КАБЕЛЬ СИЛОВОЙ С ЭЛЕМЕНТАМИ КОНТРОЛЯ СОБСТВЕННЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Заявляемое техническое решение относится к кабельно-проводниковой технике, а именно - к конструкциям силовых кабелей, предназначенным для передачи и распределения электрической энергии на постоянном токе в сетях электрифицированного транспорта и в сетях общего назначения и имеющих при этом в своем составе датчики в виде оптического волокна, передающего оптические сигналы в виде фотонов света, фиксирующие в режиме реального времени изменения параметров кабеля, места этих изменений, места обрыва кабеля и характеристики внешних воздействий на него.
На основании сигналов, полученных в режиме реального времени с выше указанных датчиков на комплексах автоматизированного телематического контроля оперативно и точно определяют место, характер состояния кабеля на имеющейся геоподоснове, место его обрыва и диспетчером, либо изменяется токовая нагрузка на кабель, вплоть до его отключения, либо на этот адрес направляется ремонтная бригада для устранения повреждения или причины изменения параметров.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известны конструкции кабелей, в которых использовано оптоволокно, например известно техническое решение «КАБЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ, ИЛИ ОПТОВОЛОКОННЫЙ, ИЛИ ГИБРИДНЫЙ» (19) RU (11) 143062 (13) U1 (51) МПК H01B 11/22 (2006.01), 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 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, а также тем, что для масштабирования соблюдено условие размещения на одной жиле не менее 10 датчиков на 1 м.
Недостатком данной полезной модели является то, что это решение имеет общую и не конкретную направленность, не связанную с особенностями реальной эксплуатации и ремонта силового кабеля, не охватывает процессы поиска и определения точного места повреждения кабеля.
Известно техническое решение «Электрооптический кабель» (19) RU (11) 188809 (13) U1 для одновременной передачи данных по оптическим волокнам и электрической энергии по электрическим проводам. Технический результат, заключающийся в расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы для одновременной передачи оптических информационных сигналов и электрической энергии по одному кабелю с одновременным повышением его стойкости и надежности, достигается в электрооптическом кабеле, содержащем внешнюю защитную оболочку и размещенные внутри нее две изолированные токопроводящие жилы и волоконно-оптический модуль с оптическими волокнами, выполненный в виде заключенных в бронированную оболочку оптических волокон, помещенных в гидрофобе, а внутренняя сторона внешней защитной оболочки покрыта слоем стеклоровинга, причем две изолированные токопроводящие жилы и волоконно-оптический модуль помещены в сэвилен.
Наиболее близким к заявляемому является кабель, запатентованный как (19) RU (11) 190398 (13) U1 «КАБЕЛЬ СИЛОВОЙ ДЛЯ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОГО ТРАНСПОРТА С ТЕРМОДАТЧИКОМ», характеризующийся следующей совокупностью существенных признаков, направленных на повышение стойкости кабеля к повреждениям:
«Кабель силовой, содержащий последовательно размещенные элементы: основную многопроволочную токопроводящую жилу (1), в наружном повиве которой размещены две или более дополнительные контрольные токопроводящие жилы (3), снабженные индивидуальной изоляцией (4) из термостойкой изоляционной кабельной бумаги, изоляцию (5) основной токопроводящей жилы из термостойкой изоляционной кабельной бумаги, пропитанной изоляционным пропиточным составом, металлическую оболочку (6), антикоррозионный слой (7), подушку (8) под броню, броню (9) из металлических лент и наружную оболочку (10) с продольными ребрами жесткости, отличающийся тем, что в повиве основной токопроводящей жилы дополнительно размещен один или более термодатчик (2) в виде оптического волокна в защитной оболочке, при этом кабельная бумага для изоляции (4), (5) контрольных и основной токопроводящих жил имеет температуру нагревостойкости не менее 110°С, пропиточный изоляционный состав имеет температуру каплепадения не менее 105°С, а наружная оболочка (10) выполнена из полимерного материала с твердостью по Шору по шкале Д не менее 30.»
Задача данного технического решения состоит в создании пожарного извещателя, способного к постоянному мониторингу температуры по всей длине чувствительного элемента, что позволяет прогнозировать опасные ситуации и контролировать все потенциально опасные объекты, контрольная функция которых построена на применении брэгговских дифракционных решеток, точнее, волоконных брэгговских решеток (ВБР) - датчиков ВБР.
Недостатком данного кабеля является его узкая специализация – использование его только в качестве пожарного извещателя.
Задачей, стоящей перед создателями заявляемого технического решения, является не только мониторинг температурного состояния кабеля, а детектирование точного места повреждения кабеля.
ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ от использования заявляемого технического решения заключается в повышении надежности при эксплуатации кабеля за счет повышения прочности конструкции и расширения его функциональными возможностей.
Данное техническое решение расширяет арсенал технических средств, которые могут быть направлены на создании надежного силового кабеля с элементами контроля собственных физических параметров в режиме реального времени за счет получения информации с датчиков ВБР оптоволокна, расположенного в этом же кабеле, при этом точность измерений зависит от характеристик измерительного оборудования.
Совокупность признаков, обеспечивающих заявленный результат, заключается в том, что во внешнем повиве токопроводящей жилы расположены изолированная контрольная жила и оптоволокно в трубке из термостойкого полимерного материала, заполненной гидрофобным гелем, поверхность среза которой выдерживает давление не менее 9,8 кПа не менее 3х суток без проникновения воды внутрь трубки. Токопроводящие и контрольные жилы разделяет только защитная оболочка. За счет этой близости при эксплуатации обеспечивается высокая точность контроля состояния токопроводящей жилы в режиме реального времени (определяются вероятные места пробоя, обрыва, нагрева и т.п., интенсивность воздействия на кабель определенных факторов) и информация, переданная с датчиков ВБР в удаленный диспетчерский центр, где отслеживается текущее состояние кабельной линии, позволяет в автоматическом режиме спрогнозировать события на ней и выполнить контрольно-профилактические действия согласно существующим регламентам. При этом общая изоляция токопроводящей жилы, контрольной токопроводящей жилы и оптоволокна, а также наличие последующих защитных слоев кабеля обеспечивает его надежную защиту, а выполнение наружной оболочки из полимера с твердостью по Шору по шкале Д не менее 25 позволяет обеспечить необходимую гибкость кабеля.
Данное техническое решение используется как для сетей электрифицированного транспорта, так и для сетей общего назначения. В настоящее время, зачастую, место повреждения (пробоя, обрыва, нагрева и т.п.) кабеля находится под дорожным полотном, а зимой ещё и под слоем снега и льда, и при этом создается неудобство (а иногда и невозможность) для традиционных (для силовых кабелей) методов определения расстояния до места повреждения кабельной линии и места ее повреждения, таких как: метод импульсной рефлекктометрии, метод колебательного разряда по напряжению, метод колебательного разряда по току, метод импульсно-дуговой, а также акустический метод и индукционный метод. Кроме того, традиционные методы, указанные выше, создают неудобство, связанное с временным ограничением пользования подъездными путями к объектам и/или проезжей частью дороги, а в зимнее время требуется механизированная уборка завалов снега с предполагаемой трассы прохождения кабеля. Использование заявляемого технического решения сокращает затраты на участие специалистов, механизированным способом очищающих кабельную трассу от завалов снега, специалистов участвующих в процессе получения разрешения ГИБДД, ФСО и других организаций (в том числе балансодержателей территорий, через которые проходит кабельная трасса) на временное закрытие участка дорожного полотна, или участка территории, для проведения работ еще одного специалиста (самого высококвалифицированного!), ищущего место повреждения кабельной трассы указанными выше методами со специальными дорогостоящими приборами. При использовании заявляемого технического решения за счет отсутствия вышеуказанных процессов кратно (в разы!) уменьшается время на поиск места и доступ к этому месту повреждения неисправного кабеля и как следствие - исчезает неудобство, которое создается собственникам прилегающих территорий (и организациям, отвечающим за безопасность), связанное с временным ограничением пользованием подъездными путями к их объектам и дорожным полотном. Также отпадает необходимость использовать дорогостоящие дорожные мобильные лабораторные комплексы и персонала, их обслуживающего.
На Фигуре показан вариант конструкции заявляемого кабеля, где:
1. Наружная оболочка;
2. Броня;
3. Подушка под броню;
4. Антикоррозионный слой металлической оболочки;
5. Металлическая оболочка;
6. Изоляция основной многопроволочной токопроводящей жилы;
7. Изоляция контрольной токопроводящей жилы;
8. Контрольная токопроводящая жила;
9. Изоляция элемента контроля физических параметров кабеля в режиме реального времени;
10. Элементы контроля физических параметров кабеля в режиме реального времени;
11. Основная многопроволочная токопроводящая жила.
РАСКРЫТИЕ ЗАЯВЛЯЕМОГО РЕШЕНИЯ
Кабель силовой постоянного тока с элементами контроля собственных физических параметров в режиме реального времени, (далее по тексту – кабель), который может использоваться как в сетях электрифицированного транспорта, так и в сетях общего назначения, содержит последовательно размещенные слои
наружную оболочку (1), выполненную из любого полимера пониженной пожароопасности с твердостью по Шору по шкале Д не менее 25, где полимер может быть любого химического состав, в том числе пониженной пожароопасности, не выделяющей галогенов,
металлическую броню (2),
подушку под броню (3),
металлическую оболочку (5) из свинцово-сурьмянистого сплава, покрытую антикоррозионным слоем (4);
изоляцию основной многопроволочной токопроводящей жилы, а также контрольных жил в ее внешнем повиве (6), выполненную из продуктов перегонки нефти в виде битума или битумного состава, который защищает металлическую оболочку от воздействия влаги в почве и блуждающих токов.
Основная многопроволочная токопроводящая жила (11) может быть выполнена либо из меди, или алюминия, или из медного сплава, или из сплава алюминия.
В наружном повиве основной многопроволочной токопроводящей жилы (11) размещены элементы контроля физических параметров кабеля в режиме реального времени, в качестве которых используется датчики ВБР оптоволокна (10), помещенного в трубку из термостойкого полимерного материала (9), заполненную гидрофобным гелем, поверхность среза которой выдерживает давление 9,8 кПа не менее 3х суток без проникновения воды внутрь трубки. Также дополнительно могут быть размещены контрольные токопроводящие жилы (8), каждая из которых снабжена индивидуальной изоляцией (7).
Контрольная токопроводящая жила (8) может быть выполнена либо из алюминия, или из сплава алюминия, или из медного сплава.
Изоляция как многопроволочной токопроводящей жилы, так и контрольной токопроводящей жилы может быть выполнена либо из сшитого полиэтилена, либо из поливинилхлорида, либо из кабельной резины, либо из кабельной бумаги любого температурного индекса, пропитанной изоляционным нестекающим пропиточным составом.
В качестве элементов контроля собственных физических параметров в режиме реального времени используется как одномодовое, так и многомодовое оптическое волокно, а также из их комбинации.
При эксплуатации кабеля в нем формируются сигналы о местоположении мест событий на конкретном участке его токопроводящей жилы, которые передаются в удалённый диспетчерский центр, а в качестве события рассматривается либо превышение температуры, либо короткое замыкание, либо обрыв токопроводящей и/или жилы, либо сигналы о различных контролируемых действиях, развивающихся вдоль трассы данного кабеля.
Ниже, приводятся сведения, подтверждающие промышленную применимость заявленной группы полезных моделей.
Технология изготовления силового кабеля заключается в следующем.
Основная токопроводящая жила 11 и контрольные токопроводящие жилы 8 изготавливают известными в кабельной промышленности способами.
Наложение изоляции 6 на основную токопроводящую жилу и 7 на контрольные токопроводящие жилы осуществляют на изолировочных машинах типа М4БР-8.
Наложение металлической оболочки 4 проводят на прессе типа «Хансон-Робертсон».
Наложение антикоррозионного слоя 6 на металлическую оболочку осуществляют на оборудовании для наложения защитных покровов.
Наложение подушки под броню 3 и наружной оболочки 1 осуществляют на экструзионных линиях.
Наложение брони 2 осуществляют на оборудовании для наложения защитных покровов.
Для изготовления модулей с оптическим волокном с распределенными по его длине датчиками ВБР используются известные линии, например, ROSENDAHL RF-LA-R-60.
Заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности "промышленная применимость", поскольку его реализацию возможно осуществить с использованием известных средств производства, материалов и технологий.