В вопросах качества проектной документации наиболее остро стоят проблемы в области проектирования подвесных ВОЛС с использованием кабелей типа ОКСН и ОКГТ на высоковольтных линиях электропередач.

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по связи
Трещиков В.Н., Листвин В.Н.
Другие серии книг:
Мир связи
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир материалов и технологий
Мир электроники
Мир программирования
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #6/2015
Д.Гиберт
КАЧЕСТВО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАК ОСНОВА БЕСПРОБЛЕМНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОЛС
Просмотры: 3176
В вопросах качества проектной документации наиболее остро стоят проблемы в области проектирования подвесных ВОЛС с использованием кабелей типа ОКСН и ОКГТ на высоковольтных линиях электропередач.
Проблемная зона

Основные слагаемые долговременной и беспроблемной эксплуатации волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) – качество используемого оптического кабеля (ОК), арматуры, муфт и комплектующих; качество проектирования, расчетной части и используемых проектных решений; качество строительно-монтажных работ. Важные аспекты и критерии выбора качественного оптического кабеля были рассмотрены в [1], а сейчас мы предлагаем обратиться к вопросам качества проектной документации при проектировании подвесных ВОЛС с использованием кабелей типа ОКСН (ОК самонесущий) и ОКГТ (ОК, встроенный в грозозащитный трос) на высоковольтных линиях электропередач.

Собственная база статистики отказов ВОЛС в процессе эксплуатации показывает, что до половины всех случаев аварий или ненормативного использования в процессе эксплуатации связаны с низким качеством выбранных проектных решений, что приводит к резкому увеличению операционных затрат на содержание линии в нормативном состоянии, необходимости проведения аварийно-восстановительных работ, снижению качества предоставления услуг клиентам. Таким образом, стремление снизить капитальные затраты, в том числе в стоимости проектирования, может обернуться гораздо большими затратами при эксплуатации.

Нормативная база

Одно из самых распространенных замечаний к проектной документации – использование неактуальных нормативных документов, например устаревших требований в области пожарной безопасности, "Правил устройства электроустановок (ПУЭ)", "Правил проектирования, строи­тельства и эксплуатации ВОЛС…". Зачастую автор проекта ссылается как на требования актуальных нормативных документов, так и на недействующие версии с целью реализации проект­ного решения несмотря на существующие ограничения.

На сегодняшний день основной документ для проектирования подвесных ВОЛС – Правила ОАО "ФСК ЕЭС" [2], которые имеют статус стандарта организации и обязательны для организаций, занимающихся проектированием, строи­тельством и эксплуатацией волоконно-оптических линий связи по ВЛ электропередачи напряжением 35 кВ и выше. Фактически большая часть требований, предъявляемых к проек­тированию в данном стандарте, обоснована к применению и на линиях 0,4–20 кВ. Данная редакция Правил учитывает современную нормативную базу и объединяет, стандартизирует и унифицирует в себе обязательные и основные требования к проектированию ВОЛС.

Используемые материалы

На фоне стремительного развития волоконно-оптических систем передачи данных в выборе ОК и комплектующих ВОЛС проектировщик должен учитывать современный уровень достигнутых технологий, анализировать текущее состоя­ние отрасли и применять актуальные технические решения.

История коммерческого оптического волокна насчитывает менее полувека, и современные волокна коренным образом отличаются даже от волокон, распространенных 20 лет назад. В связи с этим недопустимы случаи, когда в проек­те предъявляются требования к волокну даже категории G.652B, возникающие по принципу copy-paste со старых проектов.

Современные волокна категории G.652D с пониженным затуханием и повышенной стойкостью к изгибу за ту же цену обладают неоспоримыми преимуществами в эксплуатации: больший оптический бюджет позволяет увеличить запас по мощности, сделать больше врезок и отводов, большее число ремонтов; снижение рисков роста затухания от ненормативных изгибов приводит к существенному повышению надежности линии. Также при проектировании при прочих равных условиях необходимо выбирать оптический кабель с улучшенными характеристиками (например, с возможностью его монтажа при температуре до минус 30 градусов), что существенно увеличивает сезон строительных работ для подрядчика, делая его практически круглогодичным, а также свидетельствует об использовании высококачественного полиэтилена для оболочки оптического кабеля, сохраняющего свои свойства в широком диапазоне температур.

Это далеко не полный перечень аспектов, на которые проектировщику необходимо обратить внимание при определении требований к используемым в проекте материалам и оборудованию. В данном случае важным фактором для проектной организации является возможность оперативного получения полной и актуаль­ной информации от производителей.

Система "кабель-зажим"

При проектировании необходимо тщательно подходить к вопросу совместной работы системы "кабель-зажим", неправильный подбор которой может вызвать следующие проблемы: передавливание ОК с ростом затуханий оптических волокон в не рекомендованных к применению зажимах; провисание кабеля до земли вследствие того, что запроектированы зажимы большего диаметра, чем кабель (в результате кабель проскальзывает в зажимах); повреждение оболочки кабеля (стягивание зажимом) вследствие использования зажимов с прочностью заделки меньшей, чем допустимая нагрузка на кабель.

Во избежание подобных проблем необходимо придерживаться следующих правил: типы или марки арматуры для подвески ОК должны быть рекомендованы к использованию производителем кабеля; диаметр кабеля должен точно укладываться в допустимый диапазон размеров зажимов; прочность заделки кабеля в натяжных зажимах должна составлять не менее 90% разрывной прочности кабеля.

Воздействие электрического поля ЛЭП

Согласно [3], на линиях 110 кВ и выше рекомендует­ся организация ВОЛС на основе ОКГТ. Однако в тех случаях, когда грозозащитный трос не предусмотрен или его подвеска невозможна, зачастую применяется ОКСН. При этом критически важным является размещение точки подвеса ОКСН в зоне с наименьшим потенциалом электрического поля (рис.1).

Методика расчета потенциала электрического поля ЛЭП и определение места расположения оптического кабеля приведены в [4].

Пренебрежение данным расчетом при проек­тировании или его формальное выполнение может привести к возможной электротермической деградации оптического кабеля, которая возникает от частичных дуговых разрядов с концов зажима на загрязненную оболочку ОК [5]. Деградация оболочки приводит к выходу оптического кабеля из строя, вплоть до его обрыва и невозможности дальнейшей эксплуатации (рис.2).

Механический расчет ВОЛС

Еще один критически важный элемент проектирования – механический расчет нагрузок и стрел провеса. Гололедные и ветровые нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации, обязательно необходимо учитывать при расчетах, чтобы не превысить допустимые растягивающие нагрузки, действующие на кабель, а также обеспечить необходимые габариты до земли, пересечений и элементов ВЛ.

По факту, формальный подход к данной части проектной документации может привести:

•к недопустимой перетяжке кабеля при монтаже, что резко снизит срок эксплуатации;
•к выбору кабеля с несоответствующей допус­каемой нагрузкой, что приведет к выходу кабеля из строя при возникновении сложных климатических условий (рис.3);
•к несоблюдению габаритов до пересечений, например автодороги, а, следовательно, возможному обрыву кабеля проезжающими транспортными средствами.
Основные теоретические аспекты выбора ОК, исходя из условий эксплуатации и механического расчета ВОЛС, изложены в [6]. При этом следует отметить, что в подавляющем большинстве случаев используются программные продукты и системы автоматизированного расчета, предназначенные для проводов, а не оптических кабелей. Теория расчета оптических кабелей несколько отличается от теории расчета проводов, особенно в части учета модулей упругости – конечного и вытяжки. Более подробно эти различия рассмотрены в [7].

Необходимые и достаточные для расчета параметры оптического кабеля перечислены в п. 4.7.3 стандарта ОАО "ФСК ЕЭС" [8]. В связи с этим бессмысленным представляется запрос такой характеристики, как "допускаемое напряжение при наименьшей температуре", важной для расчета проводов, но не оптического кабеля. Допускаемые напряжения кабеля легко вычисляются через допустимые нагрузки, приведенные к сечению кабеля. Причем площадь сечения по элементам также не является необходимой характеристикой: для оптических кабелей, как правило, приводятся модули упругости по отношению к полному сечению кабеля, в отличие от проводов, где нагрузки вычисляются исходя из чистого сечения металла и его модулей упругости.

Также стандартом [2] в п. 4.5.14 не рекомендует­ся расчет по методу приведенного пролета: неравномерность высот и длин пролетов оказывает сильное влияние на расчет стрел провеса проводов и ОК. Стрелы провеса ОК в этом случае должны быть определены для каждого пролета при различных климатических нагрузках с целью соблюдения габаритных и изоляционных расстояний.

Сближение ОК с элементами ВЛ при возникновении пляски

Пляска – одна из наиболее опасных разновидностей угроз, связанная с вызываемыми ветром колебаниями элементов ВЛ. Наиболее часто встречающимися и наиболее опасными являют­ся случаи пляски с односторонними отложениями в виде мокрого снега, гололеда или изморози при скоростях поперечно направленных ветров от 6 до 25 м/с.

Имеющиеся данные показывают, что до 90% случаев пляски приводят к нарушению режима работы ВЛ или к повреждению их элементов, причем только в 30% случаев нарушения ограничиваются кратковременными отключениями ВЛ и не сопровождаются пере­боями в работе линий продолжительностью от нескольких часов до нескольких суток. В некоторых случаях ремонтно-восстановительные работы требуют значительных затрат и длительного отключения линии [9]. В связи с этим важной частью проектной документации также становится расчет соблюдения допустимых наименьших расстояний между эллипсами пляски ОК и эллипсами пляски фазных проводов (рис.4).

Нагрузки на опоры

Оптический кабель, как правило, представляет собой дополнительный элемент ВЛ, который увеличивает действующие нагрузки на опоры. Если в проектной документации не был проведен расчет допустимых нагрузок на опоры, то в процессе эксплуатации это может привести не только к выходу из строя линии связи, но и к аварийной ситуации на линии электропередачи, перебоям с поставкой электроэнергии потребителям и длительному и дорого­стоящему восстановительному ремонту (рис.5).

В связи с этим при проектировании подвеса ОК на ВЛ следует определять суммарные расчетные нагрузки на конструкции опор от всех фазных проводов, грозозащитного троса и кабеля с учетом ветровых нагрузок и гололедных отложений и сопоставлять их с допустимыми. В случае превышения нагрузок рекомендуется усиление опор, фундаментов или закреплений в грунте, замена опор или уменьшение пролетов путем подстановки новых.

Термическое воздействие токов КЗ на ОКГТ

Необходимость детального расчета процессов, возникающих в грозозащитном тросе при коротких замыканиях, продиктована серьезными проблемами, возникающими в практике эксплуатации ВЛ и связанными с растеканием токов, которые сопровождаются повреждениями элементов высоковольтных линий. Зачастую оцинкованные грозозащитные тросы низких сечений на действующих ВЛ не обеспечивают требуемого уровня термической стойкости, что приводит к необходимости проведения восстановительных работ. Грозозащитные тросы, в том числе со встроенным оптическим кабелем, на основе комбинации плакированной алюминием стальной проволоки и проволок из алюминиевого сплава имеют большую стойкость к токам КЗ.

При этом целесообразно выявлять участки ВЛ с повышенным уровнем термического воздействия тока КЗ на грозотрос. В большинстве случаев наибольшее термическое воздействие оказывается на ОКГТ на подходах к подстанциям. Но также могут быть случаи, когда максимальное термическое воздействие оказы­вается вдали от подстанции из-за возрастания времени отключения. Все это требует расчета множества вариантов с использованием грозотросов различного сечения и удельного сопротивления на разных участках ВЛ. Необходимо обеспечивать высокую точность расчетов, так как в случае термической неустойчивости ОКГТ помимо прочих факторов, возникает опасность потери связи [10].

Кроме того, оптимальный расчет требуемых характеристик грозотроса по стойкости к токам КЗ с использованием на отдельных участках разных ОКГТ приводит к экономии затрат на материалы в отличие от подхода "в лоб", когда на всей линии используется один тип ОКГТ с максимальной термической стойкостью.

Заключение

Качественное проектирование волоконно-оптических линий связи является важной и неотъемлемой составляющей частью фундамента, обеспечивающего долговременную и беспроблемную эксплуатацию ВОЛС, и включает в себя:

•учет всех требований актуальной нормативной документации;
•использование последних разработок в области материалов и оборудования;
•проведение всех необходимых расчетов и проверок.
При этом достигаются следующие ключевые показатели:

•снижение количества возникающих аварийных ситуаций;
•увеличение срока службы линии;
•существенное уменьшение операционных затрат.
ЛИТЕРАТУРА:

1.Гиберт Д.П. Оптический кабель: как добиться качества // Фотон-Экспресс. 2010. № 8.
2.СТО 56947007-33.180.10.172-2014 Технологическая связь. Правила проектирования, строительства и эксплуатации ВОЛС на воздушных линиях электропередачи напряжением 35 кВ и выше.
3.Положение о единой технической политике в электросетевом комплексе ОАО "Россети". – М., 2013.
4.Ковригин Л.А., Зиннатуллин Р.Р., Гиберт Д.П. Определение места расположения оптического кабеля на высоковольтной ЛЭП // Воздушные линии. 2013. № 2.
5.Филлипов Ю.И. и др. Электротермическая деградация оптического кабеля // Lightwave. Russian edition. 2006. № 4.
6.Гиберт Д.П. Выбор подвесного оптического кабеля исходя из условий эксплуатации // Кабель-news. 2009. № 2.
7.Militaru C. Stress-Strain, Creep, and Temperature Dependency of ADSS (All Dielectric Self Supporting) Cable’s Sag & Tension Calculation // IWCS. 1999.
8.СТО 56947007-33.180.10.175-2014 Оптические неметаллические самонесущие кабели, натяжные и поддерживающие зажимы, муфты для организации ВОЛС-ВЛ на линиях электропередачи напряжением 35 кВ и выше. Общие технические условия.
9.РД 34.20.184-91 Методические указания по районированию территорий энергосистем и трасс ВЛ по частоте повторяемости и интенсивности пляски проводов.
10.СТО 56947007-33.180.10.173-2014 Методические указания по расчету термического воздействия токов короткого замыкания и термической устойчивости грозозащитных тросов и оптических кабелей, встроенных в грозозащитный трос, подвешиваемых на воздушных линиях электропередачи.
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art