Технические характеристики ЛЗС и выдерживаемые нагрузки
Имея сведения о технических характеристиках наиболее распространенных в Республике Беларусь экскаваторов, специалисты ООО «ИнтербелтрейдЭнерго» г.Минск создали защитный материал с прочностью на разрыв 14,86 МПа., выпускаемый в рулонах по 50 метров. ( Для справки :прочность ленты измеряется в МПа фактически это усилие на единице площади контакта (площади поперечного сечения ленты)P=F/S ) . Площадь поперечного сечения ленты ЛЗС размером 250*3.5мм - S= 0.0035м*0,25м=0,000875м2 (Квадратного метра), следовательно возможно рассчитать силу необходимую для разрыва ленты по формуле F=P*S= 14,86МПа(Мега Паскаль)*0,000875м2 =13002,5 Н или 13кН.
Из приложенного протокола испытаний испытательного центра ОАО «Стройкомплекс» (стр. 1, стр. 2) для вышеприведенных расчетов взято минимальное значение прочности ленты при растяжении в продольном направлении равное 14.86 Мпа, следовательно, полученное значение усилия на разрыв 13 кН является минимально возможным усилием.
Такое усилие на разрыв будет только если ленту тянут вдоль, т.е. разрывают на минимальном сечении (строго поперек ленты), любое скашивание направления разрыва увеличивает эффективную площадь сечения, например если рвать ленту через грань под углом 450 ее площадь поперечного сечения станет 0.0012 м2 и усилие на разрыв увеличиться до 19 кН . Такой материал при захвате ковшом экскаватора, в отличие от мелко сегментированной защиты в виде кирпича, окажет значительное сопротивление на разрыв и предотвратит повреждение кабельной линии. Следует отметить, что вырывное усилие, развиваемое гидроцилиндрами ковша экскаватора на базе МТЗ 82,например экскаватора-погрузчика с челюстным ковшом 702 ЕА пр-ва ЗАО «Амкодор», составляет 4 кН, а всей стрелы в целом – 18 кН (максимально допустимое 21 кН). Для разрыва ленты ЛЗС шириной 250 мм. необходимо приложить усилие, в зависимости от положения ленты на ковше, от 13 кН при попадании ленты только на режущую кромку ковша экскаватора и до 22,6 кН при полном подводе ковша под ленту (при захвате на обе грани в реальном процессе сопротивление не удваивается, а становиться больше только в 1,75 раза), что сопоставимо с максимальной нагрузкой на стрелу экскаватора. Очевидно, что не заметить такое сопротивление, оказываемое работе экскаватора невозможно.
Естественно, что кирпич в таком случае будет просто вырыт вместе с грунтом и не выполнит своей защитной функции. Крайние кирпичи попавшие на ковш будут либо вырваны, либо обломаны, так как по стандарту СТБ 1160-99 имеют прочность на изгиб около 2 МПа. Смотрите таблицу прочности кирпича при механическом воздействии.
На фото шурфовка старого кабеля. На краю траншеи обломки кирпича.
В тоже время лента ЛЗС не разрушается и при изгибе на 180 градусов, что не дает возможности ковшу экскаватора вырвать даже ее отдельный кусок. Лента ЛЗС будет продолжать защищать кабельную линию, даже в случае захвата ковшом экскаватора кабеля и ленты одновременно (при захвате ковшом экскаватора кирпича, острые растрескавшиеся обломки лишь ускорят повреждение изоляции кабеля). В таком случае силы сопротивления разрыву для кабеля и ленты будут иметь общее направление, увеличивая защиту от порыва. Хочется так же обратить внимание на опрокидывающий момент экскаватора, который рассчитывается по формуле M=F*L где F опрокидывающее усилие, а L вылет стрелы. Для данных из тех.паспорта на экскаватор опрокидывающее усилие будет соответствовать F2 =Мmax / L. Максимальный опрокидывающий момент, согласно предоставленных ЗАО «Амкодор» данных, составляет 35кН/м. При вылете стрелы на расстояние 1-го метра, опрокидывающее усилие равняется 35 кН. При максимальном вылете стрелы в 5 м опрокидывающее усилие F2= 35/5=7кН. Рассмотрим вариант наихудшего показателя для ленты 13кН. F2/F1 35/13 =2.7.Рассчет показывает, что при вылете стрелы на расстояние более чем 2,7 метра F2 =35/2.7=13кН.,т.е значение усилия необходимого для опрокидывания экскаватора будет меньше, чем усилие на разрыв ленты. При таких условиях экскаватор зацепивший ковшом ленту ЛЗС начнет приподымать. И это в случае захвата лента режущей кромкой ковша. При перехлесте через ковш ленты усилие на разрыв равно 22.6 кН следовательно F2/F1 = 35/22,6 =1,55 метра, т.е при вылете ковша более чем на 1,55 метра ленту порвать становиться сложнее, чем опрокинуть экскаватор
Отдельно хочется отметить сопротивление ленты при попытке ее вытягивания из грунта. На стандартном отрезке ленты ЛЗС шириной 250-мм и длиной 50 м.после засыпки траншеи оказывается более 9т грунта ( m=s*h*р, где р плотность грунта (пусть для песка 1500 кг/м3); s=0.25м.*50 м.=12.5 м2; h=0,5 м глубина залегания ленты в траншее, тогда m=12.5*0.5*1500=9375 кг.). Сила трения верхней поверхности ленты о грунт Fтрения= kN, где N, сила реакции опоры (в нашем случае ленты засыпанной грунтом) которая теоретически (при правильной, то есть горизонтальной укладке ленты) будет равна силе тяжести грунта, находящегося поверх неё. Для трения нижней поверхности ленты о грунт необходимо учитывать также и силу тяжести непосредственно ленты, однако она незначительна в сравнении с массой грунта и ей при расчетах пренебрегаем. Таким образом полная сила трения ленты о грунт Fтрения рез≈2 kN. Тогда, с учетом коэффициента трения ленты о грунт (более 0,5) для её вытягивания понадобиться усилие F= 2*kmg=2*0.5*9375кг*9,8= 91,8 кН (где 9.8 - ускорение свободного падения, а 0.5- коэффициент трения ленты о грунт), но сделать это невозможно из-за ограничения по прочности самой ленты. Даже при использовании укороченного отрезка ленты ЛЗС длиной от 12,3 метров ее невозможно будет <стянуть> ковшом экскаватора пр-ва ЗАО <Амкодор> с защищаемого кабеля, так как требуемое для этого усилие(F=9.8*0.25м*12,3 м*0.5*1500кг/м3=22,6кН) превышает его технические характеристики.
С учетом вышеизложенного и в целях проведения в Белорусской энергосистеме единой технической политики по проектированию, строительству и эксплуатации кабельных линий электропередачи ГПО "Белэнерго" 5 августа 2013 года издал УКАЗАНИЕ №26 "О расширении области применения ленты защитно-сигнальной", где обязал главных инженеров РУП - облэнерго при контроле за выполнением УКАЗАНИЯ со стороны ГПО "Белэнерго" использовать ЛЗС при строительстве и проектировании кабельных линий до 35 кВ.
Прочитать подробнее можно в копии УКАЗАНИЯ: страница 1, страница 2.
Со сравнительным анализом защитных свойств ленты защитно-сигнальной и бетонных плит можно познакомиться в одной из наших публикаций.
Вышедший в свет в октябре 2017 года новый технический кодекс установившейся практики по проектированию кабельных линий ТКП 611-2017 констатировал, что лента защитно-сигнальная, на основании той же, начиная с 2009 года, установившейся практики применения, окончательно утвердилась в качестве наиболее надежного материала для защиты от механических повреждений кабельных линий проложенных в земле.
