Токовая нагрузочная способность подземных кабелей — тепловое сопротивление грунта и группирование, независимо от глубины прокладки

Подземные кабели — глубина прокладки и механическая защита рассматривает минимальную глубину траншеи 0,5 м для кабеля, проложенного непосредственно в грунте, как защиту от механического повреждения. Данная статья рассматривает совсем другой вопрос об этом же подземном кабеле: сколько тока он может нести? Ответ на этот вопрос зависит от свойств грунта, которые не имеют ничего общего с требованием к глубине прокладки.

Почему грунт требует иного расчёта, чем воздух

Референтные методы — определение способа монтажа показывает, как физический способ монтажа переводится в референтный метод (от A до F), который определяет, какая таблица токовой нагрузочной способности применяется. Для кабелей, проложенных непосредственно в грунте (метод D1), и кабелей в подземной трубе (метод D2), применяется иная модель теплоотвода, чем для кабелей в воздухе: грунт вокруг кабеля должен отводить выделяемое тепло путём теплопроводности через сам грунт, а не путём конвекции в воздухе. Насколько хорошо грунт отводит это тепло, зависит от теплового сопротивления грунта — а это свойство существенно различается в зависимости от типа грунта и степени его влажности.

Референтные значения: сопротивление грунта и температура грунта

Таблицы токовой нагрузочной способности для подземных кабелей (метод D1/D2) составлены для двух референтных значений:

• тепловое сопротивление грунта 2,5 К·м/Вт (таблица B.52.16 приложения B IEC 60364-5-52 даёт поправочные коэффициенты для иного сопротивления грунта — например, сухой песчаный грунт имеет более высокое сопротивление, чем влажный глинистый грунт, что означает более низкий допустимый ток при одном и том же кабеле);
• референтная температура грунта 20°C (таблица B.52.15 даёт поправочные коэффициенты для иной температуры грунта) — это иная референтная величина, чем температура окружающего воздуха 30°C, используемая для надземных способов монтажа.

Оба поправочных коэффициента применяются только к способам монтажа D1 и D2 — для кабелей в воздухе (способы A, B, C, E, F) вместо этого применяются таблицы температуры окружающего воздуха (B.52.14).

Группирование нескольких подземных цепей

Так же, как и для кабелей в воздухе (см. руководство о групповом коэффициенте Cg), для нескольких подземных цепей, проложенных вместе, применяется отдельный групповой коэффициент, поскольку каждая цепь нагревает грунт вокруг других цепей:

• таблица B.52.18 даёт групповой коэффициент для цепей, проложенных непосредственно в грунте (метод D2), рядом друг с другом;
• таблица B.52.19 даёт групповой коэффициент для цепей в отдельных подземных трубах (метод D1), рядом друг с другом.

В обеих таблицах групповой коэффициент уменьшается по мере увеличения числа параллельных цепей и уменьшения расстояния между ними — практическим ориентиром при проектировании трассы служит сохранение расстояния не менее одного диаметра кабеля между параллельными подземными цепями, хотя точный понижающий коэффициент по таблице зависит от фактического числа цепей и выбранного расстояния между ними.

Почему это не связано с требованием к глубине прокладки

Глубина траншеи 0,5 м из §522.8 — это требование механической защиты: оно гарантирует, что кабель случайно не будет повреждён лопатой или экскаватором. Это требование ничего не говорит о том, сколько тока может нести кабель. И наоборот, расчёт токовой нагрузочной способности с учётом сопротивления грунта и группового коэффициента ничего не говорит о требуемой глубине прокладки. Кабель, проложенный точно на глубине 0,5 м и, следовательно, соответствующий требованию механической защиты, всё же может быть тепловой перегружен, если грунт окажется более сухим, с более высоким сопротивлением, чем предполагалось при расчёте, или если в той же траншее проложено больше параллельных цепей, чем было учтено.

Практическая значимость

При проектировании трассы с несколькими подземными цепями, или при жалобе на подземный кабель, который нагревается сильнее ожидаемого без нарушения требования к глубине прокладки, проверка фактического сопротивления и температуры грунта — и применённого группового коэффициента для фактической конфигурации параллельных цепей — является прямым следующим шагом, независимо от механической защиты самого кабеля.

Частые ошибки

1. Предположение, что требование к глубине прокладки (§522.8) также говорит что-то о допустимом токе — это два независимых требования с разными целями.
2. Бездумное применение референтного сопротивления грунта 2,5 К·м/Вт для сухого песчаного грунта, тогда как этот тип грунта может иметь значительно более высокое (худшее) сопротивление, что приводит к более низкому допустимому току.
3. Отсутствие применения группового коэффициента для нескольких параллельных подземных цепей в одной траншее или одном пакете труб, тогда как таблицы B.52.18/B.52.19 составлены именно для этого.
4. Использование таблиц температуры окружающего воздуха (B.52.14) для подземного кабеля, тогда как для метода D1/D2 применяется таблица температуры грунта (B.52.15) — иная референтная температура с иным поправочным коэффициентом.

Связанные материалы

• Подземные кабели — глубина прокладки и механическая защита (§522.8)
• Групповой коэффициент Cg — кабели, связанные в пучок
• Референтные методы — определение способа монтажа