

0,16

0,22/0,16 = 1,38

44

Наст

армированный

 

ледяной

 

прослойкой

0,02

423

0,5

0,02/0,5 = 0,04

55

Глубинная

 

изморозь

 

рыхлая

0,11

283

0,11 

0,11/0,11 = 1,0

57

Наст

 

из

 

смерзшихся

 

кристаллов

 

и

 

ледя

-

ной

 

прослойки

 

0,02

450

0,5

0,02/0,5 = 0,04

75

Среднезернистый

 

смерзшийся

0,18

393

0,37

0,18/0,37 = 0,49

90

Чередование

 

наста

 

и

 

смерзшейся

 

глу

-

бинной

 

изморози

0,15

350

0,35

0,15/0,35 = 0,43

110

Глубинная

 

изморозь

 

рыхлая

 

0,2

308

0,11

0,2/0,11 = 1,82

Грунт

Итого

1,1

5,8

Табл

. 2. 

Теплофизические

 

характеристики

 

снега

 

в

 

районе

 

метеостанции

 

Баренцбург

 

в

 

апреле

 2014 

г

.

Глубина

 

снега

 

от

 

днев

 

ной

 

поверх

-

ности

см

Характеристика

 

снега

Расчетная

 

толщина

 

снежного

 

слоя

h

C

м

Плотность

 

расчетного

 

снежного

 

слоя

кг

/

м

3

Средний

 

коэффи

-

циент

 

удельной

 

тепло

 

про

 

вод

-

ности

Вт

/(

К

·

м

)

Тепловое

 

сопро

-

тивление

 

рас

-

четного

 

снежного

 

слоя

T

C

К

·

м

2

/

Вт

1,0

Метелевый

через

 

сутки

 

после

 

метели

0,01

220

0,22

0,01/0,22 = 0,05

2,5

Инсоляционная

 

корка

0,015

450

0,5

0,015/0,5 = 0,03

23

Мелкозернистый

 

рыхлый

0,205

284

0,16

0,205/0,16 = 1,28

38

Мелкозернистый

 

смерзшийся

0,15

345

0,5

0,15/0,5 = 0,3

41

Мерзлые

 

корки

0,03

450

0,5

0,03/0,5 = 0,06

45

Мелкозернистый

 

рыхлый

0,04

280

0,11

0,04/0,11 = 0,36

48

Корки

0,03

450

0,5

0,03/0,5 = 0,06

63 

Корка

0,15

450

0,5

0,15/0,5 = 0,3 

73

Среднезернистый

 

смерзшийся

0,1

366

0,37

0,1/0,37 = 0,27

83

Мелкозернистый

 

смерзшийся

0,1

366

0,5

0,1/0,5 = 0,2

89

Мелкозернистый

 

смерзшийся

0,06

366

0,5

0,06/0,5 = 0,12

125

Среднезернистый

 

смерзшийся

0,36

425

0,37

0,36/0,37 = 0,97

129

Среднезернистый

 

смерзшийся

0,04

425

0,37

0,04/0,37 = 0,11

139

Средне

и

  

крупнозернистый

0,1

434

0,37

0,1/0,37 = 0,27

145

 

Глубинная

 

изморозь

  

0,06

300

0,11

0,06/0,11 = 0,55

Грунт

Итого

1,45

4,93

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ


Page 5
background image

95

с

 

этим

 

увеличение

 

его

 

теплопроводности

Кроме

 

того

на

 

теплофизические

 

характеристики

 

свеже

-

выпавшего

 

поверхностного

 

снега

 

меньшее

 

влияние

 

оказывают

 

ледяные

 

прослойки

 

наста

 

и

 

смерзшиеся

 

между

 

собой

 

снежные

 

кристаллы

 

ранее

 

выпавшего

 

Табл

. 3. 

Теплофизические

 

характеристики

 

поверхностного

 

снега

 

в

 

районе

 

метеостанции

 

Баренцбург

в

 

апреле

 2013 

и

 2014 

годов

Дата

Глубина

 

снега

 

от

 

днев

 

ной

 

поверх

-

ности

см

Характеристика

 

снега

Расчетная

 

толщина

 

снежного

 

слоя

h

ВС

м

Плотность

 

расчетного

 

снежного

 

слоя

кг

/

м

3

Средний

 

коэффи

-

циент

 

удельной

 

тепло

 

про

 

вод

-

ности

Вт

/(

К

·

м

)

Тепловое

 

сопро

-

тивление

 

рас

-

четного

 

снежного

 

слоя

T

ВС

К

·

м

2

/

Вт

Апрель

 2013 

г

.

0-8

Метелевый

через

 

сутки

 

после

 

метели

0,08

220

0,22

0,08/0,22 = 0,36

20

Мелкозернистый

 

смерзшийся

0,12

370

0,5

0,12/0,5 = 0,24

42

Мелкозернистый

 

рыхлый

0,22

292

0,16

0,22/0,16 = 1,38

44

Наст

армированный

 

ледяной

 

про

-

слойкой

0,02

423

0,5

0,02/0,5 = 0,04

Итого

0,44

2,02

ВС

 = 

T

ВС

 / 

h

ВС

 

= 2,02/0,44 = 4,59 

К

·

м

/

Вт

Апрель

 2014 

г

.

1,0

Метелевый

через

 

сутки

 

после

 

метели

0,01

220

0,22

0,01/0,22 = 0,05

2,5

Инсоляционная

 

корка

0,015

450

0,5

0,015/0,5 = 0,03

23

Мелкозернистый

 

рыхлый

0,205

284

0,16

0,205/0,16 = 1,28

38

Мелкозернистый

 

смерзшийся

0,15

345

0,5

0,15/0,5 = 0,3

41

Мерзлые

 

корки

0,03

450

0,5

0,03/0,5 = 0,06

45

Мелкозернистый

 

рыхлый

0,04

280

0,11

0,04/0,11 = 0,36

Итого

0,45

2,08

ВС

 = 

T

ВС

 / 

h

ВС

 

= 2,08/0,45 = 4,62 

К

·

м

/

Вт

Табл

. 4. 

Теплофизические

 

характеристики

 

слежавшегося

 

снега

,

расположенного

 

на

 

глубине

 

более

 0,5 

м

 

в

 

районе

 

метеостанции

 

Баренцбург

 

в

 

апреле

 2013 

и

 2014 

годов

Дата

Глубина

 

сне

-

га

 

от

 

днев

-

ной

 

поверх

-

ности

см

Характеристика

 

снега

Расчетная

 

толщина

 

снежного

 

слоя

h

НС

м

Плотность

 

расчетного

 

снежного

 

слоя

кг

/

м

3

Средний

 

коэффи

-

циент

 

удельной

 

тепло

 

про

 

вод

-

ности

Вт

/(

К

·

м

)

Тепловое

 

сопро

-

тивление

 

рас

-

четного

 

снежного

 

слоя

T

НС

К

·

м

2

/

Вт

Апрель

 2013 

г

.

55

Глубинная

 

изморозь

 

рыхлая

0,11

283

0,11 

0,11/0,11 = 1,0

57

Наст

 

из

 

смерзшихся

 

кристаллов

 

и

 

ледяной

 

прослойки

 

0,02

450

0,5

0,02/0,5 = 0,04

75

Среднезернистый

 

смерзшийся

0,18

393

0,37

0,18/0,37 = 0,49

90

Чередование

 

наста

 

и

 

смерз

-

шейся

 

глубинной

 

изморози

0,15

350

0,35

0,15/0,35 = 0,43

110

Глубинная

 

изморозь

 

рыхлая

 

0,2

308

0,11

0,2/0,11 = 1,82

Итого

0,66

3,78

НС

 = 

T

НС

 / 

h

НС

 

= 3,78/0,66 = 5,73 

К

·

м

/

Вт

Апрель

 2014 

г

.

48

Корки

0,03

450

0,5

0,03/0,5 = 0,06

63 

Корка

0,15

450

0,5

0,15/0,5 = 0,3 

73

Среднезернистый

 

смерзшийся

0,1

366

0,37

0,1/0,37 = 0,27

83

Мелкозернистый

 

смерзшийся

0,1

366

0,5

0,1/0,5 = 0,2

89

Мелкозернистый

 

смерзшийся

0,06

366

0,5

0,06/ 0,5= 0,12

125

Среднезернистый

 

смерзшийся

0,36

425

0,37

0,36/0,37 = 0,97

129

Среднезернистый

 

смерзшийся

0,04

425

0,37

0,04/0,37 = 0,11

139

Средне

и

  

крупнозернистый

0,1

434

0,37

0,1/0,37 = 0,27

145

Глубинная

 

изморозь

  

0,06

300

0,11

0,06/0,11 = 0,55

Итого

1,0

2,85

НС

 = 

T

НС

 / 

h

НС

 

= 2,85/1,0 = 2,85 

К

·

м

/

Вт

снега

также

 

повышающие

 

общую

 

теплопроводность

 

снега

Аналогичные

 

расчеты

 

для

 

нижних

 

снежных

 

слоев

 

из

 

слежавшегося

 

снега

расположенных

 

на

 

глубине

 

более

 0,5 

м

приведены

 

в

 

таблице

 4. 

 4 (43) 2017


Page 6
background image

96

Из

 

таблицы

 4 

следует

что

 

те

-

плофизические

 

характеристики

 

нижних

 

слоев

 

слежавшегося

 

сне

-

га

расположенных

 

на

 

глубине

 

более

 0,5 

м

в

 

значительной

 

сте

-

пени

 

зависят

 

от

 

превратностей

 

погодных

 

условий

 

и

 

не

 

поддают

-

ся

 

точному

 

измерению

Так

если

 

в

 

конце

 

зимнего

 

сезона

 2013 

года

 

среднее

 

удельное

 

тепловое

 

со

-

противление

 

этих

 

слоев

 

снега

 

на

 

метеостанции

 

Баренцбург

 

со

-

ставило

 5,73 

К

·

м

/

Вт

то

 

в

 

конце

 

следующего

 

зимнего

 

сезона

 

оно

 

уменьшилось

 

в

 2 

раза

 

и

 

стало

 

равным

 2,85 

К

·

м

/

Вт

Обобщенные

 

теплофизиче

-

ские

 

характеристики

 

снега

 

также

 

приведены

 

в

 

Электронном

 

спра

-

вочнике

 

по

 

физическим

 

свой

-

ствам

 

веществ

 

и

 

материалов

 [4]. 

В

 

этой

 

работе

 

снежный

 

покров

 

разделен

 

на

 

верхний

 

свежевы

-

павший

 

снег

плотность

 

которого

 

изменяется

 

от

 120 

до

 200 

кг

/

м

3

а

 

теплопроводность

 

от

 0,1 

до

 0,15 

Вт

/

К

·

м

и

 

нижний

 

слежавшийся

 

снег

 

с

 

плотностью

 400–560 

кг

/

м

3

 

и

 

те

-

плопроводностью

 0,5 

Вт

/

К

·

м

.

При

 

этом

 

разница

 

между

 

значениями

 

удельных

 

тепловых

 

сопротивлений

 

верхнего

 

свежевыпавшего

 

снега

изменяющихся

 

в

 

диапазоне

 

ВС

 

= 6,7–10 

К

·

м

/

Вт

и

 

удельным

 

тепловым

 

сопротивлением

 

нижнего

 

сле

-

жавшегося

 

слоя

 

снега

 

с

 

НС

 = 2,0 

К

·

м

/

Вт

 

становится

 

еще

 

больше

Учитывая

 

оценочный

 

характер

 

влияния

 

снеж

-

ного

 

покрова

 

на

 

величину

 

длительно

 

допустимых

 

токов

 

кабелей

снежный

 

покров

 

в

 

последующих

 

расчетах

 

разделен

 

на

 

два

 

слоя

верхний

 

поверх

-

ностный

 

слой

 

недавно

 

выпавшего

 

снега

 

толщиной

 

h

ВС

 = 0,4 

м

 

с

 

удельным

 

тепловым

 

сопротивлением

ВС

= 4,6 

К

·

м

/

Вт

 

и

 

нижний

 

слой

 

слежавшегося

 

снега

 

толщиной

 

h

НС

 = 0,5 

м

удельное

 

тепловое

 

сопротив

-

ление

 

которого

 

принимаем

 

равным

 

НС

 = 3,0 

К

·

м

/

Вт

.

II. 

РАСЧЕТ

 

ТЕПЛОВЫХ

 

СОПРОТИВЛЕНИЙ

 

ДЛЯ

 

КАБЕЛЕЙ

ПРОЛОЖЕННЫХ

 

В

 

ЗЕМЛЕ

 

Влияние

 

снежного

 

покрова

 

на

 

величину

 

длительно

 

допустимого

 

тока

 

кабельных

 

ли

-

ний

 

наиболее

 

сущест

 

венно

 

для

 

кабельных

 

линий

проложенных

 

в

 

земле

 

за

 

территорией

 

подстан

-

ции

которые

 

не

 

очищаются

 

от

 

снега

 

в

 

течение

 

всего

 

зимнего

 

пе

-

риода

Первоначальную

 

оценку

 

вли

-

яния

 

снежного

 

покрова

 

на

 

вели

-

чину

 

длительно

 

допустимого

 

тока

 

кабельной

 

линии

 

проведем

 

на

 

примере

 

кабельной

 

линии

 220 

кВ

показанной

 

на

 

рисунке

 3, 

проло

-

женной

 

в

 

земле

 

на

 

глубине

 1,5 

м

 

и

 

состоящей

 

из

 

трех

 

однофазных

 

кабелей

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

с

 

медными

 

токопроводящими

 

жилами

 

сечением

 500 

мм

2

Кабели

 

защищены

 

от

 

механиче

-

ских

 

повреждений

 

железобетонными

 

лотками

за

-

крытыми

 

сверху

 

железобетонными

 

плитами

 

пере

-

крытия

.

Эквивалентная

 

схема

 

замещения

 

этой

 

линии

 

при

-

ведена

 

на

 

рисунке

 4, 

в

 

которой

 

приняты

 

следующие

 

условные

 

обозначения

 = 90 — 

максимальная

 

допустимая

 

температура

 

то

-

копроводящей

 

жилы

, °C; 

0

 — 

температура

 

поверхности

 

земли

 

в

 

расчетном

 

режиме

, °C;

T

1

 = 0,526 

К

·

м

/

Вт

 — 

тепловое

 

сопротивление

 

изо

-

ляции

 

между

 

токопроводящей

 

жилой

 

и

 

оболочкой

 

(

экраном

на

 

единицу

 

длины

 

кабеля

, (

определено

 

в

 [1]);

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

В

 

общем

 

виде

T

4

 = 

T

41

 + 

T

42

 + 

T

43

,

0,5

T

1

0,5

T

1

0,5

T

1

0,5

T

1

0,5

T

1

0,5

T

1

W

c

W

d

W

c

W

d

W

d

θ

θ

θ

W

s

W

s

W

s

T

3

T

3

T

3

T

4

T

с

θ

0

W

c

Рис

. 4. 

Тепловая

 

схема

 

замещения

 

трех

 

одножильных

 

кабелей

 

в

 

земле

по

-

крытой

 

снегом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кабели 220 кВ

Песчано-гравийная

смесь

Железобетонный

лоток Л4-15

Поверхностный снег

Почвенно-растительный

Плита перекрытия

П6-15

Слежавшийся снег

слой обратной засыпки

Крупнообломочный скальный

 и щебенистый грунт обратной засыпки 

L

3

L

1

L

2

h

нс

h

вс

Рис

. 3. 

Три

 

однофазных

 

кабеля

 220 

кВ

 

в

 

земле

покрытой

 

снегом

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ


Page 7
background image

97

где

 

T

41

 — 

тепловое

 

сопротивление

 

песчано

-

гравий

-

ной

 

смеси

заполняющей

 

железобетонный

 

кабель

-

ный

 

лоток

 

от

 

отметки

 

уложенных

 

кабелей

 

до

 

защит

-

ных

 

бетонных

 

плит

К

·

м

/

Вт

;

T

42

 — 

тепловое

 

сопротивление

 

грунта

 

обратной

 

засыпки

заполняющего

 

траншею

 

с

 

кабелями

 

от

 

внешней

 

поверхности

 

защитных

 

бетонных

 

плит

 

до

 

поверхности

 

почвенно

-

растительного

 

слоя

К

·

м

/

Вт

T

43

 — 

тепловое

 

сопротивление

 

уплотненного

 

по

-

чвенно

-

растительного

 

слоя

К

·

м

/

Вт

;

T

С

 — 

тепловое

 

сопротивление

 

снежного

 

покрова

 

над

 

траншеей

 

с

 

кабельной

 

линией

К

·

м

/

Вт

T

С

 = 

T

НС

 + 

T

ВС

,

где

 

T

НС

 — 

тепловое

 

сопротивление

 

нижнего

 

слоя

 

снежного

 

покрова

 

с

 

лежалым

 

снегом

К

·

м

/

Вт

;

T

ВС

 — 

тепловое

 

сопротивление

 

верхнего

 

слоя

 

снеж

-

ного

 

покрова

 

с

 

поверхностным

 

недавно

 

выпавшим

 

снегом

К

·

м

/

Вт

;

W

с

 — 

потери

 

в

 

одной

 

токопроводящей

 

жиле

 

кабеля

Вт

/

м

W

d

 = 0,78 

Вт

/

м

 — 

потери

 

в

 

диэлектрике

 

на

 

единицу

 

длины

 

для

 

изоляции

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

окру

-

жающей

 

токопроводящую

 

жилу

, (

определены

 

в

 [1]);

W

s

 — 

потери

 

в

 

металлической

 

оболочке

 (

экране

ка

-

беля

окружающей

 

токопроводящую

 

жилу

 

однофаз

-

ного

 

кабеля

Вт

/

м

.

До

 

начала

 

вывода

 

расчетных

 

формул

 

и

 

определе

-

ния

 

численных

 

значений

 

тепловых

 

сопротивлений

показанных

 

на

 

рисунке

 4, 

необходимо

 

устранить

 

не

-

точности

 

названия

 

раздела

 2.2.4.3 

в

 [5] 

и

 [7].

В

 [6] 

уже

 

отмечались

 

ошибки

 

в

 [5] 

при

 

переводе

 

на

 

русский

 

язык

 [7], 

которые

 

могут

 

привести

 

к

 

суще

-

ственным

 

искажениям

 

результатов

 

теплотехниче

-

ских

 

расчетов

 

при

 

выборе

 

кабелей

 

для

 

проектируе

-

мых

 

кабельных

 

линий

.

К

 

аналогичным

 

результатам

 

может

 

привести

 

и

 

не

-

правильный

 

перевод

 

в

 [5] 

названия

 

раздела

 2.2.4.3, 

которое

 

переведено

 

как

 «

Трехжильные

 

кабели

рас

-

положенные

 

треугольником

».

В

 

действительности

в

 [7] 

этот

 

раздел

 

озаглавлен

 

«Tree single-core cables, trefoil formation», 

что

 

перево

-

дится

 

на

 

русский

 

язык

 

как

  «

Три

 

одножильных

 

кабе

-

ля

расположенные

 

в

 

форме

 

трилистника

». 

Поэтому

прежде

 

всего

раздел

 2.2.4.3 

в

 [5] 

должен

 

относиться

 

не

 

к

 

трехжильным

 

кабелям

а

 

к

 

рассматриваемым

 

трем

 

одножильным

 

кабелям

Кроме

 

того

формули

-

ровка

 

этого

 

раздела

 

в

 [7] 

также

 

не

 

соответствует

 

дей

-

ствительности

.

Действительно

три

 

лепестка

 

трилистника

пока

-

занного

 

на

 

рисунке

 5 

утолщенными

 

черными

 

линия

-

ми

соприкасаются

 

между

 

собой

 

только

 

в

 

одной

цен

-

тральной

 

точке

 

этой

 

геометрической

 

фигуры

.

Если

 

рассматривать

 

части

 

трилистника

 

в

 

каче

-

стве

 

аналога

 

трех

 

одножильных

 

кабелей

то

 

теп

-

ло

выделяемое

 

кабелями

отводится

 

во

 

внешнюю

 

среду

 

от

 

всей

 

наружной

 

поверхности

 

каждого

 

ка

-

беля

.

На

 

самом

 

деле

как

 

следует

 

из

 

рисунка

 5, 

внутрен

-

ние

 

части

 

наружной

 

поверхности

 

трех

 

одножильных

 

кабелей

расположенных

 

по

 

вершинам

 

равносторон

-

него

 

треугольника

 

вплотную

 

друг

 

к

 

другу

не

 

участву

-

ют

 

в

 

отводе

 

тепла

 

во

 

внешнюю

 

среду

что

 

должно

 

быть

 

учтено

 

при

 

определении

 

тепловых

 

сопротивле

-

ний

 

наружных

 

защитных

 

покрытий

 

таких

 

кабелей

.

Поэтому

 

разделам

 2.2.4.3 

в

 [5] 

и

 [7] 

соответствует

 

более

 

точное

 

название

: «

Три

 

одножильных

 

кабеля

расположенные

 

вплотную

 

друг

 

к

 

другу

 

по

 

вершинам

 

равностороннего

 

треугольника

». 

Тепловое

 

сопротивление

 

наружного

 

защитного

 

покрытия

 

кабелей

T

3

Тепловое

 

сопротивление

 

наружного

 

защитного

 

покрытия

 

рассматриваемого

 

в

 [1] 

одного

 

одножиль

-

ного

 

кабеля

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

 (

T

3

определено

 

по

 

формуле

 (1), 

приведенной

 

в

 [1] 

под

 

номером

 (25): 

 

T

 

2

t

3

 

T

3

= — 

ln

 

(

1

 

+

 

)

 = 0,082 K·

м

/

Вт

, (1)

 

2

 

D

Э

где

 

T

 = 3,5 — 

удельное

 

тепловое

 

сопротивление

 

наружного

 

защитного

 

покрытия

 

по

 

таблице

 1 

в

 [5] 

и

 [7], 

К

·

м

/

Вт

;

t

3

 = 7,1 — 

толщина

 

наружного

 

защитного

 

покрытия

 

по

 

рисунку

 8 

в

 [6], 

мм

;

D

Э

 = 88,8 — 

внешний

 

диаметр

 

металлического

 

экра

-

на

 

по

 

рисунку

 8 

в

 [6], 

включая

 

водоотталкивающие

 

плакированные

 

полиэтиленом

 

металлические

 

лен

-

ты

мм

С

 

учетом

 

вышеприведенных

 

замечаний

 

к

 

на

-

званию

 

раздела

 2.2.4.3 

в

 [5] 

и

 [7] 

при

 

определении

 

величины

 

T

3

 

для

 

трех

 

одножильных

 

кабелей

рас

-

положенных

 

вплотную

 

друг

 

к

 

другу

 

по

 

вершинам

 

равностороннего

 

треугольника

ранее

 

найденное

 

в

 [1] 

значение

 

T

3