На сегодняшний день одной из самых распространённых технологий прокладки кабеля при строительстве магистральных ВОЛС можно назвать размещение волоконно-оптического кабеля на опорах ЛЭП способом подвеса. Если говорить о внутризоновых и местных ЛС, то и здесь этот способ находит своё широкое применение — прокладка кабеля осуществляется по любым опорам, например, по опорам контактной сети автомобильного и ж/д транспорта, на опорах осветительных и силовых сетей и пр. Этот способ обладает рядом достоинств по сравнению с другими способами прокладки:
- отсутствие необходимости согласования отвода земель;
- уменьшение сроков строительства;
- снижение капитальных и эксплуатационных затрат в районах с тяжёлыми грунтами;
- простота обслуживания построенных ВОЛС.
Одним из самых распространённых типов кабеля для подвеса является оптический самонесущий кабель, имеющий также повсеместно принятую аббревиатуру — ОКСН. Мы расскажем об особенностях его применения.
Конструкция ОКСН
Обычно под таким названием подразумевается тип кабеля, изготовленный из диэлектрических материалов, в отличие от других типов, также предназначенных для подвеса, но имеющих другое назначение и содержащих металлические элементы. Например, оптический кабель, встроенный в грозотрос (ОКГТ), оптический кабель, совмещенный с фазным проводом (ОКФП) или металлический самонесущий оптический кабель (ОКСМ). Самонесущим он назван потому, что силовой элемент его конструкции, служащий опорой для подвеса, расположен внутри, под оболочкой. Этим он так же отличается от кабеля типа «8», т. е. кабеля с выносным силовым элементом, выполненным в виде троса и размещенным отдельно от оптических модулей.
Рассмотрим типовую конструкцию самонесущего кабеля на примере кабеля марки ДПТ производства ООО «Инкаб», изображенного на рис. 1.
Рис. 1. Стандартный подвесной самонесущий кабель ДПТ
В центре сечения кабеля проходит стеклопластиковый пруток — центральный силовой элемент (ЦСЭ), вокруг которого закручены полимерные модули с оптическими волокнами, содержащие гидрофобный гель. Некоторые монтажники ошибочно приписывают ЦСЭ функцию сопротивления продольной растягивающей нагрузке. На самом деле назначение ЦСЭ заключается лишь в придании общей жёсткости конструкции кабеля, т. е. свойству сопротивляться чрезмерному изгибу и залому, неизбежно приводящему к обрыву волокна. На повив модулей наложена промежуточная оболочка из полимерного материала, под которую под давлением закачан гидрофобный гель. На промежуточную оболочку накладываются арамидные нити, которые и служат основным силовым элементом, обеспечивающим сопротивление определённой растягивающей нагрузке.
Арамидные нити, имеющие характерный жёлтый цвет, иногда называют кевларовыми или просто кевларом. Напомним, что это определение не вполне корректно, ибо «кевлар» (Kevlar) — это зарегистрированное торговое название арамидного волокна, выпускаемого фирмой DuPont, получившего широкое распространение.
Эти нити обладают очень высокой стойкостью к разрыву; по сути, они превосходят максимально допустимые нагрузки на кабель в два раза. При этом стоимость арамидных нитей довольно высока. Альтернативой применения их в качестве силового элемента могут служить стеклонити, которые обладают меньшей прочностью, но и существенно дешевле арамидных. Максимально допустимые растягивающие нагрузки (МДРН) на ОКСН со стеклонитями не превышают 15 кН — и если расчёт нагрузки позволяет уложиться в это значение, то появляется возможность сэкономить на материалах при строительстве.
У арамидных нитей ограничений по нагрузке практически нет. Помимо этого, ОКСН с арамидными нитями разрешен для подвеса на ЛЭП 35 кВ и выше стандартом «ФСК ЕЭС», в то время как стеклонити запрещены — это необходимо помнить всегда при подборе кабеля для проектируемой ВОЛС.
Пример конструкции ОКСН со стеклонитями приведен на рис. 2.
Рис. 2. Стандартный подвесной самонесущий кабель ДПТс
Как видим, стеклянные упрочняющие нити имеют ленточную форму и белый цвет.
Кстати, необходимо помнить о том, что привычная цветовая окраска нитей не гарантирует соответствие материалу! Некоторые, нечистые на руку, производители кабеля могут таким образом сэкономить на своей продукции, а именно — использовать стеклянные нити, окрашенные в жёлтый цвет. Такие случаи известны, когда потребитель тоже решал сэкономить и приобретал удивительно дешёвый кабель категории «no-name» китайского производства. Последствия такой «экономии» могут быть весьма плачевны.
Помимо описанных марок самонесущих кабелей в ассортименте «Инкаб» имеются марки ДОТа и ДОТс, являющиеся их облегченными вариантами. Эти кабели не имеют промежуточной полимерной оболочки, что снижает их стоимость. Такие кабели применяются в тех случаях, когда расчётная МДРН лежит в диапазоне 1,5 – 10 кН. Конструкции, рассчитанные на 3 кН рекомендованы МРСК для подвеса на ЛЭП до 10 кВ.
Кроме стандартной полиэтиленовой оболочки (П) подвесные кабели могут быть изготовлены в вариантах нг(А)-HF и Э.
нг(А)-HF — оболочка кабеля изготавливается из полимерного материала, не распространяющего горение при групповой прокладке, с низким дымовыделением, безгалогенного. Важно! Применение негорючей оболочки ограничено по МДРН, температуре монтажа (до –10°С) и рекомендовано только на заходы в подстанции, здания и сооружения.
Э — оболочка из трекингостойкого материала, её необходимо применять в случае воздействия на кабель электрического поля с потенциалом 12 — 25 кВ.
Применение кабеля ОКСН
Рекомендованное применение кабелей с арамидными нитями:
- магистральные междугородние линии связи;
- магистральные линии в пределах города;
- подвес на ЛЭП;
- многоволоконные кабели.
Рекомендованное применение кабелей со стеклонитями:
- сети в пределах городской застройки;
- распределительные линии до отдельных домов;
- подвес между домами, опорами освещения, ЛЭП 0,4 – 10 кВ;
- маловолоконные кабели.
Особенности подбора ОКСН и ошибки, допускаемые при проектировании
Несмотря на большое количество положительных качеств как самого ОКСН, так и технологии подвеса, эти кабели оказываются самыми сложными с точки зрения расчётов параметров, подбора марки, выбора арматуры и т. д. Примеров неправильного подбора множество и цена этих ошибок весьма высока.
Перечислим основные моменты, которые необходимо учитывать на стадии проектировании ВОЛС:
- тщательный расчёт МДРН кабеля, расчёт стрел провеса и нагрузок при различных климатических условиях;
- расчёт на соблюдение допустимых наименьших изоляционных расстояний между ОКСН и фазными проводами, грозотросом и другими ОКСН;
- расчет дополнительных нагрузок на опоры;
- расчет наведенного потенциала электрического поля от фазных проводов;
- расчет вибрации и пляски проводов, выбор защитной арматуры;
- правильный выбор зажимов и сцепной арматуры.
Как правило, основным определяющим параметром выбора оптического кабеля является МДРН. Однако следует понимать, что основа правильного выбора ОК и его дальнейшей надёжной работы в течение всего срока эксплуатации должна закладываться при проектировании и учитывать максимально возможное количество параметров, влияющих на кабель.
Как известно, кабель, подвешенный между опорами, подвергается растягивающим нагрузкам, вызванным собственным весом кабеля, ветровым давлением и весом гололёда. Кабель под воздействием этих нагрузок удлиняется. Гололёдные и ветровые нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации обязательно необходимо учитывать при расчётах, чтобы не превысить допустимых нагрузок на кабель и обеспечить необходимые габариты до земли, пересечений и элементов ВЛ.
Рис. 3. Гололёдные отложения на элементах ВЛЭП
Рис. 4 и Рис. 5. Неправильно подобранный кабель лёг на землю под тяжестью гололёда
Рис. 6. Неправильный расчёт стрелы провеса привёл к нарушению габаритов кабеля над дорогой
В связи с тем, что подвес ОКСН на ВЛ осуществляется, как правило, в межфазном пространстве, его тяжения и точки подвеса должны быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить требуемые изоляционные расстояния между ОКСН и фазными проводами, а также во избежание схлёстывания или навивки необходимо исключить прямые контакты с ГТ, ОКГТ, другими ОКСН (при их наличии) при воздействии ветровых и гололёдных нагрузок и при возникновении пляски.
ВОК, как правило, является дополнительным элементом ВЛ.
При подвесе ОКСН на действующих ВЛ всегда возникают дополнительные нагрузки, которые не были учтены при расстановке опор на момент проектирования ВЛ.
Если не провести расчёт допустимых нагрузок на опоры, то в процессе эксплуатации, это может привести к выходу из строя не только линии связи, но и к аварийной ситуации на линии электропередачи.
Рис. 7. Упавшая опора ЛЭП
СТО 56947007-33.180.10.172-2014 «Технологическая связь…» «ФСК ЕЭС» предусматривают размещение ОКСН в точках минимального наведённого фазными проводами ВЛЭП потенциала.
Допустимый потенциал электрического поля для кабелей типа ОКСН должен быть в диапазоне 12 – 25 кВ
Емкостная связь между силовыми проводами, кабелем ОКСН и землей приводит к образованию разности потенциалов вдоль всей длины кабеля. На расстоянии десятков метров длины кабеля разность потенциалов может достигать десятков киловольт.
В результате длительного воздействия переменных электромагнитных полей высокой напряженности происходит накопление заряда как на оболочке ОК, так и на его внутренних элементах. При стекании таких зарядов к поддерживающим зажимам, закрепленным на заземленных опорах, на внешней оболочке кабеля образуются поверхностные (коронные) разряды. Результатом этих электрофизических процессов являются локальные термические разрушения поверхностного слоя на всей длине ОК, но в значительной степени в местах крепления кабеля подвесными зажимами, где проявляются большие переходные сопротивления при стекании тока на землю. В ходе исследований было выявлено, что основной причиной обрыва кабеля на ЛЭП и контактных сетей ж/д являются именно коронные разряды, возникающие на промежутке кабеля и заземленного натяжного зажима.
Кроме того, разрушение кабеля происходит вследствие так называемого трекинг-эффекта. Дождевая вода, стекающая по поверхности кабеля, часто содержит токопроводящие угольные частицы, которые образуют своеобразные грязевые токопроводящие дорожки на поверхности. Такие дорожки называются треками. По мере накопления грязи на оболочке значение токов утечки начинает возрастать, что приводит к эффекту трекинга. При высыхании на поверхности кабеля может образоваться локальный сухой участок — сухая полоса. Эта сухая полоса имеет чрезвычайно высокое поверхностное сопротивление по сравнению с влажным слоем на остальных участках кабеля. В сухополосной области кабель будет обладать более высоким сопротивлением, чем в других частях кабельной поверхности, что приводит к большому падению напряжения на коротком участке сухого кабеля. В результате возникает сухополосный разряд. Дуга этого разряда обладает высокой температурой и приводит к быстрому старению кабельной оболочки и ее разрушению.
Рис. 8. Разрушение оболочки ОКСН под действием коронных разрядов
Вибрацией проводов называются вызываемые ветром периодические колебания натянутого в пролёте провода, происходящие, главным образом, в вертикальной плоскости и образующие на длине пролёта стоячие волны. Опасность вибрации проводов ВЛ состоит в том, что при периодических перегибах провода в нём возникают циклические механические напряжения. Чтобы избежать воздействия вибрации, необходимо заранее предусмотреть применение защитной арматуры в виде гасителей вибраций.
Ну и наконец, необходимо выбирать зажимы и сцепную арматуру, строго соответствующую рассчитанным нагрузкам и выбранному кабелю. Результатом применения несовместимых друг с другом изделий скорее всего будет разрушение оболочки кабеля и вывод его из строя.
Рис. 9. Передавливание кабеля неправильно подобранным зажимом
Для решения всех обозначенных задач по проектированию ВОЛС с ОКСН на воздушных линиях мы рекомендуем воспользоваться конфигураторами решений — онлайн-программами, доступными на нашем сайте по ссылке: https://vols.expert/configurator/
Особенности монтажа ОКСН
Если для проектировщика задача выбора самонесущего кабеля — настоящее испытание, то для монтажника ситуация оказывается обратной. Кабель ОКСН разделывается и монтируется значительно легче и быстрее, чем другие типы кабеля для подвеса. К тому же, чтобы разделать, например, ОКГТ, монтажнику необходимо иметь специальный инструмент для разделки стальных модулей, а в случае ОКСН достаточно обойтись стандартным набором инструментов типа НИМ-25.
Чтобы освоить навыки уверенной работы с кабелем ОКСН достаточно будет пройти «Базовый» курс обучения в нашем учебном центре, посвящённый монтажу ВОЛС. Для тех, кто этой возможности не имеет, может пригодиться видеоинструкция, посвящённая разделке кабелей этого типа (марки ДПТ/ДПТс):
Задача по сращиванию строительных длин кабеля ОКСН в муфте также отличается невысокой сложностью и возможностью применения муфт самых разнообразных моделей. Что опять выгодно отличает этот кабель от тех же ОКГТ и ОКСМ, где возможно использование только специализированных муфт с довольно непростой технологией монтажа.
Для сращивания самонесущего кабеля рекомендуется использовать муфты серии МТОК и МОГ, имеющие герметизацию с помощью ТУТ (МТОК-Г3, МТОК-Л7, МОГ-Т3 и т. д.). Для этих муфт, которые производятся на заводе «СвязьСтройДеталь» выпускаются также различные варианты крепежа, позволяющего размещать их на столбах и опорах.
Рис. 10. Муфта МТОК-Л7 на опоре
В случае размещения ОКСН на опорах ЛЭП напряжением более 35 кВ, в соответствии с требованием СТО 56947007-33.180.10.175-2014 ПАО «Россети» («ФСК ЕЭС») к муфтам для ВОЛС-ВЛ на ЛЭП напряжением 35кВ и выше необходимо использовать муфты, имеющие специальные вводы для каждого типа кабелей, увеличивающие прочность заделки кабеля. В частности, для этих целей можно использовать муфту МТОК-В3, которая аттестована на соответствие этим требованиям.
Рис. 11. Муфта МТОК-В3
Для закрепления и герметизации в муфте кабеля типа ОКСН используется комплект ввода №3, основной элемент которого показан на рис. 12.
Рис. 12. Основной элемент комплекта ввода №3
Для желающих познакомиться с подробностями монтажа кабеля ОКСН (монтаж муфты, установка спиральных зажимов, гасителей вибрации и т. д.) рекомендуем изучить инструкцию от завода «СвязьСтройДеталь».
Заключение
Подводя итог, можно перечислить основные качества ОКСН, сделавшие эту конструкцию столь популярной, на примере кабеля марки ДПТ производства ООО «Инкаб»:
- кабель марки ДПТ аттестован и рекомендован к применению на объектах ОАО «ФСК ЕЭС России» и ОАО «Холдинг МРСК». Подвес на ЛЭП до 500 кВ (при соответствующем расчёте точек подвеса);
- применяется для подвеса на ЛЭП от 35 кВ и выше;
- применяется для строительства линий связи с расстоянием между опорами 500 м и более;
- самый надёжный из подвесных кабелей;
- полностью диэлектрический – не чувствителен к электромагнитным полям;
- широкий диапазон рабочих температур, монтаж при температуре до -30°С;
- самый универсальный тип кабеля – помимо подвеса на опорах может прокладываться внутри зданий (при соблюдении условия пожаробезопасности оболочки), в кабельной канализации, в коллекторах, в тоннелях, по мостам и эстакадам (в отсутствии угрозы поражения грызунами), в защитных полиэтиленовых трубах;
- кабель очень удобен в работе, легко разделывается и быстро монтируется.
