Грозозащитный трос с оптическим кабелем связи (варианты)
LIGHTNING PROTECTION CABLE WITH OPTICAL COMMUNICATION CABLE (VERSIONS)

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям грозозащитных тросов, изготовленных свивкой стальных оцинкованных проволок, а также алюминиевых проволок, с встроенным оптическим кабелем, и может быть использован для подвески на воздушных линиях электропередачи (ВЛ) для защиты ВЛ от прямых ударов молнии и для оптической связи по кабелям, встроенным в грозозащитный трос.
Известен грозозащитный трос, содержащий центральный стальной сердечник и скрученные вокруг него два повива из стальных проволок, слоя деблокирующего материала, полимерную оболочку из композиции сшитого полиэтилена, оптическое волокно, гидрофобный заполнитель и полимерную трубку (см. описание полезной модели к патенту РФ №45046, МПК Н01В 7/10, опубликовано 10.04.2005).
Основным недостатком известного изобретения является, покрытие стальных проволок полимерной оболочкой, что не соответствует основному назначению троса, защиты от прямых ударов молнии.
Известен оптический кабель, встроенный в грозозащитный трос (варианты), (см. описание полезной модели к патенту RU 108648 U1, G02B 6/44, опубликовано 20.09.2011, Бюл. 26), содержащий центральный элемент выполненный из стальной проволоки плакированной алюминием, вокруг центрального элемента скручены несколько повивов и оптический модуль, герметичная трубка которого выполнена из нержавеющей стали с уложенными внутри нее оптическими волокнами и заполнена гидрофобинольным заполнителем, при этом оптический модуль расположен в первом повиве, который выполнен из стальной проволоки плакированной алюминием или проволоки из алюминиевого сплава, или комбинированным из стальной проволоки плакированной алюминием и проволоки из алюминиевого сплава.
Оптический кабель, встроенный в грозозащитный трос, содержащий оптические модули, вокруг центрального элемента скручены несколько повивов и оптических модулей,
В качестве центрального элемента использован оптический модуль, герметичная трубка которого выполнена из нержавеющей стали с уложенными внутри нее оптическими волокнами и заполненная гидрофобинольным заполнителем, вокруг оптического модуля скручены несколько повивов, при этом первый повив выполнен из стальной проволоки плакированной алюминием или проволоки из алюминиевого сплава, или комбинированным из стальной проволоки плакированной алюминием и проволоки из алюминиевого сплава.
Все варианты грозозащитного троса с встроенным оптическим модулем изготавливаются с точечным касанием проволок между слоями. Данная конструкция троса характерна низкой конструктивной плотностью, а также высокими контактными напряжениями внутри троса. При точечном касании возникают большие контактные напряжения смятия, которые способствуют износу проволок с последующим их обрывом. С точки зрения технологии изготовления они не экономичны из-за большого количества свивочных операций.
Использование оптического модуля, у которого герметичная трубка выполнена из нержавеющей стали, контакт с повивом выполненным из стальной проволоки плакированной алюминием или проволоки из алюминиевого сплава, снижает коррозионную прочность троса из-за активной коррозии, Так как выпадающие из атмосферы соли и химические загрязнения на поверхности металла выступают в качестве электролита и приводят к ускоренному разрушению алюминия.
Известен оптический кабель, встроенный в грозозащитный трос, содержащий оптический модуль в виде герметичной трубки, с уложенными внутри нее оптическими волокнами, и заполненная гидрофобинольным заполнителем, вокруг оптического модуля скручен один или несколько повивов из металлических элементов, герметичная трубка оптического модуля выполнена из нержавеющей стали покрытой алюминием, или из алюминия, при этом повивы, наложенные на герметичную трубку могут быть выполнены из стальной проволоки, плакированной алюминием или проволок из алюминия, или алюминиевого сплава, или комбинированного сочетания из стальной проволоки, плакированной алюминием и проволок из алюминия или алюминиевого сплава, (см. описание полезной модели к патенту RU 145245 U1, G02B 6/44, опубликовано 10.09.2014, Бюл. 25).
Необходимо отметить, что предлагаемые конструкции позволяют изготовление кабеля небольшого диаметра и веса, а также обеспечивают повышенную термическую стойкость к воздействию тока короткого замыкания, возникающего в процессе эксплуатации.
К недостаткам можно отнести следующее, покрытие герметичной трубки оптического модуля выполненной из нержавеющей стали алюминием, которое может осуществляться методом холодной сварки, при которой взаимная диффузия молекул металлов происходит без нагрева под высоким давлением внутри камеры, куда экструдированием подается пластичный алюминий нагретый до температуры 400°С. Нагревается алюминий только за счет трения и собственной деформации, что крайне негативным образом скажется на коэффициенте затухания оптических волокон и их целостности.
Коррозионная стойкость кабеля не будет увеличена из-за контакта трубки выполненной из нержавеющей марки стали с алюминием, что подтверждается последней редакцией международного стандарта IEEE-1138-2009, в который 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 марки стали и проволок с алюминиевым покрытием запрещено.
Известен оптический кабель, встроенный в грозозащитный трос ОКГТ-ц, ОКГТ-с, производства Сарансккабель-оптика по ТУ 3587-006-51154035-2005 состоящий из оптического волокна, гидрофобного заполнителя, герметичной трубки из нержавеющей марки стали, стальной оцинкованной или проволоки плакированной алюминием, проволоки из алюминия или алюминиевого сплава.
К основным недостаткам приведенных конструкций грозотроса с оптическими волокнами можно отнести следующие, низкая стойкость троса данной конструкции, с точечным касанием проволок между слоями, 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 грозозащитного троса, что значительно снижает технический ресурс данного изделия. Контакт герметичной трубки с оптическими волокнами, из нержавеющей марки стали с алюминием конструкции проволок, 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.
Задачей заявляемого изобретения является разработка грозозащитного троса с оптическим кабелем связи, количество оптического волокна до 96 штук в модуле, выполненным из нержавеющей марки стали с гидрофобным наполнителем, с пониженной массой троса, при одновременном сохранении работоспособности оптического кабеля в течение длительного срока эксплуатации в составе воздушной линии электропередачи и выполнении всех технических требований, определяющих надежность ВЛ.
Грозозащитный трос с оптическим кабелем связи, количество оптического волокна до 96 штук в модуле, изготавливается по двум вариантам.
Вариант 1.
Оптический кабель связи содержит центральную трубку 1 с оптическими волокнами 2 в количестве до 96, трубка выполнена из нержавеющей марки стали с гидрофобным наполнителем. Вокруг центральной трубки расположен первый слой девяти стальных оцинкованных проволок 3 и второй слой девяти алюминиевых 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. Степень обжатия площади поперечного сечения грозозащитного троса с встроенным оптическим кабелем 2,0÷5,5%. В результате кругового пластического обжатия троса круглое поперечное сечение алюминиевых проволок троса становится фасонным. Увеличена площадь контакта между проволоками второго слоя, грозозащитный трос в целом уплотнен по наружной поверхности и герметичен к проникновению жидких атмосферных осадков.
Вариант 2.
Оптический кабель связи содержит центральную трубку 1 с оптическими волокнами 2 в количестве до 96, трубка выполнена из нержавеющей марки стали с гидрофобным наполнителем. Вокруг центральной трубки расположен первый слой девяти стальных оцинкованных проволок 3. Первый слой из девяти стальных оцинкованных проволок пластически деформирован по наружной поверхности слоя, степень обжатия поперечного сечения слоя 2,0÷5,5%. Второй слой девяти алюминиевых 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. Степень обжатия площади поперечного сечения грозозащитного троса с встроенным оптическим кабелем 2,0÷5,5%. В результате кругового пластического обжатия троса круглое поперечное сечение стальных оцинкованных проволок, алюминиевых проволок троса становится фасонным. Увеличена площадь контакта между проволоками второго и первого слоя, грозозащитный трос в целом уплотнен по площади поперечного сечения и герметичен к проникновению жидких атмосферных осадков.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображено поперечное сечение грозозащитного троса с встроенным оптическим модулем по первому варианту
Грозозащитный трос содержит оптический модуль в виде, центральной трубки 1, выполненной из нержавеющей марки стали, оптическое волокно 2, первый слой девяти стальных оцинкованных проволок 3, второй слой из девяти алюминиевых 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, со степенью обжатия площади поперечного сечения 2,0÷5,5%, по наружным поверхностям проволок, увеличивает площадь контакта между проволоками 4 второго слоя 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 грозозащитного троса с оптическим кабелем связи, позволяет использовать оптический кабель больших диаметров с количеством оптических волокон до 96.
По второму варианту, сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 2 изображено поперечное сечение грозозащитного троса с встроенным оптическим модулем
Грозозащитный трос содержит оптический модуль в виде, центральной трубки 1, выполненной из нержавеющей марки 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.
Первый слой из девяти стальных оцинкованных проволок пластически деформирован по наружной поверхности слоя, степень обжатия поперечного сечения слоя 2,0÷5,5%. Второй слой из девяти алюминиевых 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. Степень обжатия площади поперечного сечения грозозащитного троса с встроенным оптическим кабелем 2,0÷5,5%. В результате кругового пластического обжатия троса круглое поперечное сечение алюминиевых проволок троса становится фасонным. Увеличена площадь контакта между проволоками второго и первого слоя, грозозащитный трос в целом уплотнен по площади поперечного сечения и герметичен к проникновению жидких атмосферных осадков.
Определение диаметра девяти проволок 3 первого слоя и диаметра девяти проволок 4 второго слоя производят с учетом формирования «арочного эффекта» в первом слое из стальных оцинкованных проволок и втором слое из алюминиевых 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 грозозащитного троса с оптическим кабелем связи, позволяет использовать оптический кабель больших диаметров с количеством оптических волокон до 96.
Технология изготовления грозозащитного троса по двум вариантам, с встроенным оптическим модулем, сводится к следующему.
Вариант 1.
Свивку стальных оцинкованных проволок первого слоя 3 и проволок из алюминия второго слоя 4 троса, осуществляют за одну технологическую операцию. При этом шаг свивки для слоев проволок 3 и 4 сохраняется постоянным. Одновременно в процессе свивки выполняется вторая технологическая операция - это пластическая деформация изделия. При этом выполняют пластическое обжатие внешних проволок из алюминия второго слоя, со степенью обжатия по площади сечения троса в диапазоне 2,0÷5,5%, в результате чего наружные поверхности проволок 4 второго получаются пластически деформированными.
Вариант 2.
Свивку стальных оцинкованных проволок первого слоя 3 и проволок из алюминия, второго слоя 4 троса осуществляют за две технологические операции. Первая технологическая операция, свивка первого слоя с одновременной пластической деформацией, со степенью обжатия по площади поперечного сечения первого слоя стальных оцинкованных проволок в диапазоне 2,0÷5,5%. Вторая технологическая операция, свивка второго слоя из алюминиевых проволок, со степенью обжатия по площади сечения троса в диапазоне 2,0÷5,5%. При этом шаг свивки для слоев проволок 3 и 4 сохраняется постоянным.
Заявляемое изобретение позволяет, используя новую конструкцию, способ изготовления грозозащитного троса с оптическим кабелем связи, повысить стойкость к удару молнии, без снижения натяжения троса и обрыва проволок при разряде, с пониженной массой троса уменьшить вес, как минимум на 40%, от применяемого в настоящее время грозозащитного троса с оптическим кабелем связи, изготовленного из оцинкованных или плакированных алюминием стальных проволок, при одновременном сохранении работоспособности оптического кабеля в течение длительного срока эксплуатации в составе ВЛ и соблюдении всех технических требований, влияющих на надежность ВЛ.