Пример расчета усилия тяжения кабеля с изоляцией из СПЭ

В данном примере требуется определить усилия тяжения (осевые и радиальные нагрузки) при протягивании кабеля АПвП-10 (в Украине данный кабель имеет обозначение АПвЭП-10) 1х300/25 на напряжение 10 кВ.

Исходные данные:

• Протягивание кабеля АПвП 1х300/25-10 кВ будет выполняться по роликам.
• Общая длина трассы – 480 м.
• Трасса имеет два изгиба на угол 45° и 90° (см. рис.1), длина участков 0-1 и 1-2 – 200 м, длина участка 2-3 – 80 м.
• На участке 2-3 разность уровней между точками 2 и 3 составляет +20 м.

Решение

Расчет усилия тяжения кабеля будет выполняться согласно требований, представленных в каталоге на продукцию «Кабели на напряжение 110/220 кВ» в разделе 2.3 от группы компаний «Севкабель».

Если же вы используете кабели украинского производства, например, «Южкабель» можете воспользоваться методикой расчета усилия тяжения кабелей представленной в РД К28-003:2007 «Руководство по выбору, прокладке, монтажу, испытаниям и эксплуатации кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение от 6 до 35 кВ».

Представленная методика в данном руководстве ничем не отличается от методики расчета представленной в каталоге ГК «Севкабель», единственное отличие в том, что формулы могут не много отличаться.

Всю техническую литературу, которую я использовал при написании данного расчета, вы можете скачать в архиве.

Осевые нагрузки при тяжении кабелей

1. Определяем максимально допустимое усилие при тяжении кабеля по трассе, согласно СТО 56947007-29.060.20.020-2009 пункт 7.2.3:

Fmax = S*σ = 300*30 = 9000 Н

где:

• S – суммарное сечение жил кабеля, в данном примере мы выполняем проверку для одножильного кабеля сечением 300 м2, соответственно S = 300 м2.
• σ – допустимая напряженность, равна для алюминиевых жил 30 Н/м2 и 50 Н/м2 – для медных. Принимаем для алюминиевых жил σ = 30 Н/м2.

2. Определяем вес 1м кабеля при тяжении кабеля:

G = m*g = 1,798*9,81 = 17,64 Н

где:

• m = 1798 кг/км = 1,798 кг/м – вес 1м кабеля, определяется по каталогу завода-изготовителя, кг/м;
• g = 9,81 – ускорение свободного падения, м/с².

Участок 0-1

3. Определяем усилие тяжения в конце прямого участка 0-1 без разности уровней:

F_0-1 = G*L*μ = 17,64*200*0,15 = 529 Н

где:

• L =200 м – длина кабеля, м;
• μ = 0,15 – коэффициент трения при протяжке по роликам, определяется по таблице, представленной в разделе 2.3 ГК «Севкабель».

4. В конце первого участка, трасса имеет поворот на угол α = 45°. Переведем угол в радианы:

α = 45° = π/4 = 3,14/4 = 0,785 рад.

5. Определяем растягивающее усилие за изгибом на первом участке:

где:

• F0-1 = 529 Н – сила на входе в изгиб;
• F1 – сила на выходе из изгиба, Н;
• e = 2,718 – число Эйлера;
• μ = 0,15– коэффициент трения при протяжке по роликам;
• α = 0,785 рад. – угол изгиба.

Участок 1-2

6. Определяем усилие тяжение в конце участка 1-2:

F_1-2 = F1+G*L*μ =592+17,64*200*0,15 = 592+529 = 1121 Н

где: L = 200 м – длина кабеля, м;

7. В конце второго участка, трасса имеет поворот на угол α = 90°. Переведем угол в радианы:

α = 90° = π/2 = 3,14/2 = 1,57 рад.

8. Определяем растягивающее усилие за изгибом на втором участке:

где:

• F_1-2 = 1121 Н – сила на входе в изгиб;
• F₂ – сила на выходе из изгиба, Н;

Участок 2-3

9. Определяем угол наклона на участке 2-3, исходя из длины участка трасы 80 м и разности уровней между точками 2 и 3 – 20 м.

arcsin 20/80 = 14,48°

10. Определяем усилие тяжения в конце участка 2-3 с учетом подъема:

F_2-3 = F₂ + G*L*(μ*cosβ ± sinβ) = 1424 + 17,64*80*(0,15*cos14,48 + sin14,48) = 1982 Н

где:

• β – угол наклона трассы, (°);
• + при протяжке кабеля с подъемом;
• — при протяжке кабеля со спуском.

Вывод:

Максимально допустимое усилие Fmax = 9000 Н > F_2-3 = 1982 Н, соответственно выбранная трасса и метод протяжки обеспечит усилие тяжения в пределах допустимого.

Радиальная нагрузка при тяжении кабелей

1. Определяем допустимый радиус изгиба при монтаже для одножильных кабелей равный 15Dн = 15*39,0 = 585 мм, согласно СТО 56947007-29.060.20.020-2009 пункт 4.3.2 и таблицы 1.

где: Dн = 39,0 мм – наружный диаметр кабеля АПвП 1х300/25 -10 кВ, согласно каталога завода-изготовителя.

Принимаем радиус изгиба кабеля при монтаже r = 0,8 м.

2. Определяем радиальную силу на изгибе 1:

где:

• α = 135° — угол поворота;
• F₁ = 592 Н – сила тяжения, в данном месте;
• r = 0,8 м – принимаемый радиус изгиба кабеля при монтаже.

3. Определяем радиальную силу на изгибе 2:

где:

• α = 90° — угол поворота;
• F₂ = 1424 Н – сила тяжения, в данном месте;
• r = 0,8 м – принимаемый радиус изгиба кабеля при монтаже.

Полученные значения радиального давления сравниваем с допустимыми радиальными нагрузками на кабель согласно таблице 2.21.

Вывод:

В результате полученные значения радиального давления показывают, что на первом изгибе достаточно установка 1 углового ролика на метр (допустимое радиальное давление 1500 Н/м), а на втором изгибе необходимо установить систему роликов (допустимое радиальное давление 4500 Н/м при установке трех роликов на 1 м длины).