Определение критической длины пролёта

 

Изменение длины подвешенного кабеля происходит при воздействии температуры окружающей среды и напряжения растяжения или сжатия. Для предотвращения обрыва подвешенного кабеля при изменении температуры или при действии на него дополнительных нагрузок в виде гололёда с ветром, необходимо учитывать, что в наихудших условиях величина максимального напряжения защитной оболочки кабеля не должна превышать допустимых пределов. Правильно выбрать величину стрелы провеса (f) кабеля при его подвеске (рисунок 10) можно, зная зависимость напряжения в кабеле от изменения температуры воздуха и изменения нагрузок на кабель при гололёде и ветре. Эту зависимость определяет уравнение состояния кабеля в пролёте [2]:

 

L_пр

½ ½

А В

 

f

 

 

кабель

 

Рисунок 10 - Расположение кабеля на опорах линии передачи

 

, (23)

где e = 1/ E - коэффициент упругого удлинения материала оболочки кабеля (E - модуль упругости материала оболочки кабеля, Н/мм²); s - напряжение растяжения кабеля в подвешенном состоянии при воздействии удельной нагрузки ¡ и температуры t, Н/мм²; s_x - напряжение растяжения кабеля в подвешенном состоянии при воздействии удельной нагрузки ¡_x и температуры t_x, Н/мм²; a - коэффициент теплового расширения защитной оболочки кабеля, 1/⁰С.

Это уравнение связывает состояние кабеля в одном режиме подвески, когда температура воздуха равна t, удельная нагрузка ¡ и напряжение растяжения s с его же состоянием при температуре воздуха t_х, удельной нагрузке ¡_х и напряжении растяжения s_x, соответствующим новому режиму подвески.

Решение уравнения третьей степени (23) наиболее просто осуществляется подбором, для чего путём подстановки всех известных численных значений оно приводится к виду:

s_x² (s_x – А) = В. (24)

Задаваясь значениями s_x, подбирают такое, при котором уравнение (24) превращается в тождество.

Прежде чем приступить к расчёту механической прочности кабеля необходимо знать наихудшие условия его состояния при подвеске. Для этого необходимо определить критическую длину пролёта, т.е. такую длину пролета, для которой напряжение растяжения при действии на кабель гололеда с ветром равно напряжению сжатия при наихудших условиях в отсутствии ветра и гололеда.

Если в качестве самонесущего ОК применяется кабель типа ADSS, конструкция которого представлена на рисунке 5, или ОКСН (оптический кабель самонесущий полностью диэлектрический), то таким условием является максимальная температура. Это связано с тем, что основной силовой элемент этого кабеля выполнен из арамида (кевлара), который имеет отрицательный температурный коэффициент линейного расширения (a).

Зная напряжение в кабеле s при удельной нагрузке ¡ и температуре воздуха t и воспользовавшись уравнением (23), можно определить напряжение в кабеле при любой другой удельной нагрузке ¡_х и температуре t_х.

Из уравнения (23) получаем выражение для определения критической длины пролета L _кр:

, (25)

где s _доп – допустимое напряжение сжатия, Н/мм²; t _л – температура гололёда, ⁰С; t_макс – максимальная температура, при которой будет эксплуатироваться кабель, ⁰С.

Обычно при проведении расчёта механической прочности кабеля исходят из такой допустимой величины s _доп, которая обеспечивала бы определённый запас прочности при заданных расчётных условиях.

, (26)

где Т – максимальная растягивающая нагрузка, Н; S – площадь поперечного сечения кабеля, мм²; К_з = 2,5 – коэффициент запаса прочности.

После определения критической длины пролёта определяют наихудшие условия состояния подвешенного кабеля, при воздействии изменяющейся температуры и максимальных удельных нагрузок.

Если l _кр > l _пр то s₌s_доп при и ; (27)

если l _кр < l _пр то s₌s_доп при и t _л, (28)

где l _пр - длина пролёта между опорами линии передачи, на которую будет подвешен ОК, м.

Таким образом, при расчете для различных температур в уравнение (23) подставляем следующие значения:

l = l _пр; s₌s_доп; значения величин t и ¡ выбираются в зависимости от наихудших условий состояния кабеля ((25), (26)). На рисунке 11 показано какие удельные нагрузки действуют на оболочку кабеля в данном диапазоне температур.

-40^о -20^о -5^о 0^о +30^о + 40^о

t ⁰,С

g₁ g₆ g₇ g₆ g₁

Рисунок 11 - Удельные нагрузки, действующие на кабель в зависимости от температуры окружающей среды

 

Определение s_х ведётся во всём температурном диапазоне зоны эксплуатации кабеля (рис.4.6) с интервалом в 10^о при обязательном расчёте величины s_х при температуре гололёда (-5^оС).

 

 

Расчёт стрелы провеса

Стрелой провеса f называется расстояние между прямой, соединяющей точки подвеса А и В (рисунок 10) и самой низкой точкой кабеля, провисшего в пролете.

Стрелу провеса нужно знать при подвеске кабеля, чтобы исключить возможность обрыва кабеля в процессе его эксплуатации при самых неблагоприятных метеорологических условиях.

Определив величину , находим соответствующие значения стрелы провеса f (м) во всём температурном диапазоне по следующей формуле:

f . (29)

По рассчитанным значениям и f строятся графики зависимости стрелы провеса и удельной нагрузки на кабель в подвешенном состоянии от температуры ( = F (t) и ).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

 

Оптические кабели связи

Кабели типа ОК

Примечание: кроме того, в соответствии с принципами маркировки, приведенными в таблице, применяются оптические кабели ОЗКГ с различными коэффициентами затухания, дБ/км:

ОЗКГ-1-1.0-4/4, ОЗКГ-1-1.0-8/4, ОЗКГ-1-1.0-4/0, ОЗКГ-1-1.0-8/0, ОЗКГ-1-1.5-4/4, ОЗКГ-1-1.5-8/4, ОЗКГ-1-1.5-4/0, ОЗКГ-1-1.5-8/0.

Кабели типа ОКЛ:

В маркировке кабелей указывается:

номер разработки (01 - кабель магистральный и внутризоновый с центральным силовым элементом из стеклопластикового стержня, вокруг которого скручены оптические модули, с гидрофобным заполнением и защитной ПЭ оболочкой; 02 - то же, но со стальным тросом в центре);

коэффициент затухания, (не более, дБ/км);

дисперсия (не более, (нс/км);

число ОВ.

Применяются кабели следующих марок:

ОКЛ-01-0.3/3.5-4 (8, 16); ОКЛ-01-0.3/2.0-4(8,16); ОКЛ-02-0.3/3.5-4(8.16); ОКЛ-02-0.3/2.0-4(8,16).

Строительная длина кабеля - 2200 м. Диаметр сердцевины - 10 мкм.

Кабели типа ОМЗ:

ОМЗКГ-10-1-0.7-4; ОМЗКГ-10-1-0.7-8 - кабель оптический магистральный и внутризоновый с центральным профилированным элементом, в пазы которого уложены одномодовые 0В с диаметром сердцевины 10 мкм, покрытые оболочкой из ПВХ пластиката, с гидрофобным заполнением, броней из не менее 12 неметаллических армирующих элементов в виде стеклопластиковых стержней и стеклонитей, обмотанных скрепляющей фторопластовой или полиэтилентерефталатной лентой, в ПЭ оболочке. Коэффициент затухания -до 0,7 дБ/км. Число 0В соответственно 4 и 8.

ОМЗКГ-10-2-0.7-4; ОМЗКГ-10-2-0.7-8 - кабель оптический магистральный и внутризоновый с центральным профилированным армированным стеклопластиком элементом, в пазы которого уложены одномодовые ОВ с диаметром сердцевины 10 мкм, с гидрофобным заполнением, обмотанные фторопластовой или полиэтилентерефталатной лентой, с оболочкой из ПВХ пластиката, броней из не менее 12 неметаллических армирующих элементов в виде стеклонитей, обмотанных скрепляющей фторопластовой или полиэтилентерефталатной лентой, в ПЭ оболочке. Коэффициент затухания - до 0,7 дБ/км. Число ОВ - соответственно 4 и 8.

ОМЗВ-10-0.7-4; ОМЗВ-10-1-0.7-8 - кабель оптический магистральный и внутризоновый, предназначенный для прокладки через судоходные или сплавные реки, болота глубиной более 2 м, с центральным профилированным элементом, в пазы которого уложены одномодовые ОВ с диаметром сердцевины 10 мкм, покрытые оболочкой из ПВХ пластиката, с гидрофобным заполнением, металлической трубкой (медной, алюминиевой) минимальной толщины 0.6 мм, с броней из стальных проволок, в ПЭ оболочке минимальной толщины 1.5 мм. Коэффициент затухания до 0.7 дБ/км, число ОВ - соответственно 4 и 8. Строительная длина кабеля - 2000 м.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2