КМТБ - Процесс механизированной прокладки кабеля

Рассмотрим взаимодействие механизмов и приспособлений, входящих в состав комплекса КМТБ, в процессе механизированной прокладки силового кабеля.
После расстановки по трассе механизмов и приспособлений комплекса производится раскатка каната вспомогательной лебедки с отключенным барабаном. Затем канат вспомогательной лебедки с помощью переходника соединяется с канатом тяговой и включением привода создается натяжение каната с целью проверки правильности и точности расстановки линейных и угловых раскаточных приспособлений и обводных устройств по всей трассе.
В каждом обнаруженном случае сползания каната с валков производят корректировку в расстановке механизмов и приспособлений до полного совпадения оси каната с серединой длины всех валков линейных и угловых обводных устройств.
Технологический процесс прокладки начинается с раскатки каната тяговой лебедки с помощью вспомогательной, при этом барабан тяговой лебедки отключен от привода и вращается свободно в режиме холостого хода. После завершения операции включается привод вращения барабана тяговой лебедки, к концу каната которой через переходник присоединяется концевой кабельный захват. Предварительное натяжение каната тяговой лебедки и протяжка кабеля производятся только по команде бригадира, который связан переговорными устройствами со всеми членами бригады монтажников.
При тяжении кабеля все члены бригады, расположившиеся на трассе, следят за нормальным прохождением его по валкам раскаточных приспособлений и устройств, при этом один монтажник сопровождает движущийся конец кабеля, направляя при необходимости концевой кабельный захват на горизонтальные и вертикальные валки. Всякая возникшая помеха, препятствующая нормальному прохождению кабеля по трассе, является сигналом для остановки тяговой лебедки по команде любого члена бригады. После устранения помехи протяжка возобновляется, но только по команде бригадира. При завершении процесса тяжения кабеля по трассе производят осторожный спуск конца кабеля с кабельного барабана в тоннель или колодец блочной трассы.
Образование запаса кабеля для укладки его в нишу, перекладку с внешнего угла поворота трассы или подачу конца кабеля за расположение лебедки производят способом перетяжки с применением промежуточного кабельного захвата. Для этого снимается концевой кабельный захват с конца кабеля и отсоединяется от переходника каната тяговой лебедки. Конец каната раскатывается за участок, где нужно создать запас кабеля, или заводится на длину пути, требуемую при перетяжке кабеля за расположение тяговой лебедки. В заданном месте на кабель устанавливается промежуточный кабельный захват, который с помощью переходника присоединяется к канату тяговой лебедки. Создается предварительное натяжение каната, после этого производят перетяжку кабеля.
Оперативное управление работой бригады в процессе механизированной прокладки кабелей осуществляется специально организуемой мобильной телефонной или радиосвязью, а также с помощью переговорных устройств. Переговорное устройство обеспечивает связь по проводам или свободным жилам кабеля между несколькими абонентами — членами монтажной бригады. Конструкция устройства выполнена на базе телефонно-микрофонной гарнитуры, основным элементом является двухкаскадный однотактный резисторный усилитель низкой частоты. В устройстве предусмотрена возможность регулирования громкости, имеется защита от случайного подключения его к токоведущим частям, находящимся под напряжением.
Посты связи организуются у тяговой и вспомогательной лебедок, кабельного барабана, в местах установки угловых обводных устройств на сложных участках переходов трассы прокладки. Аппаратом связи снабжен электромонтажник, непрерывно наблюдавший за движущимся концом кабеля, команды которого поступают на все посты связи.
Рассмотрим механические процессы, имеющие место при механизированной прокладке, с целью оценки механических деформаций и напряжений, возникающих в протягиваемом кабеле. Наибольшие деформации и напряжения в кабеле возникают в процессе прохождения углов поворота при огибании угловых обводных устройств. Это явление может рассматриваться как огибание движущимся брусом — кабелем цилиндра — углового обводного устройства. При этом в кабеле возникают внешние и внутренние силы сопротивления, к которым относятся соответственно силы поверхностного трения наружной оболочки кабеля по валкам угловых обводных устройств и силы противодействия кабеля своему изгибанию, происходящие от внутренней энергии деформаций, накапливаемой в материале конструктивных элементов. Неучет сил сопротивления изгибанию означает представление кабеля в виде гибкой нити, что не соответствует реальной физической картине, так как кабель обладает одновременно свойствами гибкой нити и жесткопластического бруса. Соотношение, связывающее значения растягивающей силы в гибкой нити до и после обводного устройства, установлено известной формулой Л. Эйлера и использовалось для расчета силы тяжения кабеля при механизированной протяжке за конец с помощью тяговой лебедки. Однако с появлением кабелей с алюминиевой оболочкой и однопроволочными жилами, имеющих повышенную жесткость в сопоставлении с кабелями со свинцовой оболочкой и многопроволочными жилами, стала очевидной необходимость учета конечной жесткости бруса сложной конструкции, каким является кабель. Современные силовые кабели напряжением до 110 кВ представляют собой брусья сложной конструкции, в поперечном сечении которых содержатся следующие прочностные элементы: жилы, оболочка, изоляция и защитные покровы. Основную роль в сопротивлении деформированию играют жилы и оболочка, поэтому в расчетах учитываются только они, остальные элементы принимаются в запас прочности. Взаимодействие элементов конструкции кабеля и их влияние на механические характеристики кабеля изучены недостаточно и в каждом отдельном случае требуют экспериментальных исследований. Для инженерных расчетов с достаточной степенью точности считается справедливой гипотеза плоских сечений, которая обоснована большой длиной и общей целостностью кабеля. Материал бруса, в виде которого рассматривается кабель, наделяется свойствами неупрочняющегося жесткопластического
тела, исходя из положения, согласно которому упругие деформации малы в сравнении с пластическими (остаточными) и ими можно пренебречь. Действительно, наибольшая деформация возникает в изгибаемом кабеле при огибании углового обводного устройства:

где Dк диаметр наружной оболочки кабеля; R — радиус кривизны внутренней кривой изгиба кабеля.
Для кабелей в алюминиевой оболочке нормативным является соотншение Большому значению соответствует еmах = 2%, что для материала алюминия превышает (округленно) в 30 раз предельную упругую деформацию, свидетельствует о переходе материала кабеля в область больших пластических деформаций.
В условиях чистого изгиба, имеющего место при прохождении кабелем угловых обводных устройств, такое состояние реализуется под действием предельного пластического момента где аТ — предел текучести материала; WT — пластический момент сопротивления сечения изгибу.
Для сплошного круга диаметром d, в виде которого принимается поперечное сечение кабеля, имеем

Сечение кабеля считаем состоящим из концентрически расположенных жилы — сплошного круга с диаметром dx и оболочки — кольца с наружным d и внутренним d2 диаметрами.
Если материал жилы и оболочки различен, то предельный пластический момент определится

где индексами 1 и 2 отмечены величины, относящиеся соответственно к жилам и оболочке.
Момент сопротивления оболочки может быть определен из соотношения

где 6 — толщина оболочки; dcp = d - 6 — средний диаметр оболочки.

где S - площадь сечения одной жилы; п - число жил.
При одинаковом материале оболочки и жил в формуле МТ = aTWT пластический момент сопротивления составит WT = WT1 + WT2. Диаметр сплошного круга, условно заменяющего поперечное сечение жил кабеля, определим, приравняв их площади
Таблица 3

Приведенные выше соотношения позволяют определить пластическое состояние кабеля при изгибании его в процессе прокладки. В табл. 3 приводятся наиболее характерные данные для широко распространенного кабеля марки ААШв на напряжение 10 кВ.
Наружный диаметр кабеля DK и масса 1 м кабеля qK приняты из каталога номенклатуры кабелей, выпускаемых отечественными заводами, остальные значения определены по указанным выше формулам. При вычислении Мт предел текучести алюминия принят равным 0Т = 42 МПа. Отношение WT2IWT представляет практический интерес, как оценка удельного веса алюминиевой оболочки в общей несущей способности кабеля. Из табл. 3 видно, что роль оболочки несущей способности кабеля снижается с ростом сечения кабеля. Для кабеля марки ААШв сечением 3 х 240 мм² оболочке принадлежит лишь половина общей несущей способности. Особо отметим, что оценка показателя влияния оболочки на несущую способность кабеля в целом, производимая обычно в инженерной практике по геометрическим характеристикам поперечного сечения, т. е. по моментам инерции, — дает завышенное значение, которое для рассматриваемого сечения кабеля составляет 0,7. Усилие тяжения кабеля на прямолинейном участке определяется по формуле

где 7\ — сила тяжения в начале прямолинейного участка, в том числе после поворота; К - условный коэффициент трения кабеля, принимаемый при раскатке по линейным роликам равным 0,1 и протяжке в трубах - 0,2; / - длина участка.
Сила тяжения на выходе из угла поворота трассы, на котором установлено обводное устройство, определенная на основе решения дифференциальных уравнений тяжения кабеля, составит

где Т0 — сила тяжения до поворота трассы; а — угол поворота кабеля,
перемещающегося по обводному устройству; к — коэффициент трения скольжения — условный, так как при перемещении кабеля по валкам обводного устройства, вращающимся на шарикоподшипниках, имеет место качение; М^ — суммарный предельный изгибающий момент; R — радиус кривизны внутренней кривой изгиба кабеля.
В формуле усилия тяжения Тх первое слагаемое представляет собой известную величину, определяемую по формуле Эйлера, относящуюся к абсолютно гибкому стержню. Второй член отражает наличие конечной жесткости кабеля, определяемой пластическими свойствами бруса, и, кроме того, зависит от сил трения.
Отметим на основе многолетней практики и ряда экспериментальных исследований, что пренебрежение величиной конечной жесткости, определяющей пластические свойства кабеля, занижает расчетную силу тяжения примерно наполовину. В расчетах приращения усилия тяжения на углах поворота для сокращения объема вычислительных операций используются диаграммы, составленные для кабелей с различной жесткостью. Общее требуемое усилие тяжения для заданной трассы определяется по изложенной выше методике, как сумма усилий тяжения на всех прямых участках и углах поворота трассы прокладки кабельной линии.
Проверка прочности наружной оболочки кабеля производится по условному контактному напряжению р, называемому удельным давлением:

где Pmах =TilR', Тх -сила тяжения на выходе из угла поворота; R - радиус кривизны внутренней кривой изгиба кабеля; DK — диаметр наружной оболочки кабеля.
Укажем для примера, что для кабеля марки ААШв напряжением 10 кВ принимается р = 0,3 МПа.