Прокладка силового кабеля в земле, в траншее, в коллекторах: полное руководство!

Введение

От качества производства силового кабеля, а также соблюдения технологии его укладки и эксплуатации, напрямую зависит срок эксплуатации. И хотя это значение и указывается в паспорте на кабель, справедливо оно только при условии соблюдений правил прокладки кабеля, разработанных производителем.

Несоблюдение основных правил прокладки является одной из наиболее распространенных причин возникновения повреждений силового кабеля в процессе эксплуатации. Что же это за правила?

Дело в том, что в процессе укладки силового кабеля необходимо не допустить появления царапин на внешней его оболочке. Даже небольшая царапина на поверхности изоляционного слоя приводит к перераспределению потенциалов, что приводит к появлению частичных разрядов и влечет за собой дальнейшее разрушение оболочки, вплоть до выхода кабеля из строя. Поэтому все основные правила призваны защитить оболочку силового кабеля. Кроме того, каждый кабель имеет ограничение по максимальному растягивающему усилию, которое не должно превышаться в процессе прокладки кабеля. Для силовых кабелей этот параметр, конечно, настолько большой, что его трудно превысить. Вместе с тем это крайне важно для монтажа слаботочных и волоконно-оптических кабелей. Стоит также учесть, что оптимальный подбор усилия прокладки кабеля поможет сэкономить на монтажном оборудовании.

В данной статье мы в меньшей степени уделим внимание нормам и требованиям, описанным в ПУЭ 7 и СНиП СНиП 3.05.06-85 и более подробно остановимся на технологии прокладки силового кабеля в земле в траншеях с точки зрения применяемого инструментария.

Расчет усилия, необходимого для прокладки силового кабеля в траншее

Вопросом расчета тягового усилия задаются проектировщики и специалисты монтажных бригад во время выбора такого оборудования как: кабельная лебедка, трос для нее, кабельный чулок, УЗК, и др.

Прикладываемое усилие, необходимое для перемещения кабеля зависит от следующих параметров:

1. Погонная масса кабеля M (кг/м);

Данный параметр указан в паспорте на кабель, или в характеристиках кабеля на сайте его производителя. В связи с тем, что кабель обычно закладывают участками по несколько сотен метров, удобнее будет пользоваться значением веса одного метра кабеля.

2. Длина монтажного участка L;

Параметры п.п 1 и 2 позволяют определить общую массу перемещаемого кабеля.

3. Коэффициент трения Кт;

В процессе прокладки, силовой кабель соприкасается с различными объектами. Это могут быть кабельные ролики или поверхности почвы, по которой он перемещается если последние не используются (земля, лед и т.д). Каждый из этих элементов имеет свой коэффициент, представленный в таблице 1, который необходимо учитывать в расчете.

Таблица 1 – Коэффициенты трения различных материалов

Для уменьшения коэффициента трения можно использовать специальные смазки.

В самом простом случае, когда силовой кабель прокладывается по прямолинейной траектории в горизонтальной плоскости в траншее или коллекторе, тяговое усилие можно рассчитать по формуле:

Fg (kN) = m (kg) * L (m) * Kт

где:

• Fg (kN) - тяговое усилие, необходимое для протяжки прямого участка кабеля в горизонтальной плоскости
• m (кг) - масса 1 метра кабеля
• L (m) - протяженность монтажного участка (строительная длина)
• Kт - коэффициент трения, выбирается в зависимости от материала, значения приведены в таблице 1.

Пример. Если силовой кабель протягивается в траншее, стоит учитывать коэффициент 0,8; 0,25 или 0,35 в зависимости от количества примененных линейных кабельных роликов. Если силовой кабель протягивается в коллекторе без роликов, то учитывать нужно коэффициент 0,38 - для бетона.

4. Угол наклона трассы

Если силовой кабель прокладывается не в горизонтальной плоскости, а имеет некоторый подъем или спуск, то к формуле добавляется составляющая, зависящая от угла наклона Kn.

Fsp (kN) = m (kg) * L (m) * (Kт*cos a + sin a)

где

• Fsp (kN) - тяговое усилие, необходимое для протяжки кабеля на прямолинейном участке с подъёмом или спуском
• m (кг) - масса 1 метра кабеля
• L (m) - протяженность монтажного участка (строительная длина)
• Kт - коэффициент трения, выбирается в зависимости от материала, значения приведены в таблице 1.
• а - угол наклона. Значения синусов и косинусов углов наклона приведены в таблице 2

Таблица 2. Косинусы и синусы углов наклона трассы

5. Повороты трассы кабеля

Если монтажный участок имеет поворот, то в формулу добавляется еще один коэффициент, учитывающий дополнительное усилие, которое необходимо для его преодоления.

Коэффициент для учета усилия, необходимого для преодоления поворота кабельной трассы:

Kug = e (Kт*а)

где:

• Kug - коэффициент, показывающий усилие на преодоление изгиба канала при протяжке кабеля
• e - основание натурального логарифма
• Kт - коэффициент трения
• а - угол изгиба (если а=0, то Kug = 1)

6. Усилие разматывания силового кабеля с кабельного барабана. Этот параметр трудно рассчитать, но легко свести к минимуму, применяя специализированные устройства – кабельные домкраты. Более подробно эти устройства будут описаны ниже.

Опираясь на описанное выше, общая формула для вычисления полного тягового усилия прокладки силового кабеля на участке с подъемом/спуском и поворотами будет равна:

Кp = (Fg + Fsp)*Kug * N

где:

• Кp - полное тяговое усилие прокладки силового кабеля
• Fg (kN) - тяговое усилие, необходимое для протяжки прямого участка силового кабеля в горизонтальной плоскости
• Fsp (kN) - тяговое усилие, необходимое для протяжки силового кабеля на прямолинейном участке с подъёмом или спуском
• Kug - коэффициент, показывающий усилие на преодоление изгиба канала при протяжке силового кабеля
• N – количество поворотов кабельной трассы

Характеристики траншей и максимальное количество силовых кабелей в траншее

В этом разделе приведены основные справочные данные, которые более подробно описаны в ПУЭ 7.

Рисунок 1. Характеристики траншеи

Расстояние между силовыми кабелями напряжением 10 кВ в земле в траншее должно быть не менее 100 мм, между кабелями напряжением 20 - 35 кВ – 250 мм (требования пункт 2.3.86. ПУЭ). Расстояние между контрольными кабелями в траншее – не нормируется. В зависимости от ширины траншеи и типа прокладываемых кабелей, их количество в траншее (земле) будет несколько отличаться. Вместе с тем, оно не может превышать 6 -ти кабелей. В случае необходимости укладки более 6-ти кабелей, рекомендуется использовать две и более траншей.

В случае, если в одном направлении необходимо протянуть более 20-ти силовых кабелей, их рекомендуется размещать в туннелях или на эстакадах (требования пункт 2.3.25. ПУЭ).

Таблица 3. Глубина заложения силового кабеля в земле и параметры траншей: нормы

Таблица 4. Максимальное количество силовых кабелей в траншее: нормы

Принцип укладки силового кабеля в траншее и основные применяемые инструменты

Рисунок 2. Принцип укладки силового кабеля в траншеях

Где:

1. Кабельный домкрат
2. Выпускающий ролик (ролик на сходе с кабельного барабана)
3. Линейный кабельный ролик
4. Угловой кабельный ролик
5. Кабельная лебедка

Выбор инструментария для монтажа силового кабеля в земле

Рассмотрим отдельно назначение и особенности каждого из приспособлений для укладки кабеля.

Кабельный домкрат

Кабельный домкрат – это приспособление для разматывания кабеля с барабана. Упрощенным вариантом данного приспособления являются козлы.

Для работы с силовым кабелем, учитывая большой вес и габариты последнего, чаще всего используются гидравлические кабельные домкраты.

Рисунок 3. Приспособление для размотки кабельного барабана: кабельный домкрат (подъемник)

Основными составляющими комплекта для подъёма и размотки кабельного барабана являются:

• Ось, которая продевается в отверстие в центре кабельного барабана. Длина и диаметр оси выбираются исходя из веса и ширины кабельного барабана (таблица 5).
• Кабельные зажимы. Они устанавливаются на оси по обе стороны от кабельного барабана. Зажимы фиксируют положение кабельного барабана на оси и не позволяют ему перемещаться из стороны в сторону.
• Кабельные домкраты выполняют подъем кабельного барабана над поверхностью земли, что позволяет ему свободно вращаться вокруг своей оси. Кабельные домкраты (козлы) подбираются по допустимому весу кабельного барабана и его диаметру.

Приспособления для размотки кабельных барабанов поставляются как комплектами, так и по составляющим. Для подбора кабельных домкратов под конкретный тип кабельного барабана, можно воспользоваться характеристиками приспособлений для размотки кабельных барабанов, а также информацией, представленной в таблице 5 и рисунке 4.

Рисунок 4. Иллюстрация для таблицы 5 (характеристики кабельных барабанов)

Таблица 5. Характеристики кабельных барабанов различных типов

Непосредственное влияние на усилие сматывание кабеля с кабельного барабана оказывает конструкция опор оси кабельного домкрата. Так, кабельные домкраты с подшипниками в опорах оси (Рисунок 6) существенно снижают усилие сматывания кабеля по сравнению с домкратами, изображенными на рисунке 5. Несмотря на то, что домкраты с подшипниками более дорогие, их применение приводят к экономии, поскольку позволяют использовать для укладки силового кабеля лебедку меньшей мощности.

Рисунок 5. Кабельные домкраты с вкладышами полуосей без подшипников

Рисунок 6. Кабельные домкраты с вкладышами полуосей с подшипниками

Ролик на сходе с кабельного барабана (кабельная рама, выпускающий ролик)

Рисунок 7. Выпускающий ролик

Из-за большой ширины барабана кабель, разматываясь, "рыскает" по горизонтали на всю ширину барабана. Поэтому применяют выпускающий ролик, который ограничивает горизонтальные перемещения кабеля и направляет его на следующие далее по траншее или коллектору линейные и угловые кабельные ролики.

Линейные и угловые кабельные ролики

Рисунок 8. Линейные и угловые кабельные ролики

Линейные и угловые кабельные ролики позволяют избежать контакта оболочки кабеля с землей, снижают трение и защищают оболочку кабеля от повреждений.

Линейные ролики устанавливаются в траншее и коллекторе на расстоянии не более 4-х метров друг от друга. Расстояние между ними зависит от диаметра кабеля и, соответственно, его гибкости. В любом случае, они призваны не допустить непосредственного контакта кабеля с грунтом. На каждом повороте трассы устанавливаются угловые ролики. Угловые ролики должны обеспечить плавный поворот кабеля, равный не менее 15-ти диаметров последнего. В зависимости от радиуса поворота, можно применять как одиночные угловые ролики, так и составные. В последнем случае угловые ролики соединяются друг с другом, как показано на рисунке 8.

Подбираются ролики исходя из максимального диаметра кабеля, для монтажа которого они будут применяться.

Видео применения кабельных роликов для прокладки кабелей в траншеях

Кабельные лебедки

Рисунок 9. Бензиновая кабельная лебедка

Видео обзор бензиновой кабельной лебедки Katimex HSW-B 750 ZP

Кабельная лебедка – это самое дорогое приспособление, применяемое для монтажа силового кабеля. Поэтому к ее выбору необходимо подойти наиболее ответственно. Они отличаются по ряду параметров:

• тип привода: электрические, дизельные, бензиновые, гидравлические (требующие отдельных гидравлических компрессоров) и т.д.
• характеристики троса
• тяговое усилие
• скорость прокладки
• наличие или отсутствие приспособлений для контроля тягового усилия и его регистрации
• и др.

Рассмотрим параметры подробнее:

Тяговое усилие

Одной из наиболее важных характеристик кабельных лебедой является тяговое усилие. Оно должно как минимум на 10-20% превышать усилие необходимое для монтажа кабеля, расчет которого приведен в начале статьи.

Скорость прокладки

Скорость прокладки силового кабеля в земле напрямую влияет на сроки выполнения работ и сдачи объекта. Наибольшую скорость (порядка 20 м/мин и выше) обеспечивают гидравлические, бензиновые или дизельные лебедки. Электрические лебедки при том же тяговом усилии имеют значительно меньшую скорость монтажа (порядка 4 – 8 м/мин). Но зато их стоимость на порядок меньше, что снижает суммарные затраты и, как итог, стоимость услуги.

Тип привода

Чаще всего электрические лебедки применяются в случаях, когда на объекте есть доступ к сети 220В, а остальные – когда его нет. Вместе с тем, экономически выгодным решением часто является применение электрической лебедки совместно с бытовым дизельным генератором. Например, потребляемая мощность кабельной лебедки KATIMEX KSW-E-2000 равна 1,5 кВт, что позволяет запитать ее от бюджетного бытового генератора.

Функции измерения и регистрации тягового усилия

Данные функции очень полезны, они не только позволяют соблюсти все требования по растягивающему усилию кабеля, но и продемонстрировать это заказчику. Тут имеется ввиду отчета, который формируется при помощи регистратора. Он включает в себя такие параметры как:

• Длина проложенного кабеля
• Распределение усилия монтажа в графическом и числовом виде
• Время прокладки

Вместе с тем, данные функции сильно удорожают решение, поэтому редко используются. Измерение тягового усилия производят кабельные лебедки:

• Greenlee Ultra Tugger 6800
• Greenlee UT10-22
• Katimex HSW-B 750 Z

А самописцем оснащена бензиновая лебедка Katimex HSW-B 750 ZP, изображенная на рисунке 9

Характеристики троса

Тросы обычно не входят в комплект поставки кабельных лебедок. Поэтому они подбираются отдельно. Основными их характеристиками являются:

• Выдерживаемое растягивающее усилие. Оно должно превышать тяговое усилие кабельной лебедки
• Длина. Длина троса должна соответствовать или быть больше монтажного пролета (участка, на котором должен быть проложен кабель за один подход).
• Материал изготовления. В зависимости от конструкции кабельной лебедки, применяются стальной или полимерный трос.

Стальной трос чаще всего используется вместе с гидравлическими, дизельными или бензиновыми кабельными лебедками. На таких лебедках установлен специальный барабан, на который сматывается трос. Это обеспечивает жесткую сцепку кабельной лебедки и троса. И именно такие лебедки позволяют развивать большую скорость прокладки силового кабеля в траншее. Стальной трос поставляется одним куском, и его длина должна быть не менее монтажного пролета.

Полимерный трос используется чаще всего совместно с электрическими кабельными лебедками. Он не имеет жесткой сцепки с кабельной лебедкой. На кабестан лебедки наматывается всего несколько витков троса, причем чем больше витков, тем больше сцепка троса и кабестана. Один конец троса натягивается монтажником, как показано на рисунке 10.

Рисунок 10. Электрическая кабельная лебедка

К другому концу троса крепится кабель. В процессе укладки силового кабеля в траншею такая лебедка пропускает трос через свой кабестан, но не наматывает его полностью. Поэтому для удобства монтажа рекомендуется пользоваться также отдельным барабаном для намотки троса (рисунок 11б), хотя часто монтажник просто скидывает трос в большую сумку.

Рисунок 11. Дополнительные приспособления для электрических кабельных лебедок

Особенностью полимерных тросов производства Katimex является их возможность сращивания благодаря тому, что с обоих концов он заканчивается петлей.

Стоит отметить, что использовать стальной трос совместно с кабестановой кабельной лебедкой (рисунок 10) нельзя. Он будет скользить по поверхности кабестана и не сможет обеспечить необходимой сцепки. Да и к выбору полимерного троса необходимо подходить со всей ответственностью. Специальные тросы, рекомендуемые производителями кабельных лебедок, имеют очень маленький коэффициент растягивания (они практически не растягиваются). Благодаря этому свойству, в случае разрыва троса в процессе монтажа, он просто падает на землю. Не специализированные тросы более дешевые, но в ходе монтажа они сильно растягиваются. Это приводит к тому, что в случае разрыва троса, последний продолжает двигаться в сторону лебедки и может травмировать монтажника. Ниже продемонстрирован видео обзор кабельной лебедки Katimex KSW-E-2000.

Видео обзор KSW-E-2000

Принцип монтажа кабеля при помощи электрической кабестановой кабельной лебедки

Компенсатор вращение (вертлюг)

Рисунок 12 – Соединение компенсатора вращения с кабельным чулком и тросом

Где:

а) кабельный чулок

б) компенсатор вращения

в) трос

Компенсатор вращения выполняет две функции:

1. Предотвращает закручивание кабеля. Благодаря встроенным в него специальным подшипникам, способность вращения которых не зависит от приложенного растягивающего усилия, вертлюг свободно вращается вокруг своей оси в процессе прокладки силового кабеля.
2. Соединяет удерживающий кабель, кабельный чулок и трос

И подбирать его стоит тоже по двум параметрам:

1. Максимальному растягивающему усилию, которое он выдерживает. Оно должно превышать усилие, обеспечиваемое лебедкой, с которой трос будет эксплуатироваться.
2. Диаметр. Для соединения с компенсатором вращения, необходимо чтобы диаметр троса не превышал размер отверстия для его крепления в компенсаторе вращения (рисунок 12).

Кабельные чулки

Рисунок 13. Кабельные чулки

Кабельный чулок (рисунок 12а, 13) – это приспособление, предназначенное для захвата кабеля и его удержания в процессе монтажа. Он легко одевается на кабель, и легко снимается с него. Однако, чем большее тяговое усилие прикладывается к петле чулка, тем больше он зажимает оболочку кабеля и тем крепче его удерживает.

Кабельные чулки отличаются по типу, диаметру, номинальному и максимальному растягивающему усилию, материалу. Подобрать необходимую модель при помощи удобных фильтров можно по ссылке.

Принцип работы кабельного чулка показан в этом видео:

Муфты холодной усадки

Как разделать кабель и смонтировать муфту холодной усадки 3M

Обзор технологий холодной усадки 3М для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

Выводы

Строгое соблюдение технологии прокладки силового кабеля в земле и применение профессионального инструментария позволит добиться высокого качества выполнения работ. А знание тонкостей подбора инструментов – наилучшего результата при минимальных затратах.

Так, применяя кабельные домкраты с подшипниками на полуосях и ролики можно добиться снижения необходимого усилия при прокладке силового кабеля в траншее. Меньшее требуемое усилие позволит выполнить монтаж при помощи более бюджетной кабельной лебедки.

См. также

Испытание кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена методом регистрации частичных разрядов

Электронная маркировка подземных кабельных линий – практическое применение

Эффективный поиск подземных коммуникаций: труб водопровода, канализации, кабелей связи, силовых кабелей и др.

Муфты холодной усадки: 100% безогневая технология

Кабельные муфты холодной усадки: полное руководство!

Муфты холодной усадки - идеальное решение для электросетей нефтегазовой отрасли!