Самонесущий изолированный провод с оптоволоконным кабелем связи (варианты)
SELF-SUPPORTING INSULATED WIRE WITH FIBER OPTIC COMMUNICATION CABLE (VERSIONS)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в конструкциях волоконно-оптических линий связи, встроенных в самонесущие изолированные провода, предназначенным для передачи электрической энергии по воздушной линии электропередачи ВЛ от 0,4 до 35 кВ.
Известен волоконно-оптический кабель (варианты), содержащий расположенные соосно центральный силовой элемент, по меньшей мере, один слой (повив) из оптических модулей, промежуточную полимерную оболочку, броню и наружную защитную полимерную оболочку, отличающийся тем, что каждый из оптических модулей состоит из жесткой полимерной трубки, содержащей внутри не менее одного оптического волокна, а броня выполнена не менее чем из одного слоя (повива) стальных проволок, покрытых алюминием, (см. описание полезной модели к патенту RU 112779 U1, G02B 6/44, опубликовано 20.01.2012, Бюл. 2).
Недостатком данного технического решения является относительно большие габариты при довольно сложной конструкции, требующей больших технологических и материальных затрат, при этом низкие механические характеристики кабеля, что отрицательно скажется на эксплуатационных параметрах кабеля.
Известен электрооптический кабель для воздушных линий электропередач, содержащий скрученные два фазных и один нулевой изолированные электрические жилы, а также волоконно-оптическую жилу, выполненную в виде скрученных преформированных стальных проволок, образующих канал, в котором расположены оптические волокна. Волоконно-оптическая жила скручена совместно с двумя фазными и одним нулевым изолированными электрическими жилами, причем канал, в котором расположены оптические волокна, заполнен гидрофобным компаундом. (см. описание полезной модели к патенту RU 159553 U1, Н01В 11/22, опубликовано 210.02.2016, Бюл. 4).
Недостатком данного электрооптического кабеля является довольно сложная технология его изготовления, когда отдельно покрывается оболочкой из сшитого полиэтилена два фазных и один нулевой изолированные электрические жилы, а также волоконно-оптическая жила, причем, канал, в котором расположены оптические волокна, заполнен гидрофобным компаундом. Гидрофобный компаунд не предохраняет оптические волокна от возможных механических повреждений в процессе эксплуатации данного кабеля, что ведет к относительно низкой эксплуатационной надежности данного технического решения.
Известен оптоэлектрический кабель, содержащий помещенные в его внешнюю изолирующую оболочку, по крайней мере, одну токопроводящую жилу, покрытую изолирующим материалом, и, по крайней мере, одну волоконно-оптическую жилу, содержащую, по крайней мере, одно оптическое волокно, отличающийся тем, что введен, по крайней мере, один упрочняющий элемент, выполненный в виде скрученных канатных проволок, при этом волоконно-оптическая жила выполнена в виде оптического волокна, помещенного в защитную оболочку, заполненную гидрофобом, а упрочняющий элемент непосредственно примыкает к токопроводящей жиле, содержащей проводник, покрытый изолирующим материалом, и к волоконно-оптической жиле. (см. описание полезной модели к патенту RU 126502 U1, Н01В 11/22, опубликовано 27.03.2012, Бюл. 2).
Недостатком данного технического решения является низкий объем передаваемой информации, поскольку данный кабель содержит одно оптическое волокно. Сложная конструкция данного технического решения, требующая при изготовлении оптоэлектрического кабеля, специальную сложную оснастку для размещения по сечению кабеля для свивки, следующие элементы кабеля, токопроводящую жилу, волоконно-оптическую жилу и упрочняющий элемент. При довольно сложной конструкции оптоэлектрического кабеля, использование в качестве упрочняющего элемента каната двойной свивки конструкции 6×7(1+6)+1×7(1+6), в котором заменена центральная прядь (1+6) на одно оптическое волокно не способствует надежности в работе оптоволоконной связи из-за возможного механического повреждения оптического волокна от контакта с шестью прядями упрочняющего элемента в процессе эксплуатации.
Известен электрооптический кабель, содержащий размещенные во внешней изолирующей оболочке токопроводящую жилу, упрочняющий элемент и волоконно-оптический модуль, содержащий защитную оболочку, в которой размещены залитые гидрофобным заполнителем оптические волокна, отличающийся тем, что в волоконно-оптический модуль введена жила из скрученных медных проводников, прилегающая к защитной оболочке, в которой размещены залитые гидрофобным заполнителем оптические волокна, при этом внешняя изолирующая оболочка выполнена в виде изолирующей оболочки упрочняющего элемента, изолирующей оболочки волоконно-оптического модуля, соединенного с изолирующей оболочкой упрочняющего элемента первым перешейком, и изолирующей оболочки токопроводящей жилы, которая соединена с изолирующей оболочкой волоконно-оптического модуля вторым перешейком, выполненным в одной плоскости с первым перешейком. (см. описание полезной модели к патенту RU 175197 U1, Н01В 11/22, опубликовано 03.08.2017, Бюл. 34).
Недостатком данного технического решения, является довольно узкие технические возможности при передачи электрической энергии, из-за небольшого сечения токопроводящей жилы, выполненной из медных проводников. Конфигурация внешней изолирующей оболочки не позволяет уменьшить нагрузку от климатических воздействий, значительно снизить аэродинамическое сопротивление и пляску проводов.
Задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, является создание конструкции самонесущего изолированного провода с оптоволоконным кабелем связи 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.
Поставленная цель достигается за счет того, что самонесущий изолированный провод с оптоволоконным кабелем связи, содержит оптические волокна до 48 штук в трубке из нержавеющей марки стали с гидрофобным наполнителем, токопроводящей части провода, покрытого термостойким полимерным покрытием, работающим в диапазоне температур от -80°C до +250°C.
Самонесущий изолированный провод, с оптоволоконным кабелем связи изготавливается по двум вариантам.
Вариант 1
Самонесущий изолированный провод с оптоволоконным кабелем связи, содержит центральную трубку 1 с оптическими волокнами 2, в количестве до 48, трубка выполнена из нержавеющей марки стали с гидрофобным наполнителем. Вокруг трубки расположены слои токопроводящих проволок 3, выполненных с линейным касанием проволок между собой, с одинаковым шагом свивки слоев, наружные поверхности токопроводящих проволок пластически деформированы со степенью обжатия 1,5-4,0% площади поперечного сечения провода. Количество слоев токопроводящей проволоки изменяется от одного до трех, при этом количество токопроводящих проволок в проводе может изменяться от 6 до 36. Количество слоев и количество токопроводящих проволок в проводе определяется номинальным сечением провода. Все токопроводящие проволоки провода выполнены из алюминия. Наружные токопроводящие проволоки провода покрыты полимерным термопластическим покрытием 4, работающим в диапазоне температур от -80°C до +250°C.
Сущность изобретения по варианту 1, поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображено поперечное сечение самонесущего изолированного провода с оптоволоконным кабелем связи, содержащего центральную трубку 1 с оптическими волокнами 2, два слоя токопроводящей проволоки 3 из алюминия, полимерное термопластическое покрытие 4.
Технология изготовления самонесущего изолированного провода с оптоволоконным кабелем связи по первому варианту сводится к следующему.
Первая технологическая операция - свивка токопроводящих проволок провода, осуществляется за одну технологическую операцию вокруг трубки с оптическим волокном. При этом шаг свивки для всех слоев токопроводящих проволок сохраняется постоянным, допуская при этом различные углы свивки для каждого слоя токопроводящих проволок, при соответствующем подборе диаметров токопроводящих проволок по слоям, что позволяет исключить возможность перекрещивания токопроводящих проволок по отдельным слоям и обеспечить им линейное касание при свивке.
Вторая технологическая операция - пластическая деформация изделия, которую выполняют одновременно со свивкой провода. При этом выполняют пластическое обжатие внешних токопроводящих проволок, со степенью обжатия площади поперечного сечения троса 1,5-4%.
Третья технологическая операция - покрытие провода по наружной поверхности токопроводящих проволок полимерным термопластическим покрытием, работающим в диапазоне температур от-80°C до +250°C.
Пластическое деформирование по площади поперечного сечения провода, способствует уплотнению провода, увеличению заполнения расчетного сечения провода за счет увеличения исходных диаметров токопроводящей проволоки, устранить возможную неравномерность натяжения проволок при свивке провода, нейтрализовать свивочные напряжения. Увеличить разрывное усилие по отношению к применяемым самонесущим изолированным проводам, увеличить номинальное сечение и пропускную способность провода, что позволит существенно повысить эффективность ВЛ.
Покрытие полимерным термостойким покрытием, работающим в диапазоне температур от -80°C до +250°C, выполняет функции защитной оболочки, позволяет значительно снизить аэродинамическое сопротивление и пляску провода за счет меньшей площади контура провода
Вариант 2.
Самонесущий изолированный провод с оптоволоконным кабелем связи, содержит центральную трубку 1 с оптическими волокнами 2, в количестве до 48, трубка выполнена из нержавеющей марки стали с гидрофобным наполнителем. Вокруг трубки, выполнен первый слой 3 семи медных проволок одного диаметра, второй слой с чередованием семи медных проволок 4 одного диаметра и семи медных проволок 5 другого диаметра и третий слой 6 из четырнадцати медных проволок. При этом все три слоя проволок выполнены с одинаковым шагом свивки, в одном направлении и с линейным касанием проволок первого, второго и третьего слоя проволок. Наружные поверхности проволок пластически деформированы со степенью обжатия 1,5-4,0% площади поперечного сечения провода. Третий слой провода покрыт полимерным термопластическим покрытием 7, работающим в диапазоне температур от -80°C до +250°C.
Сущность изобретения по варианту 2, поясняется чертежом, где на фиг. 2 изображено поперечное сечение самонесущего изолированного провода с оптоволоконным кабелем связи, содержащего центральную трубку 1 с оптическими волокнами 2, семь проволок 3 первого слоя, семь проволок 4 второго слоя меньшего диаметра, семь проволок 5 второго слоя большего диаметра, четырнадцать проволок 6 третьего слоя, полимерное термопластическое покрытие 7.
Технология изготовления самонесущего изолированного провода с оптоволоконным кабелем связи по второму варианту сводится к следующему.
Первая технологическая операция - вокруг трубки с оптическим волокном, осуществляют свивку проволок провода за одну технологическую операцию. При этом шаг свивки для всех слоев проволок сохраняется постоянным, допуская при этом различные углы свивки для каждого слоя проволок, при соответствующем подборе диаметров проволок по слоям, что позволяет исключить возможность перекрещивания проволок по отдельным слоям и обеспечить им линейное касание при свивке.
Вторая технологическая операция - пластическая деформация изделия, которую выполняют одновременно со свивкой провода. При этом выполняют пластическое обжатие внешних проволок, со степенью обжатия площади поперечного сечения троса 1,5-4%.
Третья технологическая операция - покрытие провода по наружной поверхности провода полимерным термопластическим покрытием, работающим в диапазоне температур от -80°C до +250°C.
Пластическое деформирование медных проволок по наружной поверхности, способствует увеличению заполнения расчетного сечения самонесущего изолированного провода с оптоволоконным кабелем связи. Позволяет увеличить разрывную нагрузку, способствует повышению электропроводности самонесущего изолированного провода с оптоволоконным кабелем связи. Покрытие полимерным термостойким покрытием, работающим в диапазоне температур от -80°C до +250°C, позволяет значительно снизить аэродинамическое сопротивление и пляску провода за счет меньшей площади контура провода.