Кабель, проложенный в воздухе, охлаждается вследствие конвекциивоздуха и теплового излучения с поверхности кабеля. Удельное тепловоесопротивление кабеля, проложенного в воздухе, зависит от состоянияповерхности кабеля. Удельное тепловое сопротивление металлическойоболочки (алюминий, свинец, сталь) мало по сравнению с тепловымисопротивлениями любых защитных покровов кабеля (табл. 4-1); этообеспечивает более высокую теплоотдачу в окружающую среду. Тепловоесопротивление поверхности кабеля при прокладке его на открытом воздухе(расстояние между центрами кабелей равно двум его внешним диаметрам).
где 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. Дляпрактических расчетов принимают среднее значение коэффициентатеплопередачи для свободной конвекции. При прокладке кабелей в туннеляхи каналах учитывается общий нагрев окружающего воздуха.
Кабель, проложенный в земле, охлаждается путем передачи тепла отнаружной поверхности к окружающей его среде. С целью обеспечения болееплотного облегания грунтом кабель укладывают на дно траншеи на подушкуиз песка и засыпают мягкой землей с последующей тщательной утрамбовкойее. Наличие крупных кусков земли около кабеля или неплотное ееприлегание к кабелю повышает удельное тепловое сопротивление среды; этоприводит к ухудшению охлаждения кабеля во время эксплуатации. Если водной траншее укладывается несколько кабелей, то расстояние между нимидолжно быть не меньше диаметра кабеля. Нагревание параллельнопроложенных кабелей определяется суммой тепловых полей в грунте от всехкабелей. Тепловое сопротивление почвы, окружающей кабель,
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 тепловогосопротивления позволяет существенно снизить стоимость кабельных линий.
Суточные колебания температуры грунта на глубине прокладки кабелейпрактически отсутствуют. Сезонные колебания температуры могут бытьзначительными и должны учитываться при расчетах.
Кабель, проложенный в проточной воде, находится в наилучшихусловиях. Вода обеспечивает хороший от вод тепла с наружной поверхностикабеля. Благодаря наличию в воде течений и конвекционных токовтеплового поля вокруг кабеля в воде практически не образуется. В этомслучае при расчете допустимой нагрузки на кабель тепловое сопротивлениеокружающей среды приравнивают нулю. При наличии отдельных участковкабеля, не находящихся в воде, расчет их производят по условиям снаивысшим тепловым сопротивлением. Прокладку кабеля по дну водныхпреград с заглублением в грунт для предохранения от механическихповреждений приравнивают к прокладке во влажной почве.
Наименее благоприятны условия охлаждения при прокладке кабеля вбетонных блоках, находящихся в земле. В этом случае кабель без бронипротягивается в отверстие блока, и тепловой поток, выходящий из кабеля,преодолевая сначала сопротивление прослойки воздуха, проходит черезстенки блока в окружающую почву. Тепловые сопротивления тела блоков(Sбл), применяемых для прокладки кабелей, относятся как квертикальному, так и к горизонтальному расположениям их в земле, когдавсе отверстия блоков заполнены работающими кабелями и потери вотдельных кабелях различаются не более чем на 20%. Тепловоесопротивление блока в земле
где σбл - 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 истенкой канала блока. Превышение температуры оболочки кабеля надтемпературой 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 ихтреугольником с вершиной вверху наибольшую температуру имеет верхнийкабель. Поэтому производится тепловой расчет верхнего кабеля. Экранкабеля и стальную трубу принимают за изотермические поверхности.Основной перепад температур в масле или газе будет около поверхностейкабеля и трубопровода. В средней части зоны, заполненной маслом илигазом, перепад температур практически отсутствует.
Тепловое сопротивление зоны масла рассматривают как сумму тепловыхсопротивлений 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 внутреннейповерхности трубопровода, участвующей в теплоотводе через масло. Прирасчете полного теплового сопротивления кабеля в стальной трубе,заполненной маслом, учитывается также теплоотвод от поверхностиверхнего кабеля к трубопроводу за счет соприкосновения кабелей междусобой и трубопроводом. Для кабеля с экраном из медных лент и спиралейиз полукруглых проволок это сопротивление составляет примерно 230градoсм/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%.