Почему зимой электрические провода

Почему провода рвутся на морозе

Морозная зима доставляет много хлопот. Если в 50-х гг. такой была буквально каждая, то в нынешнее время многие горожане обходятся без зимних шапок, полушубков, а валенки в диковину. Это не беда, жаль только, что вместе с уходом морозных зим подзабылись и физические знания. Включая телевизор или радио, многие нынче слышат авторитетные рассуждения о том, что магниты на морозе перестают «магнитить», а медные провода рвутся из-за ослабления прочности меди при охлаждении.

Признаём, что данные по зависимости многих свойств от температуры входят далеко не во все справочники. Однако уже из общих представлений о строении вещества можно сказать, что изменение физической температуры на 5–10% вдали от фазовых или агрегатных переходов не может привести к серьёзным последствиям. Например, большинство ферромагнетиков теряет свои уникальные магнитные свойства при температурах около +400…1000 °С (точка Кюри). Что касается прочности, то, заглянув в соответствующий справочник, можно убедиться, что с уменьшением температуры она только возрастает [1]. Однако факты налицо: провода действительно лопаются на морозе. В чём же дело? Рассмотрим два конкретных примера.

• Провод, натянутый между двумя опорами, расположенными на расстоянии 50 м друг от друга, при температуре воздуха –30 °С провисает на 20 см. Как изменится глубина провисания, когда на улице потеплеет до 0 °С? Во сколько раз уменьшится при этом натяжение провода? Форму «провисания» считать для удобства треугольной * . Коэффициент линейного расширения материала провода 17 · 10 –6 град –1 .

Решение. 1. Если при температуре 0 °С длина равна L₀, то при охлаждении до температуры –30 °С, длина изменится на ∆L_t = = L₀αt. Так, если на морозе провод имеет длину 25 м, то при нагревании до нуля его удлинение составит ∆L_t = 25 · 30 · 17 · 10 –6 ≈1,27 см.

Получим соотношение, связывающее провисание h с расстоянием между опорами L и удлинением ∆L (для оценки учтём лишь основные слагаемые):

(L + ∆L) 2 = L 2 + h 2 2L · ∆L ≈ h 2 .

По этой формуле получаем, что на морозе половина висящего провода удлинена на 1 мм относительно 25 м, а при удлинении на 1,27 см при повышении температуры глубина провисания станет около 80 см.

Если провод подвергается нагрузке F, хотя бы от собственного веса, то его натяжение определится по правилу разложения сил:

Отсюда получаем, что отношение натяжений провода при указанных температурах

Замечание. Поскольку фундаменты опор устанавливаются ниже глубины промерзания почвы (для предотвращения вспучивания), то изменением расстояния между опорами естественно пренебречь. Вычисления можно проводить без использования правил приближённых вычислений, но более точные вычисления здесь ничем не оправданы.

А теперь поставим задачу чуть иначе.

• Провод, натянутый между двумя опорами, расположенными на расстоянии 50 м друг от друга, при температуре воздуха 0 °С провисает на 20 см. Как изменится провисание, когда на улице похолодает до –30 °С? Во сколько раз увеличится при этом натяжение провода?

Решение. Воспользовавшись проделанными оценками, знаем: провисание 20 см означает, что провод длиннее расстояния между опорами всего на 2 мм. Уменьшение длины провода при охлаждении до температуры –30 °С оказывается примерно 2,6 см, т.е. провод должен неминуемо порваться. Если такое не происходит повсеместно, то это означает, что медь перед разрушением подвергается значительной пластической деформации: необратимо вытягивается, насколько возможно.

Таким образом, для предотвращения разрыва провода необходимо заблаговременно увеличить его провисание перед наступлением холодов, а затем, при установлении тёплой погоды, снова натянуть провода. Еще недавно на троллейбусных столбах можно было увидеть устройства для регулирования натяжения – в виде системы блоков и гирлянды висящих грузов.

1. Физические величины. Справочник. Сост. А.П.Бабичев и др.: Под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мейлихова. – М.: Энергоатомиздат, 1991.
2. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике (для инженеров и учащихся ВТУЗов). – М.: Наука, 1980 (или любое другое издание).

* Строго говоря, стационарная форма описывается кривой, которая называется гиперболическим косинусом, или цепной линией (см., например, [2]). Это усложняет расчёт, но порядок величин остаётся тем же.

Источник

Особенности зимнего электромонтажа

Старайтесь выполнять электромонтажные работы в теплое время года при положительной температуре. Из этой статьи вы узнаете, почему зимой монтировать проводку сложно, а также что делать, если вы не успели сделать запланированное осенью и не можете ждать до весны.

Особенности земляных работ зимой

Особенность простая: если земля промерзшая, для выполнения земляных работ придется использовать экскаватор. При положительной температуре траншеи и ямы под столбы можно выкопать вручную. Зимой при сильном морозе придется привлекать спецтехнику даже для небольшого объема работ.

Вторая проблема при выполнении земляных работ – обычный раствор для бетонирования столбов на морозе не застывает. Входящая в состав раствора вода замерзает до того, как раствор отвердеет.

Чтобы решить проблему, используйте модификаторы. Противоморозные добавки предотвращают замерзание воды при отрицательной температуре. Это позволяет бетонировать столбы при температуре до –10 °C.

Есть технологии, которые позволяют бетонировать конструкции и при более низких температурах. Например, вместе с арматурой можно уложить в конструкцию обогревающий кабель и залить его раствором. Затем кабель нужно подключить к источнику питания. Этот прием позволяет в течение нескольких часов нагреть раствор до температуры 20–30 °C даже на сильном морозе. Но он экономически нецелесообразен при бетонировании одного или нескольких столбов.

Как правильно паять провода в мороз

Из-за низкой температуры воздуха монтеры сталкиваются со сложностями при пайке проводов. Уже при температуре –5 °C электрические паяльники не справляются со своей задачей. Не помогут и портативные газовые паяльники . Их мощности недостаточно, чтобы разогреть припой. Да и ветер задувает небольшие горелки.

Поэтому для пайки на морозе придется использовать мощные газовые горелки . Даже этот инструмент использовать неудобно, так как из-за низкой температуры металл дольше нагревается.

В качестве альтернативы пайке для соединения проводов можно использовать сварку.

Как на морозе работать с кабелем

При очень низких температурах изоляция проводов теряет эластичность. На профессиональном сленге это называется «дубеет». «Задубевший» кабель невозможно согнуть или выпрямить, так как изоляция трескается и ломается.

Поэтому при выполнении электромонтажных работ на улице нужно предварительно изучать технические характеристики кабеля. Например, для подключения здания к линии электропередач используется кабель СИП . Его можно монтировать при температуре до –20 °C.

Если на улице холоднее –20 °C, нужно отложить монтажные работы или прогреть кабель. Для этого достаточно положить его в отапливаемое помещение и подождать 72 часа. После этого необходимо быстро смонтировать проводку. Кабель на морозе остывает, поэтому время работ ограничено в зависимости от температуры воздуха:

• До 1 часа при температуре до –10 °C.
• До 40 минут при температуре от –10 ° до –20 °C.
• До 30 минут при температуре от –20 ° до –40° C.

Если температура падает ниже –40 °C, работать с кабелем нельзя даже после прогрева.

Сократить время прогрева кабеля можно с помощью тепловой пушки или трансформатора. Тепловая пушка устанавливается в палатке или в помещении. Теплый воздух необходимо направить на кабель в барабане. Прогрев кабеля тепловой пушкой занимает несколько часов.

Источник

Прокладка кабелей зимой в мороз

Краткое содержание статьи:

• основная часть:
  • температура прокладки кабеля (без подогрева);
  • способы прогрева;
    • трёхфазным током;
    • в тёплом помещении;
• дополнительная информация:
  • хранение;
  • транспортировка;
  • способы раскатки;
    • усилия при протяжке за жилы;
    • прокладка в траншее;
    • прокладка в кабельных сооружениях;
    • пожарная безопасность.

Допустимые температуры прокладки кабеля

Таблица 1. Допустимые температура воздуха, при которых кабели прокладывают без предварительного нагрева

Марка кабеля или провода	Подогрев не требуется при t воздуха °С, не менее	Диапазон рабочих температур, °С
ВВГ, ВВГнг, ВВГнг-LS, АВВГ, АВВГнг, АВВГнг-LS, ВБбШв, АВБбШв (силовые кабели в ПВХ изоляции и оболочке по пункту 2.5.1 стандарта ГОСТ 16442)	-15	от -50 до +50
ПВС, ШВВП (бытовые провода в ПВХ изоляции и оболочке по пункту 8.2 стандарта ГОСТ 7399)	-15	от -25 до +40
ПВ1, ПВ3, АПВ, ППВ, АППВ (провода в ПВХ изоляции без оболочки по пунктам 6.1 и 2.6.8 стандарта ГОСТ 6323)	-15	от -50 до +70
ААБл, ААШв, АСБ (с бумажной изоляцией по пунктам 5а.4 и 2.5.1 стандарта ГОСТ 18410)	0	от -50 до +50
с бумажной изоляцией, пропитанной нестекающим составом маслонаполненные низкого и высокого давления	+5	от -50 до +50

Способы прогрева кабелей при низких температурах (зимой в условиях сильного мороза) перед прокладкой

Таблица 2. Вариации нагрева проводников

Приоритет
1	трёхфазным током при теплоизоляции барабана (например, накрытый брезентом)	во всех случаях, в особенности для протяжённых кабельных линий
2	однофазным или постоянным током (соединения жилы бифилярно) с теплоизоляцией барабана	при отсутствии трёхфазного источника
3	внутри зданий с температурой воздуха до +40 °С	при близком расположении отапливаемых помещений от места укладки (при температуре воздуха не ниже -20 °С)
4	в палатках, которые обогревают горелками ИК излучения, печью или тепловоздуходувкой	если все вышеуказанные способы неприменимы

Таблица по смысловому содержанию соответствует таблице 7-14 источника 1.

Таблица 3. Данные прогрева кабелей на напряжение до 10 кВ трёхфазным током

Сечение жил, мм 2	Ток в амперах		Продолжительность нагрева в минутах, при температуре воздуха, °С			Напряжение в вольтах, на каждые 100 м кабеля
			0	-10	-20
10	приближён к номинальному		60	75	100	23,0
16			60	75	100	19,0
25			75	90	110	16,0
35			75	95	110	14,0
50			90	115	135	11,5
70			100	125	150	10,5
95			100	125	150	9,0
120			110	140	170	8,5
150			125	150	185	7,5
185			135	170	210	6,0
240			150	190	235	5,3

• +20 °С при температуре воздуха -9 °С;
• +30 °С при температуре воздуха из диапазона -10 °С ≤ t ≤ -25 °С.

Таблица 4. Продолжительность нагрева кабеля в помещении с отоплением

Температура воздуха в помещении, °С	Длительность хранения, суток
5-10	не менее 3
10-25	в диапазоне 1.0-1.5
25-40	не менее 0.75

Таблица в точности соответствует таблице 7-13 источника 1.

Хранение и перемещение кабелей

Правила хранения представлены в нижеследующей таблице:

Таблица 5. Условия хранения

Объект хранения	Рекомендуемые условия	Допускаемые отклонения
Обшитые барабаны с исправными кабелями	Долговременное хранение под навесом в уличных условиях	до 1 года хранят на открытом воздухе, но на твёрдой основе (например, деревянный настил, бетонное или асфальтовое покрытие, специальные подкладки и другое)
Кабели с незащищённой пластиковой оболочкой или шлангом	Продолжительное хранение в бухтах или незашитых барабанах без прямого воздействия солнечной радиации	—
Концы кабелей с бумажной изоляцией, которые пропитаны вязким или нестекающим составом	Припайка к оболочке свинцового защитного колпака (или пластикового колпака)	до 2 месяцев допускается заделывать картонной воронкой залитой битумом (жилы кабеля не выходят из воронки)
Концы кабелей с пластиковой или резиновой изоляцией	Заделка мягким колпаком из пластика или резины или заделка изолентой

Перемещение барабанов с кабельными изделиями:

Таблица 6. Транспортировка барабанов

Прокладка кабелей

Прокладка в воздухе и земле

Операция	Способ выполнения	Допускаемое отклонение
Погрузка и разгрузка	Самоходным краном, специальными автомобилями с лебёдкой либо кабельным транспортёром (разгрузка сбросом не приемлема)	лебёдкой по наклонному помосту с уклоном не больше 14.5° (соотношение 1/4)
Перевозка к месту прокладки	На кабельном транспортёре, тракторе, грузовом автомобиле, либо автопогрузчике	перемещение на стальном листе (который скользит по земле) при помощи трактора, грузового автомобиля или лебёдки
Перекатывание по ровной поверхности на расстояния до 500 м	Лебёдкой

Таблица 7. Способы раскатки кабелей

Способ	Технология выполнения	Область применения
Тяжение кабеля с помощью приводов	Несколько протяжных устройств равномерно расставляют по трассе через определённые расстояния (в зависимости от массы кабеля), обеспечивают их синхронную работу, контролируют продвижение	универсальный способ
Передвижение барабана с кабелем вдоль трассы на кабельной тележке, грузовом автомобиле с одновременной раскаткой	Барабан устанавливают на домкраты через стальную ось. Вращают барабан, разматывают кабель и укладывают на дно траншеи либо прокладывают вдоль бровки и затем перекладывают на дно	На трассе без препятствий, где возможно передвижение выбранного механизированного средства
Протяжка по роликам при помощи лебёдки или другого единственного механизма тяги	Барабан с кабелем устанавливают неподвижно на одном конце трассы. Ставят угловые ролики (в местах поворота) и линейные ролики через каждые 2-5 метров. Тяговый стальной канат крепят за жилы, за алюминиевую оболочку или за проволочную броню	Во всех случаях, когда невозможна раскатка представленными выше методами, например, в траншеях, каналах, туннелях, по эстакадам и открыто в зданиях
Тяга кабеля через длинные трубопроводы	Изначально в трубопровод затягивают стальной канат, а затем кабель	При прокладке в блочной канализации через трубы, проложенные в кабельных переходах
Вручную	Барабан ставят на домкраты. Крутят барабан, вручную тащат кабель по трассе. Рабочие несут кабель на плече или передают из рук в руки	На коротких трассах при раскатке небольшого числа кабелей, когда отсутствует возможность применения механизмов или их задействование нецелесообразно

Таблица по смысловому содержанию соответствует таблице 7-19 источника 1.
Если по местным условиям раскатка кабеля с барабана на полную длину не возможна, то оставшийся метраж временно укладывают в виде «петли» с последующим переносом на трассу. При этом способе выдерживают допустимый радиус изгиба. В случае низких температур скручивание в «петлю» не разрешено.

Допустимые усилия тяжения:

• силовых кабелей (по таблице 7-18 источника 1)
  • с медными жилами – не более 50 Н/мм 2 ;
  • с алюминиевыми жилами
    • многопроволочными – не более 40 Н/мм 2 ;
    • однопроволочными – не более 20 Н/мм 2 ;
• контрольных кабелей (по пункту 6.7 стандарта ГОСТ 1508)
  • с медными жилами – не более 40 Н/мм 2 ;
  • с алюминиевыми жилами – не более 20 Н/мм 2 .

• для силового кабеля АВВГ 4х240 (многопроволочные алюминиевые жилы) – не более 4·240·40 = 38 400 Н (≈ 3 840 кг);
• для контрольного кабеля КВВГнг 14х1.5 (монолитные медные жилы) – не более 14·1.5·40 = 840 Н (≈ 84 кг).

Таблица 8. Рекомендации по укладке кабеля в траншею

Требования	Напряжение, кВ	Технические указания
Присыпка грунта снизу и засыпка сверху	любое	слой мелкой почвы, которая не содержит инородных включений (камни, мусор, шлак)
Протекция от механических ударов	менее 35	плитами или кирпичами (исключая силикатные)
Глубина прокладки кабеля от поверхности	менее 20 35 110-220	0,7 м 1,0 м 1,5 м и более
Укладка в траншею	любое	с запасом длины (1­-2) %
Защита от коррозии	любое	применение бронированных кабелей (броня из оцинкованной стали)
Защита от блуждающих токов	любое	требуется специальный проект

• в пучинистый грунт;
• нагретого кабеля в любой грунт (так как при охлаждении его общая длина сократится).

Обеспечивать запас длины в виде колец не разрешается.

Нормирование расстояний при укладке в траншеях:

• при параллельном расположении (таблица 7-21 источника 1);
• при пересечении (таблица 7-22 источника 1).

Полная информация по прокладке кабелей в земле в отдельной статье.

Источник