г. Алматы, ул. Кармысова, 76А/2

Основы ВОЛС-ВЛ

В данной статье приведены общие сведения о ВОЛС-ВЛ: сравнение подвеса и подземной прокладки оптического кабеля, основные типы и характеристики воздушных оптических кабелей, методики их проектирования и монтажа, кабельные аксессуары, рекомендации по выбору технологии, состояние рынка в Казахстане и мире. Цель статьи – познакомить читателя с ВОЛС-ВЛ и помочь ему ориентироваться в этой отрасли.

Что такое ВОЛС-ВЛ

Аббревиатура ВОЛС-ВЛ происходит от следующего сочетания: Волоконно-Оптические Линии Связи на основе Воздушных Линий электропередачи. ВОЛС-ВЛ организуются методом подвеса специальных оптических кабелей на опорах линий электропередач различного напряжения, опорах сетей городского освещения и электротранспорта. Создание таких линий связи стало возможным благодаря тому, что передача сигналов по оптическому волокну (ОВ) не подвержена негативным влияниям со стороны электромагнитных полей ЛЭП.

Преимущества ВОЛС-ВЛ

По сравнению с линиями, организуемыми методом прокладки кабеля в грунте или канализации, ВОЛС-ВЛ имеют следующие преимущества:

  • инфраструктура ЛЭП развита очень широко и покрывают всю территорию страны – следовательно, существует обширная база для создания ВОЛС-ВЛ;
  • для ВОЛС-ВЛ в отличие от подземных линий связи не требуется разрешение на отвод земель для прокладки кабеля;
  • создание ВОЛС-ВЛ быстрее, чем строительство подземных линий, так как не требуется проводить сложные трудо- и ресурсоемкие земельные работы;
  • эксплуатация ВОЛС-ВЛ более удобна, из-за возможности визуального контроля состояния линии;
  • воздушные кабели более надежны, чем подземные, т.к. исключается вероятность повреждения при раскопках и увеличивается скорость устранения неисправностей (применимо для ОКГТ).

 

Изучением надежности ВОЛП занимаются многие известные компании, такие как Bellcore и Alcoa производители кабеля и не только. Ниже приведены таблицы с данными о причинах отказа ВОЛП.

Таблица 1 – Причины отказов кабельных линий связи (по данным Bellcore)

Причина

Кол-во случаев

Плотность, %

Раскопки (например, при строительстве коммуникаций)

280

58,8

Ошибки персонала (например, при эксплуатации)

35

7,4

Грызуны

23

4,8

Автомашины

19

4,0

Пожары

15

3,2

Стрельба

13

2,7

Низкая температура

8

1,7

Вода

7

1,5

ЛЭП (например, при контакте с фазными проводами)

7

1,5

Молния

6

1,3

Лед

5

1,1

Саботаж

4

0,8

Прочие

37

7,8

Неизвестные

17

3,6

Итого

476

100

 

Отказ – невозможность передачи трафика по линии связи в результате повреждения / обрыва кабеля.

Плотность - доля числа отказов по определенной причине в общем числе отказов по всем причинам.

Таблица 2 – Отказоустойчивость воздушных и подземных линий связи (по данным Bellcore)

 

Воздушные

Подземные

% случаев

9,9%

90,1%

% длины кабеля

10,4%

89,6%

 

% случаев – доля отказов определенного типа линий связи в общем числе отказов всех типов линий.

% длины кабеля – доля суммы длин поврежденных участков определенного типа линий связи в общей сумме длин поврежденных участков всех типов линий.

Более подробно с тематикой надежности ВОЛС-ВЛ можно ознакомиться в презентации подготовленной специалистами нашей компании для одного из заказчиков (презентация прилагается).

Основные типы кабеля ВОЛС-ВЛ

При построении ВОЛП на основе ВОЛС-ВЛ в основном используются следующие типы кабелей: оптический кабель в грозозащитном тросе (ОКГТ), оптический кабель самонесущий неметаллический (ОКСН), оптический кабель для навивки на грозотрос или фазный провод (ОКН). Около 70% воздушных линий связи в мире построены на основе ОКГТ, на долю ОКСН приходится 25%, а ОКН – 5%. При этом четко выражена региональная специфика строительства ВОЛС, так ОКГТ преобладает во всех регионах мира, ОКСН наибольшее распространение получил в Америке, ОКН в Англии и Скандинавии. При выборе технологии строительства ВОЛС-ВЛ необходимо принимать во внимание особенности региона строительства, климатические условия, рельеф местности, плотность застройки, рабочее напряжение и конструктивное исполнение ВЛ (ЛЭП), наличие пересечений с инженерными сооружениями (ЛЭП, дороги и т.п.)

ОКГТ

Оптический кабель в грозозащитном тросе практически всегда применяется при строительстве новых ЛЭП или реконструкции старых. Это объясняется тем, что замена грозотроса, не выработавшего свой срок, является достаточно дорогостоящей операцией. ОКГТ помимо защиты ОВ должен выполнять и функции обычного грозотроса – защищать фазные провода от ударов молнии и обеспечивать заземление при прохождении токов короткого замыкания (КЗ). Поэтому конструктивное исполнение ОКГТ обеспечивает высокую надежность его эксплуатации даже на больших пролетах с жесткими условиями климата и большой срок службы (40-50 лет). Сфера применения ОКГТ от ВЛ 110 КВ и выше, без ограничений по классу напряжения и возможность организации сложным переходов, самый большой переход в мире реализован с помощью ОКГТ, это переход через реку Миссисипи где длина пролета составляла 2,4 км. Также к преимуществам ОКГТ можно отнести возможность проведения монтажа при температурах до -20?С и наивысшую надежность. Однако ОКГТ характеризуется самой высокой стоимостью, требует достаточно сложного технологического оборудования для подвести и монтажа, а также значительных затрат на проектирование. Также, если речь идет о реконструкции старых линий требуется отключение ВЛ, что также можно отнести к недостаткам ОКГТ. Здесь необходимо отметить, что на сегодняшний день «Компания Оптиктелеком» ведет работы по адаптации и освоению технологии замены ОКГТ под напряжением, первый подобный проект планируется осуществить в этом году на БАМе. Хотя подобные работы стоят в 3 раза дороже стандартных, тем не менее, к ним проявляют интерес заказчики на территории России. В связи с самыми высокими показателями надежности именно ОКГТ рекомендуется для строительства не резервируемых магистральных линий связи. В таблице 3 указаны причины отказов линий с ОКГТ.

Существует три поколения ОКГТ, которые различаются конструкцией сердечника с ОВ. Вокруг него располагается повив из металлических проволок (примерный диаметр – 2,5 мм и выше), на которые и приходится вся нагрузка при эксплуатации. Проволоки выполняются из стали, плакированной алюминием или покрытой цинком. Первый тип проволок предпочтительнее, поскольку алюминий очень пластичен, обладает отличной электрической проводимостью (выше только у серебра и меди) и, самое главное, является коррозионностойким материалом при любых агрессивных воздействиях. Цинк же гораздо тяжелее алюминия (что немаловажно при подвеске) и уступает ему по проводимости, по стойкости к коррозии и по прочности (цинк хрупок при любых температурах и легко отделяется от стали). Также в ОКГТ используются полностью алюминиевые проволоки для увеличения проводимости при токах КЗ (т.е. для уменьшения нагрева кабеля во избежание повреждения ОВ). При использовании повива из алюминиевых и плакированных алюминием стальных проволок срок «жизни» ОКГТ может достигать 40 и более лет. Для соответствия требованиям проекта к механическим и электрическим параметрам ОКГТ может иметь несколько повивов.

Таблица 3 – Причины отказов линий с ОКГТ (по данным Alcoa Fujikura Ltd)

Причина

Кол-во случаев

Плотность, %

Молния

11

26

Дефект монтажа

8

19

Стрельба

7

17

Ветер

6

14

Прочие

10

24

Итого

42

100

 

ОКГТ первого поколения

Рис. 1 – ОКГТ первого поколения

Первое поколение ОКГТ (рис. 1) по конструкции сердечника напоминает обычные подземные оптические кабели – содержит один или несколько полимерных модулей с ОВ и в некоторых случаях центральный силовой элемент (ЦСЭ) из стеклопластика. Все эти элементы заключаются в алюминиевую трубку, которая предохраняет сердечник от проникновения влаги и улучшает проводимость. ОКГТ первого поколения обладает малым весом и может вмещать большое количество ОВ, но имеет серьезный недостаток – алюминиевая трубка не обеспечивает достаточной герметичности и прочности при раздавливающих усилиях. Такой ОКГТ по-прежнему выпускается рядом производителей, однако в целом его постепенно вытесняют кабели третьего поколения.

ОКГТ второго поколения

Рис. 2 – ОКГТ второго поколения

В ОКГТ второго поколения (рис. 2) проблема прочности на раздавливание решается путем использования профилированного сердечникам из алюминия, который к тому же обеспечивает большую проводимость для токов КЗ. Для герметичности сердечник оборачивают алюминиевой лентой. Однако такая конструкция значительно утяжеляет кабель и ограничивает количество волокон. В настоящее время ОКГТ второго поколения находит применение в проектах, для которых характерны большие токи КЗ, малые габариты (диаметр) и небольшая емкость кабеля.

ОКГТ третьего поколения  с центральной трубкой

 с повивом из трубок и проволок

Рис. 3 – ОКГТ третьего поколения с центральной трубкой (слева) и с повивом из трубок и проволок (справа).

Постепенно все большую популярность завоевывает последнее, третье поколение ОКГТ (рис. 3). Главным элементом его конструкции является тонкая центральная трубка из нержавеющей стали, в которую помещают ОВ. При ее изготовлении используются те же технологии, что и при выпуске игл для медицинских шприцов. Такая трубка одновременно играет роль ЦСЭ (не допускает возникновения критических изгибов), имеет высокую стойкость к раздавливанию и в силу своей герметичности препятствует проникновению влаги и агрессивных веществ. Максимальный диаметр стальной трубки – 3,8 мм, при этом емкость составляет до 72 ОВ. Таким образом, ОКГТ третьего поколения при равных механических и электрических характеристиках с кабелями предыдущих поколений зачастую имеет меньший диаметр, а при равных габаритах – лучшие характеристики. Поверх стальной трубки для повышения проводимости может располагаться алюминиевая трубка. Стоит отметить, что в ОКГТ третьего поколения стальная трубка может быть размещена как по середине кабеля (рис. 3), так и в повиве с несущими проволоками (рис. 4). В последнем случае можно использовать несколько трубок, что увеличивает число ОВ.

ОКСН

Оптический самонесущий неметаллический кабель находит применение на уже построенных линиях, когда нет необходимости менять грозотрос, а рельеф местности позволяет создавать площадки для размещения натяжного оборудования. К главным достоинствам ОКСН относится, во-первых, его относительно невысокая стоимость, а во-вторых, возможность отделить инфраструктуру ВОЛС от инфраструктуры ЛЭП (данный кабель в отличие от ОКГТ и ОКН не является частью энергосистемы). ОКСН подвешивается на опорах либо ниже фазных проводов, либо по центральной оси опоры в точке нулевого потенциала, что обусловлено негативным воздействием наведенных потенциалов электромагнитного поля на оболочку кабеля, так называемого сухого дугового разряда. Оно особенно сильно проявляется на линиях напряжением выше 110 кВ, когда оболочка ОКСН быстро разрушается сухим дуговым разрядом. По указанным причинам область использования ОКСН – линии электропередачи напряжением до 110 кВ с пролетами до 300 м. Применение на линиях выше 110 кВ возможно, но экономически невыгодно из-за сложности (высокой точности) расчета, дороговизны дополнительных несущих элементов и оболочек, защищающих от электрического влияния. Важно отметить, что надежную работу ОКСН возможно обеспечить только используя специальную арматуру для подвеса кабеля. ОКСН является практически единственными вариантов организации ВОЛС-ВЛ на линиях классом ниже 110кВ.

К недостаткам ОКСН можно отнести увеличение нагрузки на опоры, сложность проектирования, вандализм (в основном это стрельба и попытки хищения), пожары под ВЛ и невысокую надежность. В таблице 4 указаны причины отказов линий с ОКСН.

Таблица 4 – Причины отказов линий с ОКСН (по данным Alcoa Fujikura Ltd)

Причина

Кол-во случаев

Плотность, %

Дефект монтажа

11

38

Стрельба

8

28

Ветер

5

17

Прочие

5

17

Итого

29

100

ОКСН

Рис. 4 – ОКСН

Конструкция ОКСН практически полностью повторяет структуру обычных оптических кабелей (ОК) для подземной прокладки: ЦСЭ, полимерные модули с ОВ, водоблокирующая лента, оболочки из полиэтилена различной плотности. Главное отличие ОКСН – полное отсутствие металлических деталей. Металлическая проволочная или ленточная броня заменена слоем арамидных нитей, которые наряду с ЦСЭ являются несущими элементами кабеля (рис. 4).

ОКН

Оптический навивной кабель монтируется на уже построенных ЛЭП в районах со сложным рельефом, который исключает возможность применения крупных натяжных комплексов, требующих достаточно больших монтажных площадок. ОКН в первую очередь подразумевает большую скорость прокладки. ОКН можно навивать на грозотрос – ОКН-ГТ (без ограничений по напряжению) и на фазный провод – ОКН-ФП (до 110 кВ из-за разрушения оболочек наведенными токами). Возможность навивки зависит только от состояния несущего провода/троса (рекомендуется навивать на новый провод/трос или находящийся в хорошем состоянии). Длина пролета не имеет значения, так как ОКН характеризуется пренебрежимо малым весом и не нагружает несущие элементы ЛЭП, в т.ч. опоры, а прирост гололеда из-за такого кабеля составляет всего 3%.

Конструкция ОКН проста (рис. 5): силовые элементы (один – в центре, несколько между модулями и оболочкой), полимерные модули с ОВ и полиэтиленовая оболочка. Иногда добавляется вторая, особая оболочка, обеспечивающая баллистическую защиту кабеля от охотничьей дроби.

Как правило, производитель ОКН разрабатывает единую технологию навивки, которая включает в себя специальные навивные машинки, сматывающие машинки для сворачивания линии, специальные муфты и арматуру для крепления кабеля на опорах, а также другие устройства для обеспечения удобства процесса монтажа (рис. 6) и последующей эксплуатации.

ОКН

Рис. 5 – ОКН

Процесс навивки ОКН специальной машинкой

Рис. 6 – Процесс навивки ОКН специальной машинкой (технология компании FOCAS)

В таблице 5 указаны основные параметры трех основных типов кабеля для ВОЛС-ВЛ. Приведенная информация достаточно условна и при ее выборе внимание уделялось главным образом экономической эффективности реализации проекта. В таблицах 5 и 6 можно ознакомиться с частотой отказов ВОЛС-ВЛ – как общей, так и для различных типов кабеля.

Таблица 5 – Основные параметры кабелей ВОЛС-ВЛ

Параметр

ОКГТ

ОКСН

ОКН

Напряжение ЛЭП, кВ

любое

до 110

ОКН-ГТ–любое, ОКН-ФП–до 110

Максимальный пролет, м

500 и выше

250….300

 

-

Диаметр кабеля, мм

11,5… 20

15 - 20

6,2..8,4 (ГТ) 7,3…9,0 (ФП)

Вес, кг/км

480…750

180…360

32…69 (ГТ) 52…77 (ФП)

Max рабочее тяжение, кН

20…60

15…30

до 0,3

Число ОВ

до 300

до 150

до 70

Стойкость к токам КЗ, кА2с

180…400

-

-

Max температура грозотроса(провода)?С

200

 

260…300

Рабочая температура, °С

-60 …+70

-50…+60

-50 …+60

Потенциал электрического поля, кВ

-

12 … 25

-

 

Таблицы 6 и 7 – Частота отказов ВОЛС-ВЛ (по данным Bellcore, Alcoa Fujikura Ltd. и Focas):

 

10??/(миля*год)

10??/(км*год)

до 1991 г

2,07~4,39

1,29~2,73

1991 г

3,21

1,99

1992 г

3,66

2,27

Среднее

3,43

2,13

 

 

10??/(миля*год)

10??/(км*год)

Все кабели

3,43

2,13

ОКГТ

0,14

0,08

ОКСН

0,29

0,18

 

Частота отказов = число отказов / (длина участка линии * срок службы кабеля). Как правило, длина принимается равной 1000 миль (1000 км), а срок службы – 1 году.

Некоторые другие типы кабеля для ВОЛС-ВЛ

Среди других видов кабеля, не столь распространенных, как указанные выше, можно выделить оптический кабель в фазном проводе (ОКФП), оптический кабель самонесущий металлический (ОКСМ), оптический прикрепленный кабель (ОКП).

ОКФП

Оптический кабель в фазном проводе в целом очень похож на ОКГТ. Единственное отличие заключается в том, что при расчете параметров ОКФП особое внимание следует обращать на нагрев кабеля при прохождении по нему тока и возможность ухудшения свойств ОВ по этой причине. Дело в том, что по ОКГТ ток течет только в двух случаях: при попадании в кабель разряда молнии и при возникновении тока КЗ. Но при обоих событиях прохождение тока достаточно кратковременно, поэтому температура ОКГТ может достигать 200°С, не принося вреда ОВ. Для ОКФП ситуация сложнее – ток здесь течет постоянно, тепловое влияние достаточно длительно и ОВ может постепенно ухудшать свои характеристики. Поэтому ОКФП должен содержать большое количество алюминия.

ОКФП

Рис. 7 – ОКФП

По своей конструкции ОКФП часто напоминает ОКГТ второго поколения (рис. 7): профилированный алюминиевый сердечник с модулями для ОВ и несколько повивов проволок, среди которых лишь очень небольшая часть являются стальными. Из-за этого механическая прочность и несущая способность ОКФП не столь велики, как у ОКГТ. С другой стороны, ОКФП с вероятностью 99% защищен от попадания в него ударов молнии, однако эксплуатация и монтаж ОКФП гораздо сложнее, чем ОКГТ, так как требует отвода токопроводящих элементов от оптических в процессе монтажа и эксплуатации. Данная технология в основном используется при строительстве новых линий не предусматривающих наличие грозотроса.

ОКСМ

Оптический самонесущий металлический кабель – это аналог ОКСН. В целом ОКСМ имеет те же, что и ОКСН, особенности применения, преимущества и недостатки. Но у ОКСМ есть свой достаточно негативный нюанс – используемые в составе металлические элементы, которые утяжеляют кабель и создают опасность негативного влияния на него со стороны токов ЛЭП. Впрочем, ОКСМ может применяться на более длинных пролетах, чем ОКСН, ввиду большей механической прочности металлических несущих частей.

ОКСМ часто имеет вид «восьмерки» (рис. 8): сердечник из ЦСЭ и модулей с ОВ и отдельный металлический несущий трос, заключенные в единую оболочку.

ОКСМ

Рис. 8 – ОКСМ

ОКП

Оптический прикрепленный кабель – это ОК имеющий те же рекомендации по применению и конструкцию, что и ОКН. ОКП отличают иные способы монтажа: чаще всего такой кабель либо приматывается к несущему элементу тросом, либо прикрепляется специальными скобами. При этом стоит заметить, что монтаж ОКП не всегда удобен, поскольку установка скоб занимает больше времени, чем навивка и требует более сложного оборудования, а примотка тросом вызывает увеличение нагрузки на несущие конструкции. К тому же существует возможность обрыва такого кабеля после удара молнии из-за повреждения крепежных элементов. Однако в случае прикрепления ОКП скобами к проводу или тросу отсутствуют передвигающиеся по ним укладывающие машинки, и снижается монтажная нагрузка на несущие элементы.

Выбор технологии (кабеля) ВОЛС-ВЛ

Существует достаточно много деталей, говорящих в пользу выбора того или иного типа кабеля для создания ВОЛС-ВЛ, поэтому выработать единую систему выбора технологии очень сложно. Однако, ориентируясь на многолетний мировой опыт выполненных проектов, удобство монтажа оборудования и экономическую эффективность строительства, принять решение в пользу какого-либо кабеля можно на основе алгоритма, представленного на рис. 9.

Разумеется, немаловажным фактором при выборе кабеля является денежная стоимость строительства. Однако для разных проектов стоимость одного и того же типа кабеля может серьезно различаться, что связано с различием в климатических условиях, рельефе местности, состоянии ВЛ и т.д. В наиболее общем смысле стоимость различных типов кабеля можно оценить так (по уменьшению): ОКГТ – ОКСН – ОКН.

Сравнивая различные технологии создания ВОЛС-ВЛ можно однозначно утверждать, что лучшей из них по надежности и долговечности является технология ОКГТ. Такой кабель имеет срок жизни 40-50 лет (против 25 лет у других типов) и способен выдержать любое негативное внешнее воздействие. Однако часты мы имеет ВЛ без грозотроса, в подобных случаях технология ОКСН или ОКН является незаменимой. Таким образом построение разветвленной сети на основе ВОЛС-ВЛ связанно с применением различных технологий, где магистралью в большей степени является ОКГТ, с переходами на ОКСН или ОКН при организации ответвлений, также бывают случаи когда приходится с подвесных линий переходить на подземные кабели и наоборот. Стоит отметить, что для организации ответвлений и на линиях до 35 кВ в последнее время часто используется самонесущий изолированный провод (СИП) с встроенным ОВ.

Алгоритм выбора кабеля ВОЛС-ВЛ

Рис. 9 – Алгоритм выбора кабеля ВОЛС-ВЛ

Для энергетических компаний, строящих новую ЛЭП или собирающихся в ближайшие годы реконструировать старую, создав на ее основе магистральную ВОЛС-ВЛ, ОКГТ является наиболее оптимальным решением. Во-первых, в его пользу говорят перечисленные выше преимущества данного типа кабеля. Во-вторых, как правило, магистральные ЛЭП имеют напряжение 200 кВ и выше, что исключает возможность применения ОНСК и ОКН-ФП. И в-третьих, реконструкция или новое строительство так или иначе предусматривают подвес нового грозотроса – следовательно, проще сразу использовать ОКГТ, чем вешать обычный трос и навивать ОКН-ГТ.

Рынок производителей кабеля для ВОЛС-ВЛ

Рынок производителей ОК для ВОЛС-ВЛ включает достаточно большое количество компаний. Среди них выделяются три наиболее крупных: AFL Telecommunications (США/Япония) – 24% от общего количества установленного в мире воздушного кабеля, Prysmian (Италия) – 13% и Alcatel (Германия) – 13%. Доля каждой из остальных компаний в мировой базе созданных ВОЛС-ВЛ не превышает 9%. AFL Telecommunications является телекоммуникационным подразделением компании AFL – совместного предприятия ALCOA (США, алюминиевая промышленность) и Fujikura (Япония, волоконно-оптическая промышленность). AFL Telecommunications является наследницей компании FOCAS – одного из первых создателей кабеля для ВОЛС-ВЛ – впоследствии поглощенной AFL. Prysmian – бывший кабельный отдел крупной компании Pirelli, который недавно перешел к новому владельцу и теперь является самостоятельным производителем, специализирующимся исключительно на производстве ОК и аксессуаров, в т.ч. для ВОЛС-ВЛ. Alcatel работает исключительно в сфере телекоммуникационной промышленности и выпускает широкий ассортимент оборудования: от мобильных телефонов и АТС до воздушных ОК и аксессуаров к ним.

Большинство близких к Казахстану крупных российских производителей ОК – Самарская Оптическая Кабельная Компания (Самара), Севкабель-Оптик (Санкт-Петербург), ОФС Связьстрой-1 (Воронеж) и другие – из всех типов кабеля ВОЛС-ВЛ выпускают только ОКСН. Попытки СОКК и СКК организовать выпуск ОКГТ на линии производства обычного бронированного подземного кабеля завершились неудачей из-за низкого качества такого кабеля. Исключение составляет только компания Сарансккабель-Оптика (Саранск), четыре года назад закупившая полностью специализированную линию для создания ОКГТ и ежегодно выпускающая до 3000 километров такого кабеля, удовлетворяющего всем международным стандартам качества.

В Казахстане, где развитие рынка ВОЛС-ВЛ началось примерно в середине 90-х гг., ведущие позиции сегодня принадлежат Prysmian. Однако объем установленного воздушного ОК в республике весьма незначителен (особенно в сравнении с западными странами и Россией), поэтому нельзя назвать позиции Prysmian в нашей стране достаточно прочными. На сегодняшний день в Казахстане идет интенсивное развитие отрасли оптической связи, в т.ч. на основе объектов энергетики, вследствие чего страна стала объектом внимания других ведущих производителей оборудования для ВОЛС-ВЛ, в частности AFL Telecommunications и Сарансккабель-Оптика. Продукция этих компаний продвигается на рынок республики в течение последних двух-трех лет, и уже на данный момент составляет серьезную конкуренцию Prysmian, что подтверждается постепенно растущим интересом местных заказчиков и специалистов к кабелям AFL и СарКО. Важно отметить, тот факт, что по сути своей ОКГТ одного поколения от различных производителей, если они рассчитаны для конкретного проекта являются идентичными и могут быть взаимозаменяемыми. Другими словами кабель от Prysmian диаметром 11 мм может стыковаться с кабелем AFL или Nexans диаметром 11 мм и т.д., что позволяет заказчику иметь конкурентную среду при построении ВОЛС-ВЛ, а не зависеть от одного производителя.

Проектирование ВОЛС-ВЛ

Как уже было сказано в начале статьи, проектирование ВОЛС-ВЛ является достаточно сложным процессом, требующим тщательного анализа и многократной проверки правильности всех проектных данных. Главным образом это связано с тем, что необходимо сохранять высокую степень надежности воздушного ОК. Такой кабель, безусловно, гораздо реже подвержен повреждениям, чем подземный, однако повреждения ОК в грунте чаще всего имеют случайный характер (раскопки и т.д.), в то время как негативное влияние на подвешиваемый ОК постоянно и систематично.

Одной из главных составляющих стадии проектирования ВОЛС-ВЛ является сбор исходных данных. К ним чаще всего относятся: климатические условия (стенка гололеда, ветровое давление, максимальная, минимальная и среднегодовая температура, частота возникновения и мощность грозовых разрядов), рельеф местности, состояние ЛЭП (состояние проводов и тросов, характеристики опор, величина токов КЗ), описание трассы ЛЭП (пересечения с реками, дорогами и другими инженерными сооружениями). Для получения такой информации требуется не только работа с уже имеющейся документацией, но и проведение предпроектного обследования будущей линии. Кроме того, к исходным данным проекта относятся и сведения из технического задания на проект, связанные с количеством и типом ОВ, планом трассы ВОЛС и т.д.

Дальнейший ход проектирования представляет собой совместную работу проектной организации, производителя оборудования (или его представителя), заказчика и подрядчика по выработке единого устраивающего все стороны и соответствующего всем нормам и требованиям готового проектного решения. На этапе разработки проекта (особенно для уже существующих ЛЭП) главная проблема заключается в том, чтобы разработать продукт (кабель), одновременно удовлетворяющий всем предъявляемым требованиям по количеству ОВ и их нормальному функционированию, по сохранению нормальной работы существующих объектов, по стойкости к воздействию окружающей среды, электромагнитных полей ЛЭП и токов КЗ, по удобству проведения монтажа и т.д. Зачастую эти требования являются взаимоисключающими (в чем и сложность проектирования), что заставляет все заинтересованные стороны разработать и проанализировать множество различных вариантов создания ВОЛС-ВЛ с использованием разных типов и дизайнов кабеля и его аксессуаров.

Надо заметить, что при проектировании ВОЛС-ВЛ основными являются документы, регламентирующие нормы создания и функционирования именно объектов энергетики, а не телекоммуникаций. К ним относятся, в первую очередь, Правила и нормы устройства электроустановок, а также другие нормативные документы. Но в то же время следует также обращаться и к выпускаемым производителями кабеля и оборудования рекомендациям по их монтажу и эксплуатации.

Строительство ВОЛС-ВЛ

Метод протяжки, или тяжения, ОК является единственным, которым рекомендуется производить подвеску и монтаж кабелей типа ОКГТ и ОКСН (рис. 10). В соответствии с ней на одном конце монтажного участка (5-6 км) у анкерной опоры устанавливается тормозная машина и барабан с ОКГТ или ОКСН, на другом - натяжная машина. Т.е. требуется создать две небольших монтажных площадки, а не проходить весь анкерный участок. На всех опорах участка вешаются раскаточные ролики, через которые пропускают лидер-трос. Один его конец крепят к натяжной машине, другой – к ОК. Перед этим несколько витков ОК пропускают через барабан тормозной машины. После этого начинается прокладка кабеля: натяжная машина наматывает лидер-трос, одновременно протягивая ОК через раскаточные ролики по всей длине участка, а тормозная машина замедляет ход протяжки ОК и натягивает его, тем самым создавая необходимое тяжение. После полной протяжки ОК по участку осуществляют монтаж натяжных зажимов на анкерных опорах без ослабления машинами тяжения, затем перекладывают кабель с роликов в поддерживающие зажимы, монтируют виброгасители, осуществляют соединение строительных длин кабеля в муфтах, укладывают на опорах строительный запас ОК и т.д.

Схема строительства ВОЛС-ВЛ с ОКГТ или ОКСН

Рис. 10 – Схема строительства ВОЛС-ВЛ с ОКГТ или ОКСН

Монтаж ВОЛС-ВЛ с кабелем типа ОКН (как для ГТ. так и для ФП) выполняется с использо¬ванием специального оборудования, которое поставляет фирма-производитель ОКН (на¬вивная машина с комплектом вспомогательно¬го оборудования). Таким образом, компания-изготовитель не только поставляет ОК, но и предоставляет технологию подвески и монта¬жа ОКН. Это несколько сужает область при¬менения ОКН, однако дает гарантии на смон¬тированный комплекс ВОЛС-ВЛ. Изготовите¬ли ОКГТ и ОКСН, как правило, несут ответст¬венность только за поставленный ОК. Монтажное оборудование для подвески ОКН малогабаритное и позволяет обеспечить вы¬сокую скорость монтажа, беспрерывную ра¬боту без снятия напряжения (для ОКН ГТ). Технология подвески ОКН является иде¬альным методом проведения монтажных работ при переходах ОК через водные преграды, го¬родские кварталы и другие подобные объекты, а также в труднодоступной и горной местно¬сти. При этом не требуется возведения специ¬альных сооружений при пересечении ВОЛС-ВЛ автомобильных или железных дорог. При¬менение метода подвески ОКН позволяет строить ВОЛС-ВЛ со средней скоростью прокладки до 4 км кабеля в смену. На скорость прокладки кабеля влияет много факторов и в первую очередь возможность отключения линий, кол-во переходов, погодные условия и рельеф местности. Для примерного расчета скорости строительства можно исходить из данных приведенных в таблице 6.

В таблице 8 не учтены потери времени на получение отключений, организацию пересечений, погодные условия, простои и т.д. Из нашего опыта строительства скорость прокладки ОКГТ составляет 40-50 км в месяц одной строительной бригадой, при условии четко организованной работы по отключениям ВЛ.

Таблица 8 – Примерная скорость монтажа ОК 1 бригадой в день.

Параметр

ОКГТ

ОКСН

ОКН

Подготовка трассы дней

2 дня.

2 дня.

1 день.

 

Тяжение в день

5 км.

5 км.

4 км.

Монтаж в день

5 км.

5 км.

-

Итого смонтировано в среднем в день на 1 бригаду

2,5 км.

2,5 км.

4 км.

Цена вопроса

Точно рассчитать стоимость будущей ВОЛС-ВЛ трудно даже на этапе проектирования. Од¬нако в табл. 9 все же представлены результа¬ты оценки затрат на строительство ВОЛС-ВЛ на основе различных технологий. Все приведенные ниже цифры дос¬таточно условны, и не следует сравнивать с ними реальные затраты по конкретным проек¬там. Они отражают лишь тенденции соотно¬шения затрат между различными технология¬ми и дают общее представление о финансовой стороне вопроса. Для более точной оценки ис¬пользуемой технологии ВОЛС-ВЛ с финансо¬вой точки зрения необходимо также принимать во внимание будущие эксплуатационные рас¬ходы. На этапе планирования ВОЛС-ВЛ необ¬ходима хотя бы примерная оценка затрат на ее эксплуатацию. Делать выбор между техноло¬гиями ВОЛС-ВЛ, основываясь только на стои¬мости ОК-ВЛ, пожалуй, будет неправильным. В приведенных в таблице 7 цифрах не учте¬ны расходы, которые, строго говоря, также необходимо учитывать при планировании и проектировании ВОЛС-ВЛ. Это расходы и потери, которые несет энергосистема в связи с отключением ВЛ на время проведения работ, а также потери вследствие потрав посевов под ВЛ и др.

Таблица 9 – Затраты на строительство ВОЛС-ВЛ

Наименование

Тип

ОКСН

ОКГТ

ОКН

ОК

M

4 200

5 400

3 800

Арматура

М

1 600

1 280

1 500

Муфты

M

160

240

250

Нестандартка (крепления)

M

600

200

200

Выбор трассы

P

600

600

600

Обследование линий

P

840

840

840

Проектирование

P

1 200

1 200

1 200

 

CMP

P

5 560

5 560

10 560

Допуск на ВЛ

P

300

300

300

Потравы

P

250

250

250

Восстановление опор

P

2 000

0

0

из расчета 1 опора на 10 км

Итого

 

17 310

15 870

19 500

Стоит добавить затраты одной из неосновных технологий ВОЛС-ВЛ – ОКФП: кабель и работы сопоставимы по цене с ОКСН, однако арматура, муфты и крепления из сложностей конструкции, связанных с заземлением и изоляцией токоведущих частей, стоят достаточно дорого – примерно в 1,5-2 раза выше, чем у ОКГТ и ОКСН. В итоге суммарные затраты на ВОЛС-ОКФП составляют примерно 19 000.

Аксессуары для ВОЛС-ВЛ

Аксессуары для воздушного ОК включают в себя подвесную арматуру и соединительные муфты. Номенклатура приспособлений для подвески ОК очень обширна, в нее входят: натяжные и подвесные зажимы, струбцины для спуска кабеля по опоре, гасители вибрации, а также их составные детали (коуши, талрепы, скобы и т.д.). Арматуру по исполнению делят на два типа: болтовую и спиральную. Болтовая арматура (рис. 11) является как бы частью опоры, где монтируется, и обеспечивает более высокую прочность заделки ОК, однако чаще всего используется для временной натяжки кабеля при монтаже, поскольку долговременная эксплуатация болтовых зажимов на ОК может привести к его повреждению.

Болтовой натяжной зажим

Рис. 11 – Болтовой натяжной зажим

Для постоянно эксплуатации ОКГТ или ОКСН используют спиральную арматуру (рис. 12), которая представляет собой уже часть самого ОК. Спиральные устройства более «нежно» обращаются с кабелем за счет распределения нагрузки внутри зажима по всей площади ОК, что исключает точечное воздействие на участки кабеля и их повреждение (как в болтовых зажимах). Кроме того, спиральная арматура монтируется гораздо быстрее болтовой и не требует применения для этого специальных инструментов.

Спиральный поддерживающий зажим

Рис. 12 – Спиральный поддерживающий зажим

Для ОКСН и ОКСМ, инсталлируемых на линиях небольшого напряжения (10 кВ) и с пролетами малой длины (40-70 м) отлично подходят автоматически фиксирующие кабель зажимы производимые компаниями Delfos и Telenco (рис. 13).

Автофиксирующие зажимы

Рис. 13 – Автофиксирующие зажимы

Основные требования к муфтам для воздушных ОК заключаются в надежности и герметичности муфты, удобном и безопасном расположении ОВ в ней, удобном и быстром монтаже муфты на опору, возможности хранить запас длин ОВ и ОК в муфте или рядом с ней. Для ОКГТ рекомендуется применять металлические муфты, а для ОКСН – муфты из пластика. Главные проблемы для муфт, размещаемых на опорах ЛЭП, - защита от выстрелов дробью и недостаточная герметичность, для решения которых нужно применять специальные бронеколпаки (особенно для пластиковых муфт) и особые герметизирующие гели или термоусаживаемые компоненты. Впрочем, на сегодняшний день большинство мировых производителей предлагают своим клиентам муфты, полностью отвечающие указанным выше требованиям и не имеющие проблем с герметичностью и прочностью (рис. 14).

Металлические муфты для ОКГТ или ОКСН

Металлические муфты для ОКГТ или ОКСН

Рис.14 – Металлические муфты для ОКГТ или ОКСН

Аварийно восстановительные работы на ВОЛС-ВЛ.

Аварийно восстановительные работы (АВР) на ВОЛС-ВЛ производятся как и на других ВОЛС с применением аварийно восстановительных бригад. Восстановление связи осуществляется с помощью кабельной вставки, которая является временным решением, затем получают разрешения на ремонт линии и производят ремонт. Стоить отметить, что ОКГТ меняется строительными длинами. Нормативы на АВР приведены в таблице 10. Важно, что для оперативного обслуживание трассы с ОКН необходимо постоянное наличие навивной машинки, что ведет к значительно дороговизне работ. В противном случае резко снижается скорость устранения аварий.

Таблица 10 – Нормативы на АВР

Тип кабеля

Сроки устранения аварии (не более)

 

В канализации

В грунте/подвесные

08-волоконный

6 часов

18/8 часов

12-волоконный

6 часов

18/8 часов

16-волоконный

6 часов

18/8 часов

24-волоконный

8 часов

24/12 часов

32-волоконный

10 часов

24/14 часов

48-волоконный

14 часов

24/16 часов

96-волоконный

20 часов

28/24 часов

 

Заключение

Подводя итог, можно смело утверждать, что в Казахстане нужно активно развивать ВОЛС-ВЛ, причем в первую очередь это касается не телекоммуникационных операторов, а именно владельцев ЛЭП. Компания, решившая построить такую линию связи, при относительно малых временных и капитальных затратах получит в пользование надежную современную телекоммуникационную систему, которая способна удовлетворить внутренние потребности владельца в обмене информацией и дает ему возможность стать полноправным игроком на местном рынке телекоммуникаций: сдавать в аренду ОВ и каналы передачи данных, войти в состав национальных и международных сетей связи и т.д. Экономический эффект будут также получать проектные организации и строительные компании, освоившие методики расчета и монтажа ВОЛС-ВЛ.

Литература

  1. А.В. Шмалько, Н.К. Сабинин. ВОЛС на воздушных линиях электропередачи. // ВКСС. Connect! – 2001
  2. В.В. Новичков, Н.К. Сабинин. Выбираем оптический грозотрос. // Lightwave Russian Edition. - №3. – 2004
  3. S. Lisle. The history, prevention and impact of fiber optic cable failures. // Bellcore. – 1993
  4. D. Crawford. Fiber optic cable dig-ups – causes and cures. // NRC. – 1993
  5. S. Clift. Statement of technical conformance: aerial cables reliability. // Focas. – 1996
  6. J. Chamberlain, J. Patton. Optimizing Fiber Optic Cable Availability. // Norscan. – 1998
  7. J. Healy. Fixing facility damages: sharpening the focus on prevention. // Telcordia. – 2000
  8. Internal data on reliability of Optical Groundwire and All Dielectric Self Supporting fiber optic cables. // Alcoa Fujikura Ltd. – 2001