RU2079200C1

RU2079200C1 - Method to increase load of underground cable

Info

Publication number: RU2079200C1
Application number: RU94029822A
Authority: RU
Inventors: Е.А. Ивлиев; Ю.Я. Иоссель; В.В. Липатов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Электрокинетика"
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 1997-05-10
Also published as: RU94029822A

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: course of underground cable is accompanied with electrode which is located in soil. Then soil in cylindrical area around cable is treated by electric osmosis, in which electrode is used as anode and cathode is either tube in which cable is located, or additional electrode which is located in cable back fill. EFFECT: decreased heat resistance of soil, increased load of underground cable. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к подземным силовым кабелям, и может быть использовано для увеличения их нагрузочной способности. The invention relates to electrical engineering, in particular to underground power cables, and can be used to increase their load capacity.

Тепловой режим подземного кабеля, а следовательно, и значение допустимого тока нагрузки, определяется не только конструкцией кабеля, но и параметрами среды, окружающей подземный кабель, и главным образом, способностью этой среды отводить тепло от наружной поверхности защитной трубы, в которой проложен кабель. Эта способность определяется удельной теплопроводностью грунта, которая в свою очередь зависит от его влажности, плотности и механического состава, см. например, Нерпин С.В. Чудновский А.Ф. Физика почвы, Наука, 1967, 584 с. The thermal regime of the underground cable, and therefore the value of the permissible load current, is determined not only by the cable design, but also by the parameters of the environment surrounding the underground cable, and mainly by the ability of this medium to remove heat from the outer surface of the protective pipe in which the cable is laid. This ability is determined by the specific thermal conductivity of the soil, which in turn depends on its moisture content, density and mechanical composition, see, for example, S. Nerpin. Chudnovsky A.F. Soil Physics, Nauka, 1967, 584 pp.

Возможности влияния на указанные параметры грунта с целью увеличения нагрузочной способности подземных силовых кабелей весьма ограничены. В соответствии с рассмотренными в литературе рекомендации уменьшение теплового сопротивления грунта может быть достигнуто путем размещения вокруг подземного кабеля специальной засыпки, пропитки грунта вокруг кабеля специальными химическими составами и т.п. см. например, Брагин С.М. Электрический и тепловой расчет кабеля, М. Госэнергоиздат, 1960. Справочник по кабельным сетям, пер. с англ. под ред. В.П.Завьялова, К.А.Любимова, М-Л. Госэнергоиздат, 1962. The possibilities of influencing the indicated soil parameters in order to increase the load capacity of underground power cables are very limited. In accordance with the recommendations considered in the literature, a reduction in thermal resistance of the soil can be achieved by placing special backfill around the underground cable, impregnating the soil around the cable with special chemical compounds, etc. see, for example, Bragin S.M. Electric and thermal calculation of cable, M. Gosenergoizdat, 1960. Handbook of cable networks, trans. from English under the editorship of V.P. Zavyalova, K.A. Lyubimova, M-L. Gosenergoizdat, 1962.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при их использовании результату техническое решение, связанное с уменьшением теплового сопротивления грунта путем создания вокруг кабеля засыпки, выбрано в качестве прототипа предлагаемого изобретения. According to the greatest number of similar features and the result achieved by using them, the technical solution associated with reducing the thermal resistance of the soil by creating a backfill around the cable was selected as a prototype of the invention.

Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, являются;
снижение нагрузочной способности кабеля в процессе эксплуатации за счет увеличения теплового сопротивления грунта вследствие явления термовлагопереноса из засыпки во внешнюю область (во время сезонных колебаний влажности грунта);
невозможность уменьшения теплового сопротивления грунта и увеличения нагрузочной способности кабеля в процессе эксплуатации;
неоднородность теплового сопротивления грунта на разных участках трассы кабеля, отличающихся физико-механическими свойствами грунта, что связано с невозможностью обеспечения одинаковой влажности засыпки.The disadvantages of the prototype, not allowing us to achieve our goals, are;
reducing the load capacity of the cable during operation due to an increase in the thermal resistance of the soil due to the phenomenon of thermal moisture transfer from the backfill to the external region (during seasonal fluctuations in soil moisture);
the impossibility of reducing the thermal resistance of the soil and increasing the load capacity of the cable during operation;
heterogeneity of thermal resistance of the soil in different parts of the cable route, differing in the physical and mechanical properties of the soil, which is associated with the impossibility of ensuring the same moisture content of the backfill.

Задачей изобретения являются повышение эффективности снижения теплового сопротивления грунта в зоне, расположенной вокруг подземного кабеля и обеспечения возможности уменьшения этого сопротивления в процессе эксплуатации. Решение поставленной задачи обеспечивается переносом влаги к засыпке из внешней области грунта и ее удержанием в процессе эксплуатации кабеля. The objective of the invention is to increase the efficiency of reducing thermal resistance of the soil in the area located around the underground cable and to ensure the possibility of reducing this resistance during operation. The solution to this problem is provided by the transfer of moisture to the backfill from the external soil area and its retention during cable operation.

Сущность предлагаемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата. The essence of the invention is expressed in the following set of essential features, sufficient to achieve the above technical result.

Согласно изобретению для увеличения нагрузочной способности подземного кабеля путем уменьшения теплового сопротивления грунта предварительно вдоль трассы кабеля прокладывают заглубленный в грунт электрод, выполненный из электрически неактивного материала, после чего в течение некоторого интервала времени осуществляют электроосмотическую обработку грунта в зоне, расположенной вокруг кабеля, при этом в качестве анода используют заглубленный в грунт электрод, в качестве катода трубу, в которой проложен кабель, а параметры обработки выбирают из условия

где
Е напряженность на поверхности трубы кабеля;
ρ_э, ρ_т удельное электрическое и тепловое сопротивление грунта;
r_o, T_o радиус трубы и температура на ее поверхности;
r, T заглубление кабеля и температура на поверхности Земли;
T_o-T≅10^oC.According to the invention, in order to increase the load capacity of an underground cable by decreasing the thermal resistance of the soil, an electrode buried in the soil made of electrically inactive material is preliminarily laid along the cable path, and then, for a certain time interval, the electroosmotic treatment of the soil is carried out in the area around the cable, while as an anode, an electrode buried in the soil is used, as a cathode, a pipe in which a cable is laid, and processing parameters ybirayut of conditions

Where
E tension on the surface of the cable pipe;
ρ _e , ρ _t electrical and thermal resistance of the soil;
r _o , T _{o the} radius of the pipe and the temperature on its surface;
r, T cable deepening and surface temperature;
T _o -T≅10 ^o C.

Данное соотношение обеспечивает режим электроосмотической обработки без нагрева грунта, окружающего кабель. This ratio provides the mode of electroosmotic treatment without heating the soil surrounding the cable.

Электроосмотическая обработка производится эпизодически (1-2 раза в год) в течение нескольких суток. В остальное время установка при существенно меньшем энергопотреблении может использоваться для обеспечения катодной защиты трубы кабеля. Electroosmotic treatment is performed sporadically (1-2 times a year) for several days. The rest of the time, the installation with significantly lower power consumption can be used to provide cathodic protection for the cable pipe.

Изложенная совокупность существенных признаков предлагаемого способа обеспечивает получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны. The set of essential features of the proposed method provides a technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies.

Предложенное техническое решение является новым, так как характеризуется наличием новой совокупности признаков, отсутствующих во всех известных нам технических решениях. The proposed technical solution is new, as it is characterized by the presence of a new set of features that are absent in all technical solutions known to us.

Непосредственный технический результат, который может быть получен при реализации предложенной совокупности признаков, заключается в том, что при электроосмотическом воздействии на грунт происходит либо перераспределение влаги, либо дополнительное увлажнение грунта вокруг кабеля в зоне, радиус которой в несколько раз превышает радиус трубы, в которой проложен кабель. The immediate technical result that can be obtained by implementing the proposed set of features is that when the electroosmotic effect on the soil occurs, either redistribution of moisture or additional moisture of the soil around the cable in an area whose radius is several times the radius of the pipe in which it is laid cable.

Данный технический результат не является следствием известных свойств, проявляемых рядом известных признаков других объектов, таких как элеткроосмотическая обработка вообще, а является свойством только всей предложенной в первом пункте формулы совокупности признаков, в том числе таких новых признаков, как выбор электродов и параметров электроосмотической обработки. This technical result is not a consequence of the known properties exhibited by a number of well-known features of other objects, such as electroosmotic treatment in general, but is a property of only the totality of features proposed in the first paragraph of the formula, including such new features as the choice of electrodes and electroosmotic processing parameters.

Получение упомянутого технического результата обеспечивает появление у объекта изобретения целого ряда новых полезных свойств, заключающихся в обеспечении возможности существенного (до 20-30%) увеличения нагрузочной способности кабеля. The receipt of the aforementioned technical result ensures that the object of the invention has a number of new useful properties, which include the possibility of a significant (up to 20-30%) increase in the load capacity of the cable.

Указанное позволяет признать предложенное техническое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень". This allows you to recognize the proposed technical solution in accordance with the criterion of "inventive step".

На чертеже представлена схема реализации предложенного способа. The drawing shows a diagram of the implementation of the proposed method.

Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.

Кабель 1 прокладывают в трубе 2, поверхность которой не имеет изоляционного покрытия, либо имеет изоляционное покрытие с низким поверхностным сопротивлением. Вдоль трассы подземного кабеля в грунт на небольшую глубину укладывают электрод 3 в коксовой засыпке 4, выполненной из электропроводящего электрохимически неактивного материала, например, графитосодержащей резины. Cable 1 is laid in a pipe 2, the surface of which does not have an insulating coating, or has an insulating coating with a low surface resistance. Along the route of the underground cable, an electrode 3 is laid into the ground to a shallow depth in a coke charge 4 made of an electrically conductive electrochemically inactive material, for example, graphite-containing rubber.

Затем с помощью источника питания 5 проводят электроосмотическую обработку грунта в зоне вокруг трубы 2 с кабелем 1 путем электрического подсоединения электрода 3 к положительному полюсу источника питания 5, а трубы 2 к отрицательному его полюсу. При отсутствии у кабеля 1 защитной трубы 2, либо наличия на поверхности трубы 2 изоляционного покрытия в слое засыпки кабеля 1 размещают дополнительный электрод (не показан), который и соединяют с отрицательным полюсом источника питания 5. Then, using the power source 5, electro-osmotic soil treatment is carried out in the area around the pipe 2 with cable 1 by electrically connecting the electrode 3 to the positive pole of the power source 5, and pipe 2 to its negative pole. If the cable 1 does not have a protective pipe 2, or if there is an insulating coating on the surface of the pipe 2, an additional electrode (not shown) is placed in the backfill layer of the cable 1, which is connected to the negative pole of the power source 5.

В результате возникновения электроосмотических явлений в грунте происходит электроосмотический перенос влаги, либо ее удержание, что обеспечивает постоянную влажность засыпки и снижение удельного теплового сопротивления грунта по всей длине кабеля 1. Наличие песчаной засыпки позволяет обеспечить отсутствие нагрева в прикатодной зоне за счет более высокого электрического сопротивления песка, а также осуществить равномерную пропитку засыпки при неоднородном электрическом поле за счет высокого значения коэффициента фильтрации песка. As a result of the occurrence of electro-osmotic phenomena in the soil, electro-osmotic moisture transfer or retention occurs, which ensures constant filling moisture and a decrease in the specific thermal resistance of the soil along the entire cable length 1. The presence of a sand filling allows the absence of heating in the cathode zone due to the higher electrical resistance of sand , as well as to carry out uniform impregnation of backfill with an inhomogeneous electric field due to the high value of the sand filtration coefficient .

При проведении электроосмотической обработки недопустим нагрев приэлектродных областей, поэтому максимальная напряженность электрического поля выбирается в соответствии с указанным в формуле условием. When conducting electroosmotic processing, heating of the electrode areas is unacceptable, therefore, the maximum electric field strength is selected in accordance with the condition specified in the formula.

Для оценки промышленной применимости предложенного способа были проведены испытания опытной установки, которая характеризовалась следующими данными:
радиус трубы кабеля 0,1 м,
глубина погружения кабеля 1,5 м,
радиус анодного электрода 0,01 м,
глубина погружения анодного электрода 0,2 м,
радиус коксовой засыпки 0,2 м,
удельное электрическое сопротивление грунта (суглинок)- 50 Ом•м,
радиус песчаной засыпки 0,5 м,
удельное электрическое сопротивление кокса 0,25 Ом•м,
минимальная напряженность электрического поля, при которой начинается электроосмос в суглинке 0,2 В/см,
максимальная допустимая напряженность электрического поля 2В/см,
погонное электрическое сопротивление между электродами в начале обработки 40 Ом•м,
напряжение источника питания 70 В,
мощность установки 120 Вт/м.To assess the industrial applicability of the proposed method, tests were conducted on a pilot plant, which was characterized by the following data:
cable tube radius 0.1 m,
cable immersion depth 1.5 m,
the radius of the anode electrode of 0.01 m,
immersion depth of the anode electrode 0.2 m,
radius of coke backfill 0.2 m,
electrical resistivity of the soil (loam) - 50 Ohm • m,
sand filling radius 0.5 m,
specific electrical resistance of coke 0.25 Ohm • m,
the minimum electric field strength at which electroosmosis begins in loam 0.2 V / cm,
maximum allowable electric field strength 2V / cm,
linear electrical resistance between the electrodes at the beginning of processing 40 Ohm • m,
power supply voltage 70 V,
installation power 120 W / m.

С помощью такой установки, в соответствии с предложенным способом, осуществлялась элеткроосмотическая обработка грунта в течение 2-х сут. При этом было обеспечено снижение удельного теплового сопротивления засыпки в 2,8 раза, что позволяет увеличить нагрузочную способность рассматриваемого кабеля на 20%
Предложенный способ наиболее эффективен в глинистых незасоленных грунтах при влажностях, превышающих нижний предел пластичности.Using this installation, in accordance with the proposed method, electro-osmotic soil treatment was carried out for 2 days. At the same time, a 2.8-fold decrease in the specific thermal resistance of the backfill was ensured, which makes it possible to increase the load capacity of the cable in question by 20%
The proposed method is most effective in clay non-saline soils with humidity exceeding the lower limit of ductility.

Использование предложенного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества:
возможность увеличения нагрузочной способности подземного кабеля в процессе эксплуатации;
возможность учета электротепловых характеристик грунта (теплового сопротивления, электроосмотических характеристик грунта) путем изменения параметров обработки.Using the proposed solution in comparison with all known means of a similar purpose provides the following advantages:
the possibility of increasing the load capacity of the underground cable during operation;
the ability to take into account the electrothermal characteristics of the soil (thermal resistance, electroosmotic characteristics of the soil) by changing the processing parameters.

Claims

1. A method of increasing the load capacity of an underground cable, in which the thermal resistance of the soil is reduced, maintaining its moisture content, characterized in that an electrode buried in the soil made of electrochemically inactive material is laid along the cable path and the soil moisture is maintained by performing electroosmotic soil treatment in the zone around the cable for a period of time not exceeding several days, moreover, an electrode buried in the ground is used as an anode, and as a cathode an electrically conductive element located along the cable in the backfill, while the processing parameters are selected from the condition:

where E is the tension on the surface of the cable pipe;
ρ _e , ρ _t electrical and thermal resistivity of the soil;
r _o , T _{o the} radius of the cathode and the temperature on its surface;
r, T cable deepening and temperature on the surface of the earth, Т _о - Т 10 ^o С.

2. The method according to p. 1, characterized in that as a conductive element using a pipe in which the cable is laid.

3. The method according to p. 1, characterized in that as an electrically conductive element using an additional electrode.