способ прокладки кабельных линий связи
Классы МПК: | H02G9/02 непосредственно по земле, в земле, по дну рек или по морскому дну; покрытия для них, например в форме черепицы |
Автор(ы): | Галкин Александр Федорович, Ли Сергей Трофимович, Аристархов Иван Митрофанович, Воловик Леонид Юрьевич |
Патентообладатель(и): | Галкин Александр Федорович, Ли Сергей Трофимович, Аристархов Иван Митрофанович, Воловик Леонид Юрьевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-10-24 публикация патента:
27.04.1998 |
Изобретение относится к прокладке кабельных сетей, а именно к подземной прокладке кабелей в грунтах, подверженных морозобойному растрескиванию. Сущность изобретения: при засыпке траншеи с проложенным кабелем используют гидрофильную горную породу, которую пропитывают водным раствором этиленгликоля с концентрацией, зависящей от глубины прокладки кабеля и определяемой из математического выражения, что позволит предотвратить разрывы при криогенном растрескивании грунта.
Формула изобретения
Способ подземной прокладки кабельных линий связи, включающий укладку кабеля на дно траншеи и засыпку траншеи грунтом с отличными от коренных пород механическими свойствами, отличающийся тем, что в качестве засыпного грунта используют гидрофильные горные породы, которые полностью насыщают водным раствором этиленгликоля, причем концентрацию этиленгликоля в растворе определяют из следующего соотношения:![способ прокладки кабельных линий связи, патент № 2110128](/images/patents/361/2110128/2110128-7t.gif)
где
![способ прокладки кабельных линий связи, патент № 2110128](/images/patents/361/2110128/928.gif)
t0 - среднегодовая температура воздуха, oС;
tп - средняя температура воздуха за самую холодную пятидневку в году, oС;
h - глубина заложения кабеля, м;
а - коэффициент температуропроводности грунта, м2/ч;
![способ прокладки кабельных линий связи, патент № 2110128](/images/patents/361/2110059/964.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к прокладке кабельных линий связи непосредственно в земле. Преимущественно способ может быть использован при прокладке кабелей в грунтах, подверженных морозобойному (криогенному) растрескиванию, в частности в зоне многолетней мерзлоты. Известен способ прокладки кабелей непосредственно в земле, когда кабели укладывают в траншею с устройством постели и верхнего покрывающего слоя из разрыхленной земли или песчаного грунта толщиной по 10 см каждый [1]. Недостатком данного способа является то, что с течением времени в результате воздействия поверхностных вод в летний период происходят переувлажнение слоя грунта вокруг кабеля и его смерзание с кабелем в зимний период. В зонах, подверженных криогенному растрескиванию, это приводит к нарушению целостности кабеля, а зачастую к его полному разрыву в месте прохождения морозобойной (криогенной) трещины. Известен способ прокладки кабелей в мерзлых породах, включающий дополнительную обмотку кабеля несколькими слоями полиэтиленовой пленки, между которыми укладывают пластинчатую смазку типа БАМ-3, ЦИАТИМ-201 и др. [2]. Недостатками данного способа являются его сложность и высокая стоимость при прокладке через морозобойные участки грунтов, достигающие иногда десятки километров. Наиболее близким к предлагаемому является способ прокладки муфт кабелей в грунтах, подверженных морозобойному растрескиванию, заключающийся в том, что перед засыпкой кабельных муфт в котловане часть засыпного грунта, необходимого для покрытия муфты со всех сторон слоем в 3-5 см, перемешивают с пластинчатой смазкой (смесь делают из расчета 1:1 по объему), затем котлован засыпают обычным грунтом. Недостатками данного способа являются его трудоемкость, высокая стоимость, что делает его применение практически невозможным при прокладке линейных кабелей на большие расстояния через морозобойные участки. Цель изобретения - повышение надежности эксплуатации кабелей в мерзлых породах, подверженных криогенному растрескиванию. Указанная цель достигается тем, что в известном способе в качестве засыпного грунта используют гидрофильные горные породы, которые полностью насыщают водным раствором этиленгликоля, причем концентрацию этиленгликоля в растворе определяют из следующего соотношения:![способ прокладки кабельных линий связи, патент № 2110128](/images/patents/361/2110128/2110128t.gif)
где П - концентрация этиленгликоля в растворе,%;
t0 - среднегодовая температура воздуха,oC;
tп - средняя температура воздуха за самую холодную пятидневку в году,oC;
h - глубина заложения кабеля, м;
a - коэффициент температуропроводности грунта, м2/ч.;
![способ прокладки кабельных линий связи, патент № 2110128](/images/patents/361/2110059/964.gif)
- для засыпки используют гидрофильные горные породы, которые за счет капиллярных сил удерживают водный раствор этиленгликоля и не промерзают в зимний период;
- пропитку горных пород производят до полного насыщения;
- процентное содержание этиленгликоля в растворе определяют из специального математического соотношения. Вывод расчетной формулы для определения концентрации этиленгликоля в растворе. Нижний предел концентрации этиленгликоля в растворе должен обеспечить температуру грунта вокруг кабеля ниже или равной температуре замерзания водного раствора. На основании лабораторных исследований получена следующая зависимость для определения предельной концентрации от температуры (T, oC), при которой раствор замерзает
П = -1,6T - 2,0 (2)
где 1,6 и 2,0 - эмпирические коэффициенты, имеющие размерность (%/oC) и (%) соответственно. Определим минимальную температуру грунта на заданной глубине. Согласно работе (Докучаев В.В. Расчет фундаментов на вечномерзлых грунтах по предельным состояниям. - Л.: Стройиздат, 1968, с. 120) минимальная температура грунта на глубине R определяется по формуле
T(h) = t0 - A0exp (-D), (3)
где t0 - среднегодовая температура воздуха, oC;
![способ прокладки кабельных линий связи, патент № 2110128](/images/patents/361/2110128/2110128-2t.gif)
tп - экстремальная температура поверхности грунта, oC. Как показывает анализ многолетних наблюдений, tп приблизительно равна средней температуре воздуха за самую холодную пятидневку, т.е. может быть определена по известным справочным данным для данной местности, как и величина t0. Например, "Строительные нормы и правила". Ч. 2, разд. А, гл. 6. В кн. Строительная климатология и геофизика, СНиР 2-А.6-72. - М.: Стройиздат, 1973, 320 с.
![способ прокладки кабельных линий связи, патент № 2110128](/images/patents/361/2110128/2110128-3t.gif)
где
![способ прокладки кабельных линий связи, патент № 2110128](/images/patents/361/2110059/964.gif)
a - температуропроводность, м2/ч. Таким образом, на глубине заложения кабеля минимальная температура грунта будет определяться из выражения
![способ прокладки кабельных линий связи, патент № 2110128](/images/patents/361/2110128/2110128-4t.gif)
или, поскольку всегда выше, то
![способ прокладки кабельных линий связи, патент № 2110128](/images/patents/361/2110128/2110128-5t.gif)
Концентрация этиленгликоля должна быть такой, чтобы обеспечить на глубине R температуру, выше или равную температуре замерзания водного раствора, т.е. П
![способ прокладки кабельных линий связи, патент № 2110128](/images/patents/361/2110007/8805.gif)
где П определяется по формуле (5), т.е.
![способ прокладки кабельных линий связи, патент № 2110128](/images/patents/361/2110128/2110128-6t.gif)
С другой стороны, проведенные лабораторные исследования показали, что при определенной концентрации зависимость между температурой замерзания раствора и содержанием в нем этиленгликоля имеет точку перегиба. В частности, установлено, что при П = 65,3% температура замерзания равна минимальному значению -65oC, и при дальнейшем увеличении концентрация не понижается, а растет (сравним: при П = 82,5oC T = -44oC, а при П = 97% T = -22oC). Таким образом, естественным ограничением способа (верхним пределом формулы) является соотношение:
П
![способ прокладки кабельных линий связи, патент № 2110128](/images/patents/361/2110037/8773.gif)
Соединяя (8) и (7), получим соотношение (1), которое и вошло в формулу изобретения. Рассмотрим конкретный пример использования способа, поясняющий сущность изобретения. Прокладка кабеля осуществляется в дисперсных грунтах г. Якутска, подверженных морозобойному растрескиванию, в результате чего около 30% кабельных линий ежегодно выходит из строя и требует ремонта. Характерные данные для условий г. Якутска следующие: t0 = -10,4oC; tп = -55oC; h = 1,2 м; Q = 4
![способ прокладки кабельных линий связи, патент № 2110128](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ прокладки кабельных линий связи, патент № 2110128](/images/patents/361/2110059/964.gif)
![способ прокладки кабельных линий связи, патент № 2110128](/images/patents/361/2110007/8805.gif)
Класс H02G9/02 непосредственно по земле, в земле, по дну рек или по морскому дну; покрытия для них, например в форме черепицы