Анализ видов кабельных линий КЛ и их применения
Проведенные исследования для КЛ подводного исполнения показывают, что их строительство нельзя начинать без тщательного анализа их влияния на окружающую среду и обитателей водоема. Анализ включается в предпроектную подготовку и должен проводиться специалистами. В ходе анализа должны учитываться пороговые допустимые значения тока для всех видов фауны, обитающей в водоеме. Согласно этому подбирается тип КЛ, конфигурация, особенности строительства и проч.
Главным показателем для КЛ под водой является электр. магнитная безопасность. Чтобы ее обеспечить применяется ряд превентивных мер. Каждый тип КЛ требует индивидуального подхода. Больше всего в предупредительных мерах нуждаются линии одно- фазные. Для них нужно уменьшать интенсивность эл-маг. поля. Для этого задействуют методику траншейной прокладки линии с заглублением в грунт дна. Кабеля должны размещаться притом так, чтобы они образовывали вершины правильного треу-ка.
Наиболее перспективными в плане безопасности для ихтиофауны водоемов являются сети 3- фазного исполнения. Их конструкция такова, что влияние эл-маг. поля при удалении от кабелей стремится к 0. Это происходит потому, что внутри системы наблюдается экранирование фаз друг от друга, а т. совокупное экранирование всей СКС за счет стальной оболочки.
Помимо прочего, однако, такие линии нуждаются в надежной защите от грозового влияния и перенапряжений. Тогда они способны в полной мере проявлять свои положит. свойства.
При инсталляции систем 1- фазных на базе КПИ допускается предусматривать в качестве резервной только одну фазу. При устройстве же линий 3- фазных качественное эл. снабжение реализуется за счет прокладывания резервной КЛ ТИ.
В ходе моментов проектирования и конструирования КЛ подводного типа важно применять системный подход. Это касается как 3- фазных, так и 1- фазных линий. При формировании объекта передачи важно предусматривать все нюансы и давать оценку всем особенностям строительства, которые имеют место в данном конкретном случае. При устройстве сети оценивают ее будущую безопасность (в том ч. и для обитателей водоема и прибрежной фауны), экономичность с точки зрения затрат на строительство и экпл-ию, экологичность, безопасность для судов (в судоходных водоемах) и проч. Конечно единовременно и максимально оптимизировать все из указанных факторов редко представляется возможным, потому выбор делают в пользу нескольких приоритетных. Притом учитывают обязательно конкретные возможности объекта и особые условия местности, где сеть организуется. Еще до начала строительства проводятся исследования для определения влияния и совместимости КЛ с обитателями водоема для того, чтобы им не был причинен вред. Стоит отметить, что превентивные меры должны соблюдаться не только в водоемах с обитанием ценных промысловых пород рыбы, но и во всех без исключения с целью сохранения биологических видов и минимизации влияния инженерных объектов на экологию страны.
Методики прокладывания подводных КЛ. Как это делается?
По мере развития технологий росли и потребности в энергии. В современном мире обойтись без электричества уже практически нельзя. Оно участвует в нашей жизни не только на бытовом уровне, без него невозможны производства, обеспечение связью и др. Особенно актуальной всегда оставалась проблема передачи энергии на очень большие расст. и ч\з препятствия. К примеру, между островом и материком или между материками. Желание создать такую сеть зародилось еще в начале 19 века.
Первый трансатлантические кабели реализовывались на основе техники длинно- волновой радиосвязи. Однако позже начали проводиться опыты по укладыванию кабелей прямо на дно. Многим инженерам и ученым эта затея поначалу казалось безумной, но на практике исследования реализовались в положительном ключе. Это дало новый толчок к продолжению опытов и совершенствованию подводных сетей и техник их сооружения.
Создание первых подводных линий. Подводные кабели «гутта-перча».
История создания первых кабельных подводных линий тесно связана с компанией «Гутта-перча», чье название происходит от вещества, подобного каучуку, что способно формировать отличную изоляцию стальной проволоки от воды. Самая же первая линия создана в Германии. Уже на примере этой сети стало понятно, насколько она сложна в исполнении, эксплуатировании, регулировке. Наиболее существенную проблему представляла гидроизоляция. Вначале она не была способна выдерживать долгую эксплуатацию и выходила из строя. Постоянные замены были слишком дороги и проблематичны. Именно здесь и проявила свои превосходные свойства гутта-перча. Она отлично подошла для производства кабелей для подводной прокладки. Незащищенная гутта-перча на воздухе окисляется и разрушается, но под водой может пролежать сколько угодно долго. Это дало большой толчок к развитию и совершенствованию подводных СКС.
Следующей проблемой при реализации подводных КС оказалась излишняя непрочность кабеля. Его легко было зацепить, порвать, он мог быть поврежден сильным течением и проч. Дело все в том, что кабель для первых линий был обычным, одножильным, закрытым лишь слоем гутта-перчи. В этом состояла ошибка инженеров, которые думали, что уложенный на дно кабель находится в полнейшей безопасности и сможет пролежать достаточно долгое время без замены. В результате защиту из брони даже не предусматривали изначально. Приняли защитные меры лишь для выступающих из воды окончаний кабелей, укрыв их свинцовыми трубами.
Несмотря на произошедшие неудачи с укладыванием первых подводных кабелей, все больше скептиков стали верить в успех этого предприятия. Возрос и интерес инженеров и изобретателей. Это принесло свои результаты. Начался более активный поиск технологий и способов изготовления и прокладывания подводных линий. Но наладочные работы еще не скоро пошли так хорошо, как сейчас. Были выявлены новые уязвимые стороны прокладки кабеля под воду. Так вначале сконструированный укрепленный кабель, состоящий из нескольких изолированных друг от друга жил защищенных проволокой, едва не испортил систему прокладки. Стопоры на судне не были рассчитаны на увеличившийся вес усиленного кабеля. Также неверно была рассчитана задействуемая длина кабеля. Из-за отклонений судна от курса необходимая длина увеличилась. В результате, если бы не случайно взятая добавочная катушка, работы по прокладке могли бы остановиться вовсе.
Подобные изыскания однако закаляли знания инженеров и уже скоро первый функционирующий подводный кабель был проложен. За прокладкой вновь последовали сложности, теперь уже эксплуатационного характера. Со временем и такие вопросы научились эффективно решать. А развитие тех. прогресса и вовсе привело к активной потребности во все новых и новых подводных сетях с высокой производительностью. Реализация инженерных решений и совершенствование техник производства кабелей позволили широким кругам населения получать эффективный доступ к сети Интернет.
Принципы устройства подводного кабеля
С момента зарождения подводных СКС до сегодняшнего дня конструкции передающих кабелей претерпели значительные изменения. На смену защитным покрытиям из гутта-перчи пришли более технологичные варианты, как то кевларовое волокно. Оно превосходно защищает кабель от разрывов, справляется с разного рода растяжениями, реализует прекрасную герметичность и устойчивость изделия к влиянию агрессивных хим. сред. Контакт кабельных жил с водой при использовании кевларового покрытия исключается полностью.
Защитные меры несомненно важны при изготовлении кабелей, но нужно уделять большое внимание и качеству передачи, как главному свойству изделий. Здесь с начала строительства подводных сетей также многое изменилось. Передающая часть современных высокотехнологичных кабелей изготовляется из оптич. волокна, что производится из кварцевого стекла. Этот материал обладает отличной проводимостью, значительно дешевле, чем медь, имеет хорошую устойчивость к различным факторам среды.
Рассмотрим подробнее свойства и особенности различных элементов конструкции кабелей.
— полиэтилен – является классическим материалом для изготовления изоляционного слоя кабелей. В практике сооружения подводных сетей он также незаменим. Свойства полиэтилена таковы, что он обладает максимальной устойчивостью к влаге, хим. веществам, прочный и легкий. Основная функция полиэтилена в конструкции состоит в том, чтобы предохранять кабель от действия влаги и др. факторов подводной среды. Полную герметизацию, однако, он обеспечить не может в силу своей пористости, потому прибегают к задействию след. слоев защиты.
— пленка майларовая – материал синтетического св-ва, который изготовляется с основной из полиэтилен- терефлата. Пленка обладает рядом полезных преимуществ. Так она устойчива к влиянию хим. сред, крепкая, не имеет запаха. В нашей стране майлар был известен еще со времен советского союза под другим названием – лавсан. Уже тогда были оценены его св-ва и он применялся в промышленности. К примеру, для изготовления упаковки, в текстильной отрасли, космической и проч. Сложностью при задействии данного материала в некоторых случаях является его способность иметь усадку при сваривании термическим способом.
— провода из стали, многожильные – придают кабелям нужную прочность и жесткость. Также способны уберегать их от внеш. механического воздействия. Стальная оплетка задействуется мощная, многоступенчатая.
— алюминий-полиэтиленовый слой – являет собой слой добавочной гидроизоляции. Материал этот достаточно новый и имеет ряд полезных свойств. В целом алюмополиэтилен – это комбинация из Al фольги и полиэтиленовой пленки. Соединяются они меж собой при помощи клеевого состава. Бывает 1- и 2- стороннее исполнение. Слой Al-полиэтилена в конструкции кабеля достаточно тонкий. Ср. значения колеблются от 0,14 до 0,20 мм.
— поликарбонат – нужен для придания добавочной прочности кабелю. Сам по себе является легким, прочным и сравнительно устойчивым материалом.
— трубка из Al или Cu – стыкуется непосредственно с сердечником кабеля. Даже представляет собой его неотъемлемую часть. Необходима для экранирования сердечника. Внутрь этой конструкции и помещаются прочие трубки с оптич. волокном. Число трубок может разниться в зависимости от требований производителя. Трубки внутри сплетаются. Способов плетения может быть несколько.
— гидрофобный гель – в основе его производства вазелин. Гель нужен для обеспечения добавочной качественной гидроизоляции для внутр. элементов конструкции кабеля.
Методика подводного прокладывания трубопроводов
Подводные сети трубопроводов сооружаются практически так же, как наземные и подземные, с единственной поправкой на условия среды. Условия диктуют некоторые изменения в технике организации работ, однако общий принцип остается неизменным.
Существуют на практике несколько основных методик, которыми пользуются для сооружения подводных трубопроводов. Стоит рассмотреть их подробнее.
Методика прокладывания трубопроводов «труба в трубе».
Задействуют данную методику в случаях, если:
— требуется восстановительный ремонт изношенного трубопровода;
— требуется организовать добавочную защиту для трубопровода от действия хим. или мех. факторов.
Методика релайнинга – ее реализация представляет собой прокладывание новых труб внутри старого трубопровода. Проводится он при помощи бестраншейной прокладки с восстановлением трубопровода. Притом новый трубопровод укладывается внутрь существующего без его демонтирования и иногда даже без раскрытия (или частично).
Места переходов труб ч\з препятствия (автодороги, ЖД пути, водные преграды и проч.) для предотвращения преждевременного изнашивания защищают дополнительно. Для них прокладывают защ. кожухи. Такая техника по сути и является прокладкой «труба в трубе», т.к. сам по себе кожух – элемент трубопровода, изготовляемый большего d. В тех. лит. кожух также принято именовать «футляром» или «чехлом».
Методика прокола.
Может быть ряд методик, которые объединены общим названием «прокола». Их различия состоят в используемых аппаратах и техниках. Выделяют:
— вибропрокол;
— гидропрокол;
— прокол грунтопрокалывателем;
— прокол механич-кий гидродомкратом;
— пневмопробивку;
— прокол Матвиенко.
Сама по себе техника прокола состоит в работах по образованию отверстий в грунте за счет его радиальн. уплотнения. Это достигается продавливанием грунтового полотна наконечником трубы конической формы. Бывают разные наконечники, которые задействуются в зависимости от условий. Наибольшее распространение получили наконечники с формой прямого конуса. Их использование дает меньшее сопротивление грунта. Прилагаемое усилие прокола имеет зависимость от ∟ заострения наконечника.
Методика мех. прокола с задействием гидродомкрата.
Эта техника состоит в прокалывании грунта при участии гидродомкрата. Реализуется она след. образом. Вначале в заготовленный котлован укладывают звенья трубы с наконечником. Далее после выверта домкратом его вдавливают в грунт в длину штокового хода. Когда шток возвращается в нач. положение вместо него вводят нажимной патрубок. Процесс снова повторяют. Когда первое звено вдавлено, приступают к задавливанию наваренного звена и ход прокола повторяют аналогично. Каждый цикл прокола позволяет продвигать трубу на длину в 0,15 м.
Вместо гидродомкрата для создания нажимного усилия может использоваться тяговое усилие лебедки или троса трактора, или полиспастов. Шомпол также возможно заменить коротким патрубком с фланцами. Патрубок схож по длине с величиной штокового хода, что заметно облегчает задачу.
Методикой прокола можно организовывать линии из труб с d до 0,5 м. Длина может быть до 40 м.
Возможно практиковать данную методику на грунтах, какие хорошо подвергаются сжатию. По мало сжимаемым грунтам прибегают к обеспечению дополнительных мер для предотвращения осыпания стенок. Для этого прилагают к горизонт. усилию поперечное действие вибрации. D отверстия притом увеличивается в сравнении с первоначальным.
Методика пневмопробивки.
Методику пневмопробивки реализуют при участии спец. проходного снаряда с виброударным действием. Его принято называть пневмопробойником. Изобретен он был в СССР и с тех пор приобрел некоторые изменения, согласно современным потребностям строительства. Работоспособность совр. пневмопробойника высока. Он позволяет проходить шахты с длиной до 50 м. и сооружать трубопроводы разл. d до 0,4 м.
Пневмопробойник – это самодвижущаяся пневмомашина, чей корпус представляет собой непосредственный раб. орган. Он позволяет образовывать скважины в грунте с заданным d. Скважина проделывается ударником, который работает от действия сж. воздуха.
Методика продавливания.
Методика продавливания реализуется след. образом. Вначале планируемую к прокладке трубу с открытым концом дополняют спец. ножом и вдавливают в грунт. Грунт набивается внутрь трубы в виде пробки. Его обязательно удаляют. В ходе продвижения трубы регулируют и устраняют усилие трения о нее грунта за счет врезания ножевой части.
Прокладывать трубы методом продавливания возможно при участии насосно-домкратных установок, которые имеют от 2 до 8 и больше гидродомкратов, что работают в комплексе с насосами выс. давления.
Методика простого бурения.
Методику простого бурения задействуют при прокладывании трубопроводов по глинистым грунтам. Конец трубы дополняют режущей коронкой, которая имеет увеличенный d. Вращается труба при входе в грунт за счет мотора, который инсталлируют на бровке котлована. В процессе бурения грунт, попадающий в трубу, обязательно удаляется при помощи шнековой установки.
Разрушать породу в ходе бурения можно 2 путями: мех. или физическим. Бурение мех. ведут 4 методами:
— ударное бурение;
— вращательное бурение;
— комбинированное;
— вибрационное.
Бурение физическое различают:
— термическое;
— электро- гидравлическое;
— гидравлическое;
— плазменное;
— ультразвуковое.
Методика горизонтального бурения.
Схожа с методикой простого бурения. Все работы проводятся в горизонтальной плоскости. Участвуют в этом спец. механизмы.
Методика наклонно-направленного бурения.
Исходит из своего названия. Также участвует комплекс спец. механизмов. Вести работы должна подготовленная бригада монтажников.
Методика микро- тоннелирования.
Методика микро- тоннелирования сводится к автоматизации проходки трубопроводного тоннеля с продавливанием. Эти работы выполняются без необходимого присутствия в выработке персонала монтажной бригады. Благодаря этому, данный способ является безопасным.
Микро- тоннелирование – это бестраншейный метод прокладывания трубопроводов. Реализуется он с участием спец. домкратных станций. Труба в данном случае продавливается в массив грунта от одной точки (станции) к другой при помощи спец. тоннелепроходного щита. На практике такой щит принято именовать буром. Бур по проходке смешивает породу с водой и делает в ней тоннель. На поверхности взвесь порода-вода сепарируется спец. устройствами.
Методика микро- тоннелирования позволяет строить подз. коммуникации в особо загруженных районах с плотной застройкой, а также в пересеченной местности, где ко всему прочему расположены какие-либо инженерные или транспортные коммуникации.
Вести работы таким способом можно по грунтам скальным, нескальным, насыщенным грунтовыми водами. Также возможно работать по крупнообломочным грунтам с большим содержанием в породе щебня, гравия, валунов. Вести прокладывание возможно по прямой и кривой траектории.
По мере продвижения в массив грунта щита за ним домкратами продавливаются сами трубы. Они могут быть из стали, стеклопластика, бетона, жел.-бетона, снабженные муфтами и проч. Канализационные коллекторы обычно строят с применением труб с внутр. полиэтиленовой изоляцией. Такой подход позволяет увеличить срок службы коммуникаций в несколько раз.
Ведут прокладку с начала организации 2 котлованов. Это стартовый и приемный. Глубина их должна соответствовать установленной в плане глубине заложения трубопровода. На дно стартового котлована устанавливают домкратную станцию с достаточной мощностью и помещают туда проходной щит. Далее под действием домкратов щит перемещается в массе грунта по всей его длине. Дальше на станцию помещают отрез трубы и продавливают его на ту же длину, что и щит. Процесс повторяют. Когда трубы достигли след. котлована, щит вынимают.
Регулировкой размера щита можно прокладывать микро- тоннели разного d. Глубина залегания также может подбираться индивидуально по проекту.
Вести проходку тоннеля щитом принято по грунтам скальным и полускальным, также там, где реализация других методик невозможна. Трубы притом применяются ЖБ или бетонные.
Ход бурения может быть реализован дистанционно оператором, который находится на поверхности.
Методика микро- тоннелирования является довольно перспективной. С ее помощью можно укладывать трубопроводы по грунтам различной сложности с присутствием разного состава (галька, щебень, высокая водонаполняемость и проч.). Современные комплексы управления тоннеле- заготовительными работами также реализуют высокие показатели качества, удобства, скорости закладки линии. Контроль за величинами прокладки ведется при помощи компьютера, что заметно снижает возможность некачественных работ и сбоев в работе механизмов.
Комплексы оборудования для микро- тоннелирования устроены по принципу модулей. Это дает возможность быстрого их перестроения и переноса с одного объекта на другой без существенных затрат. Это позволяет сократить сроки подготовки и монтирования оборудования.
Методика «проходки».
«Проходка» может быть:
— штольневой;
— щитовой.
Возможно регулировать глубину залегания трубопровода. Она имеет зависимость от:
— рельефа на местности;
— условий гидрогеологии;
— проектного уклона;
— глубин промерзания;
— нагрузок на трубы динамич. св-ва (автодороги, магистрали, проч.);
— наличия естеств. препятствий.
В ходе прокладывания канализации или водопровода глубину заложения регулируют в зависимости:
— от глубины промерзания грунта (ниже).
Газопроводы прокладывают на глубину до верха трубы:
— 1 м., если прокладка ведется по местам орошаемых или пахотных земель;
— 0,5 м. по зонам, подверженным оползням, эрозии.
Магистральные трубопроводы закладывают до верха трубы;
— 0,6 м. по скальным грунтам и болотистым участкам, если нет проезда ТС;
— 0,8 м., если d трубы меньше 100 см.;
— 1 м. при прокладывании по зонам песков, пахотных земель;
— 1,1 м. при прокладке в болотных зонах, торфяниках, при пересечениях с оросительными каналами.