Тепловое сопротивление окружающей среды

Кабель, проложенный в воздухе, охлаждается вследствие конвекции воздуха и теплового излучения с поверхности кабеля. Удельное тепловое сопротивление кабеля, проложенного в воздухе, зависит от состояния поверхности кабеля. Удельное тепловое сопротивление металлической оболочки (алюминий, свинец, сталь) мало по сравнению с тепловыми сопротивлениями любых защитных покровов кабеля (табл. 4-1); это обеспечивает более высокую теплоотдачу в окружающую среду. Тепловое сопротивление поверхности кабеля при прокладке его на открытом воздухе (расстояние между центрами кабелей равно двум его внешним диаметрам).

Кабель, проложенный в воздухе, охлаждается вследствие конвекции воздуха и теплового излучения с поверхности кабеля. Удельное тепловое сопротивление кабеля, проложенного в воздухе, зависит от состояния поверхности кабеля. Удельное тепловое сопротивление металлической оболочки (алюминий, свинец, сталь) мало по сравнению с тепловыми сопротивлениями любых защитных покровов кабеля (табл. 4-1); это обеспечивает более высокую теплоотдачу в окружающую среду. Тепловое сопротивление поверхности кабеля пргде σв - удельное сопротивление теплопереходу с поверхности кабеля в воздух, равное от 800 до 1 200 град × см2/вт, зависящее от наличия брони на кабеле, его диаметра и нагруженности во время эксплуатации.

В зависимости от скорости и направления движения воздуха (например, при обдувке) охлаждение кабеля может быть более эффективным. Для практических расчетов принимают среднее значение коэффициента теплопередачи для свободной конвекции. При прокладке кабелей в туннелях и каналах учитывается общий нагрев окружающего воздуха.

Кабель, проложенный в земле, охлаждается путем передачи тепла от наружной поверхности к окружающей его среде. С целью обеспечения более плотного облегания грунтом кабель укладывают на дно траншеи на подушку из песка и засыпают мягкой землей с последующей тщательной утрамбовкой ее. Наличие крупных кусков земли около кабеля или неплотное ее прилегание к кабелю повышает удельное тепловое сопротивление среды; это приводит к ухудшению охлаждения кабеля во время эксплуатации. Если в одной траншее укладывается несколько кабелей, то расстояние между ними должно быть не меньше диаметра кабеля. Нагревание параллельно проложенных кабелей определяется суммой тепловых полей в грунте от всех кабелей. Тепловое сопротивление почвы, окружающей кабель,и прокладке его на открытом воздухе (расстояние между центрами кабелей равно двум его внешним диаметрам).

где aэ - удельное тепловое сопротивление почвы, град × см/вт, сильно зависящее от структуры почвы и содержания в ней влаги (табл. 4-1). Правильный выбор величины удельного теплового сопротивления позволяет существенно снизить стоимость кабельных линий.

Суточные колебания температуры грунта на глубине прокладки кабелей практически отсутствуют. Сезонные колебания температуры могут быть значительными и должны учитываться при расчетах.

Кабель, проложенный в проточной воде, находится в наилучших условиях. Вода обеспечивает хороший от вод тепла с наружной поверхности кабеля. Благодаря наличию в воде течений и конвекционных токов теплового поля вокруг кабеля в воде практически не образуется. В этом случае при расчете допустимой нагрузки на кабель тепловое сопротивление окружающей среды приравнивают нулю. При наличии отдельных участков кабеля, не находящихся в воде, расчет их производят по условиям с наивысшим тепловым сопротивлением. Прокладку кабеля по дну водных преград с заглублением в грунт для предохранения от механических повреждений приравнивают к прокладке во влажной почве.

Наименее благоприятны условия охлаждения при прокладке кабеля в бетонных блоках, находящихся в земле. В этом случае кабель без брони протягивается в отверстие блока, и тепловой поток, выходящий из кабеля, преодолевая сначала сопротивление прослойки воздуха, проходит через стенки блока в окружающую почву. Тепловые сопротивления тела блоков (Sбл), применяемых для прокладки кабелей, относятся как к вертикальному, так и к горизонтальному расположениям их в земле, когда все отверстия блоков заполнены работающими кабелями и потери в отдельных кабелях различаются не более чем на 20%. Тепловое сопротивление блока в земле

где σ_бл - удельное тепловое сопротивление окружающей блоки почвы, град-см/вт; 

 А - высота блока, см; В - ширина блока, см; Н - глубина центра блока от поверхности земли, см.

При тепловом расчете кабеля, прокладываемого в блоке (рис. 4-5), учитывают тепловое сопротивление воздуха между оболочкой кабеля и стенкой канала блока. Превышение температуры оболочки кабеля над температурой грунта

где р - потери в кабеле; - разность температур оболочки кабеля и стенки канала блока;  - разность 

температур стенки канала блока и грунта; тепловое сопротивление воздуха в канале блока.

В кабелях, проложенных в стальной трубе, при размещений их треугольником с вершиной вверху наибольшую температуру имеет верхний кабель. Поэтому производится тепловой расчет верхнего кабеля. Экран кабеля и стальную трубу принимают за изотермические поверхности. Основной перепад температур в масле или газе будет около поверхностей кабеля и трубопровода. В средней части зоны, заполненной маслом или газом, перепад температур практически отсутствует.

Тепловое сопротивление зоны масла рассматривают как сумму тепловых сопротивлений от поверхности кабеля в среду, заполняющую трубопровод (Sк.м.), и от среды к стенке трубопровода (Sм.т.):

где ам - удельное сопротивление теплопереходу в масло, заполняющее трубопровод, равное 425 градoсм2/вт; DK - диаметр кабеля по экрану; DT - внутренний диаметр трубопровода; k1=0,835 - коэффициент, определяющий часть периметра верхнего кабеля, участвующего в теплоотводе через масло; k2 ≈0,35÷0,40 - коэффициент, определяющий часть периметра внутренней поверхности трубопровода, участвующей в теплоотводе через масло. При расчете полного теплового сопротивления кабеля в стальной трубе, заполненной маслом, учитывается также теплоотвод от поверхности верхнего кабеля к трубопроводу за счет соприкосновения кабелей между собой и трубопроводом. Для кабеля с экраном из медных лент и спиралей из полукруглых проволок это сопротивление составляет примерно 230 градoсм/вт. Удельное тепловое сопротивление азота при давлении 140 н/см2 равно 500 град o см/вт; при снижении давления до 70 н/см2 удельное сопротивление возрастает на 27%, а при атмосферном давлении - на 100%.