КАБЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ, ИЛИ ОПТОВОЛОКОННЫЙ, ИЛИ ГИБРИДНЫЙ

Решение относится к электротехнике и может быть использовано в различных отраслях, включая системы связи, транспорт, линии электропередач, силовые и иные электрические кабели или системы для передачи информации и/или энергии и т.д.
Как известно из ряда научных источников, Брэгговская дифракция - явление сильного рассеяния оптических волн на периодической решетке рассеивателей при определенных углах падения и длинах волн. Падающая волна последовательно отражается от каждого слоя периодической структуры; все отраженные лучи когерентны и идут в одном направлении, что позволяет им интерферировать. Если все отраженные волны синфазны, то интерференция конструктивна и возникает отраженный луч.
В 2006 г. была опубликована статья, в которой объяснялась физика формирования решеток Брэгга в оптическом волокне, откуда становились ясными причины, такие, как повышенной чувствительности решеток к температуре, так и нестабильности их метрологических характеристик.
По мнению авторов статьи, механизм формирования решеток Брэгга заключается в зарождении и росте микропор в областях максимальной интенсивности облучения, где локализованы механические напряжения. Отсюда следует, что при воздействии температуры изменяется длина пути светового луча в облученных интервалах решетки из-за изменения геометрических размеров микропор, которые луч вынужден огибать, что и обуславливает большую температурную чувствительность решетки Брэгга.
Следует также и то, что при долгом воздействии повышенной температуры происходит «отпуск» созданных при облучении механических напряжений, и размеры микропор необратимо изменяются, также необратимо изменяя резонансную частоту решетки Брэгга, т.е. характеристику преобразования датчика (см. smartwell.ru/41.htm, копия). Известен патент РФ №2499314 (1).
Изобретение относится к области излучающих устройств вдоль пути распространения направленной волны и может быть использовано для защиты информации средств вычислительной техники (СВТ). Техническим результатом, получаемым от изобретения, является создание коаксиального излучающего кабеля с широкополосным равномерным, нерезонансным излучением шумовой помехи. Данный технический результат достигают за счет того, что в известном способе создания излучающего коаксиального кабеля, обеспечивающего независимую двухчастотную работу кабеля с прямоугольными излучающими разрезами в экранной оболочке, в качестве экранной оболочки используют оплетку, изготовленную плетением из четырех медных проводников, уложенных с увеличивающим шагом укладки, таким образом, что в начале плетения оплетки кабеля образующиеся ромбовидные отверстия имеют диагональ L1, в конце плетения диагональ L2=3L1, образуя различные геометрические размеры. Все элементы излучающих антенн, образованные плетением, равномерно распределены по всей поверхности излучающего кабеля, образующие нерезонансные волноводные элементы антенны, вызывающие широкополосное излучение, вдоль пути распространения направленной волны, обеспечивающее защиту информации по побочным электромагнитным излучениям и наводкам в широком диапазоне частот, а также оптимизацию аппаратуры по критерию электромагнитной совместимости.
Данное изобретение имеет ограниченную направленность на защиту информации СВТ.
Известен патент РФ №2500048 (2).
Изобретение может быть использовано в кабельной технике для изоляции внутренних и наружных оболочек проводов и кабелей, эксплуатирующихся в условиях повышенной пожароопасности. Электроизоляционная композиция включает суспензионный поливинилхлорид, сложноэфирный пластификатор, дифенилолпропан, свинцовый стабилизатор, стеариновую кислоту, смазочный материал, эпоксидированное соевое масло, хлорированный парафин, гидроксид магния, полифосфат аммония и органоглину. Изобретение позволяет получить композицию с пониженной горючестью, низким выделением дыма и хлористого водорода при горении, а также повысить значения физико-механических характеристик.
Данное изобретение показывает важность изготовления кабелей со свойствами эксплуатации в условиях повышенной пожароопасности.
Известен патент РФ №2498510 (3).
Изобретение относится к области волоконно-оптической техники связи и может быть использовано при реконструкции протяженных волоконно-оптических линий передачи. Устройство содержит строительные длины оптического кабеля, оптические волокна которых соединены последовательно в муфтах и имеют хроматическую дисперсию одного знака. Оптические усилители последовательно включены в оптические волокна так, что расстояние между оптическими усилителями разбито на элементарные секции. Дополнительно введены оптические волокна с повышенной нелинейностью, циркуляторы и дифракционные брэгговские решетки с переменным периодом для компенсации дисперсии. В муфтах установлены дополнительные кассеты в корпусе из термоизоляционного материала. Элементарная секция включает муфту, в которой установлена кассета с оптическим волокном с повышенной нелинейностью, циркулятором и дифракционной брэгговской решеткой. Мощность оптического излучения на выходе оптических усилителей и расстояние между ними, длина элементарной секции, параметры оптического волокна с повышенной нелинейностью и брэгговских дифракционных решеток с переменным периодом для компенсации дисперсии выбраны в зависимости от параметров оптических волокон строительных длин оптического кабеля так, что в линии передачи распространяются управляемые дисперсией солитоны.
Данное изобретение является наиболее близким относительно заявляемого решения, т.к. в оптическом кабеле используются дифракционные брэгговские решетки. Ограничение - применение решения при реконструкции линий передач и исключительно в оптоволоконном кабеле.
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка электрического, оптоволоконного, гибридного кабеля, а техническим результатом -получение кабеля с возможностью контроля основных физических параметров кабеля - температуры, деформации (напряженно-деформированного состояния), омического сопротивления, силы тока, при этом в кабеле, используемом для контроля, возможно применение брэгговских дифракционных решеток, точнее, волоконных брэгговских решеток (ВБР) - датчиков ВБР.
Предлагается электрический, или оптоволоконный, или гибридный кабель, характеризующийся тем, что кабель снабжен по меньшей мере одной жилой со сформированными элементами контроля физических параметров кабеля, определяющих его технические параметры, местоположение отклонений от технических параметров на этапе эксплуатации, при этом элементы контроля введены в структуру кабеля в процессе его производства и представляют собой датчики ВБР.
Кабель характеризуется тем, что по меньшей мере одна из жил содержит сформированные, дискретные, распределенные по длине жилы датчики ВБР.
Кабель характеризуется тем, что состоит по меньшей мере из двух жил и по меньшей мере одна из жил содержит сформированные, дискретные, распределенные по длине жилы датчики ВБР.
Кабель характеризуется тем, что при сварке оптического датчика ВБР от начала его решетки имеет отступ не менее 50 мм.
Кабель характеризуется также тем, что для масштабирования соблюдено условие размещения на одной жиле не менее 10 датчиков на 1 м.
В принципе возможно исполнение оптоволоконного кабеля, состоящего из одной жилы с использованием датчиков ВБР.
На фиг. 1 изображен кабель 1, снабженный оптоволоконными жилами 2, служащими для контроля параметров кабеля.
Предельные напряжения (деформации) кабеля зависят от конструктивных особенностей и марки кабеля. Напряженность - это деформации, возникающие в кабеле при внешний нагрузке на кабель (ветровой и силовой - налипший снег, обледенение проводов, деформации конструктивных элементов, в которых он встроен).
В частном случае, в соответствии с ГОСТ 16092-78 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ КАБЕЛИ МНОГОЖИЛЬНЫЕ ГИБКИЕ ПОДВЕСНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ:
п. 2.4.3. Электрическое сопротивление изоляции жил кабеля, пересчитанное на 1 км длины и температуру 20°С, должно быть:
а) не менее 500 МОм - при приемке и поставке;
б) не менее 250 МОм - в периоды эксплуатации и хранения.
В соответствии с указанным Гостом (п. 4.3.4) электрическое сопротивление изоляции кабелей должно быть измерено на строительных длинах по Межгосударственному стандарту ГОСТ 3345-76 ”Кабели, провода и шнуры. Метод определения электрического сопротивления изоляции” (утв. постановлением Госстандарта СССР от 23 июня 1976 г. N 1508).
Другие виды кабелей, в частности типовые гибридные кабели (см. www.prismiangroup.com; www.nevacables.ru) используются для прокладки в грунте и для подвески на опорах воздушных линий связи, столбах городского освещения и между зданиями, производятся с проводником, состоящим из 4-х медных проволок диаметром 0,9 мм или 1,2 мм, с количеством волокон 32-24-16-8.
Изготовление гибридных кабелей выполняется скруткой требуемого количества элементов (оптический модуль, кордели-заполнителеи и медные жилы), которые скручиваются разнонаправленной скруткой вокруг центрального силового элемента.
Из технических характеристик гибридного кабеля мод. КСППгп следует отметить: максимальная установочная нагрузка 7,0 кН, мининимальный радиус изгиба, мм - 15х диаметр кабеля, диапазон температур, °C: при транспортировании и хранении -50 - +50; при эксплуатации -60 - +70; статическое растягивающее усилие, не менее 7,0 кН; предельное раздавливающее усилие 3,0 кН/100 мм; ударная прочность 5 Дж; сопротивление проводника, 20°C, 10000 м, постоянный ток при 1,2 мм - порядка 15,8 Ом.
Оптические кабели имеют волокна, соответствующие рекомендациям ITU G.652D. Так, оптический кабель марки НК-М5П, имеет количество волокон 4-60 шт.; максимально допустимое растягивающее усилие 1500 H; минимальный радиус изгиба, мм - 15х диаметр кабеля, диапазон температур, °C: при транспортировании и хранении -40 - +50; при эксплуатации -40 - +50; стойкость к воздействию раздавливающих усилий 3000/100 мм; стойкость к воздействию многократных ударов 10 Дж; стойкость к осевому закручиванию +_360°, 10 циклов, I=4 m; стойкость к воздействию многократных изгибов R=20 диаметр кабеля, +_90°, 50 H, 20 циклов, I больше - 10°C.
Целью предлагаемого решения является использование оптоволоконной измерительной системы на основе оптоволоконных датчиков ВБР, которые обеспечивают решение новых функциональных задач контроля, мониторинга и диагностики технического состояния кабелей, с использованием автоматизированных информационно-аналитических и управляющих систем, обеспечивающих комплексную безопасность жизнедеятельности и работоспособности энергетических, транспортных, промышленных, инфраструктурных и социальных объектов.
Преимуществами пассивных датчиков ВБР являются:
1. Защищенность от воздействия электромагнитных полей;
2. Малые габариты и вес;
3. Высокая чувствительность, надежность, воспроизводимость измерений и широкий динамический диапазон;
4. Значительное расстояние до места проведения измерений (до сотни км);
5. Спектральное и пространственное мультиплексирование чувствительных элементов, расположенных в одном или в нескольких волоконных световодах (расположение в одном волокне более 100 датчиков, измеряющих одновременно температуру, деформацию, давление, вибрацию и т.д., а с учетом одного оптического мультиплексора на 128 каналов X 127 и применяя несколько оптических мультиплексоров - ограничения только скоростью обработки сигнала одной измерительной системой);
6. Высокая защищенность информации от несанкционированного доступа;
7. Срок службы более 25 лет;
8. Время отклика - распространение сигнала по волокну в 5 раз меньше скорости света;
9. Простая интеграция измерительной системы в существующие и разрабатываемые волоконноптические системы связи (ВОЛС).
Оптоволоконные датчики с ВБР могут быть мультиплексированы на нескольких волокнах на десятки и сотни километров. Кроме того, они могут быть интегрированы с существующими структурами или встроены в новые и работать на протяжении десятилетий.
Основные технологические процессы изготовления датчиков с ВБР
Процесс записи датчиков с ВБ: схема пошаговой записи включает в себя УФ лазер с системой удвоения луча, призму, линзу, причем данные отображается на мониторе компьютера.
Процесс сварки датчиков с ВБР.
Сварка оптического волокна - процесс соединения оптических волокон (жил оптического кабеля) с помощью высокотемпературной термической обработки. В настоящее время выполняется в автоматическом режиме с помощью сварочных аппаратов. Сварка оптоволоконных датчиков ВБР производится аналогично сварки обычным оптическим волокнам. Однако, чтобы не пропали свойства оптического датчика ВБР, от начала его решетки необходимо отступать не менее 50 мм.
Комбинируя оба метода можно получить многоканальную распределенную систему датчиков.
Измерительные системы датчиков осуществляют посредством классической схемы с использованием спектрометра.
Для многоканальных систем ВБР применяется интегрированный оптический монитор для ВБР, который измеряет в каждом датчике одновременно температуру и деформацию.
С увеличением скорости обработки сигнала с ВБР появляется реальная возможность выделить с помощью цифровой обработки полученного спектра от деформации, температуры и вибрации с каждого датчика.
Система легко масштабируется при условии размещения на одной жиле не менее 10 датчиков на 1 м.
Источники информации
1. Патент РФ №2499314, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗЛУЧАЮЩЕГО КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ, МПК H01B 13/00, заявл. 26.12.2011
2. Патент РФ №2500048, ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ, МПК H01B 3/44, C08B 27/06, заявл. 2802.2012
3. Патент РФ №2498510, УСТРОЙСТВО ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ, МПК H04B 10/25, G02F 1/35, заявл. 18.05.2011