[ Б ] О К С
Согласовано Утверждаю
____________________ Е.Ю. Ушакова ____________________ Н.К. Сабинин
Главный технолог и.о. Генерального директора
дата дата
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯпо вопросу использования оптических самонесущих диэлектрических кабелей для строительства ВОЛС на ВЛ.
ОАО «УПРАВЛЕНИЕ ВОЛС-ВЛ» ИНФОРМИРУЕТ,
что ОКСН следует использовать в исключительных случаях при невозможности подвески ОКГТ и существенных ограничениях условий эксплуатации при подвеске ОКФП (ОК-СИП).
ТП-ОКСН
Екатерина Ушакова (Jul 3, 2012)
Jul 3, 2012
Николай Сабинин (Jul 3, 2012)
Jul 3, 2012
© 2012 ОАО «Управление ВОЛС-ВЛ».Настоящий документ может быть воспроизведен и передан какими бы то ни было средствами, будь то электронные или механические, включая фотокопирование и запись на магнитный носитель, полностью или заглавной страницей и только в оригинальном виде, без ограничений по применению. Любое использование части документа или его содержимого в других изданиях или любые изменения формата документа запрещены без письменного разрешения ОАО «Управление ВОЛС-ВЛ».
ТП-ОКСН
ТП-ОКСН
Содержание 1 Введение......................................................................................................................4 2 Определения и сокращения......................................................................................4 3 Постановка задачи.....................................................................................................4 4 Типовая конструкция ОКСН.......................................................................................4 5 Учет особенностей ОКСН при проектировании и монтаже ..................................5 6 Риски повреждения ОКСН при эксплуатации .........................................................7 7 Заключение.................................................................................................................8 8 Список литературы......................................................................................................8 9 Поддержка.................................................................................................................10
3 из 12
Техническая позиция
1 ВведениеОптические самонесущие диэлектрические (неметаллические) кабели (ОКСН) предназначены для монтажа на опорах действующих ВЛ с подвеской либо ниже фазных проводов, либо в самом сердце опоры — в точке «нулевого потенциала». Опыт проектов в различных странах мира показал, что кабели типа ОКСН являются весьма привлекательной возможностью превращения воздушной линии электропередачи в линию связи. Смысл их применения традиционными операторами связи заключается в том, что такое решение «разделяет» собственность — кабель не является неотъемлемой частью линии электропередачи и подвешивается, как правило, ниже фазных проводов. Это является преимуществом, так как многие поставщики услуг связи хотят иметь свой, отдельный от энергосистем, кабель.
Помимо данного преимущества, а также некоторых других, ОКСН обладает рядом значительных недостатков, которые будут рассмотрены ниже.
2 Определения и сокращенияВсе термины в данном документе применяются в значениях согласно Энциклопедии УВВ [1].
3 Постановка задачиВ рамках данного документа необходимо рассмотреть недостатки ОКСН для понимания их влияния на надежность ВЛ и ВОЛС на ВЛ.
4 Типовая конструкция ОКСННаиболее распространенная конструкция ОКСН приведена на Рис. 1. Она представляет из себя оптический сердечник модульной скрутки, защищенный армирующими элементами (6), в качестве которых используются арамидные нити или в исключительных случаях стеклонити. При этом оптические волокна (2) находятся внутри модулей (3), выполненных из прочного полибутилентерефталата (ПБТ) или полиамида, которые заполнены гидрофобным гелем (4). Различные компании используют, как правило, 5-ти или 6-ти элементную скрутку на центральный силовой элемент (1), выполненный в виде стеклопластикового стержня, который, обладая отрицательным температурным коэффициентом, «держит» конструкцию при высоких температурах. Поверх скрученных модулей накладывается оболочка из полимерного материала (5). В случае конструкций, обеспечивающих баллистическую стойкость, внутренняя оболочка выполнена из специальных материалов повышенной прочности. На промежуточную оболочку накладываются арамидные нити, которые уложены, как правило, в два слоя противоположного повива. Прочная внешняя оболочка обеспечивает защиту
4 из 12
ТП-ОКСН
ОКСН от внешних воздействий (7).
Рис. 1 Типовая конструкция ОКСН
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. Это связано с явлением сухого дугового разряда, возникающего после загрязнения оболочки ОКСН из-за наведенных потенциалов электромагнитного поля [2, 3].
ОКСН — высокотехнологичный кабель, изготавливающийся из доступных материалов и освоенный большим количеством производителей. Отличие механических свойств ОКСН от свойств металлических проводов состоит в том, что он, с одной стороны, может иметь повышенную эластичность, то есть меньшее значение модуля упругости, а, с другой стороны, он имеет существенно меньший коэффициент температурного линейного удлинения (для некоторых марок ОКСН он может иметь отрицательное значение). Помимо этого, ввиду диэлектрической конструкции решается проблема коррозии [4], а также отсутствует вероятность повреждения кабеля токами короткого замыкания.
Существует много причин повреждения и выхода из строя воздушных кабелей, основные из которых — это скрытый брак при производстве ОК, некачественный монтаж, неподходящая арматура, повреждения из-за электромагнитного поля, вандализм и природные явления. Скрытый брак при производстве ОК может быть выявлен независимо от типа кабеля. К тому же это маловероятный случай ввиду того, что практически все производители ОК сертифицированы по системе ISO 9000. Также и некачественный монтаж, который обычно вскрывается при введении линии в эксплуатацию или при своевременном техническом надзоре, может быть произведен со всеми типами ОК.
5 Учет особенностей ОКСН при проектировании и монтаже При разработке рабочего проекта линии связи на ОКСН одним из наиболее важных решений является выбор кабеля соответствующего дизайна. Для этого необходимо учитывать и понимать различные факторы, такие как: внешние
5 из 12
Техническая позиция
механические нагрузки, климатические условия, эффект наведенных токов и др. Для успешного монтажа следует проводить полный электрический анализ и использовать специальную арматуру, обеспечивающую надежную эксплуатацию кабеля [5, 6].
Помимо этого, новый кабель подвержен ползучести, и нужно знать его конечные характеристики, чтобы по ним рассчитать необходимые стрелы провеса и проанализировать электромагнитное поле, что требует от проектных институтов плотных контактов с производителями кабелей [7, 8].
Общие требования к размещению ОКСН на ВЛ приведены в [9]. По механическим и электрическим причинам ОКСН следует располагать как можно ниже на опоре. Поэтому он больше других кабелей подвержен разного рода повреждениям и загрязнениям. Через поврежденную оболочку внутрь кабеля может попасть вода, что приведет к катастрофическим последствиям.
ОКСН является сравнительно легким кабелем, который под действием ветра «плавает» относительно фазных проводов. При этом невозможно точно определить наведенную на ОКСН разность потенциалов. В результате увеличивается риск разрушения оболочки из-за наведенных электрических зарядов и возрастающих токов, что снижает срок службы ОКСН. Поэтому для успешного проектирования и монтажа ОКСН требуется знание свойств материалов, из которых изготовлен ОК, и верный расчет точек подвески ОКСН на опорах ВЛ, чтобы минимизировать наведенные токи без уменьшения расстояния ОК от земли или увеличения риска схлестывания кабеля с фазными проводами. Помимо этого, при разработке проекта производства работ (ППР) необходимо предусматривать раздел с расчетом наведенных токов для работ с отключением одной цепи.
Кроме того, при подвеске ОКСН на опорах уже существующей ВЛ возникает проблема, связанная с тем, что опоры уже значительно нагружены фазными проводами и грозозащитными тросами. Поэтому подвеска ОКСН может быть и невозможна, или возможна, но с существенными ограничениями по допустимому тяжению. Таким образом, подвеска ОКСН может приводить к появлению дополнительных нагрузок на опоры ВЛ (что ограничивается требованиями Технической политики ОАО «Холдинг МРСК»), которые не были учтены при расчете. В результате снижается надежность эксплуатации ВЛ, происходит быстрое механическое старение опор и их закреплений в грунте. В то время как при использовании ОК встроенного в ГТ или ФП можно избежать возникновения дополнительных нагрузок на опоры ВЛ.
Длинные пролеты ограничивают применение ОКСН, так как заложенный запас прочности может оказаться недостаточным в условиях предельного гололеда с ветром. И габарит до земли также является ограничивающим фактором на длинных переходах через водные преграды и при сложных рельефах местности.
6 из 12
ТП-ОКСН
6 Риски повреждения ОКСН при эксплуатации Подвеска самонесущих неметаллических оптических кабелей связи на опорах ВЛ осуществляется с помощью натяжных и поддерживающих зажимов спирального типа. Под действием внешнего электрического поля, созданного зарядами проводов ВЛ и зарядами, индуцированными на опоре, на краю протектора зажима возникает локальное усиление напряженности поля, которое, в свою очередь, может приводить к возникновению коронных разрядов на краю протектора в месте его сопряжения с ОКСН [10]. Степень усиления напряженности поля и возможность возникновения при этом коронных разрядов зависят от потенциала внешнего поля в зоне подвески ОКСН и геометрии края протектора.
Коронные разряды могут представлять опасность и для самого ОКСН, приводя к разрушению его диэлектрической защитной оболочки под действием кислот, образующихся в процессе плазмохимических реакций при коронном разряде (Рис. 2). Из опыта эксплуатации ОКСН известны случаи повреждений диэлектрической оболочки в месте сопряжения кабеля с краем протектора зажима, которые могли быть вызваны как поверхностными частичными разрядами при загрязнении и увлажнении кабеля, так и коронными разрядами на краю протектора.
Рис. 2 Поврежденная оболочка ОКСН
Попытка проанализировать условия формирования коронных разрядов на спиральной арматуре ОКСН и способы их ограничения приведены в исследованиях [11]. Целью данной работы являлось получение экспериментальных данных по напряжению начала короны на спиральных зажимах и определение характеристик внешнего поля в зонах предполагаемой подвески ОКСН на опорах ВЛ. Однако следует понимать, что подобные рекомендации по выбору места подвески и конструкции края протектора, сформулированные в данной работе, относятся к конкретным условиям подвески
7 из 12
Техническая позиция
ОКСН и не являются общими. Таким образом, разрушение защитной оболочки кабеля при появлении коронных разрядов на краю протектора зажима и поверхностных частичных разрядов является существенным недостатком ОКСН. При этом на данный момент невозможно точно спрогнозировать срок службы оболочки при возникновении подобных разрядов [12-14].
Природные явления, такие как пожар под линией, могут повредить любой тип кабеля ВОЛС-ВЛ. Но опять же, именно ОКСН является наиболее уязвимым. Известны случаи, когда кабель ОКГТ и кабель ОКНН успешно пережили несколько пожаров вблизи и под линией.
Примерно треть всех повреждений ОКСН, как правило, возникает в результате вандализма, в основном из-за стрельбы из охотничьих ружей. В данном случае ОКСН наиболее уязвим, поскольку расположен ниже других кабелей, в то время как ОКГТ практически неуязвим для дроби. Такая низкая стойкость к проявлениям вандализма влечет за собой необходимость применения специальной баллистической защиты ОКСН [15, 16], что делает кабель дороже.
Принимая во внимание все приведенные недостатки, можно решить, что самонесущий кабель применяют редко. Однако в действительности ОКСН до сих пор распространен. Одной из причин, по которой заказчик может отдавать предпочтение ОКСН — это риски совместной собственности, которые на сегодняшний день полностью нивелируются использованием утвержденной в ОАО «Холдинг МРСК» правовой схемы. Также на ОКСН возможно проведение ремонтных работ без отключения ВЛ (без напряжения). Но при этом не стоит забывать, что в самонесущем кабеле могут индуцироваться токи, опасные для жизни, поэтому систему перед ремонтом необходимо обесточивать.
7 ЗаключениеИз приведенного выше следует, что применение ОКСН ограничено, и его следует использовать в исключительных случаях при невозможности подвески ОКГТ и
существенном ухудшении условий эксплуатации при подвеске ОКФП (ОК-СИП).
8 Список литературы 1 Энциклопедия ОАО «Управление ВОЛС-ВЛ». – URL: http://wiki.vols-vl.ru (дата
обращения: 22.06.2012).
2 Carter C.N. Dry band electrical activity on optical cables strung on overhead power lines // Proc. 37th Int. Wire and Cable Symp. – 1988. – pp. 117-121.
3 Carter C.N., Waldron M.A. Mathematical model of dry band arcing on self-supporting, all dielectric optical cables strung on overhead power lines // IEE Proc. C. – 1992. – №3. – vol. 139. – pp. 185-196.
8 из 12
ТП-ОКСН
4 Савелёнок В.А. Оптические кабели. Преимущества полностью диэлектрических конструкций // Lightwave Russian Edition. – 2006. – №3. – С. 25-27.
5 Huang Q., Karady G.G., Shi B., Tuominen M. Study on development of dry band on ADSS fibre optical cable // IEEE Trans.Dielect.Insulation. – 2005. – vol. 12. – pp. 487-495.
6 Huang Q., Karady G.G., Shi B., Tuominen M. Numerical simulation of dry band arcing on the surface of ADSS fibre optic cable // IEEE Trans.Dielect.Insulation. – 2005. – vol. 12. – pp. 496-503.
7 Militaru C. Stress-strain, Creep, and Temperature Dependency of ADSS (All Dielectric Self Supporting) Cable's Sag & Tension Calculation // 48th Int. Wire and Cable Symp. – 1999. – pp. 605-613.
8 Теория расчетов при проектировании оптического кабеля и ВОЛС. К программе «Расчет самонесущего оптического кабеля «Инкаб»». – URL: http://incab.ru/files/theory_cable.pdf (дата обращения: 22.06.2012).
9 СО 153-34.48.519-2002. Правила проектирования, строительства и эксплуатации волоконно-оптических линий связи на воздушных линиях электропередачи напряжением 0,4-35 кВ // ЦПТИ ОРГРЭС. – 2004.
10 Karady G.G., Besztercey G., Tuominen M.W. Corona caused deterioration of ADSS fiber-optic cables on high voltage lines // IEEE Trans. Power Delivery. – 1999. – vol. 14. – pp. 1438-1447.
11 Гайворонский А.С., Клепиков А.В., Крусс А.М. и др. Коронные разряды на спиральной арматуре самонесущих неметаллических оптических кабелей, подвешиваемых на опорах ВЛ // ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. – 2005. – №3. – С. 11-15.
12 Rowland S.M., Carter C.N. The evaluation of sheathing materials for an all-dielectric, self-supporting communication cable for use on long-span overhead power lines // Proc. 5th IEE Conf. Dielect. Mater. Meas. Appl. – Canterbury, UK. – 1988. – pp. 77-80.
13 Dissado L.A., Parry M.J., Wolfe S.V., Summers A.T., Carter C.N. A new sheath evaluation technique for self-supporting optical fibre cables on overhead lines // Proc. 39 th Int. Wire and Cable Symp. – Reno, NV. – 1990. – pp. 743-751.
14 Engle R., Will S., Wartschinski. Lifetime prediction of ADSS cables in high voltage environments // Proc. 49th Int. Wire and Cable Symp. – Atlantic City, NJ. – 2000. – pp.
9 из 12
Техническая позиция
470-473.
15 Corning Cable Systems. Gunshot Resistance of Fiber Optic Cable. – URL: http://catalog2.corning.com/CorningCableSystems/media/Resource_Documents/application_engineering_notes_rl/AEN023.pdf (дата обращения: 22.06.2012)
16 Clift S. A new method for protecting aerial optical fibre cables from shotgun damage // Communications Cabling. – IOS Press. – 1997. – pp. 116-123.
9 ПоддержкаПо всем вопросам, касающимся данного документа, обращаться к:
• Екатерина Ушакова, главный технолог ([email protected])
Создано: 22 июня 2012 г.
Редакция: 01
10 из 12
ТП-ОКСН
11 из 12
ОАО «УПРАВЛЕНИЕ ВОЛС-ВЛ»ДОЧЕРНЕЕ ОБЩЕСТВО ОАО «ХОЛДИНГ МРСК»
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ОФИС, СЕМЕНОВСКИЙ ПЕР., 15МОСКВА, 107023, РОССИЯ
ТЕЛЕФОН: +7 495 984 6631ФАКС: +7 495 984 6630
E-MAIL: [email protected]
Recommended
