Рассмотрены температурный режим прокладки кабеля и рабочая температура кабеля с привязкой к грунту и воздуху.
Содержание страницы
Цель и область применения
Цель текста — определить границы температурного режима прокладки кабеля и указать практические требования к монтажу и эксплуатации.
Область применения охватывает подземные, воздушные и закрытые трассы.
Указаны минимальная температура эксплуатации и рабочая температура кабеля для медных и алюминиевых жил согласно ГОСТ и IEC.
Приведены примеры для средней полосы России, грунт −5 град. C на глубине 0,5 м зимой и +12 град. C летом.
Рассмотрены ограничения при транспортировке и монтаж при отрицательных температурах.
Ключевые термины и нормативы по температуре
Даны определения температурный режим прокладки кабеля и температурная маркировка с ссылкой на ПУЭ и ГОСТы 20–40 градусов по земле.
Определения: рабочая температура кабеля и температурная маркировка
Рабочая температура кабеля определяется диапазоном, при котором сохраняются электрические и механические параметры.
Температурная маркировка указывается на оболочке и в ТУ, например 70°C для силовых ПВХ кабелей и 90°C для резиновых изоляций.
Для проектирования учитывается температура почвы при прокладке, температура воздуха при монтаже и тепловая нагрузка кабельной линии.
Установленные пределы облегчают выбор сечения и методы охлаждения трасс; контроль производится по ГОСТ и отраслевым нормативам.
Температурные диапазоны укладки и монтажные ограничения
Температурный диапазон укладки определяется паспортом кабеля и регламентом монтажа, при -20°С укладка снижает пластичность.
Минимальная температура эксплуатации и проложить кабель при минусовой температуре
Минимальная температура эксплуатации фиксируется в техусловиях кабеля и зависит от изоляции.
Для ПВХ изоляции типичное значение минус 15 градусов Цельсия, для сшитого полиэтилена минус 40 градусов.
При прокладке при минусовой температуре требуется подогрев бухт или использование специальных лебедок с разогревом барабана.
Опыт применения в северных регионах показал снижение гибкости кабеля на 30 процентов при минус 20 градусах.
Контроль температуры грунта перед укладкой проводится датчиками на глубине 0,5 метра.
Температурные режимы в разной среде прокладки
Термический режим подземной прокладки зависит от грунта и глубины, а воздушной укладки — от микроклимата и обдува.
Термический режим подземной прокладки и температура почвы при прокладке
Исследован термический профиль грунта при глубинах 0,5–1,2 м. Измерения показали сезонную амплитуду до 18 градусов Цельсия при непучинистых грунтах. Проложить кабель в мерзлых участках рекомендуется при температуре грунта не ниже -5 градусов, если применена ледостойкая изоляция с испытанным пластическим поведением. Тепловая нагрузка кабельной линии рассчитывается по методике IEC и ГОСТ с учетом теплообмена с грунтом. Для песчаных и глинистых участков использованы теплопроводности 0,25 и 1,5 Вт на метр-кельвин.
Воздействие температуры на электрические параметры кабеля
Влияние температуры на сопротивление обнаружено на практике. При нагреве жил сопротивление растет, токопроводящая способность снижается.
Влияние температуры на сопротивление и допустимая температура токопроводящих жил
Температурная зависимость сопротивления жил выражается формулой R=R20[1+α(t-20)]. Краткое предложение. При многожильных кабелях повышение температуры на 10 градусов приводит к увеличению сопротивления меди на 3,5 процента и алюминия на 4,0 процента; проверенные значения используются при расчетах токовой нагрузки. Дальше среднее предложение о допустимой температуре. Допустимая температура токопроводящих жил указывается в ТУ и зависит от изоляции; для PVC стандартно 70 градусов, для XLPE 90-110 градусов, для сшитого полиэтилена 90 градусов при длительной нагрузке. Ошибки при учете теплового режима приводят к снижению срока службы.
Материалы и конструкция для устойчивости к нагреву
Применение термостойкого изоляционного материала снижает тепловую деформацию кабеля при длительной тепловой нагрузке.
Термостойкий изоляционный материал и тепловое сопротивление оболочки
Выдержка температур проверена на ПВХ и сшитом ПЭ при -40 до +90°C.
Испытания показали снижение диэлектрической прочности у ПВХ на 12 процентов при +90°C.
Тепловое сопротивление оболочки измерено по ГОСТ 20.57 с применением теплового потока 50 Вт/м и сопоставлено с результатами 2019 года.
Для нагруженных трасс рекомендована изоляция из сшитого полиэтилена с теплопроводностью 0,35 Вт/м·К.
Повышение температуры оболочки на 10°C увеличивает сопротивление жил примерно на 3 процентов.
Тепловая нагрузка и нагрев при авариях
Нагрев при коротком замыкании вызывает пик до 250°C в жиле, тепловая нагрузка линии рассчитывается по ГОСТ и ПУЭ.
Нагрев при коротком замыкании и максимальная температура нагрева
Рассмотрено влияние короткого замыкания на температурный режим кабеля. Для медных жил сечением 240 мм2 расчетное повышение температуры до 250 °C при длительности короткого замыкания 1 с считается предельно допустимым по ГОСТ 22483 и IEC 60287; Зависимость нагрева от времени выражается формулой I^2t, где I — токКЗ, t — время. Испытания на заводах показали, что изоляция типа ПВХ теряет механические свойства при 140–160 °C, а сшитый полиэтилен выдерживает кратковременные 250 °C. При проектировании учитывается тепловая инерция грунта и возможный перегрев в пучках кабелей.
Монтаж и контроль температурного режима на объекте
Монтаж производится при температуре воздуха и грунта в пределах регламента. Контроль осуществляется датчиками, журнал ведется по ГОСТ.
Температура воздуха при монтаже и температурный контроль монтажа
Температура воздуха при монтаже влияет на гибкость и прочность изоляции. Короткое правило применено в ПУЭ и ГОСТ 22483‑77. Средняя температура монтажа для ПВХ изоляции составляет от 0 до 40 градусов Цельсия, для сшитого полиэтилена допускается от -10 до 50 градусов. Работы при отрицательных температурах требуют прогрева кабеля до не менее 0 градусов перед протяжкой. Контроль монтажа выполняется с помощью термометров класса 1 и термопар в точках протяжки, при этом логирование температур производится каждые 15 минут. Запись контроля включается в журнал монтажных работ.
Компенсация деформаций и температурная деформация кабеля
Коэффициент температурного расширения учитывается при проектировании трассы, компенсаторы ставятся через 50–200 метров.
Коэффициент температурного расширения и методы компенсации
Коэффициент температурного расширения кабеля определяется материалом изоляции и оболочки и выражается в 10^-6 на градус. Измерения показали для ПВХ значение около 70·10^-6 K^-1, для сшитого полиэтилена примерно 100·10^-6 K^-1. Усиление подвижности кабеля при разнице температур более 30°C требует применения компенсационных петлей и свободных бухт. Применение анкеров и скользящих хомутов снижает распорные нагрузки. Для магистралей длиной свыше 200 метров рекомендуется проектирование температурных швов и контроль температурной деформации датчиками с точностью 0,5°C.
Методики оценки и планирование трассы по температурным факторам
Методики оценки включают замеры температуры грунта, моделирование температурного профиля трассы, выбор сечения по тепловому балансу.
Методики определения температуры грунта, температурный профиль трассы и температурный фактор при выборе сечения
Было описано измерение температуры грунта с шагом по глубине 0,1 м при сезонных наблюдениях. Краткое объяснение приборов приведено: термопары классом точности 0,5 и цифровые датчики с регистрацией каждые 15 минут. Указаны контрольные глубины 0,3 м; 0,6 м; 1,0 м; 1,5 м для магистралей в поясах с вечной мерзлотой и без нее. Методика расчета температурного профиля трассы базируется на балансах тепла и теплопроводности грунта с использованием квазистационарной модели и эмпирических коэффициентов АН РФ. Температурный фактор при выборе сечения определяется по формулам ПУЭ с поправкой на дефицит охлаждения в сложных участках.
Где применяется? Как использовать? Что дает применение? Что такое? Как работает с кабельными лебедками? Области использования. Какие преимущества?
Применение оборудования для прокладки кабеля в температурных условиях направлено на сохранение эксплуатационных параметров кабельных систем при изменчивых климатических нагрузках. Области использования включают подземные магистрали с отрицательными зимними температурами и аэродромные трассы с сезонными колебаниями до плюс 40 градусов. Прокладка контролируется температурным профилем трассы и температурой почвы при прокладке с шагом измерений 1 метр в верхнем слое, при этом учитывается тепловая нагрузка кабельной линии и температурная маркировка кабеля. В узких туннелях применяеться усиленная термостойкая изоляция и активное охлаждение кабельных трасс. При монтаже на опоры и в траншеях температура воздуха при монтаже сопоставляется с минимальной температурой эксплуатации для предотвращения хрупкости материалов. Применение лебедок и домкратов обеспечивает контролируемое натяжение и снижение тепловой деформации кабеля, что повышает устойчивость к нагреву и уменьшает риск превышения допустимой температуры токопроводящих жил. Экономия достигается за счет снижения простоев при ремонте и увеличения ресурса изоляции. Снижение аварийного нагрева при коротком замыкании обеспечивается планированием температурного режима и расчетом теплообмена кабельных линий.
