МОЛНИЕЗАЩИТНЫЙ ТРОС С ОПТИЧЕСКИМ КАБЕЛЕМ СВЯЗИ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к конструкциям молниезащитных тросов, изготавливаемых свивкой стальных проволок с встроенным оптическим кабелем, и может быть использована для подвески на воздушных линиях электропередач (ВЛ) для защиты ВЛ от прямых ударов молнии и для оптической связи по кабелям, встроенным в молниезащитный трос.
Известен оптический кабель из нескольких металлических проволочных прядей. В центральных частях прядей, выполненных из стальной проволоки, размещены оптические модули, состоящие из металлической сварной трубки с пучком оптических волокон. Кабель дополнительно снабжен одной или несколькими прядями из проволок с высокой электропроводимостью, (см патент на изобретение №2082191, МПК G02B 6/44, опубликовано 20.06.1997).
Недостатками известного оптического кабеля являются:
- количество металлических прядей три и более увеличивает нагрузку на опоры воздушных линий электропередачи, вследствие увеличения массы и разрывной нагрузки кабеля;
- производство такого кабеля, из нескольких металлических прядей, требует увеличения затрат при производстве данного изделия;
- предлагаемое изобретение не решает вопросов, связанных с защитой от прямых ударов молнии;
- не решается проблема защиты оптического канала связи, который может в любой момент быть разрушен вследствие разогрева металлической части изделия с низкой проводимостью от токов короткого замыкания.
Известен встроенный в грозозащитный трос оптический кабель связи, содержащий скрученные друг с другом оптические модули и металлические элементы, причем поверх скрутки выполнен повив из металлических проволок, отличающийся тем, что диаметр металлических элементов больше, чем диаметр оптических модулей (см.описание полезной модели к патенту РФ №16794, МПК G02B 6/44, опубликовано 10.02.2001).
Недостатками данного грозозащитного троса с оптическим кабелем связи являются:
- предлагаемая конструкция представляет собой канат с точечным касанием проволок между смежными слоями. Площадь контакта между проволоками такой конструкции минимальна, степень уплотнения недостаточна для обеспечения хорошей теплопроводности. При воздействии на канат тепловой нагрузки всю ее величину воспринимают одна-две проволоки в сечении каната, а остальные, в связи с большим тепловым сопротивлением между ними, в процессе теплопередачи не участвуют, под действием большой локальной тепловой нагрузки проволоки рвутся или оплавляются.
- увеличение диаметра металлических проволок во втором повиве не является определяющим фактором в эксплуатационной стойкости грозозащитного троса с встроенным оптическим кабелем связи;
- данная конструкция не работоспособна из-за низкой стойкости к прямому удару молнии и воздействию ветровых вибраций;
- применение проволок с большим диаметром увеличивает суммарный диаметр изделия, что неизбежно скажется на увеличении суммарной ветровой нагрузки на изделия и опоры ВЛ или, при тех же диаметрах, существенно увеличивает величину пор в поперечном сечении изделия, что снижает теплоотвод от подверженных воздействию удара молнии проволок внешнего повива к остальным проволокам, перегреву и разрушению проволок внешнего повива при каждом ударе молнии, что, при малом числе силовых элементов в конструкции, может привезти к потере устойчивости всем изделием, обрыву грозозащитного троса и оптического кабеля на ВЛ;
- рыхлая структура конструкции и малая механическая связь внешнего слоя проволок увеличенного диаметра с внутренними слоями может привести к возникновению колебаний отдельных элементов конструкции с собственной частотой и механическому их разрушению от воздействия ветровых колебаний.
Известен оптический кабель, встроенный в грозозащитный трос ОКГТ-ц, ОКГТ-с, состоящий из оптического волокна, гидрофобного заполнителя, герметичной трубки из нержавеющей стали, проволоки из алюминиевого сплава, стальной проволоки плакированной алюминием.
К основным недостаткам данного грозотроса с оптическими волокнами можно отнести следующие:
- низкая стойкость троса данной конструкции со стальной проволокой плакированной алюминием к прямым ударам молнии;
- точки контакта проволок между слоями являются концентраторами напряжений, что ведет к повышению местных значений напряжений не только при изгибе, но и при растяжении каната, что значительно снижает технический ресурс данного изделия;
- контакт герметичной трубки, с оптическими волокнами, из нержавеющей стали при эксплуатации на открытом воздухе становится причиной активной коррозии, выпадающие из атмосферы соли и химические загрязнения на поверхности металла выступают в качестве электролита и приводят к ускоренному разрушению алюминия.
В последнюю редакцию международного стандарта IEEE-1138-2009 внесены изменения, в соответствии с которыми в районах с повышенной коррозионной активностью, к которым можно отнести все промышленные и густонаселенные районы, совместное использование в ОКГТ оптического модуля из нержавеющей стали и проволок с алюминиевым покрытием запрещено.
Задачей заявляемой полезной модели является - увеличение стойкости молниезащитного троса с оптическим кабелем связи к удару молнии, при одновременном сохранении работоспособности оптического кабеля в течение длительного срока эксплуатации в составе воздушных линий электропередачи (ВЛ) и выполнении всех технических требований, влияющих на надежность ВЛ.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в использовании молниезащитного троса с оптическим кабелем связи. Оптический кабель связи содержит центральную трубку 1 с оптическими волокнами 2 в количестве более 24 штук, выполненную из теплозащитного и высокопрочного композитного материала или нержавеющей стали. Вокруг центральной трубки расположен первый слой девяти стальных оцинкованных проволок 3 и второй слой девяти стальных оцинкованных проволок 4, при этом первый и второй слои выполнены с одинаковым шагом свивки, в одном направлении и с линейным касанием проволок первого и второго слоя, наружные поверхности проволок второго слоя пластически деформированы. Количество проволок в слое может изменяться в диапазоне от 5 до 18. Степень обжатия площади поперечного сечения молниезащитного троса с встроенным оптическим кабелем 1,5÷4,5%. В результате кругового пластического обжатия троса круглое поперечное сечение проволок троса становится фасонным, а линейное касание заменяется касанием по плоскости. Увеличена площадь контакта между проволоками второго и первого слоя и молниезащитный трос в целом уплотнен.
Это позволяет, используя новую конструкцию для молниезащитного с оптическим кабелем связи, новый способ его изготовления, существенно увеличить стойкость молниезащитного троса с оптическим кабелем связи к удару молнии при сохранении работоспособности оптического кабеля связи в течение длительного срока эксплуатации в составе ВЛ.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображено поперечное сечение молниезащитного троса с встроенным оптическим модулем.
Молниезащитный трос содержит оптический модуль в виде, центральной трубки 1, выполненной из теплозащитного и высокопрочного композитного материала или нержавеющей стали, оптическое волокно 2, первый слой девяти стальных оцинкованных проволок 3, второй слой стальных оцинкованных проволок 4. При этом первый и второй слои выполнены с одинаковым шагом свивки, в одном направлении с линейным касанием проволок первого и второго слоя. Пластическая деформация второго слоя по наружным поверхностям проволок, увеличивает площадь контакта между проволоками 4 второго слоя, а также между проволоками 3 первого слоя и уплотняет трос в целом. Определение диаметра девяти проволок 3 первого слоя и диаметра девяти проволок 4 второго слоя производят с учетом формирования «арочного эффекта» в первом и втором слоях стальных проволок, сводящих к минимуму пластическую деформацию на наружной поверхности центральной трубки 1 с оптическими волокнами 2, тем самым исключается недопустимое увеличение коэффициента затухания оптического волокна. Предлагаемая двухслойная конструкция молниезащинного троса с оптическим кабелем связи за счет увеличения количества одинаковых проволок в слоях, но с резко отличными диаметрами проволок между слоями, позволяет использовать оптический кабель больших диаметров с количеством оптических волокон 24 и более.
Технология изготовления молниезащитного троса с встроенным оптическим модулем сводится к следующему.
Свивку проволок первого слоя 3 и проволок второго слоя 4 троса осуществляют за одну технологическую операцию на традиционном оборудовании, используемом при производстве канатов и тросов. При этом шаг свивки для слоев проволок 3 и 4 сохраняется постоянным, допуская при этом различные углы свивки для каждого слоя проволок, при соответствующем подборе диаметров проволок по слоям, обеспечить им линейное касание при свивке.
Одновременно в процессе свивки выполняется вторая технологическая операция - это пластическая деформация изделия. При этом выполняют пластическое обжатие внешних проволок второго слоя с степенью обжатия по площади сечения троса в диапазоне 1,5÷4,5%, в результате чего наружные поверхности проволок 4 второго и проволок 3 первого слоя получаются пластически деформированными. Площадь контакта между проволоками 4 второго слоя слоя получена увеличенной, как и между проволоками 3 первого слоя, что приводит к уплотнению троса.
Заявляемая полезная модель позволяет повысить стойкость молниезащитного троса с оптическим кабелем связи к удару молнии, без снижения натяжения троса и обрыва проволок при разряде, при одновременном сохранении работоспособности оптического кабеля в течение длительного срока эксплуатации в составе ВЛ и соблюдении всех технических требований, влияющих на надежность ВЛ.