Требования к трубам для прокладки силовых кабельных линий

Почти год назад на страницах журнала «КАБЕЛЬ-news» была опубликована статья [1], в которой был поднят вопрос о тех первоочередных требованиях, которые следует предъявлять к трубам для прокладки силовых кабельных линий 6—500 кВ. В новом материале хотелось бы продолжить поднятую в ста­тье тему.

В статье [1] отмечалось, что в последнее вре­мя кабели размещают в трубах холодного водоснабжения, выполненных из полиэти­лена низкого давления ПНД, предназна­ченного для работы в температурном диапазоне до 40оС [2]. Допустимость такого технического решения никем не проверялась, соответствующих испытаний не проводилось, опыт эксплуатации не анализиро­вался.

Вместе с тем есть основания считать, что про­кладка кабельных линий в ПНД-трубах является не­желательной. Дело в том, что современные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена в нормальном режиме имеют температуру до 90оС, а с учётом воз­можных перегрузок и коротких замыканий — ещё больше. Столь существенное различие в рабочих температурах кабелей (90оС) и труб (до 40оС), в ко­торых они прокладываются, может привести к неже­лательным последствиям, например, к слипанию ка­беля и трубы или к деформации трубы, в результате чего кабель нельзя будет извлечь из трубы в случае такой необходимости.

Несоответствие характеристик ПНД-труб холод­ного водоснабжения условиям совместной работы с силовыми кабельными линиями 6—500 кВ подтвер­дили и участники заседания Ассоциации электро­снабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО», которое проходило в начале июня 2014 года в Ниж­нем Новгороде. Тогда же один из специалистов об­ратил внимание на то, что, например, в Московской кабельной сети для прокладки кабелей применяют так называемые двустенные гофрированные трубы, которые, по его мнению, больше подходят для этих целей, нежели ПНД.  Какими характеристиками всё же должны обла­дать полимерные трубы для прокладки кабельных линий? Попробуем разобраться, для чего последо­вательно рассмотрим все те трубы, которые про­изводители систем водоснабжения и систем водо­отведения (канализации) вот уже не первый год пытаются «приладить» для нужд электроэнергетики: дренажные (гофрированные), холодного и горячего водоснабжения.

 

ДРЕНАЖНЫЕ ТРУБЫ

Всем имеющим дачные участки известны со­временные дренажные трубы (рис. 1). Они предна­значены для сбора и отведения воды с участков в дренажные колодцы, в пруды и канавы. Дренажные трубы диаметром 50—200 мм можно найти в любом строительном магазине. Такие трубы выполняются гофрированными, что придаёт им гибкость, необхо­димую при монтаже и позволяющую продавать их удобными для покупателей бухтами. Трубы более высокого диаметра в бухту смотать сложнее, и они продаются прямыми кусками определённой длины.

Дренажные трубы в большинстве своём име­ют перфорацию — небольшие отверстия или над­резы, благодаря которым вода из грунта попадает внутрь трубы и далее уже в систему водоотведения.

 

Рис 1.

С целью предотвращения попадания мелких частиц грунта внутрь трубы снаружи она оборачивается геотекстилем (на рис. 1 это светло-серая ткань).

Чаще всего дренажные трубы выполняются чёр­ного цвета, но изготовить можно и любые другие. Также на рынке в ассортименте представлены раз­личные соединители для труб, тройники и переход­ники, заглушки и воронки, смотровые колодцы.

Простота производства привела к высокой кон­куренции на рынке дренажных и канализационных труб, и с течением времени предприниматели стали искать новые возможности для сбыта гофрирован­ных труб.

Например, гофрированные трубы оказа­лись удобны для выполнения скрытой электропро­водки в сетях низкого напряжения 0,4 кВ (рис. 2).

 Так, в настоящее время почти в любом магазине электротоваров в наличии имеется гофрированная труба серого цвета диаметром от одного до несколь­ких сантиметров, упакованная в бухты по 50 или 100 метров. Разумеется, такая труба уже не имеет пер­форации и не обмотана геотекстилем, а для удоб­ства протяжки кабеля внутри трубы предусмотрена специальная тонкая стальная проволочка, которая получила название «кондуктор».

Идея применения гофрированных труб при мон­таже кабельно-проводниковой продукции, успешно реализованная в сетях 0,4 кВ, привела к тому, что появились фирмы, предлагающие такие трубы уже не только для сетей 0,4 кВ, но и для 6 кВ и выше. Разумеется, перед выходом на рынок силовых ка­бельных линий 6—500 кВ обычные гофрированные трубы потребовали «доработки». Её необходимость была связана с тем, что в отличие от сетей 0,4 кВ в сетях 6—500 кВ рабочая температура кабелей зна­чительна: для бумажно-пропитанной изоляции — 70оС, для изоляции из сшитого полиэтилена — 90оС. Таким образом, «доработка» гофрированных труб должна была заключаться в придании им термостой­ких свойств. Итогом работы стал выход на кабель­ный рынок двустенных гофрированных труб (рис. 3).  В сети интернет и в каталогах на подобную дву­стенную гофрированную трубу указывается, что она имеет два слоя:

внешний, выполненный из ПНД (полиэтилен низ­кого давления);

внутренний, выполненный из ПВД (полиэтилен высокого давления). Также указывается, что эта труба предназначена 

для работы в диапазоне температур до 90оС. Именно прямое указание в каталогах на рабочую температу­ру до 90оС вроде бы и позволяет применять трубу для прокладки силовых кабельных линий с изоляци­ей из сшитого полиэтилена, если бы не одно важное «но».

Как известно, температура плавления полиэти­лена низкого давления ПНД по ГОСТ 16338 состав­ляет 135оС. Температура же плавления полиэтилена высокого давления ПВД по ГОСТ 16337 составляет всего 103оС, т.е. ПВД ещё меньше подходит для ра­боты вместе с силовыми кабельными линиями, чем ПНД, которому посвящена статья [1].

На самом деле появление у гофрированной тру­бы внутреннего слоя из ПВД не имеет никакого от­ношения к решению задачи придания трубе термо­стойкости, необходимой для использования трубы совместно с силовыми кабелями 6—500 кВ.

Внутренний слой из ПВД — это всего лишь свое­образная основа, на которую наклеивается внешний слой из ПНД, что позволяет увеличить кольцевую жёсткость трубы, не теряя её гибкости. Однако при этом применение мягкого и вязкого ПВД-слоя соз­даёт дополнительное сопротивление при протяжке

 

Рис. 2. Электропроводка 0,4 кВ, выполненная гофрированными трубами

 

Рис. 3. Двустенная гофрированная труба, предлагаемая для силовых кабелей

 

 

Рис. 4. Кабельная линия 0,4 кВ, уложенная в двустенную гофрированную трубу

 

кабеля внутри трубы, что может привести к нежела­тельным последствиям. Поэтому попытка ряда фирм выдать наличие ПВД-слоя за специальное преиму­щество двустенных труб, важное при прокладке си­ловых кабелей, на самом деле является нечестным, а указание в каталогах температуры эксплуатации 90оС — откровенным вводом в заблуждение.

Предлагаемая на рынке двустенная гофриро­ванная труба, материал которой плавится уже при 103оС, никак не может использоваться совместно

с кабельными линиями, имеющими длительно до­пустимую температуру 90оС (при перегрузках и ко­ротких замыканиях температура ещё больше). По­этому применение двустенных гофрированных труб для прокладки кабельных линий 6—500 кВ является ошибочным техническим решением, причина кото­рого кроется в неверно указанной в каталоге рабо­чей температуре 90оС.

Единственная технически обоснованная область применения гофрированных двустенных труб в электроэнергетике — это выполнение электропро­водки в сетях до 1 кВ (рис. 4, 5). Только в сетях до 1 кВ температурный режим кабелей отвечает реаль­ным характеристикам ПНД/ПВД-труб.

Даже если представить, что производителям дву­стенных гофрированных ПНД/ПВД-труб действи­тельно удалось бы довести рабочую температуру труб до рекламируемых значений в 90оС (с примене­нием ПВД-слоя это невозможно), то и в этом случае такие трубы всё равно не могли бы применяться в кабельных сетях 6—500 кВ.

Причина очень проста — эти гофрированные трубы не могут быть проложены методом горизон­тально направленного бурения (ГНБ), ставшего не­заменимым при прокладке кабелей 6—500 кВ, ведь для использования ГНБ труба должна быть стойкой к растяжению (важно при затяжке трубы в грунт) и

Рис. 5. Кабельные линии 0,4 кВ, уложенные в двустенную гофрированную трубу и располагаемые в траншее

 

ТРУБЫ ХОЛОДНОГО И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Согласно п. 6.11.4 Стандарта СТО «Силовые ка­бельные линии напряжением 110—500 кВ. Условия создания. Нормы и требования» [3] при прокладке кабельных линий в трубах рекомендуется использо­вать полиэтиленовые трубы низкого давления, вы­полненные по ГОСТ 18599-2001 «Трубы напорные из полиэтилена» [2]. В настоящее время применение таких труб является массовым.

В соответствии с этим ГОСТ полиэтиленовые трубы низкого давления (ПНД) предназначены для длительной эксплуатации в диапазоне температур до 40оС, поскольку являются трубами холодного во­доснабжения. Вместе с тем у кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена рабочая температура до­стигает 90оС, а с учётом перегрузок и того выше. По­чему же ПНД-трубы активно применяются вопреки явному несоответствию их характеристик условиям работы кабельных линий?

ПНД-трубы (рис. 6) обладают рядом свойств, ко­торые оказались востребованы в кабельном сетевом строительстве: они относительно недорогие, имеют хорошую кольцевую жёсткость (при правильном вы­боре толщины стенки), без особого труда могут быть спаяны друг с другом для образования протяжённо­го участка. Из всех труб, которые были на рынке на момент разработки стандарта [3], лишь ПНД-трубы по совокупности характеристик могли быть исполь­зованы для прокладки кабельных линий методом го­ризонтально направленного бурения.

Также следует отметить, что при создании стан­дарта [3] прокладка кабелей в трубах подразумева­лась на относительно небольших участках, таких, как проколы под дорогами, железнодорожными путями, водоёмами. Разработчики [3] вряд ли мог­ли предполагать, что столь популярной станет про­кладка кабелей в проколах длиной вплоть до 1000 метров и даже больше, где условия охлаждения ка­белей уже совсем не такие благоприятные, как на небольших участках.

В условиях дорогостоящих протяжённых про­колов несоответствие рабочей температуры ПНД­трубы и кабельной линии не может быть оставлено без внимания. Поэтому разработка и внедрение в сетях специальных термостойких кабельных труб — это актуальная задача, решив которую удастся за­вершить период вынужденного применения ПНД­труб водоснабжения, долгие годы не имевших аль­тернативы в электросетевом строительстве.

Если труба холодного водоснабжения не являет­ся термостойкой, то труба горячего водоснабжения уже лишена такого недостатка. Так, например, ко­рейские

 

Рис. 6. ПНД-трубы холодного водоснабжения

 

Рис. 7. Китайские трубы «Power Cable Protection Pipe» для защиты силовых кабелей

 

и китайские компании предлагают для про­кладки силовых кабелей трубы из поливинилхлорида (ПВХ), хлорированного поливинилхлорида (Х-ПВХ) или полипропилена, называя их в каталогах Power Cable Protection Pipe (трубы для защиты силовых кабелей) (рис. 7), где справедливо указывают ра­бочие температуры вплоть до 90оС. Другой пример: крупнейший производитель пластиковых труб — американская компания Eagle — для кабельных ли­ний производит трубы только из термостойких по­лимеров с рабочей температурой 90оС, называя их Electrical conduit (рис. 8).

Рис 8.

К сожалению, упомянутые зарубежные трубы не являются гибкими и сложнее свариваются друг с другом в сравнении с ПНД, что в отличие от ПНД не позволяет использовать их для нужд горизонтально направленного бурения. Например, для соединения труб Electrical conduit на одном из концов они име­ют раструб. Несмотря на названные преимущества и недостатки зарубежных термостойких труб совер­шенно ясно другое — за границей признают необхо­димость прокладки кабелей в термостойкий трубах, а о применении для этих целей ПНД речи не идёт!

 

ТРЕБОВАНИЯ К ТРУБАМ

К настоящему времени для прокладки силовых кабельных линий 6—500 кВ в нашей стране и за рубежом пытались использовать практически весь ассортимент труб, выпускаемых для нужд водоснаб­жения и канализации. Это были и дренажные гоф­рированные трубы, и трубы холодного водоснабже­ния из полиэтилена низкого давления ПНД, и трубы горячего водоснабжения из поливинилхлорида ПВХ. Однако полностью удовлетворить требованиям про­кладки силовых кабелей так и не получилось, а ведь эти требования понятны любому кабельщику: термостойкость;

возможность прокладки методом горизонтально направленного бурения (труба должна быть гиб­кой, прочной, подвергаться стыковой сварке);

возможность извлечения кабеля из трубы с це­лью его ремонта или замены. Может быть, специалистам-энергетикам нужно наконец чётко сформулировать эти три простых требования и дать задание промышленности на разработку труб, которые бы полностью им удов­летворяли?

Ведь нельзя назвать нормальной ситуацию, когда для прокладки кабельных линий, стоимость каждо­го километра которых с учётом монтажа достигает 50—100 млн рублей, используются явно не подхо­дящие для этих целей дренажные трубы или трубы систем водоснабжения, не имеющие никакого отно­шения к электротехнике ни по характеристикам, ни по происхождению!

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Дмитриев М.В. Термическая стойкость кабельных линий 6—500 кВ. Требования к полиэтиленовым трубам. «КАБЕЛЬ-news», 2014, № 1, с. 28—33.

2. ГОСТ 18599-2001 «Трубы напорные из полиэти­лена. Технические условия».

3. СТО 56947007-29.060.20.072-2011 «Силовые ка­бельные линии напряжением 110—500 кВ. Орга­низация эксплуатации и технического обслужива­ния. Нормы и требования» (Москва, ОАО «ФСК ЕЭС», 2011).