Вы нашли то, что искали?
Главная Разделы

Добавить страницу в закладки ->

12. Навивная технология строительства ВОЛС. Техническая эксплуатация ВОЛС

Техническая эксплуатация ВОЛС

12. Навивная технология строительства ВОЛС

12.1. ВОЛС на воздушных линиях электропередачи

12.2. Основные показатели ВОЛС, реализованных методом навивной технологии

12.3. Требования к механическим характеристикам ВОК, предназначенного для навивки на провод

12.4. Параметры спуска ВОК при навивке на фазовый провод ЛЭП

12.5. Технология навивки оптического кабеля на провода ЛЭП



12.1. ВОЛС на воздушных линиях электропередачи

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) на основе ОК 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 [3]. Кроме того ВОЛС-ВЛ обладают рядом конкурентных преимуществ по сравнению с традиционными способами строительства оптических кабельных линий связи. 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 настоящее время известны несколько основных видов ОК-ВЛ, получивших наибольшее распространение, - это оптический кабель в грозозащитном тросе (ОКГТ), оптический кабель в фазном проводе (ОКФП), полностью диэлектрический оптический самонесущий кабель (ОКСН) и оптический навивной кабель (ОКН).

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

- климатические условия,

- рабочее напряжение  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.

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

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.

Если ВЛ только создается и необходимо проложить новый грозотрос, либо если грозотрос нуждается в замене в ближайшие 5 лет, то наиболее рациональным и экономичным решением будет применение кабеля типа ОКГТ. Разумеется, в случае, если грозотрос не предусмотрен на ВЛ, то лучшим решением для строящейся линии можно считать применение кабеля типа ОКФП.

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.

Оптические самонесущие диэлектрические (неметаллические) кабели (ОКСН) предназначены для монтажа на опорах действующих ВЛ с подвеской либо ниже фазных проводов , либо по оси опоры ВЛ – в точке «нулевого потенциала».

Опыт многих проектов в различных странах мира показал, что кабели типа ОКСН являются весьма привлекательной возможностью превращения ВЛ электропередачи в воздушную линию связи. Смысл их применения традиционными операторами связи заключается в том, что такое решение позволяет "разделить" собственность - кабель не является неотъемлемой частью ВЛ и подвешивается, как правило, ниже фазовых проводов. Это является преимуществом, так как многие традиционные операторы - поставщики услуг связи хотят иметь свой, отдельный от энергосистем, оптический кабель.

Также  важно иметь в виду, что, только используя специальную арматуру можно обеспечить надежную работу ОКСН. В качестве силовых элементов ОКСН обычно применяют арамидные нити и/или стеклопластик. Из-за возникающей индукции от подвешенных параллельно фазовых проводов применение металлических силовых элементов не рекомендуется.

Для кабеля ОКСН существует рекомендуемое ограничение по типу ВЛ. ОКСН не может применяться на ВЛ напряжением более 150 кВ, что обусловлено риском разрушения оболочки из-за наведенных соседними фазовыми проводами электрических зарядов и возрастающих токов. Применение технологии навивки ОК на фазных проводах ограничено напряжением примерно 175 кВ. Более высокое напряжение ВЛ может вызвать электромагнитную эрозию кабеля, хотя следует отметить, что при этом ОВ остаются неповрежденными.

Длинные пролеты ВЛ могут ограничить применение кабеля ОКСН, и даже ОКГТ, так как заложенный запас прочности может оказаться недостаточным в условиях предельных климатических нагрузок от гололеда и ветра. Другим важным фактором при подвеске ОКСН является высота его подвеса. Расстояние от ОКСН до земли должно быть не меньше определенного минимального, что может оказаться весьма важным при сложных рельефных особенностях местности, в местах пересечения ВЛ со сложными инженерными сооружениями, такими как магистральные дороги, железные дороги и т.п., и на речных переходах. Сложные особенности местности могут привести к дополнительным затратам и неэффективной подвеске ОКГТ и ОКСН из-за неопределенных размеров дополнительного оборудования и необходимости дополнительных сооружений.

Традиционно область применения ОКСН – ВЛ с относительно небольшими пролетами (до 200-300 м). Так на ВЛ напряжением 10, 35 и 110 кВ, при отсутствии грозозащитного троса на линиях, кабель ОКСН является практически единственным решением для ВОЛС-ВЛ. Однако в некоторых случаях ОКСН используют и на ВЛ с рабочим напряжением 220 кВ и выше с длиной пролетов 300-400м. Известное ограничение применения ОКСН на ВЛ класса напряжения выше 150 кВ связано с явлением так называемого сухого дугового разряда, возникающего после загрязнения оболочки ОКСН из-за наведенных потенциалов электромагнитного поля.

Теоретически можно разработать ОКСН для очень большой длины пролета ВЛ из-за его малой массы, однако, для пролетов длиной более 500м ОКСН выпускают редко, поскольку цена на кабель растет логарифмически с увеличением количества используемых арамидных нитей. Кабель типа ОКСН удобно подвешивать и осуществлять его стыковку. В настоящее время выпускаются и поставляются ОКСН, емкостью свыше 100 ОВ.

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.

На существующих ВЛ, находящихся в хорошем состоянии, применялись различные технологии по подсоединению ОК к несущим проводам линии: с помощью ленты, зажимов и навивки. Навивка, как показала практика, оказалась наиболее удачной из всех этих технологий по всем показателям, таким как надежность системы, низкая стоимость монтажа, малые затраты на эксплуатацию, продуктивная работа, и на сегодняшний день является наиболее жизнеспособной технологией присоединения ОК. Основная идея этой технологии состоит в том, чтобы использовать уже существующий грозозащитный трос или один из фазовых проводов в качестве несущего проводника, на который наматывается специальный ОК - ОКН. При этом ОКН может быть малогабаритным и иметь малую массу (около 40-50 кг/км), так как основная силовая нагрузка в этом случае приходится на несущий проводник. Для ОКН емкостью в 24 ОВ его диаметр составляет порядка 6 мм. Никаких работ по усилению несущей структуры не требуется, поскольку дополнительные нагрузки, привносимые ОКН, ничтожны. 

Монтаж ВОЛС-ВЛ с применением кабеля типа ОКН (как для ГТ, так и ФП) осуществляется с использованием специального оборудования, которое поставляет фирма-производитель ОКН (навивная машина с комплектом вспомогательного оборудования). Таким образом, компания изготовитель поставляет не только ОК, но и предоставляет технологию подвески и монтажа ОКН.

 Монтажное оборудование для подвески ОКН малогабаритное и позволяет обеспечить высокую скорость монтажа, беспрерывную работу, работать без снятия напряжения (для ОКН ГТ). Технология подвески ОКН является идеальным методом проведения монтажных работ при переходах ОК через водные преграды, городские кварталы и другие подобные объекты, а также в труднодоступной и горной местности. При этом не требуется возводить специальные сооружения при пересечении ВОЛС-ВЛ автомобильных или железных дорог. Применение метода подвески ОКН позволяет строить ВОЛС-ВЛ со средней скоростью прокладки примерно до 4 км кабеля за смену.

Навивная технология строительства ВОЛС, как одна из наиболее простых и дешевых, позволяет решить проблему реконструкции на более высоком техническом уровне. В этом случае затраты на строительство новой ВОЛС могут быть соизмеримы с проведением реконструкции на основе организации трактов ЦСП по существующему металлическому кабелю.

Для реализации этой технологии необходимо учитывать:

- достоинства как с точки зрения надежности ВОЛС, так и скорости строительства;

- возможные варианты реализации (на какие несущие элементы может быть навит волоконно-оптический кабель);

- определить требования к конструкции волоконно-оптического кабеля, механические усилия, которые он будет испытывать в процессе навивки;

- методы реализации при различных вариантах и особенностях трассы.



12.2. Основные показатели ВОЛС, реализованных методом навивной технологии

Навивка волоконно-оптического кабеля (ВОК) может осуществляться практически на любые несущие элементы: грозозащитный трос, фазовые и распределительные провода ЛЭП, специально повешенный металлический трос и пр.

Наиболее интересна с точки зрения практической реализации навивка ВОК на фазовые провода высоковольтных ЛЭП, так как они располагаются значительно ниже всех других элементов последних и в то же время это самая мощная несущая конструкция в структуре проводов ЛЭП.

Способ навивки ВОК на фазовые провода ЛЭП позволяет использовать кабель облегченной конструкции без металлических армирующих элементов.

Если сравнивать реализацию ВОЛС на основе самонесущего ВОК и на основе навивной технологии, необходимо выделить основные два фактора, приводящие к повреждениям ВОЛС на основе самонесущего кабеля:

- обледенение с возможностью его повреждения;

- вибрация под воздействием ветровых нагрузок, что также приводит к повреждениям.

Навивка ВОК на фазовый провод ЛЭП позволяет в значительной мере исключить обледенение системы «кабель-провод», так как оно наступает при нулевой температуре окружающей среды. Исследования и длительные наблюдения за поведением этой системы свидетельствуют, что влагозащитная оболочка ВОК, подверженная воздействию мощного электромагнитного поля ЛЭП, разогревается и ее температура становится на 1-2 °С выше температуры окружающей среды, что препятствует налипанию снега на систему «кабель-провод» и образованию больших комков льда.

Кроме того, навивка ВОК на фазовый провод, существенно (на 40- 60 %) снижает уровень вибрации системы.

Этот факт объясняется изменением условий обтекания воздушным потоком данной системы и зависит от соотношения диаметров фазового провода и ВОК. Рассмотрим, каким образом происходит снижение уровня вибрации (рисунок 12.1). Воздушные массы при обтекании пустого фазового провода завихряются незначительно, что и вызывает постоянные колебания провода. Когда на фазовый провод навит ВОК, происходит существенное увеличение завихрений воздушного потока, которое компенсирует воздействие основного потока, снижая уровень раскачивания провода.

Рисунок 12.1 Эффект обтекания воздушными массами системы «фазовый провод - навитый ВОК»

Исследования показывают, что наибольший эффект снижения вибрации достигается, когда соотношение диаметров кабеля и провода близко к 1, но это условие обычно невыполнимо, поскольку в среднем, диаметр фазового провода лежит в пределах 18-22 мм, а диаметр ВОК в районе 8 мм.

Кроме того, применение навивной технологии устраняет проблемы перехода через значительные водные преграды, овраги, ущелья и другие препятствия протяженностью до 800 м при наличии переходов ЛЭП

Реализация достоинств навивной технологии строительства ВОЛС возможна только при создании простой, надежной и высокоэффективной технологии навивки ВОК как на фазовые провода ЛЭП, так и на любые другие несущие элементы существующих энергосистем.

Основное внимание при этом необходимо уделить устройству навивки кабеля, спускам с фазового провода, конструкции и технологии монтажа оптических муфт.

Одним из вариантов реализации навивной технологии является применение навивочной машины, основу которой составляет размещение барабана с кабелем соосно  оси несущего провода (рисунок 12.2).

Навивочная машина имеет два барабана: рабочий, на который определенным образом наматывается длина ВОК, равная длине пролета между опорами ЛЭП, и базовый, на котором находится вся строительная длина ВОК. Базовый барабан может быть установлен на тележку машины или находится на земле. Установка на тележку машины осуществляется, как правило, в случаях перехода через различного рода преграды. После намотки ВОК на рабочий барабан кабель пропускается через сбрасыватель водила, и рабочий барабан стопорится. Если машину перемещать вдоль провода витки кабеля, расположенного на рабочем барабане, будут сбрасываться вращающимся водилом на провод и равномерно по нему распределяться. Шаг навива в этом случае будет определяться диаметром образующей рабочего барабана.

Рисунок 12.2 Схема навивочного устройства

В рассматриваемом варианте реализации навивочной машины полностью отсутствуют сложные механические передачи. Отсутствуют неуравновешенные моменты сил, что при определенном усилии вращения водила, обеспечивает равномерную укладку ВОК на провод.



12.3. Требования к механическим характеристикам ВОК, предназначенного для навивки на провод

Анализируя схему навивки ВОК на основе навивочной машины с соосным размещением барабана с кабелем, можно установить, что основные нагрузки, которые будет испытывать кабель определяются:

- переменными изгибающими усилиями в сбрасывателе водила;

- силиями тяжения, обусловленными равномерным движением навивочной машины вдоль провода и трением в системе «водило- тележка» при его вращении;

- изгибающими усилиями при плотной укладке кабеля на провод.

Изгибающие усилия в сбрасывателе водила возникают в результате того, что кабель распределен по длине рабочего барабана и усилия изгиба, когда кабель находится вблизи сбрасывателя и в самой удаленной от него точке будут существенно отличаться.

Естественно, что максимальный изгибающий момент кабель будет испытывать, когда он находится вблизи сбрасывателя, при этом его величина будет определяться тремя основными факторами: жесткостью кабеля; трением в сбрасывателе; силой трения в узле вращения водила.

Жесткость кабеля представляет собой сумму жесткостей отдельных его элементов. В общем случае кабель состоит из нескольких цилиндров различного диаметра, в том числе входящих один в другой.

Расчет жесткости может иметь достаточно большую погрешность, особенно для кабелей с усиливающими элементами из кевлара, поэтому предпочтение отдается измерению жесткости с помощью простых экспериментов.

Экспериментальные исследования и измерения сил, которые возникают при работе навивочной машины позволяют сделать вывод, что жесткость навивного кабеля может лежать в пределах 0,025-0,05 кН. Если использовать кабель с меньшей жесткостью, то из-за конструктивных особенностей он будет терять свою эластичность, а при большей жесткости кабеля существенно возрастают нагрузки в момент сбрасывания кабеля на провод, что требует введения дополнительных силовых элементов в конструкцию кабеля и приводит к его удорожанию,

В результатах не учитывались дополнительные нагрузки, которые могут возникать при неравномерном движении рабочею барабана, а также возможные рывки кабеля, возникающие из-за неоднородностей провода, на который он навивается. Эти факторы должны быть учтены при разработке требований к усилию на разрыв.



12.4. Параметры  спуска  ВОК  при  навивке  на  фазовый  провод  ЛЭП

Навивка ВОК на фазовые провода магистральных линий электропередачи с напряжением 35-110 кВ вызывает необходимость обеспечить надежный спуск с фазового провода. Спуск должен иметь необходимое электрическое сопротивление между проводом, находящимся под напряжением, и опорой (порталом), позволяющее обеспечивать надежную эксплуатацию как ВОЛС, так и ЛЭП. К электрической прочности спуска должны быть предъявлены требования, регламентированные для гирлянд изоляторов из стекла, фарфора, а также линейных полимерных изоляторов, применяемых на воздушной линии соответствующего класса напряжения.

Условия работы изоляторов на ЛЭП определяют требования к их конструкции и материалу, чтобы в процессе эксплуатации линий постоянно выдерживать рабочее напряжение и периодические перенапряжения.

Нарушения электрической прочности изолятора может происходить как при пробое твердого диэлектрика, из которого он изготовлен, или в результате развития разряда в воздухе вдоль внешней поверхности изолятора. Пробой твердого диэлектрика приводит к выходу изолятора из строя. Тогда как разряд по поверхности, при условии быстрого отключения напряжения, повреждений изолятору не причиняет. Поэтому пробивное напряжение твердого диэлектрика в изоляторе должно быть более высоким, чем перекрытие по поверхности.

Диэлектрик должен быть негигроскопичным и не должен изменять своих свойств под действием различных метеофакторов.

При неблагоприятных условиях (увлажнение в сочетании с загрязнением, дождь) на поверхности изоляторов, устанавливаемых на открытом воздухе, могут возникать частичные электрические дуги. Под их воздействием поверхность может обугливаться, и на ней могут появляться проводящие следы - треки, снижающие электрическую прочность изоляторов, Поэтому диэлектрики для изоляторов наружной установки должны обладать высокой трекингостойкостью.

В качестве спуска ВОК с фазового провода предложена конструкция, состоящая из ВОК пропущенного во фторопластовую трубку, внутри которой находится трансформаторное масло, а концы трубки защищены термоусаживаемыми трубками (рисунок 12.3).

Необходимо отметить, что при одевании фторопластовой трубки на ВОК, последний смазывается трансформаторным маслом. Это обеспечивает дополнительную гидроизоляцию конструкции спуска, а также отсутствие воздушного промежутка межу кабелем и внутренней стенкой трубки, что приводит к уменьшению вероятности возникновения тлеющих разрядов внутри конструкции спуска.

Рисунок 12.3 Спуск ВОК с фазового провода, защищенного фторопластовой трубкой

Электрические испытания образца спуска ВОК проводились в целях проверки работоспособности предложенного решения в лабораторных условиях, получения данных для усовершенствования конструкции спуска, а также оценки возможности проведения эксплуатационных испытаний на действующих ЛЭП с напряжением 35-110 кВ [3].

Испытания проводились по следующей программе [3]:

- испытания напряжением промышленной частоты в сухом и увлажненном состоянии при чистой поверхности спуска;

- испытания напряжением промышленной частоты при увлажненной и загрязненной поверхности спуска;

- испытания импульсным напряжением.



12.5. Технология навивки оптического кабеля на провода ЛЭП

Реализация способа навивки волоконно-оптического кабеля на провода ЛЭП может осуществляться различными способами в зависимости от сложности трассы, возможности подъезда к опорам и середине пролета.

Как правило, навивку осуществляют на нижний фазовый провод, что позволяет использовать только автономный гидроподъемник (АГП) на базе того или иного автомобиля. В отдельных случаях, если высота подъема АГП недостаточна, применяют специальные механизмы для подъема навивочной машины.

Навивка выполняется двумя основными способами [3], применение которых определяется проектными решениями конкретной ВОЛС.

Первый способ требует возможности подъезда к середине пролета. В этом случае навивочная машина устанавливается на провод ЛЭП, но базовый барабан, на котором находится вся строительная длина ВОК, может располагаться как на кронштейне навивочной машины, так и на земле. Определяется длина пролета с учетом стрелы провиса провода и с базового барабана сматывается длина ВОК с учетом коэффициента удлинения кабеля за счет накрутки. При приведенных выше параметрах навивочной машины коэффициент удлинения кабеля не превышает 1 %. По меткам, нанесенным на строительной длине кабеля, определяется ее середина, формируется петля, которая закрепляется на рабочем барабане. Намотка кабеля на рабочий барабан осуществляется в два слоя: верхний является продолжением длины кабеля от предыдущей опоры, нижний - продолжением кабеля после петли. Начало кабеля верхнего слоя (от предыдущей опоры) пропускается через сбрасыватель водила, рабочий барабан фиксируется и начинается равномерное перемещение тележки с рабочим бара­баном вдоль провода. Наблюдающий за перемещением рабочего барабана, должен остановить перемещение машины в момент выхода петли из барабана и закрепить петлю кабеля на проводе. В противном случае, если движение машины не остановить и не закрепить петлю, вращение водила в другую сторону приведет к сматыванию кабеля с провода. При достижении следующей опоры весь кабель должен быть смотан с рабочего барабана, что позволит свободно переставить машину в начало следующего пролета через изолятор и повторить операции для навивки следующего пролета. Такой способ интересен тем, что кабель практически не навит на провод, и при обрыве несущего провода он может быть сохранен.

Базовый барабан в процессе перемещения навивочной машины может находиться как на автомашине, которая движется синхронно с перемещаемой навивочной машиной, так и быть установленным на кронштейне навивочной машины, что позволяет преодолевать любые препятствия, находящиеся под ЛЭП. Этот способ является основным, так как позволяет производить навивку с любого места протяженности строительной длины кабеля и применяется обычно на ровных участках трассы ЛЭП, т. е. при наличии возможности подъезда к середине пролета для закрепления петли.

Второй способ навивки используется в тех случаях, когда существуют труднопроходимые участки трассы (овраги, реки, ущелья и пр.). Способ предполагает намотку кабеля на рабочий барабан сплошным слоем в несколько рядов, что возможно осуществить только в начале или конце строительной длины кабеля. При этом максимальная длина пролета может достигать 600 м.

Вопрос выбора того или иного способа навивки определяется на стадии принятия проектных решений и расчете протяженности строительных длин.

Монтаж оптических муфт осуществляется обычным способом в передвижной лаборатории, поскольку концы строительных длин кабеля имеют технологический запас для спуска с фазового провода. После монтажа оптических муфт технологический запас кабеля и смонтированная муфта размещаются в специальном контейнере, который подвешивается на фазовый провод с помощью специальных зажимов, обеспечивающих его сохранность. Подвеска контейнера именно таким способом позволяет отказаться от установки спуска с фазового провода на каждой строительной длине.

Контрольные вопросы 

1. Какие достоинства ВОЛС, подвешиваемых на опорах воздушных линий электропередачи высокого напряжения?

2. Какие факторы приводят к повреждениям ВОЛС на основе самонесущего кабеля?

3. Перечислите достоинства навивной технологии строительства ВОЛС.

4. Перечислите достоинства и недостатки  технологии с применением  оптического кабеля в грозозащитном тросе.

5. Какие преимущества и недостатки применения диэлектрического оптического самонесущего кабеля?

6. Какова конструкция спуска ВОК с фазового провода?

Техническая эксплуатация ВОЛС





Добавить страницу в закладки ->
© Банк лекций Siblec.ru
Электронная техника, радиотехника и связь. Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные и гуманитарные науки.

Новосибирск, Екатеринбург, Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Ростов-на-Дону, Чебоксары.

E-mail: formyneeds@yandex.ru