СПОСОБ ПРОКЛАДКИ САМОНЕСУЩЕГО ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ ПО ОПОРАМ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НА ПЕРЕХОДАХ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЯ
METHOD OF ROUTING SELF-BEARING OPTICAL CABLE ON HIGH-VOLTAGE ELECTRIC POWER TRANSMISSION TOWERS AT PASSAGES THROUGH OBSTACLES

Изобретение относится к оптоволоконной технике и может быть использовано при строительстве и эксплуатации волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) с использованием самонесущих оптических кабелей (ОКСН), проложенных по опорам высоковольтных линий электропередачи (ВЛ) на переходах через естественные (судоходные реки, горы и др.) и искусственные (железные и автомобильные дороги, пересекаемые ВЛ, инженерные сооружения и др.) препятствия.
При строительстве и эксплуатации ВОЛС ВЛ возникают трудности при пересечении судоходных рек, электрифицированных железных дорог, автомобильных дорог с интенсивным движением, неотключаемых ЛЭП, связанные с возможностью поражения персонала электрическим током и авариями на пересекаемых трассах. Для снижения воздействия электрического поля на ОКСН наведенный потенциал электрического поля не должен превышать 12-25 кВ в точке подвеса. Поэтому ОКСН размещают в области с наименьшими из возможных потенциалами электрического поля, в межфазном пространстве ВЛ - у опоры, как правило, выше нижних проводов (фиг.1).
Известен способ [1] (Глава 3.2., рис. П9.1., рис. П9.2.) прокладки ОКСН через препятствия, включающий: установку у начальной опоры барабана с лидер-тросом, барабана с кабелем и тормозной машины, установку на опоры раскаточных роликов, установку лидер-троса в ручей раскаточного ролика, закрепленного на начальной опоре, установку в переходе над препятствием приспособления для защиты перехода, прокладку лидер-троса вручную через препятствие, установку лидер-троса в ручей раскаточного ролика на конечной опоре, установку у конечной опоры тяговой машины, соединение одного конца лидер-троса с ОКСН, а другого конца лидер-троса - с тяговой машиной, создание на тормозной машине тормозного усилия, протягивание (раскатку) ОКСН под натяжением в пролете между опорами, перекладывание ОКСН из раскаточных роликов в зажимы, закрепление зажимов на опорах.
Способ [1] позволяет за счет применяемого оборудования осуществить прокладку кабеля на переходах через препятствия.
Способ [1] имеет следующие недостатки. Этап прокладки лидер-троса вручную не исключает возможность поражения персонала электрическим током пересекаемых, неотключаемых ВЛ и проводов контактной сети электрифицированных железных дорог. Пересечение, например, железных и автомобильных дорог требует предоставления «окон» для производства работ, что снижает производительность прокладки. При существующей практике отключения одной цепи двухцепных ВЛ для производства работ по прокладке ОКСН также существует опасность поражения персонала электрическим током при установке приспособлений для защиты перехода. При удельных массах существующих лидер-тросов (свыше 100 кг/км) и ОКСН (свыше 150 кг/км) их провесы соизмеримы с провесами проводов и требуют дополнительных затрат, связанных с применением мощных натяжных и тяговых машин.
Известен способ [2] прокладки ОКСН через препятствия, включающий: установку у начальной опоры барабана с лидер-тросом, барабана с кабелем и тормозной машины, установку на опорах раскаточных роликов выше существующего провода отключаемой цепи, установку лидер-троса в ручей раскаточного ролика, установленного на начальной опоре, установку на существующий (нижний или средний) провод отключаемой цепи тягового (радиоуправляемого) буксира, соединение с тяговым буксиром лидер-троса, создание на тормозной машине тормозного усилия (300-500 Н), протягивание (раскатку) лидер-троса под натяжением в пролете за счет перемещения тягового буксира до конечной опоры, установку у конечной опоры тяговой машины, укладку лидер-троса в ручей раскаточного ролика, установленного на конечной опоре, соединение концов лидер-троса с кабелем и с тяговой машиной, создание на тормозной машине увеличенного тормозного усилия, протягивание (раскатку) кабеля под натяжением в пролете за счет работы тяговой машины, возврат тягового буксира к начальной опоре, снятие тягового буксира, перекладывание кабеля из раскаточных роликов в зажимы и закрепление последних на опорах.
Способ [2] позволяет за счет применения тягового буксира проложить лидер-трос над препятствием. При этом раскаточные ролики устанавливают в области с наименьшими из возможных потенциалами электрического поля (выше существующего провода, на который устанавливается тяговый буксир).
Однако способ [2] имеет следующие недостатки. При удельной массе лидер-троса (свыше 100 кг/км) и при усилии тягового буксира (300-500 Н) провес лидер-троса существенно зависит от длины пролета. Уже при длине пролета 300 м провес лидер-троса достигает более 20 м, что соизмеримо с высотой опоры, и может являться причиной опасного сближения с препятствиями. Уменьшение провеса можно достигнуть только за счет применения более мощных, тяжелых и дорогих тяговых буксиров, что ведет к затратам средств на производство работ. Таким образом, способ [2] имеет ограниченное применение на переходах с большими пролетами. Кроме того, необходимо переносить на значительное расстояние ОКСН, находящийся под монтажным тяжением, из раскаточных роликов в поддерживающие зажимы, что весьма трудоемко и требует затрат времени и средств на производство работ.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ [3] (стр.740а) прокладки кабеля по опорам ВЛ, соединенными как минимум одним существующим проводом, на переходах через препятствия. Способ включает в себя: установку у начальной опоры барабана с лидер-тросом, барабана с кабелем и тормозной машины, установку на опоры раскаточных роликов, установку лидер-троса и соединительного троса в ручьи раскаточных роликов, установленных на начальной опоре, установку на существующий провод тягового буксира (роботизированной тележки с радиоуправлением), соединение с тяговым буксиром концов лидер-троса и соединительного троса, последовательную установку на существующий провод сдвоенных блоков роликов в ручей верхнего блока роликов, укладку лидер-троса в нижние блоки роликов и соединение сдвоенных блоков роликов отрезками соединительного троса, создание на тормозной машине тормозного усилия, протягивание (раскатку) лидер-троса под натяжением в пролете за счет перемещения тягового буксира до конечной опоры, установку у конечной опоры тяговой машины, укладку лидер-троса в ручей раскаточного ролика, установленного на конечной опоре, соединение концов лидер-троса с кабелем и с тяговой машиной, создание на тормозной машине увеличенного тормозного усилия, протягивание (раскатку) кабеля под натяжением в пролете за счет работы тяговой машины, возврат тягового буксира к начальной опоре, снятие сдвоенных блоков роликов и тягового буксира, перекладывание кабеля из раскаточных роликов в зажимы и закрепление последних на опорах.
Способ [3] позволяет за счет применения сдвоенных блоков роликов специальной конструкции, расположенных на расстоянии 10-15 м друг от друга, во время протягивания существенно снизить величину провеса и натяжение лидер-троса и ОКСН. Каждый блок роликов состоит (условно) из верхнего и нижнего одинаковых блоков роликов, причем разъемные корпусы верхнего и нижнего блоков жестко соединены друг с другом при помощи общего корпуса [3] (стр.730). Конструкция каждого блока роликов исключает выпадение и защемление лидер-троса и кабеля при любом положении блока. Тяговое усилие тягового буксира не превышает 500-600 Н.
Способ [3] имеет следующие недостатки. Установка на существующий провод сдвоенных блоков роликов, объединенных общим корпусом, требует переноса кабеля из раскаточных роликов, установленных около существующих проводов, в точки подвеса кабеля в зажимах (в области с наименьшими из возможных потенциалами электрического поля). При этом расстояние переноса кабеля составляет более 3 м. Работы по переносу кабеля можно выполнить только после снятия сдвоенных блоков роликов. Во избежание опасного провисания кабеля эти работы выполняют под монтажным натяжением кабеля, они весьма трудоемки и требуют дополнительных затрат времени и средств.
Техническим результатом изобретения является снижение затрат времени и средств на производство работ по прокладке кабеля по опорам ВЛ на переходах через препятствия.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе-прототипе [3] прокладки кабеля по опорам ВЛ на переходах через препятствия, соединенными как минимум одним существующим проводом, включающим: установку у начальной опоры барабана с лидер-тросом, барабана с кабелем, бухты соединительного троса и тормозной машины, установку на опоры раскаточных роликов, установку лидер-троса и соединительного троса в ручей раскаточного ролика, установленного на начальной опоре, установку на существующий провод тягового буксира (роботизированной тележки с радиоуправлением), соединение с тяговым буксиром концов лидер-троса и соединительного троса, последовательную установку на существующий провод сдвоенных блоков роликов в ручей верхнего блока роликов, укладку лидер-троса в нижние блоки роликов и соединение сдвоенных блоков роликов отрезками соединительного троса, создание на тормозной машине тормозного усилия, протягивание (раскатку) лидер-троса под натяжением в пролете за счет перемещения тягового буксира до конечной опоры, установку у конечной опоры тяговой машины, укладку лидер-троса в ручей раскаточного ролика, установленного на конечной опоре, соединение лидер-троса с кабелем и с тяговой машиной, создание на тормозной машине увеличенного тормозного усилия, протягивание (раскатку) кабеля под натяжением в пролете за счет работы тяговой машины, возврат тягового буксира к начальной опоре, снятие сдвоенных блоков роликов и тягового буксира, перекладывание кабеля из раскаточных роликов в зажимы и закрепление последних на опорах, раскаточные ролики устанавливают в областях с наименьшими из возможных потенциалами электрического поля, верхние блоки роликов попарно соединяют с нижними блоками роликов так, что расстояние между ними превышает максимальное расстояние между установленными на опорах раскаточными роликами и существующим проводом, а соединение сдвоенных блоков роликов отрезками соединительного троса производят соединением верхних блоков роликов. Как вариант, до протягивания кабеля производят соединение корпусов нижних блоков роликов отрезками соединительного троса.
Существенными признаками, влияющими на получение технического результата, являются:
1. Установка у начальной опоры барабана с лидер-тросом, барабана с кабелем и тормозной машины. Признак описывает необходимое оборудование и оснастку для осуществления прокладки кабеля под натяжением.
2. Установка на опоры раскаточных роликов. Признак снижает потери на трение при прокладке лидер-троса и кабеля.
3. Установка лидер-троса и соединительного троса в ручей раскаточного ролика, установленного на начальной опоре. Признак позволяет сократить число раскаточных роликов за счет укладки в ручей одного ролика лидер-троса и соединительного троса.
4. Установка на существующий провод тягового буксира (роботизированной тележки с радиоуправлением). Признак позволяет создать усилие для протягивания лидер-троса и сдвоенных блоков роликов, направленное вдоль существующего провода.
5. Соединение с тяговым буксиром концов лидер-троса и соединительного троса. Признак позволяет передать усилие тягового буксира на трос и лидер-трос.
6. Последовательная установка на существующий провод сдвоенных блоков роликов в ручей верхнего блока роликов, укладка лидер-троса в нижние блоки роликов и соединение сдвоенных блоков роликов отрезками соединительного троса. Признак позволяет ограничить провесы лидер-троса и передать тянущее усилие на каждый последующий блок роликов.
7. Создание на тормозной машине тормозного усилия. Признак обеспечивает натяжение лидер-троса с заданным усилием.
8. Протягивание (раскатка) лидер-троса под натяжением в пролете за счет перемещения тягового буксира до конечной опоры. Признак обеспечивает автоматизированную прокладку лидер-троса в пролете без опасности поражения персонала.
9. Установка у конечной опоры тяговой машины. Признак дает возможность осуществить протягивание кабеля и создать монтажное усилие натяжение.
10. Укладка лидер-троса в ручей раскаточного ролика, установленного на конечной опоре. Признак обеспечивает снижение потерь на трение при прокладке лидер-троса и кабеля.
11. Соединение лидер-троса с кабелем и с тяговой машиной. Признак позволяет осуществить последовательное протягивание лидер-троса и кабеля.
12. Создание на тормозной машине увеличенного тормозного усилия. Признак позволяет прокладывать кабель под увеличенным (монтажным) натяжением, что необходимо для создания безопасного провеса кабеля.
13. Протягивание (раскатку) кабеля под натяжением в пролете за счет работы тяговой машины. Признак обеспечивает непосредственно процесс прокладки кабеля.
14. Возврат тягового буксира к начальной опоре. Признак обеспечивает возврат тягового буксира и всех сдвоенных блоков роликов к начальной опоре для их последующего снятия.
15. Снятие сдвоенных блоков роликов и тягового буксира. Признак обеспечивает освобождение существующего провода и кабеля от оснастки.
16. Перекладывание кабеля из раскаточных роликов в зажимы и закрепление последних на опорах. Признак обеспечивает закрепление кабеля на опорах.
Существенными отличительными признаками, влияющими на получение технического результата, являются:
1. Раскаточные ролики устанавливают в областях с наименьшими из возможных потенциалами электрического поля. Признак обеспечивает установку раскаточных роликов в те же места, что и зажимы кабеля, что в дальнейшем снижает затраты времени и средств на производство работ по прокладке ОКСН за счет облегчения процесса перекладывания кабеля из роликов в зажимы.
2. Верхние блоки роликов попарно соединяют с нижними блоками роликов так, что расстояние между ними (между рабочими поверхностями верхних и нижних блоков роликов) превышает максимальное расстояние между точками установки на опорах раскаточных роликов и существующим проводом. Соединение корпусов верхних и нижних блоков роликов осуществляют при помощи гибкой или жесткой связи. Признак обеспечивает снижение до минимума поперечных нагрузок на существующий провод и кабель, возникающих в процессе перемещения сдвоенных блоков роликов, кроме того, снижает изгибы кабеля в проекции на горизонтальную плоскость.
3. Соединение сдвоенных блоков роликов отрезками соединительного троса производят соединением корпусов верхних блоков роликов. Признак обеспечивает передачу усилия тягового буксира вдоль существующего провода от одного верхнего блока роликов к другому посредством отрезков соединительного троса. При этом передача усилий, необходимых для перемещения нижних блоков роликов, осуществляется посредством гибких или жестких связей между верхними и нижними роликами.
4. Как вариант, до протягивания кабеля производят соединение корпусов нижних блоков роликов отрезками соединительного троса. Признак обеспечивает передачу усилия от одного нижнего блока роликов к другому нижнему блоку роликов посредством отрезков соединительного троса. При этом создается возможность для снятия блоков роликов с лидер-троса или с кабеля при возникновении аварийных ситуаций (разрушение роликов, отказ тягового буксира и др.).
Сущность изобретения поясняется фиг.1-4.
На фиг.1 изображены наведенные потенциалы электрического поля на опорах ВЛ 110 кВ и 220 кВ. Величины потенциалов условно показаны различными градациями серого цвета.
На фиг.2 изображен этап прокладки лидер-троса между опорами (вид сверху).
На фиг.3 изображен этап прокладки ОКСН между опорами (вид сверху).
На фиг.4 изображен этап возврата тягового буксира к начальной опоре (вид сверху).
На фиг.2, 3, 4 показан переход через препятствие - судоходную реку (схематично показаны берега реки и баржа). Цифрами на фиг.2, 3, 4 обозначены: 1 - начальная опора, 2 - конечная опора, 3, 4 - раскаточные ролики, установленные на опорах, 5 - существующий провод, 6 - лидер-трос, 7 - тормозная машина, 8 - барабан с ОКСН, установленный на домкрате, 9 - вертлюг, 10 - тяговая машина, 11 - барабан с лидер-тросом, установленный на подставке, 12 - бухта с соединительным тросом, 13 - тяговый буксир, 14 - отрезок соединительного троса, содержащий сдвоенный блок роликов, 15 - гибкая или жесткая связь, 16 - верхний блок роликов, соединенный гибкой или жесткой связью с 17 - нижним блоком роликов, 18 - вертлюг с кабельным чулком, 19 - отрезки соединительного троса дополнительной бухты соединительного троса 20. Буквой l обозначено расстояние между установленными на опорах 1 и 2 раскаточными роликами 3 и 4 и существующим проводом 5. Стрелками на фиг.2 и 4 показаны направления перемещения тягового буксира, а на фиг.3 - направление перемещения ОКСН.
Способ реализуется следующим образом. У начальной опоры 1 устанавливают барабан с лидер-тросом на подставке 11, барабан с кабелем, установленный на домкрате 8 и тормозную машину 7. Анкеруют тормозную машину 7 (фиг.2). Расстояние между тормозной машиной 7 и начальной опорой 1 составляет приблизительно утроенную величину высоты подвеса ОКСН. Около опоры 1 размещают бухту соединительного троса 12 (трос может быть уложен «восьмеркой»). На опоры в выбранные области с наименьшими из возможных потенциалами электрического поля устанавливают раскаточные ролики 3, 4 с диаметром ручья не менее 40d, где d - диаметр ОКСН. Лидер-трос 6 и соединительный трос 14 заводят в ручей раскаточного ролика 3, установленного на начальной опоре 1. На существующий провод 5 ВЛ, соединяющий начальную 1 и конечную опоры 2 на переходе через препятствие, устанавливают тяговый буксир 13 (роботизированную тележку с радиоуправлением), например ELECTRIC POWERED PULLING ROBOT Model LKE 70 производства фирмы ZECK, Германия [4]. Подъем оборудования на опоры 1 и 2 осуществляют при помощи подъемных механизмов или при помощи монтажных роликов, закрепленных на опорах, и каната «бесконечной длины». Конец лидер-троса 6 присоединяют через вертлюг к проушине тягового буксира 13. Конец соединительного троса 14 также присоединяют к проушине тягового буксира 13. Перемещают тяговый буксир 13 по существующему проводу 5 на 1-1,5 м от начальной опоры 1. На опору 1 поднимают сдвоенные блоки роликов, каждый из которых содержит гибкую связь (например, отрезок троса), верхний блок роликов 16, соединенный с нижним блоком роликов 17 так, что расстояние между ними превышает максимальное расстояние l между установленными на опорах раскаточными роликами 3 и 4 и существующим проводом 5. В качестве гибкой связи используют синтетический трос с глубокой полиуретановой пропиткой, обладающий низкой скручиваемостью, например производства ЗАО «СИ», Москва. Такой трос обладает изгибной жесткостью, препятствующей скручиванию и образованию петель. Подобный трос также используется в качестве лидер-троса и соединительного троса. Допускается установка жесткой связи (например, пластмассового стержня). На существующий провод устанавливают сдвоенный блок роликов путем раскрытия корпуса верхнего блока роликов 16, помещения в ручей верхнего блока роликов 16 существующего провода 5, закрытия корпуса верхнего блока роликов 16. Сдвоенный блок роликов по конструкции аналогичен сдвоенному блоку ABR 021 [3] (стр.730) за исключением того, что не имеет общего корпуса, а разделен на две одинаковые части, соединенные гибкой или жесткой связью 15 длиной более l. Общий вес сдвоенного блока роликов не превышает 20 Н. В тормозную машину 7 заводят лидер-трос 6 и устанавливают на ней минимальное тормозное усилие (100-200 Н). Лидер-трос 6 укладывают в нижние блоки роликов 17 и опускают их вниз на длину гибкой или жесткой связи. Отмеривают 10-15 м соединительного троса 14 и соединяют его с корпусом верхнего блока роликов 16, например, при помощи карабина. Как вариант, производят соединение корпусов нижних блоков роликов 17 отрезками соединительного троса 19 из дополнительной бухты 20. Придерживая на земле соединительный трос от провисания, перемещают тяговый буксир 13 по существующему проводу 5 на расстояние 10-15 м от предыдущего положения в направлении от начальной опоры 1. Последовательно повторяют все действия по установке сдвоенных блоков роликов (15, 16, 17), начиная с установки на существующий провод 5 следующего верхнего блока роликов 16 и заканчивая перемещением тягового буксира 13. При перемещении тягового буксира 13 в направлении от начальной опоры 1 до конечной опоры 2 усилие от него передается на верхние блоки роликов 16 через отрезки соединительного троса 14, а нижние блоки роликов 17 занимают различные положения относительно существующего провода 5 в зависимости от направления действующих сил тяжести, силы натяжения лидер-троса 6 и силы реакции связи 15 верхних блоков роликов 16 и нижних блоков роликов 17. За последней опорой 2 на расстоянии, приблизительно равном утроенной высоте подвеса раскаточного ролика 4, устанавливают тяговую машину 10. Анкеруют тяговую машину 10. Лидер-трос 6 отсоединяют от тягового буксира, укладывают в ручей раскаточного ролика 4, закрепленного на последней опоре 2, спускают конец лидер-троса 6 на землю и заправляют его в тяговую машину 10. Соединяют другой конец лидер-троса 6 через вертлюг с кабельным чулком 18 на конце ОКСН. Закрепляют на опоре 1 свободный конец соединительного троса 14 и свободный конец соединительного троса 19 (фиг.3). На тормозной машине 7 создают повышенное тормозное усилие. Включают тяговую машину 10 и производят протягивание ОКСН в пролете над препятствием. При этом ОКСН занимает расчетное положение на раскаточных роликах 3, 4 около точек подвеса на ВЛ. Учитывая малый вес каждого нижнего блока роликов 16 (приблизительно 10 Н, что составляет 1/2 от веса сдвоенного блока роликов, приходящегося на длину кабеля между соседними блоками роликов), величина провеса кабеля изменяется несущественно и ограничена длиной связи 15 между верхними 16 и нижними 17 блоками роликов. Монтажная величина провеса ОКСН может быть скорректирована увеличением усилия натяжения кабеля в процессе протягивания и/или доведением до монтажного натяжения после снятия нижних блоков роликов 17. По команде с земли перемещают тяговый буксир 13 назад, к начальной опоре 1 (фиг.4). При этом тяговый буксир 13 собирает все сдвоенные блоки роликов 15, толкая перед собой верхние блоки роликов 16 по существующему проводу 5. Нижние блоки роликов 17 также перемещаются, но по ОКСН в направлении к начальной опоре 1 за счет тянущего усилия связи 15 между верхними 16 и нижними 17 блоками роликов. Последовательно снимают сначала нижние блоки роликов 16 с ОКСН, а затем - верхние блоки роликов 17 с существующего провода и опускают сдвоенные блоки роликов 15 на землю. С существующего провода 5 снимают тяговый буксир 13 и также опускают его на землю. В местах установки на опорах 1 и 2 раскаточных роликов 3 и 4 устанавливают зажимы для ОКСН. В случае аварийных ситуаций (разрушение роликов, отказ тягового буксира и др.) снимают нижние блоки роликов с лидер-троса или с кабеля, используя свободный конец соединительного троса нижних блоков роликов, закрепленный на опоре. Перекладывают ОКСН из раскаточных роликов 3 и 4 в зажимы при помощи стандартной монтажной балки, например [1], рис.П9.4. При необходимости до установки анкерного зажима на последней опоре 2 производят корректировку усилия натяжения ОКСН с доведением его до монтажного натяжения.
Источники информации
1. Правила проектирования, строительства и эксплуатации волоконно-оптических линий связи на воздушных линиях электропередачи напряжением 110 кВ и выше (в 4-х частях). РАО «ЕЭС России», 1998.
2. Программа проведения работ без снятия напряжения с пересекаемых ВЛ. Обустройство Московского кольца. Строительство волоконно-оптической линии связи. ЗАО «Электросетьстройпроект», 30.07.2007 г.
3. TESMEC. Stringing Equipment. Machines and Tools for Power Lines. ED.1 - JANUARY 2007 (pages 730, 740a).
4. ELECTRIC POWERED PULLING ROBOT Model: LKE 70 [Электронный ресурс] Сайт: ZECK GmbH, 2007. - Режим доступа:
http://www.zeck-gmbh.com/content-en/produkte/F/pdf/F4-100.pdf, свободный.