Вся РоссияКомпании
здесь будут опции для поиска

Механический расчет металлических оболочек кабелей и трубопроводов кабельных линий


Металлические оболочки кабелей, а также трубопровод для размещения в нем кабелей подвергаются разнообразным воздействиям, зависящим от способа прокладки (в воздухе, земле и пр.), трассы, крепления, температуры окружающей среды и режима работы кабельной линии. Металлические оболочки силовых кабелей я трубопровод кабельной линии во время эксплуатации подвергаются воздействию внутреннего давления масла или газа. Предел прочности свинца составляет 1 300-1 800 н/см г , предел усталости 430 н/см г , что ограничивает возможность применения его в конструкциях со значительным избыточным внутренним давлением. Свинцовые сплавы (с присадкой сурьмы, меди, теллура и др.), имеющие предел прочности от 2100 до 2600 н/см г и предел усталости 860 н/см 2 , расширяют возможность использования свинца в маслонаполненных кабелях низкого и среднего давления с применением упрочняющей брони. Кроме того, оболочки из свинцовых сплавов имеют большую устойчивость против вибрации.

Предел прочности алюминия 4 000-5000 н/см г , предел усталости 2 330 н/см 2 . Это позволяет использовать кабели в алюминиевых оболочках для прокладки при большой разности уровней. Алюминий имеет большую по сравнению со свинцом стойкость к, вибрационным нагрузкам.

Трубы для кабельных линий изготовляют из стали марки 20 с пределом прочности на разрыв 40000 н/см 2 . Трубопровод во время эксплуатация из-за изменений температуры подвергается напряжениям сжатия и расширения. При нагревании трубопровода происходит его удлинение:

где l o и l t -длина трубопровода до и после его нагревания, м; α = 0,12∙10 -4 град -1 - коэффициент температурного расширения стали.

Таким образом, при нагревании трубопровода длиной 1 км на 1°С его длина увеличивается на 1,2 см. В прямолинейном трубопроводе, проложенном свободно в воздухе и закрепленном с одного конца, при повышении температуры дополнительных напряжений в металле не возникает.

В случае закрепления прямолинейного трубопровода с обоих концов в стенках трубопровода толщиной ∆ см при изменении температуры на (t - t o )°С возникают усилие

и напряжение

где E = 2,1 o 10 -6 н/см 2 - модуль упругости стали марки 20; D - средний диаметр трубопровода, см.

При изменении температуры на ГС в трубопроводе возникает напряжение, равное 250 н/см 2 . Если трубопровод состоит, из двух прямолинейных участков, проложенных под углом один к другому, и закреплен с обоих концов, то при повышении температуры он изгибается, вершина угла перемещается и напряжение не достигает уровня, который имеет место в прямолинейном трубопроводе. В трубопроводе, проложенном в воздухе, возникают напряжения изгиба с наибольшей величиной у закрепленных точек трубопровода. Напряжение в стенках трубопровода диаметром D от изгиба по радиусу R

При прокладке трубопровода в земле силы трения между его поверхностью и грунтом могут превосходить силы, обусловленные тепловым расширением. В этом случае трубопровод защемляется грунтом по всей его длине. Если монтаж кабеля происходит при температуре -15 С, то во время эксплуатации, когда температура трубопровода летом достигнет +50° С, сжимающее усилие в трубопроводе достигнет 16 300 н/см г , а при монтаже при +15° С это усилие летом составит 8 750 н/см г и зимой 5 000 н/см г . Вследствие недопустимого возрастания сжимающих усилий в трубопроводе, проложенном при низких температурах, прокладка и засыпка трубопроводов при температурах ниже -5 е С без подогревания не допускаются.

В случае пробоя кабеля и образования дуги в трубопроводе происходит разложение масла с интенсивным нагреванием и газообразованием. В результате происходит местное, но очень значительное повышение давления, которое должна выдержать стенка трубопровода. Продольное напряжение растяжения под влиянием внутреннего давления (при прокладке в земле или воздухе)

где D o - внутренний диаметр трубопровода, см; ∆ - толщина стенки, см; ρ - внутреннее давление, н/см г .

Поперечные напряжения, возникающие вследствие внутреннего давления (при прокладке в земле и воздухе)

Максимум давления ρ в месте возникновения дуги в трубопроводе можно определить по приближенной формуле

где Р д - мощность дуги, квт.

Максимум давления в трубопроводе может быть определен по току и геометрическим размерам кабеля:

где k = 9 - коэффициент для трубопровода, заполненного маслом, и k = 2 - то же при заполнении азотом при давлении 140 н/см 2 ; ∆ и - толщина трубопровода, мм; s м - сечение объема трубопровода, заполненного маслом, мм 2 .

Продолжительность действия максимального давления кратко-временна, и трубопровод не успевает деформироваться. Кратковременная прочность трубопровода для этого случая определяется как произведение длительной прочности на отношение, определяющее изменение толщины металла перед разрывом при длительном приложении усилия. У стали вдвое уменьшается сечение перед разрывом. Кратковременная прочность стали марки 20, например, может быть принята равной 80000 н/см 2 , а допустимые напряжения 3000- 4000 н1см 2 .


к содержанию