|ГЛАВНАЯ|   |О ЖУРНАЛЕ|    |ПОДПИСКА|   |ФОРМЫ СОТРУДНИЧЕСТВА|  |КОНТАКТЫ|   |СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА|  |НОВОСТИ|    |ВАКАНСИИ|     |АРХИВ|  |IT-СТРАНСТВИЯ|

№ 3&4 (10-11) 2003

   

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

Краткий сравнительный обзор типов оптических кабелей,

предназначенных для установки на опорах линий электропередач.

 

Виктор КАТОК

Александр МАНЬКО

 

 

Трудно представить себе современное общество без развитой, хорошо разветвленной энергосети. В самых разных местах мы можем видеть стройные ряды опор ЛЭП, между которыми протянуты линейные провода. При этом на верхушках опор, как правило, закреплен грозозащитный трос (он же — провод заземления), представляющий собой периодически заземленный проводник.

Надежная и безотказная работа энергосетей предполагает наличие систем автоматики и телемеханики, связанных между собой линиями передачи данных. Таким образом, нормальное функционирование энергосистемы представляется невозможным без наличия сети связи, которая ее обслуживает. Как создать такую сеть? Решение кажется на первый взгляд очевидным — подвесить кабели связи на опорах ЛЭП! Однако между проводниками ЛЭП существуют сильные электромагнитные поля, индуцирующие в металлических элементах кабеля опасные и даже разрушительные напряжения. А если спрятать кабель связи в грозозащитный трос?! Он заземлен, а его металлические проводники являются прекрасным экраном для электромагнитных полей ЛЭП. Попробовали. Получилось! И произошло это около 70 лет тому назад. Первые упоминания о металлических кабелях, вмонтированных в грозозащитный трос ЛЭП, относятся к 1935 году! Информационно-пропускная способность таких линий была невысокой, однако, достаточной для нужд энергетики. При этом сигналы в подобных кабелях распространялись буквально наперегонки с токами молний, для перехвата которых и был предназначен первоначально грозозащитный трос.

Интегрированное решение «кабель — грозозащитный трос» оказалось настолько удачным, что стоило только, после появления оптических кабелей, заменить медные жилы оптическими волокнами, как появился новый тип волоконно-оптического кабеля — OPGW (Optical Ground Wire), представляющий собой грозозащитный трос (провод заземления), включающий оптические волокна для обеспечения связи в энергосетях. Так что же все-таки такое OPGW —

 

Кабель или трос?

И то, и другое... и даже третье, если рассматривать функциональные признаки! С одной стороны, он является проводом заземления в случае аварии в энергосетях. С другой — он же защищает линейные провода ЛЭП от удара молнии, будучи подвешен выше их. И, наконец, с третьей — обеспечивает передачу значительного объема информации за единицу времени, так как количество оптических волокон в конструкции OPGW достигает 96 и больше!

Информационно-пропускная способность OPGW настолько велика, что позволяет обеспечить нужды не только энергетиков, но и других потребителей. Таким образом, у энергетических компаний, использующих OPGW, появилась возможность сдачи в аренду не только каналов, но и оптических волокон кабеля-троса. При этом OPGW могут являться, наравне с другими оптическими кабелями, составной частью национальной сети связи.

 

OPGW и особенности его конструкции

Конструктивные черты OPGW определяются, прежде всего, его функциональным назначением и сочетают в себе особенности волоконно-оптического кабеля и грозозащитного троса (провода заземления). Так, например, основой для построения сердечников ряда OPGW является трубка из нержавеющей стали, в которой свободно расположены оптические волокна. При этом внутреннее пространство трубки заполнено гидрофобным заполнителем, защищающим оптические волокна от проникновения воды. Такое строение сердечника предохраняет оптические волокна от растяжения при удлинении кабеля до 0,5%. В свою очередь, грозозащитный трос (провод заземления) состоит из отдельных проводников, выполненных из алюминия (для повышения проводимости) и стали, покрытой алюминием (для повышения прочности). В конструкции кабеля отдельные стальные проводники (до 3 проводников) грозозащитного троса заменяются стальными трубками, содержащими оптические волокна (рис. 1). В зависимости от диаметра трубки и общей конструкции кабеля количество оптических волокон может быть доведено до 144-х.

 

 

Наряду с приведенной конструкцией, содержащей круглые проводники, при повышенных требованиях применяется конструкция с профилированными проводниками из алюминия или алюминиевого сплава для лучшей защиты оптической трубки от поперечных нагрузок (рис. 2).

 

 

Существуют варианты конструкций с профилированным сердечником, где оптические волокна расположены в пластиковых трубках, размещенных по геликоиде в сердечнике, который в свою очередь защищен алюминиевой трубкой и  армирующими проводниками.

Представляет интерес модульный принцип построения кабельного сердечника (рис. 3), при котором оптические волокна группируются в оптические модули (по 6–12 волокон в каждом), составляющие основу сердечника. Особое внимание при этом уделено защите модулей от перегрева во время прохождения по проводникам OPGW тока короткого замыкания или молнии. С этой целью они покрываются теплозащитной лентой.

 

 

 

Следует также отметить одну из конструкций OPGW, разработанных в последнее время (рис. 4). Сердечник кабеля выполнен в виде трубки с овальным спиралеобразным каналом (в виде геликоиды), содержащим гидрофобный заполнитель (рис. 5). В канале свободно уложены оптические волокна. Такая конструкция трубки предотвращает растяжение волокон практически на любой стадии монтажа и эксплуатации, а как следствие — обеспечивает долговечность оптических волокон из-за отсутствия механических воздействий на них. Поверх сердечника OPGW размещена теплозащитная оболочка, создающая барьер от перегрева при протекании по проводникам тока короткого замыкания или молнии. Кроме того, она защищает сердечник от воздействия ультрафиолетового излучения.

Каждая из конструкций предполагает существование ряда типоразмеров, определяющих допустимые ток короткого замыкания и механическую нагрузку.

Таким образом, как можно убедиться, существует целый ряд конструкций OPGW, из которых заказчику надо выбрать одну (и вполне конкретную, с учетом допустимых и вероятных нагрузок — на опоры, а также от ветра, обледенения в данной местности). Для решения этой задачи необходимо рассмотреть ряд  параметров, характеризующих каждый конкретный вариант конструкции. Эти параметры определяются функциональными характеристиками OPGW и позволяют выполнить их проверку путем проведения соответствующих испытаний.

 

OPGW: выписка из паспорта

Учитывая тот факт, что OPGW представляет собой интегрированное решение, позволяющее сочетать в одном изделии и грозозащитный трос (провод заземления), и оптический кабель, его параметры можно разделить на две группы.

Первая группа представляет собой параметры оптического волокна, использованного в конкретном варианте исполнения OPGW. Важнейшими из них являются погонные затухание и дисперсия, а также длина волны отсечки и геометрические характеристики волокна.

Вторая группа параметров представляет OPGW как грозозащитный трос (провод заземления) конкретных размеров, который подвержен механическим нагрузкам (прежде всего, растяжению), а также воздействию токов молнии и короткого замыкания. Таким образом, вторая группа параметров включает в себя размеры, погонную массу кабеля, предельно допустимое натяжение, модуль упругости, погонное сопротивление постоянному току, допустимый ток короткого замыкания и коэффициент линейного расширения. При этом допустимый ток короткого замыкания определяется как ток, вызывающий в течение одной секунды нагрев проводников OPGW до температуры 200°С при начальной температуре 40°С. Величину коэффициента линейного расширения и допустимой механической нагрузки необходимо знать для определения стрелы провеса при установке кабеля.

Значения параметров, входящих во вторую группу, практически полностью определяются конструкцией OPGW. Так, например, увеличение числа проводников ведет к увеличению значения допустимого тока короткого замыкания, и этот факт может быть расценен только как положительный. Однако при этом одновременно растет погонная масса кабеля и, как следствие, нагрузка на опоры.

Таким образом, каждое конструктивное решение представляет собой оптимизацию механических, электрических и передаточных характеристик для конкретных требований.

С оглядкой на изложенное выше, в первый момент может показаться, что OPGW — это панацея для энергетических компаний от всех бед, связанных с передачей информации по ЛЭП. Однако это не совсем так.

Достаточно часто ЛЭП среднего напряжения не оборудованы земляным проводом. Кроме того, не всегда может быть заменен уже существующий земляной провод (грозозащитный трос). И в этом случае на сцену выходит так называемый...

 

…ОРРС, или

«линейный проводник — оптический кабель»

Если оптические волокна можно разместить в проводниках грозозащитного троса, то почему их нельзя расположить среди проводников линейного провода? Так и сделали. Полученное (кстати, тоже интегрированное) решение назвали ОРРС (Optical Phase Conductor) или оптический кабель-фазный провод. В этом случае проводники фазного провода также играют двоякую роль: с одной стороны, они проводят протекающий фазный ток, с другой — являются защитой для оптических волокон. Электрическое сопротивление ОРРС должно соответствовать сопротивлению линейного проводника, который он заменяет. Очевидно, что для ОРРС можно использовать те же базовые конструкции, что и для OPGW. Разница состоит лишь в технологии производства соединений строительных длин кабеля и, соответственно, оптических волокон. В случае применения ОРРС оптические волокна установлены в зоне действия высокого напряжения. При этом соединения должны быть проведены таким образом, чтоб и кабель, и соединительные муфты не приходили в соприкосновение с точками с нулевым потенциалом. Это предполагает установку соединительных муфт либо в подвешенном состоянии, либо на изоляторах.

Одним из важных преимуществ как OPGW, так и ОРРС является то, что они не создают дополнительной нагрузки на опоры.

В случае, если нет возможности заменить существующие земляной или линейные провода, или это является экономически нецелесообразным, могут быть установлены дополнительные кабели. В функции этих кабелей входит только размещение и защита оптических волокон. Одним из универсальных решений (для всех значений напряжения) в этом случае является...

 

…MASS (Metal Aerial Self-Supporting)

Он представляет собой оптический кабель малого размера, армированный металлом и предназначенный для установки в центральной части опор. Для минимизации дополнительной нагрузки на опоры погонный вес и диаметр такого кабеля должны быть значительно уменьшены. Типичная область значений диаметра MASS-кабеля лежит в пределах от 9 до 12 мм. Выбор армирующих элементов кабеля производится только в соответствии с длиной пролета, так как электрической нагрузки эти элементы не несут. Как следует из аббревиатуры, кабель MASS является самонесущим, то есть, не требующим дополнительных элементов для своего подвеса.

Другим самонесущим типом кабеля является...

 

...ADSS (All-Dielectric Self-Supporting)

В отличие от предыдущего типа, кабель ADSS не содержит металлических элементов и является полностью диэлектрическим. Оптические волокна в нем располагаются в прямой или витой пластиковой трубке, покрытой одной или двумя пластиковыми оболочками. Для выполнения конструкции самонесущей она содержит силовые элементы в виде арамидных нитей, прочность которых на растяжение превышает прочность стали. Применение арамидных нитей в сочетании с низким весом ADSS-кабеля позволяет при необходимости увеличить размеры пролетов до 800–1000 м, в зависимости от допустимой дополнительной нагрузки на опоры. В этом аспекте ADSS можно считать универсальным решением для большого числа различных применений. Однако при установке кабеля на высоковольтных линиях необходимо предупредить появление трекинг-эффекта, при котором происходит эрозия внешней поверхности оболочки кабеля за счет возникновения электрического разряда между отдельными участками поверхности. Появление самого разряда обусловлено воздействием электрических полей большой напряженности в районе расположения линейных проводов. Таким образом, для определения места подвеса кабеля необходима информация о распределении электрического поля вокруг линейных проводов.

Применение оболочек из специального материала и расчет оптимального места установки кабеля на опорах делают технологию ADSS применимой вплоть до ЛЭП с напряжением 275 кВ. При этом емкость таких кабелей может достигать 144 оптических волокон и даже более.

 

От ADSS до ADL — один только шаг!..

В противовес ADSS технология ADL (All-Dielectric Lashed) не предполагает использования самонесущих кабелей, а требует для подвески оптического кабеля несущий элемент. В качестве несущего элемента могут быть использованы провод заземления (в случае высоковольтных линий) или линейный провод — для линий низкого и среднего напряжения. Кабель фиксируется двумя шнурами, выполненными из арамидных волокон с покрытием, которые наматываются по геликоиде вокруг несущего элемента и ADL-кабеля. Этот процесс производится с помощью специального механизма, передвигающегося вдоль несущего провода. При этом кабель может подаваться к месту подвязки либо с земли, либо со специального барабана, подвешенного на несущем проводе. Такая технология является очень гибкой и может быть адаптирована к различным условиям.

Кроме подвязки ADL-кабеля к несущему проводу существует технология наматывания ADL-кабеля на несущий провод. Данная технология, наряду с некоторыми достоинствами, обладает рядом недостатков. В частности, для выполнения операции необходимо обеспечить вращение барабана вокруг провода. Кроме того, исключена возможность быстрого демонтажа кабеля в случае такой необходимости, а также, при подобном способе установки, кабель более подвержен воздействию молнии и повреждениям от птиц. В силу этого данный способ подвески получил меньшее распространение, чем способ подвязки.

 

И все-таки — OPGW!!!

Разнообразие существующих типов оптических кабелей позволяет решить проблему построения линий связи на основе ЛЭП в каждом конкретном случае.

Высокая информационно-пропускная способность оптического волокна не только с лихвой покрывает нужды энергосетей в передаче данных, но и позволяет сдавать дополнительные каналы или даже волокна в аренду. С одной стороны, это является хорошим бизнесом для энергетических компаний, с другой — наращивает общий потенциал сетей связи.

Из описанных кабельных технологий, предназначенных для использования на ЛЭП, OPGW сегодня является наиболее важной и востребованной на рынке, что объясняется ее преимуществами, приведенными выше.

Из производителей OPGW на украинском рынке наиболее известны компании Alcatel, NK, Fujikura.

 

Виктор КАТОК,

профессор, начальник НИЦ ЛКС

Государственного университета

информационно-коммуникационных

технологий

Александр МАНЬКО,

старший преподаватель

кафедры ВОЛС Государственного

университета информационно-

коммуникационных технологий,

manko_alex@ukrpost.net

 

№ 3&4 (август-сентябрь) 2003