Симичев Н.И., Ермашов А.А. и др. ВОЛС на воздушных линиях электропередач - файл n1.doc

Симичев Н.И., Ермашов А.А. и др. ВОЛС на воздушных линиях электропередач
скачать (570 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc570kb.04.12.2012 01:40скачать

n1.doc

  1   2   3
ВОЛС НА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Резюме. 3

Введение. 3

Оптические кабели для подвески на ВЛ электропередачи.. 3

ОКГТ.. 6

ОКСН.. 10

Типовая конструкция ОКСН. 11

ОКН.. 13

Выбор технологии ВОЛС-ВЛ.. 15

Вопросы надежности ВОЛС-ВЛ.. 17

Цена вопроса.. 18

Заключение. 19

Список литературы... 20

 

Резюме

Приведен анализ различных методов строительства оптических линий связи использующих энергетическую инфраструктуру воздушных линий электропередачи (ВОЛС-ВЛ). Дан обзор кабелей, конструкций и приведены общие рекомендации по их применению
на ВОЛС-ВЛ.

Введение

Преимущества оптических световодов или волоконных световодов (ВС) как физической среды распространения сигналов электросвязи и конструктивной основы оптических кабелей (ОК) связи хорошо известны (см., например, [1-4]). Основными из них  являются: широкая полоса пропускания, обеспечивающая возможность передачи сигналов электросвязи со скоростью до 10 Гбит/с и выше; низкий уровень потерь на распространение сигналов, позволяющий осуществлять их передачу без регенерации на расстояния до 120-150 км; нечувствительность к электромагнитным помехам; отсутствие перекрестных помех в ОК; малая масса и размеры ОК.

Другие достоинства и преимущества ВС и ОК по сравнению с традиционными средами распространения, такие как относительно высокая защищенность от несанкционированного съема (перехвата) передаваемой информации, пожаробезопасность, относительно невысокая цена ОК по сравнению с медными кабелями и практически неограниченные запасы сырья для производства ОВ делают их применение в сетях и системах связи еще более привлекательным и технически и экономически оправданным. Именно поэтому ОК практически полностью вытесняют в настоящее время все другие виды направляющих структур в магистральных линиях цифровых первичных сетей связи [5].

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) на основе ОК и современных цифровых систем передачи в настоящее время занимают ведущее место в системах связи различного назначения. Особенно перспективно применение ВОЛС, подвешиваемых на опорах воздушных линий (ВЛ) электропередачи высокого напряжения (ВОЛС-ВЛ), имеющих наивысшую надежность по сравнению с другими видами ВОЛС [6, 7]. Кроме того ВОЛС-ВЛ обладают рядом конкурентных преимуществ по сравнению с традиционными способами строительства оптических кабельных линий связи (КЛС). К ним можно отнести отсутствие необходимости отвода земли и согласования права на проход, уменьшение сроков введения линий в эксплуатацию, снижение капитальных и эксплуатационных затрат.

В настоящей статье рассмотрены основные виды ОК для подвески на ВЛ (ОК-ВЛ) требования к ОК-ВЛ, особенности технологии подвески различных видов таких кабелей, некоторые вопросы, связанные с надежностью ВОЛС-ВЛ и даны практические рекомендации по выбору ОК-ВЛ для ВОЛС.

Оптические кабели для подвески на ВЛ электропередачи

Оптическим кабелям и их применению в ВОЛС за последние годы посвящен ряд книг  [1-4], нормативная [8, 9], справочная [2, 10], и обширная периодическая  литература [11-15]. Однако ОК-ВЛ, несмотря на весьма широкое их применение в строительстве ВОЛС-ВЛ как за рубежом, так и в России, в силу значительной сложности технологии проектирования и всего комплекса строительства таких ВОЛС все еще недостаточно систематизированы по техническим требованиям к ним и их применению.

В настоящее время известны семь основных вида ОК-ВЛ, три из которых получили наибольшее распространение  - это оптический кабель в грозозащитном тросе (ОКГТ), полностью диэлектрический оптический самонесущий кабель (ОКСН) и оптический навивной кабель (ОКН) [9, 10]. Кроме этого в последние годы активно внедряются оптические прикрепляемые кабели (ОКП) [14]. Разнообразные типы ОК-ВЛ различного конструктивного исполнения разработаны и выпускаются многими зарубежными и отечественными производителями. В целом номенклатура и основные характеристики отечественных ОК соответствуют принятым международным стандартам и мировой практике. Однако среди большого разнообразия ОК, выпускаемых в  России в настоящее время, еще недостаточна номенклатура ОК для подвески на опорах  воздушных линий (ВЛ) электропередачи [15]. Это относится к оптическим кабелям в грозозащитном тросе (ОКГТ) и оптическим кабелям навиваемым (ОКН) на грозотрос (ГТ) и фазные провода (ФП).

Основные конструктивные требования к ОК-ВЛ и их технические характеристики, а также конструкции, методы прокладки и подвески, соединения и защиты представлены в справочных изданиях [8-10]. Поэтому ограничимся рассмотрением наиболее существенных с практической точки зрения требований к ОК-ВЛ, возникающих при проектировании ВОЛС-ВЛ.

При выборе технологии строительства ВОЛС-ВЛ необходимо принимать во внимание следующие исходные данные:

·         климатические условия,

·         рабочее напряжение и конструктив ВЛ,

·         рельеф местности, наличие пересечений

·         количество волокон

·         требования по выбору ОК, связанные со спецификой строительства/эксплуатации срок службы, который для большинства выпускаемых в настоящее время  кабелей составляет не менее 25 лет.

Типовые технические требования к ОКГТ и ОКСН для подвески на ВЛ напряжением 110 кВ и выше, как это предусмотрено правилами [9], представлены в табл. 1. Подобные технические требования к ОК-ВЛ полезно определить на этапе планирования ВОЛС-ВЛ и предварительного формирования технического задания на проектирование ВОЛС-ВЛ, а также при запросе технических предложений от поставщиков ОК-ВЛ.

Таблица 1. Основные типовые технические требования к ОК-ВЛ.

Основные параметры и характеристики ОК-ВЛ

ОКГТ

ОКСН

ОКН

ОКП

Класс напряжений ВЛ

110 кВ и выше

110 и 220 кВ

110 кВ и выше (ГТ)

110 кВ (ФП)

110 кВ и выше (ГТ)

35-110 кВ (ФП)

Максимальная длина пролета ВЛ, м

450-500

450-500

-

-

Диапазон рабочих температур, °C

-50 - +60

-50 - +60

-50 - +60

-50 - +70

Количество ОВ

16-48

16-48

8-32

8-24

Диаметр ОК, мм

13-20

15-20

6,2-8,4 (ГТ)

7,3-9,0 (ФП)

6,2-7,5

Масса ОК, кг/км

530-720

180-360

32-69 (ГТ)

52-77 (ФП)

40-54

Разрушающая нагрузка, кН

60-140

30-100

1,0-1,2

1,8-5,3

Средняя эксплуатационная нагрузка, кН

7-30

7-20

-

-

Максимально допустимое рабочее тяжение, кН

20-60

15-30

0,3

0,3-0,8

Допустимый ток КЗ, кА2 сек

(ток КЗ, кА за 0,3 сек)

190-400

(25-40)

-

-

-

Допустимый потенциал электрического поля, кВ

-

12-25

-

-

Максимальная температура грозотроса (провода), о C

200

-

260-300

300

Максимальная строительная длина, км

4-6

4-6

2–4

4-6

Срок службы, лет

25

25

25

25

В табл. 2 даны основные характеристики типовых ОК-ВЛ как зарубежного, так и отечественного производства, рекомендуемых для подвески на ВЛ 110 и 220 кВ.

Основными преимуществами ОКГТ являются наивысшая надежность ВОЛС-ВЛ  и возможность их применения на ВЛ от 110 кВ и выше практически без ограничений ВЛ по классу напряжений [9]. Однако ОКГТ имеют наибольшую стоимость, требуют применения достаточно сложного технологического оборудования для их подвески и монтажа, а также  значительных затрат на проектирование и монтаж ВОЛС-ВЛ.

Таблица 2. Основные характеристики типовых ОК для подвески на ВЛ.

Тип ОК

Производитель

Основные характеристики

Примечание

 

Количество ОВ*

Диаметр, мм

Масса ОК, кг/км

Разрывная нагрузка, кН

Максимально допустимая нагрузка, кН

Длительно допустимая нагрузка, кН

Ток КЗ, кА2* сек

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

ОКГТ

СОКК

8-16

13,2

590,0

74,5

44,1

14,9

81,0

ВЛ 220 кВ

 

NK Cabels

8-48

19,2

721,0

90,0

40,5

15,3

200,0

то же

 

Alcatel

8-32

16,1

634,0

86,9

36,5

13,9

188,0

то же

 

Siemens

12-60

16,1

515,0

62,2

28,0

 

132,0

то же

 

Focas (Англия)

8-96

16,1

617,0

70,0

42,0

 

150,0

то же

 

Fujkura

24-48

16,4

582,0

78,1

35,1

 

188,0

то же

 

ОКСН

СОКК

16

13,6

159,0

 

20,0

 

 

ВЛ 110 кВ

 

Оптен (СПб)

16

17,2

315,0

 

17,6

7,7

 

ВЛ 110/220 кВ

 

Севкабекль-Оптик

16

15,0

180,0

44,8

18,0

10,7

 

то же, с

трекингостойкой

оболочкой

 

Москабель-Фуджикура

16

14,8

 

 

15,0

 

 

ВЛ 110 кВ

 

Alcatel (Францмя)

16-32

17,0

260,0

100,8

30,3

20,9

 

ВЛ 110 кВ

 

Siemens

16-32

12,7

165,0

 

16,5

12,5

 

ВЛ 110 кВ

 

Focas (Англия)

16-32

15,8

200,0

60,5

24,2

 

 

ВЛ 110 кВ

 

ОКН

Оптен (СПб)

2-24

7,5-8,5

48,0-54,0

0,35-1,2

 

 

 

ГТ ВЛ 110/220 кВ

 

Focas (Англия)

16-32

6,2-7,3

32,0-44,0

1,0

 

 

 

ГТ ВЛ 110/220 кВ

 

Focas (Англия)

16-32

7,3-8,1

52,0-64,0

1,0

 

 

 

ФП ВЛ 110 кВ

 

 

 

 

 

 

 

Примечания

1. Максимальная температура ОКГТ - 120оС

 

 

2. Диапазон рабочих температур:   -50 - +50оС; проводника для ОКН - 300оС

 

 

3. ГТ - навивка на грозотрос

 

 

4. ФП - навивкана фазный провод

 

 

5. *) - допустимое число ОВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



































































ОКГТ находят применение при строительстве магистральных (межзоновых и международных) ВОЛС и транспортных сетей различного масштаба [6, 16]. Особенно преимущества применения ОКГТ проявляются при строительстве новых ВЛ. Ввиду наивысшей надежности именно ОКГТ рекомендуется при строительстве не резервируемых магистральных линий связи.

Основными преимуществами ОКСН являются относительно небольшой вес  и возможность проведения подвески и монтажа ОК без отключения ВЛ. Как и в предыдущем случае, ОКСН находят применение при строительстве магистральных ВОЛС и транспортных магистралей цифровых первичных сетей (ЦПС) зонового (областного) уровня  и корпоративных сетей на существующих ВЛ.

Преимуществами ОКН служат высокая надежность ВОЛС-ВЛ (особенно при навивке на фазные провода или новый грозотрос), значительно более низкая стоимость проектных и монтажных работ, высокая скорость подвески и монтажа, малые дополнительные нагрузки на ВЛ, высокая технологичность и возможность проведения подвески и монтажа ОК на грозотросе без отключения ВЛ. Применение ОКН оправдано и перспективно для строительства как магистральных ВОЛС (при необходимости быстрого ввода их в эксплуатацию) и транспортных магистралей ЦПС, так и сетей доступа к ЦПС. Для магистральных ВОЛС-ВЛ и  ЦПС на ОКН рекомендуются кольцевые структуры.

К преимуществам ОКП можно отнести значительно более низкую стоимость ОК, а также проектных и монтажных работ, высокую скорость монтажа, малые дополнительные нагрузки на ВЛ, возможность проведения монтажа ОК на грозотросе без отключения ВЛ. К недостаткам ОКП следует отнести отсутствие широкой практики применения и опыта эксплуатации, низкую баллистическую стойкость  таких ОК-ВЛ.

Универсальных рекомендаций по выбору технологии строительства ВОЛС-ВЛ на сегодняшний день не существует. Однако можно рекомендовать применение той или другой технологии ВОЛС-ВЛ исходя из обеспечения необходимой надежности ВОЛС и минимальных общих затрат на строительство ВОЛС по сравнению с другими видами ОК. Более подробно эти вопросы будут рассмотрены далее. В настоящее время при строительстве ВОЛС-ВЛ наибольшее применение находят ОКГТ (60-70% объемов) и ОКСН (20-30%) и несколько меньше – ОКН (10%). При этом четко выражена региональная специфика строительства ВОЛС. Так ОКГТ преобладает во всех регионах мира, в Европе, особенно в Англии и Скандинавии преимущество ОКН перед ОКСН очевидно. В Америке напротив ОКСН получил большее распространение, впрочем, как и в Юго-Восточной Азии. В Японии технологии ОКН и ОКСН используются на ВОЛС-ВЛ примерно наравне.

ОКГТ

Оптический кабель встроенный в грозозащитный трос  (ОКГТ) является наиболее широко используемым решением для строительства ВОЛС-ВЛ. Доля ОКГТ составляет около 80% всех ВОЛС-ВЛ на вновь строящихся линиях и свыше 40% на реконструируемых.

В конструкции кабеля типа ОКГТ можно выделить сердечник или оптический модуль, содержащий оптические волокна, и внешний одинарный или двойной повив преформированных проволок. Стальная проволока, используемая в повивах ОКГТ должна быть защищена от коррозии, поэтому применяется так называемая плакированная алюминием проволока, которая существенно устойчивее к окислению, чем гальванизированная, ввиду большей толщины покрытия. Кроме того, ее проводимость выше, а прочность не ниже, чем у аналогичных стальных проволок. Также для обеспечения стойкости к токам короткого замыкания (КЗ) в повиве используют алюминиевые проволоки. Комбинацией различного числа стальных и алюминиевых проволок добиваются необходимых характеристик по прочности на растяжение и стойкости к токам КЗ. Также важно отметить, что, поскольку грозотрос подвержен частому действию разрядов молний, целесообразно для наружного слоя использовать проволоки диаметром не менее 2,5 мм и стараться, по возможности, избегать наличия алюминиевых проволок во внешнем повиве, из-за их низкой молниестойкости.

На создание различных конструкций ОКГТ повлияло множество факторов, в том числе и требования к технологии производственных процессов. Все конструкции должны удовлетворять основным механическим и электрическим требованиям, как к грозозащитным тросам, так и к ОК. Важным аспектом при разработке конструкции ОКГТ является необходимость иметь при монтаже ОКГТ соответствующую арматуру, методику подвески ОК на опоры ВЛ. Использование несоответствующих креплений может повредить ОК и привести к увеличению потерь в ОВ из-за возникающих макро и микроизгибов.

По конструктивному исполнению ОКГТ различных производителей можно условно разделить на четыре основные группы (конструкции), отличающиеся размещением и конструктивным исполнением оптического сердечника [10, 11].

В первой конструктивной группе ОКГТ, для удобства назовем ее A, оптические волокна расположены внутри центральной трубки. Центральная трубка может быть выполнена из алюминия или алюминиевого сплава, стали и полимерных материалов. Внутри трубки волокна могут быть плотно упакованы в модули (тип А1) или свободно уложены - в центральный трубчатый модуль (А2) или в модульную скрутку (А3). Поверх трубки положены повивы из проволок, определяющие механическую прочность ОКГТ.

Одним из классических примеров реализации конструкции группы А2 можно считать кабели NK Cables (Nokia), выполненные по технологии («Spiral Space»), где используется центральный оптический модуль на основе полимерной трубки. ОВ свободно уложены в теле трубки в отверстии, выполненном в виде геликоиды, свободное пространство которой заполнено гидрофобным наполнителем. Поверх полимерной трубки наложены повивы из проволок, обеспечивающие необходимую механическую прочность и электрическое сопротивление. Такое конструктивное решение для оптического модуля позволяет волокнам при растяжении и сжатии кабеля двигаться вдоль его оси. Стойкость данного кабеля к раздавливанию невелика, но слабые деформации обратимы. Кабель легок в монтаже, волокна относительно легко доступны для сварки.

Данные конструкции были разработаны первыми, поэтому получили наибольшее распространение. По этой технологии выпускают свои кабели фирмы Alcatel (Германия) - А3; Alcoa Fujikura Ltd. (США) - А1; Corning Optical Cables (бывшее BICC, Великобритания) - А3;  Fujikura (Япония) - A1; NK Cables (Nokia) (Финляндия) - А2; Olex Cables (Австралия) - А3; Pirelli (Италия) - А3; Siemens (Германия) (теперь подразделение Corning Optical Cables) - А2; Sumitomo Electric Industries (Япония) - А2; Самарская оптическая кабельная компания (СОКК, Россия) - А2[1].

Во второй конструктивной группе ОКГТ оптический модуль размещен в пазах профилированного сердечника выполненного из алюминия или алюминиевого сплава (группа Б). Это так называемый открытый профилированный сердечник, в отличие от закрытого алюминиевой трубкой из третьей конструктивной группы. Здесь не используется плотная упаковка ОВ. Это так называемые кабели второго поколения [17]. К достоинствам этой группы можно отнести наивысшую стойкость к раздавливанию и хорошую стойкость к токам КЗ. После прохождения токов КЗ нагрев уходит в алюминиевый сердечник, который предохраняет волокно от возникновения мест с очень высокой температурой. Материалы, использованные в ОКГТ группы Б, не образуют гальванических пар и поэтому не способствуют выделению значительного количества водорода. В любом случае открытый тип (т.е. не имеющий поперечной герметизации) кабеля означает решетчатую конструкцию, которая не задерживает ни воду (гидроксильные группы) ни водород,  как известно, отрицательно влияющие на рабочие характеристики ОВ. Шаг нарезки пазов профилированного стержня позволяет добиться максимальной избыточности по длине ОВ среди всех дизайнов ОКГТ. Такие кабели были разработаны позже группы А и производятся компанией Focas (Великобритания, США), которая с середины 2000 года стала составной частью компании Alcoa Fujikura Ltd (США), а также компаниями Alcatel (Германия) и Samsung Electronics (Ю. Корея) по лицензии.

Третья конструктивная группа ОКГТ (группа В) отличается от второй наличием герметичной алюминиевой трубки, наложенной поверх профилированного сердечника – оптического модуля. Различают оптические модули с плотной упаковкой ОВ, уложенных в пазы (В1), и со свободной укладкой ОВ (В2). Данный группа отличается хорошей стойкостью к раздавливающим усилиям, однако обеспечить запас по вытяжке ОВ по длине здесь труднее, чем в группе Б. Разделка и монтаж кабеля требуют специального инструмента. Кабели группы В разработаны и внедрены в производство следующими компаниями: Alcatel (Германия) - В2;

Furukawa (Япония, Бразилия) - В1; Hitachi (Япония) - В1; Phillips-Fitel Inc. (Канада) - B2; Samsung (Корея) - В2; Showa Wires and Cables (Япония) - В1; Uniphone (Малайзия) - В1.

Четвертая из рассматриваемых групп конструкций ОКГТ представляет собой так называемый дизайн «трубка-проволока в повиве» (группа Г). Одна или несколько таких трубок с ОВ скручены вокруг центральной проволоки, образуя первый повив кабеля. В зависимости от необходимой прочности и требуемого сопротивления ОКГТ имеет дополнительно еще один или два повива проволок. Уменьшение нагрузки на ОВ в таких трубках достигается тем, что трубки навиты вокруг центрального сердечника образуя спираль. Данный дизайн требует относительно большого запаса по длине ОВ, недостатком которого является возможность проявления микроизгибов при низкотемпературном сжатии. Сопротивление на раздавливание хорошее. Деформации обратимы. Есть возможность производства с очень большим количеством ОВ. Одним из существенных преимуществ данной конструкции ОКГТ является полное внешнее сходство с обыкновенным грозотросом, и, как следствие, возможность использования стандартной арматуры. Отрицательными являются последствия токов КЗ для волокон, прилегающих изнутри вплотную к стенке трубки. Кроме того, кабели группы Г малого диаметра обладают низкой молниестойкостью, так как структура ОКГТ из трех слоев повива требует применения во внешнем повиве тонких проволок, которые подвержены коррозии (возникает возможность появления гальванических пар, что приводит к выделению водорода), трудны в идентификации модуля и требуют специального инструмента для разделки.

 



А)



Б)



В)



Г)

Рис. 1.

Основные Конструкции ОКГТ:
А – группа А (NK Cables – A2);
Б – группа Б (Focas);
В – группа В (Philips-Fitel – В2);
Г –  группа Г (Alcatel, Швейцария)
  1   2   3


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации