Использование телекоммуникационных технологий в электроэнергетике

3.6 Полностью диэлектрический оптический самонесущий кабель (ОКСН)

      Кабель  не является неотъемлемой частью ВЛ и  подвешивается, как правило, ниже фазовых  проводов. Это является преимуществом, так как многие традиционные операторы - поставщики услуг связи хотят  иметь свой, отдельный от энергосистем, оптический кабель.

      Одним из наиболее важных решений при разработке технического проекта ВОЛС на ОКСН является выбор ОК соответствующей  конструкции, который мог бы выдержать различные напряжения, возникающие в кабеле в процессе строительства и эксплуатации ВОЛС-ВЛ. Важными характеристиками конструктивного исполнения ОКСН являются допустимые внешние механические нагрузки, такие как ветровая, гололедная и нагрузка собственного веса. При разработке подобного проекта важно понимать и учитывать влияние наведенных на ОКСН токов и напряжений, возникающих под действием соседних фазовых проводов. Для этого требуется знание свойств материалов, из которых изготовлен ОК, и правильный выбор (расчет) точек подвески ОКСН на опорах ВЛ, чтобы минимизировать наведенные токи без уменьшения расстояния ОК от земли или увеличения риска контакта (перехлеста) кабеля с фазными проводами. Обычно для успешного проектирования и монтажа ОКСН необходим полный анализ распределения электрических полей по поперечному сечению ВЛ, включая сечения по оси опор ВЛ. Также очень важно иметь в виду, что, только используя специальную арматуру можно обеспечить надежную работу ОКСН. В качестве силовых элементов ОКСН обычно применяют арамидные нити и/или стеклопластик. Из-за возникающей индукции от подвешенных параллельно фазовых проводов применение металлических силовых элементов не рекомендуется.

      Традиционно область применения ОКСН–ВЛ с  относительно небольшими пролетами (до 200-300м). Так на ВЛ напряжением 10, 35 и 110 кВ, при отсутствии грозозащитного троса на линиях, кабель ОКСН является практически единственным решением для ВОЛС-ВЛ. Однако в некоторых  случаях ОКСН используют и на ВЛ с рабочим напряжением 220 кВ и  выше с длиной пролетов 300-400м. Известное  ограничение применения ОКСН на ВЛ класса напряжения выше 150 кВ связано  с явлением так называемого сухого дугового разряда, возникающего после  загрязнения оболочки ОКСН из-за наведенных потенциалов электромагнитного  поля.

      Поскольку одной из уязвимых черт ОКСН является низкая стойкость кабеля к повреждению  дробью, разработаны и выпускаются  модификации кабеля с защитой  от огнестрельного оружия (баллистическая защита).

3.7 Типовая конструкция ОКСН

      Наиболее  распространенная конструкция ОКСН представляет собой оптический сердечник  модульной скрутки, защищенный арамидными нитями, которые используются в качестве армирующих элементов. При этом ОВ находятся  внутри трубок (модулей), выполненных  из прочного полибутилентерефталата (ПБТ) или полиамида, которые заполнены  водоотталкивающим гелем. Различные  компании используют, как правило, 5-ти или 6-ти элементную скрутку на центральный  элемент, выполненный в виде стеклопластикового стержня, который, обладая отрицательным  температурным коэффициентом, «держит» конструкцию при высоких температурах. Поверх скрученных модулей накладывается  полиэтиленовая оболочка типа ПЭВП или  ПЭНП, в зависимости от необходимой  стойкости к раздавливанию. Для  конструкций ОКСН, обеспечивающих баллистическую стойкость, внутренняя оболочка выполнена  из специальных материалов повышенной прочности. На промежуточную оболочку приклеиваются арамидные нити, которые  укладываются, как правило, в два  слоя противоположного повива. Прочная  внешняя оболочка обеспечивает защиту ОКСН от внешних воздействий. Предусмотрены  варианты оболочки с повышенной стойкостью к электрическому пробою и агрессивным  средам. Данные модификации рекомендованы  для применения в тех случаях, когда велика напряженность внешнего электрического поля, или если предполагается эксплуатировать изделие в загрязненных средах, когда обычная изоляция может  оказаться недостаточно эффективной.

      На  рисунке схематически представлена конструкция ОКСН.

Кабель  типа ОКСН удобно подвешивать и осуществлять его стыковку. В настоящее время  выпускаются и поставляются ОКСН, емкостью свыше 100 ОВ.

      ВОЛС-ВЛ, как это видно из нашего рассмотрения, подразделяются по видам ОК-ВЛ и  имеют определенные особенности, связанные  как с выбором ВЛ для ВОЛС на этапе планирования и проектирования, так и самим проектированием  и строительством ВОЛС-ВЛ.

      3.8 Вопросы надежности ВОЛС-ВЛ

      Проблема  надежности ВОЛС охватывает широкий  круг вопросов и по своей сути является комплексной проблемой. Несмотря на важность и практическую значимость проблеме надежности ВОЛС посвящено  не так много работ.

      Учет  требований к ОК по показателям надежности и основных факторов, влияющих на надежность ВОЛС, позволяют определять допустимые параметры надежности составных  частей и участков ВОЛС, что является крайне важным при планировании и  проектировании ВОЛС.

      Известно, что воздушные кабельные линии  связи гораздо меньше подвержены повреждениям, нежели кабели, уложенные  в грунт, главным образом из-за механизированных раскопок. Некоторые  авторитетные источники заявляют, что  повреждаемость ОК-ВЛ примерно в сто  раз ниже, чем кабелей уложенных  в грунт.

      Суммарная средняя плотность отказов ОК, уложенных в грунт, составляет 0,3438. Исключая повреждения от стихийных  явлений и влияния ВЛ электрифицированных  железных дорог, для ОК уложенных  в грунт, плотность отказов ВОЛС определена значением 0,1955. В случае ОК-ВЛ типа ОКГТ экстраполированные показатели надежности для ВЛ 110 (220) кВ и выше дают плотность отказов не более 0,08 (0,05). Другими словами для обеспечения  требуемого коэффициента готовности ВОЛС с укладкой ОК в грунт необходимо применять специальные меры по уменьшению интенсивности отказов. В противоположность  этому ВОЛС-ВЛ, подвешенные на ВЛ напряжением 110 кВ и выше по параметрам надежности полностью соответствуют  перспективной цифровой сети связи.

      Рассмотрим  основные причины отказов ОК-ВЛ. Существует ряд основных причин повреждения  и выхода из строя ОК-ВЛ:

   - скрытый брак при производстве  ОК;

   - некачественный монтаж;

   - неподходящая арматура;

   - повреждения из-за влияния электромагнитного  поля;

   - вандализм; 

   - природные явления; 

   - самопроизвольный обрыв ОВ;

      Скрытый брак при производстве ОК маловероятный  случай ввиду того, что практически  все производители ОК сертифицированы  по системе ISO 9000, и контроль на стадии производства гораздо легче организовать, чем на более поздних стадиях. Это может произойти с любой  из технологий.

      Некачественный  монтаж обычно вскрывается при введении ВОЛС в эксплуатацию, и в большинстве  случаев может быть исправлен  и устранен в сжатые сроки. Это  может произойти со всеми тремя  типами ОК-ВЛ.

      Неподходящая  арматура – это в основном проблема для ОКСН, реже для ОКГТ. Известно три механизма отказа ВОЛС по причине  неподходящей арматуры: выскальзывание кабеля из натяжных зажимов; вибрация, приводящая к обрыву, из-за неправильного  выбора и/или расположения крепления  гасителей вибрации; раздавливание  кабеля в зажимах (ОКГТ типа A). Для  того чтобы избежать данных отказов, необходимо на этапе проектирования уделять внимание совместимости  арматуры и кабеля, а также, следить  за тем, что монтажные бригады  подрядчика укомплектованы необходимым  оборудованием (динамометрические  ключи и пр.).

      Отказы, возникающие вследствие влияния  электромагнитного поля – это  в основном проблема ОКСН, и только на ВЛ выше 110кВ. Для избегания этого  рекомендуется не применять ОКСН на линиях 220 кВ и выше и контролировать степень компетентности проектной  организации, а методики расчета  согласовывать с изготовителем  кабеля.

      Примерно  треть всех повреждений, как правило, возникает в результате вандализма, в основном из-за стрельбы из охотничьих ружей. Наиболее уязвим здесь ОКСН, поскольку расположен ниже других кабелей. ОКН ввиду его малого диаметра повреждается существенно реже. ОКГТ практически неуязвим для дроби. Известны также случаи повреждения  кабеля в результате падения опоры  из-за столкновения автомобиля с ней, но вероятность подобных случаев  пренебрежимо мала. Довольно частой проблемой  является воровство ОК. Вредители  воруют в основном ОКГТ, из-за большого содержания алюминия в нем. ОКСН, как  правило, разрубают по подозрению на содержание меди и оставляют на месте, что может быть смертельно опасно из-за индуцированных на нем токов. ОКН в данном случае «защищен лучше», поскольку из-за малого диаметра вызывает меньший интерес в этом смысле. Во избежание описанных случаев рекомендуется учитывать при выборе технологии ВОЛС-ВЛ специфику местного населения, его душевой доход, наличие доступных пунктов по приему лома цветных металлов, близость к ВЛ жилых построек, особенно дачных участков.

      Природные явления и стихийные бедствия, например, такие как пожар под  ВЛ могут повредить любой тип  ОК-ВЛ. Но здесь опять ОКСН является наиболее уязвимым. Известны случаи, когда  кабель ОКГТ и кабель ОКН успешно  пережили несколько пожаров вблизи и под линией.

      Усталость, накапливаемая ОВ, приводит к их обрыву в ОК. Этому явлению более  подвержены ОК с плотной упаковкой  волокон и существенно реже остальные  типы ОК. Для предотвращения подобных случаев в расчетах времени жизни  ОВ при проектировании ВОЛС-ВЛ необходимо задавать требуемую вероятность  обрыва ОВ.

3.9 Требования к подвесным волоконно-оптическим кабелям

      Требования  к подвесным волоконно-оптическим кабелям определяются условиями  их эксплуатации. Принимая во внимание природные условия, следует также  учитывать, что кабели, подвешенные  на опорах ЛЭП и контактной сети электротранспорта, находятся под  воздействием мощных электромагнитных полей, и, кроме того, линии, подвешенные  на опорах контактной сети железнодорожного транспорта, находятся под воздействием вибраций.

      Конструкция кабеля должна обеспечивать стойкость  к механическим, температурным, электромагнитным и прочим влияниям при выполнении строительно-монтажных работ и  последующей эксплуатации. Значения передаточных характеристик кабеля под действием упомянутых влияний  не должны выходить за установленные пределы на протяжении всего срока службы, а также должны удовлетворять требованиям стандартов ЕС, рекомендаций ITU и нормативной документации на конкретный оптический кабель.

      Требования  к механическим характеристикам

      Базовыми  механическими параметрами, в соответствии с которыми определяются условия  подвеса волоконно-оптического кабеля, являются:

• допустимое усилие растяжения (Р_р);
• стойкость к удару;
• стойкость к вибрациям;
• стойкость к раздавливающим усилиям;

      В зависимости от типа и марки кабеля значения величины допустимого растягивающего усилия задаются в диапазоне от 4,0 до 85 кН. Для подвеса на опорах ЛЭП  используются оптические кабели с допустимым усилием 

Р_р > 80 кН.

      Оптические  кабели должны выдерживать однократные  удары с энергией удара не менее 30 Дж.

      Учитывая, что в процессе эксплуатации кабели на опорах находятся под действием  вибрации, оптические кабели должны быть стойкими к вибрационным нагрузкам  в диапазонах частот от 10 до 200 Гц с  ускорением до 40 м/с.

      Стойкость к раздавливающим усилиям должна обеспечивать сохранение рабочих параметров кабеля по окончании процесса инсталляции, а также при обледенениях.

      Требования  к устойчивости к влиянию климатических  факторов

      Рабочий диапазон температур кабелей должен быть не менее -40...+70°С.

      Необходима  устойчивость кабелей к влиянию  повышенной влажности воздуха до 98% при температуре +40°С.

      Подвесные кабели должны быть стойкими к влиянию  плесневых грибов, росы, дождя, инея, солнечного излучения.

      Требования  к устойчивости к влиянию химических факторов

      Учитывая, что во время эксплуатации кабели находятся под влиянием различных  химических веществ, необходима устойчивость кабелей к влиянию повышенной концентрации озона, минеральных масел, паров бензина, соляного тумана.