Подвесные оптические кабели.

 

Подвесные ОК достаточно широко используются на ВСС России как по линии Министерства информационных технологий и связи, так и в других Министерствах и ведомствах. Например, на опорах железных дорог России (ОАО «ТрансТелеком») подвешены десятки тысяч километров магистральных оптических кабелей.

Наиболее широко используются конструкции ОК:

- для подвески на опорах ЛЭП;

- для подвески на опорах контактной сети центральной блокировки железных дорог, а также на опорах городского электрохозяйства.

Для подвески на опорах ЛЭП напряжением 110 кВ и выше в России в основном используются ОК, встроенные в грозозащитный трос [35]. Такие кабели наиболее целесообразно обозначать (маркировать): ОКГТ – оптический кабель, встроенный в грозозащитный трос. Эффективность подвески ОК на ЛЭП определяется следующими факторами:

Наличием в разветвительной сети высоковольтных линий электропередачи и, следовательно, возможностью не строить самостоятельную линию связи, а подвешивать кабель к уже существующим, механически прочным опорам;

- совмещением ОК с обязательным на ЛЭП грозозащитным тросом, который одновременно служит силовым несущим элементом кабеля связи и экранирует его от внешних электромагнитных влияний.

Кабели в грозотросе можно классифицировать по ряду признаков, определяемых, в основном, конструкцией сердечника. Кабели бывают как с пластмассовыми, так и с металлическим модулями. Модуль – это самостоятельный конструктивный элемент кабеля, содержащий одно или несколько оптических волокон.

В ОКГТ используются, как правило, так называемые свободные трубчатые модули – пластмассовые или металлические трубки, в которых ОВ располагается свободно с небольшой избыточной длиной по отношению к длине кабеля. Делается это для того, чтобы волокна не испытывали деформации при воздействии на кабель растягивающего усилия.

Кабели бывают одномодульные и многомодульные. В центре одномодульного кабеля находится трубка относительно большого диаметра, в которой помещаются все ОВ. В многомодульном кабеле несколько модулей скручиваются вместе, образуя повив, чаще всего, вокруг центрального силового элемента. Возможна скрутка металлических трубок и без центрального элемента.

Герметичные металлические трубки защищают волокна от проникновения извне влаги и свободного водорода и обладают высоким сопротивлением раздавливанию.

Через пластмассовые трубки возможна диффузия паров воды и свободного водорода, выделяющегося некоторыми защитными материалами. Водород и образованные им гидроксильные группы ОН могут проникать в кварцевое волокно, что приводит к повышению коэффициента затухания. Поэтому пластмассовые трубки модулей обязательно заполняются гидрофобным компаундом, защищающим волокна не только от влаги и от вибрации.

Центральный силовой элемент в многомодульных кабелях может быть либо диэлектрический: стеклопластиковый круглый стержень – кордель, либо металлический: стальная круглая проволока, плакированная алюминием (алюминированная); профилированный алюминиевый (или из сплава) стержень с пазами.

Оптический сердечник в ряде конструкций заключается в трубку – полимерную или металлическую (алюминиевую, из алюминиевого сплава, из нержавеющей стали). Во всех кабелях поверх поясной трубки располагается один или два повива металлических проволок, образующих грозозащитный трос. Проволоки могут быть стальные; алюминиевые; стальные, плакированные алюминием, и алдреевые – из сплава алюминия с магнием, кремнием и железом. Выбор вида проволок зависит от эксплуатационных требований физико-механическим параметрам троса.

В двухповивном тросе внешний повив состоит из проволок повышенной электропроводности (алдрей, алюминий), а внутренний – из проволок высокой механической прочности (сталь, плакированная сталь), таким образом, проволоки, обеспечивающие механическую прочность троса и, следовательно, кабеля, защищены от воздействия ударов молнии. Короткие замыкания в высоковольтных ЛЭП приводят к высокой плотности тока в тросе и сопровождаются повышением температуры внешних алдреевых или алюминиевых проволок, чего не испытывают стальные проволоки внутреннего повива, защищая тем самым от нагрева оптические модули. В одноповивном тросе сочетаются оба типа проволок.

Кабели ОКГТ способны выдерживать очень высокие механические и электрические нагрузки, имеют длительный срок службы, обеспечивают оптимальную механическую защиту ОВ (например, от пулевых повреждений) и оптимальную молниезащиту, так как стальная проволока, обеспечивающая механическую прочность во внутреннем слое, хорошо защищена. Для них характерны малые изменения температуры ОВ в условиях короткого замыкания благодаря тепловой изоляции, обеспечиваемой внутренним стальным слоем брони, и минимальный крутящий момент при монтаже и эксплуатации. Рабочая температура ОКГТ лежит в пределах -60⁰С…+70⁰С.

Высокие электрические и механические характеристики обеспечиваются запатентованной отечественной конструкцией кабеля ОКГТ [41] в которой оптический сердечник размещается в металлической оболочке, поверх которой накладывается броня (рис.2.10).

 

Рис. 2.10. Грозозащитный трос с оптическими волокнами

 

Внешняя поверхность металлической оболочки имеет продольно-гофрированную структуру, броня выполнена из повива круглых проволок с разными механической прочностью и проводимостью. За счет этого увеличивается теплообмен без уменьшения механической прочности и увеличивается эксплуатационная надежность.

Гофрировка на внешней поверхности металлической оболочки и повив проволок на внешней поверхности металлической оболочки улучшают теплообмен между металлической оболочкой и внешней средой и круглыми проволоками и внешней средой.

За счет хорошего теплообмена с внешней средой и протекания половины тока по проволокам брони с высокой проводимостью металлическая оболочка не перегревается и диэлектрические элементы не оплавляются. Проволоки брони обеспечивают высокую механическую прочность и могут иметь различный диаметр и форму поперечного сечения для получения необходимого эффекта по сохранению механической прочности и получению высокой проводимости.

ОК, встроенные в грозозащитной трос выпускаются многими зарубежными фирмами. Конструкции таких ОК некоторых зарубежных фирм рассмотрены в [35].

ЗАО «Самарская оптическая кабельная компания» разработала и предлагает ОК, встроенный в грозозащитный трос, марки ОКГТ (рис.2.11).

 

Основные технические характеристики этого кабеля:

 

количество ОВ, шт	до 48
номинальный внешний диаметр кабеля, мм	13,2
масса кабеля, кг/км
сечение стальной части кабеля, мм^2	56,27
сечение алюминиевой части кабеля, мм^2	43,26
минимальная разрывная нагрузка, кг
максимально допустимая растягивающая нагрузка, кг
среднеэксплуатационная нагрузка, кг
модуль упругости (начальный), кг/мм^2
модуль упругости (конечный), кг/мм^2
сопротивление постоянному току при 20^0, Ом/км	0,47
допустимый ток КЗ в 1 с, кА	9,0
термическая стойкость к КЗ, кА^2∙с
коэффициент линейного термического расширения, 1/^0С	1,6х10^-5
минимальный радиус изгиба, мм

 

Рис. 2.11. Конструкция ОК марки ОКГТ производства ЗАО «СОКК»: 1 – оптическое волокно; 2 – гидрофобный компаунд; 3 - центральная полимерная или стальная трубка; 4 – проволоки стальные оцинкованные; 5 – алюминиевая оболочка; 6 – проволоки из алюминиевого сплава; 7- проволоки стальные с алюминиевым покрытием

 

Параметрами ОК уточняются для каждого конкретного проекта ВОЛП. В зависимости от числа оптических волокон кабели могут иметь сердечник одномодульной и многомодульной конструкции.

Наиболее узким местом внедрения волоконно-оптической техники является сельская местная связь. Масштабная информатизация в глубинке сдерживается относительно высокой стоимостью строительства линейно-кабельных сооружений связи по традиционной технологии. При этом в России намечается большая работа по реконструкции воздушных ЛЭП напряжением до 10 кВ путем подвески самонесущих изолированных проводов (СИП-3) взамен устаревших самонесущих изолированных фазных проводов. Срочной замены требуют более 700 тыс. км распределительных, находящихся в эксплуатации. В связи с этим ОАО «Севкабель» и ЗАО «Севкабель-оптик» (г. Санкт-Петербург) разработали, испытали и представили на рынок новый для ЛЭП напряжением ниже 10 кВ комбинированный кабель-провод, одновременно выполняющий функции фазного провода и ОК [41]. Кабель-провод с числом ОВ до 48 спроектирован на базе СИП-3, выпускаемых серийно ОАО «Севкабель» и самонесущих ОК, которые производит ЗАО «Севкабель-оптик» (рис.2.12).

 

Рис. 2.12. Конструкция фазового провода на основе СИП-3 с волоконно-оптическим модулем: 1 – центральный силовой элемент, выполненный из стальной проволоки или алюминиевого сплава; 2 – алюминиевые токопроводящие жилы; 3 – оптический модуль со свободно уложенными оптическими волокнами или пучками волокон и гидрофобным компаундом; 4 – водоблокирующая лента; 5 – наружная оболочка

 

Применение комбинированного кабеля для создания гибридных сетей электроснабжения и связи позволит значительно сократить суммарные затраты на проектирование, строительство и эксплуатации линий. За счет этого появляется реальная возможность решить важную социальную задачу – довести практически до каждого населенного пункта оптическое волокно, а значит и современные цифровые технологии передачи информации.

Кроме использования в распределительных сетях электроснабжения, разработанный кабель можно применить в нефтяной и газовой отрасли, где вдоль магистральных нефтепровода или газопровода сооружаются корпоративные воздушная линия электропередачи и кабельная линия связи.

К описанной конструкции (рис.2.12) следует добавить, что для проектирования, строительства и эксплуатации разработана необходимая документация.

Для подвески ОК на опорах контактной сети электрифицированных железных дорог и городского электрохозяйства многими отечественными предприятиями выпускаются как самонесущие диэлектрические, не имеющие в конструкции металлические элементы, ОК (ЗАО «СОКК», ЗАО «Севкабель-оптик», ЗАО «ОКС-01», ЗАО «ОФС-Связьстрой-1, ВОКК», ЗАО «Москабель-Фуджикура» и др.), так и ОК с встроенным несущим тросом (ЗАО «ОФС-Связстрой-1, ВОКК», ЗАО «Москабель-Фуджикура» и др.).

Конструкции самонесущих подвесных ОК заводами-изготовителями предусматривают различные статические растягивающие нагрузки. Например, ЗАО «СОКК» изготавливает подвесные ОК с допустимыми растягивающими нагрузками 7,5; 10,0; 15,0; 20,0; 25,0 и 30,0 кН. При этом по требованиям конкретного проекта, в зависимости от значений длин пролетов, стрел провесов и условий эксплуатации может быть выполнен расчет конструкции ОК практически на любые допустимые растягивающие усилия.

На рисунке 2.13 представлена конструкция самонесущего подвесного ОК производства ЗАО «СОКК» марки ОКЛЖ.

На рисунке 2.14 показана конструкция подвесного ОК с встроенным тросом (силовым элементом, вынесенным из оптического сердечника) марки ОКТ производства ООО «Сарансккабель-оптика».

 

Рис. 2.13. Конструкция ОК марки ОКЛЖ производства ЗАО «СОКК»: 1 - оптические волокна свободно уложены в полимерных трубках (оптические модули), заполненных гидрофобным компаундом; 2 - центральный силовой элемент, представляющий из стеклопластикового прутка; 3 - кордели – сплошные полиэтиленовые стержни – для устойчивости конструкции; 4 - поясная изоляция в виде лавсановой ленты; 5 – гидрофобный компаунд; 6 - внутренняя оболочка выполнена из композиции полиэтилена; 7 - силовые элементы в виде слоя арамидных нитей; 8 - наружная оболочка выполнена из композиции полиэтилена средней или высокой плотности

 

Рис. 2.14. Конструкция подвесного ОК марки ОКТ производства ООО «Сарансккабель-оптика»: 1 – стальной трос или стеклопластиковый стержень; 2 – скрепляющая лента; 3 – гидрофобный компаунд; 4 – полимерная трубка; 5 – стеклопластиковый силовой элемент; 6 – оптическое волокно; 7 – гидрофобный компаунд; 8 – полиэтиленовая оболочка