ОПТИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК G02B6/44 

Изобретение относится к волокно-оптическим линиям связи, в частности, к оптическим кабелям, размещаемым на опорах воздушных линий электропередач /ЛЭП/.

Известны конструкции оптического кабеля, встроенного в грозозащитный трос /грозотрос/ или фазный провод ЛЭП. Конструкция кабеля содержит оптический модуль из нескольких волокон в защитной оболочке, размещенный в центральной части грозотроса, имеющего несколько слоев стальных, алюминиевых или сталеалюминиевых проволок.

Алюминиевая часть кабеля, имеющая повышенную электропроводимость, обеспечивает пропускание электрического тока высокого напряжения при попадании в кабель молнии и возникновении которого замыкания на ЛЭП. Стальная часть кабеля обеспечивает его механическую прочность. Недостатком этой конструкции кабеля является интенсивный теплообмен между его алюминиевой и стальной частями при протекании тока высокого напряжения, вызывающих нагрев кабеля в целом. Следствием этого является повышенное температурное удлинение кабель, тепловое и механическое воздействие на оптический модуль, размещенный по центральной оси кабеля, снижение общего срока его службу.

Также известна конструкция оптического кабеля [1] Кабель содержит оптический модуль в металлической трубе, которая оплетена несколькими слоями алюминиевых проволок. При протекании по алюминиевой части тока которого замыкания происходит значительный ее нагрев. За доли секунды происходит расширение алюминиевой оплетки, ее отслоение от средней части кабеля и необратимое изменение формы кабеля с последующим снижением сроков его службы.

Для устранения этих явлений приходится увеличивать сечение алюминиевой и стальной частей кабеля по сравнению с обычным грозозащитным тросом. Это вызывает нежелательное увеличение металлоемкости и стоимости кабеля и опор ЛЭП.

Известен оптический кабель [2] который является наиболее близким аналогом к изобретению по технической сущности.

Кабель содержит оптические волокна, размещенные в пространстве между тремя жесткими одножильными силовыми элементами, покрытыми скрепляющей лентой и дополнительной герметизирующей оболочкой.

Кабель изготавливается на крутильной машине. Отдача волокон осуществляется с регулируемым натяжением. Силовые элементы скручиваются вокруг волокон, а поверх них наматывается лента. После этого кабель покрывается дополнительной оболочкой.

Недостатком такой конструкции кабеля, которая может быть принята за прототип, является его низкая надежность, в связи с возможными повреждениями оптических волокон, расположенных в центральной осевой части всего кабеля. Другим недостатком такого кабеля является отсутствие механического экрана, вследствие чего оболочка кабеля подвергается разрушающему воздействию электрического поля линии электропередачи.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание конструкции оптического кабеля повышенной надежности и многофункциональности, предназначенного для эксплуатации в качестве воздушной линии связи, а также грозотроса или провода ЛЭП. Указанная задача достигается за счет вынесения оптического модуля из центральной части кабеля на его периферию и его размещение в силовых проволочных прядях, при этом в кабеле может иметься отдельная прядь или несколько прядей из проволок с высокой электропроводностью, например, из меди, в которых оптические модули отсутствуют.

Вследствие малой поверхности контакта и, соответственно, высокого теплового переходного сопротивления между отдельными алюминиевыми и стальными прядями кабеля, температура нагрева стальной части с оптическими модулями при протекании тока существенно снижается. Также уменьшается при этом относительное удлинение кабеля в целом, что повышает сохранность оптического модуля и снижает вероятность его обрыва без увеличения материалоемкости конструкции.

Предлагаемая конструкция кабеля поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен трехпрядный кабель. С оптическими модулями в каждой пряди; на фиг.2 изображен трехпрядный кабель, у которого одна прядь выполнена из материала с высокой электропроводностью; на фиг.3 изображен трехпрядный кабель, у которого одна прядь выполнена из алюминиевых проволок /менее дорогостоящий материал, чем медь/ и снабжена дополнительным наружным стальным проволочным повивом; на фиг.4 изображен семипрядный кабель, у которого три пряди выполнены из стальной проволоки и имеют оптические модули, три пряди выполнены из алюминиевых проволок, а центральная прядь выполнена целиком из стальной проволоки.

В соответствии с чертежом /фиг.1/ кабель [1] содержит несколько прядей 2, каждая из которых сплетена из слоев стальных проволочных нитей 3. В центре прядей 2 расположен оптический модуль 4. Оптический модуль 4 содержит пучок оптических волокон 5 в защитной оболочке 6, выполненный в виде металлической сварной трубки.

Кабель /фиг.2/ снабжен прядью 7, выполненной из алюминиевых нитей 8, которые хорошо проводят электрический ток при попадании в кабель молнии или при коротком замыкании на ЛЭП.

При этом пряди 2 с оптическими модулями не подвергаются большому нагреву и удлиняются незначительно, что позволяет обеспечить сохранность оптического модуля.

Кабель /фиг.3/ имеет пряди 2 с оптическими модулями 4, у которых проволочные нити 3, выполнены из азотсодержащей нержавеющей /коррозионно-аустенитной/ стали. Применение азотосодержащей нержавеющей стали позволяет повысить коррозионную стойкость конструкции, исключить дополнительное покрытие стали и смазку. При этом удельное электрическое сопротивление и теплоемкость азотсодержащей стали в несколько раз превосходят показатели обычной углеродистой стали, применяемой в канатостроении, что дополнительно снижает нагрев стального элемента и оптического модуля.

У кабеля /фиг.3/ прядь 7 из алюминиевых проволок 8 дополнительно снабжена наружным повивом из проволок азотосодержащей нержавеющей стали 9. С одной стороны, это практически не снижает токопроводящие свойства этой пряди, а с другой стороны, существенно повышает ее термостойкость, упрочняя конструкцию и не позволяя ей необратимо деформироваться при нагреве под высоким напряжением. Это происходит в связи с тем, что азотсодержащая сталь имеет предельную допустимую неразупрочняющую температуру свыше 600 град.С. Предлагаемая трехпрядная конструкция кабеля в меньшей степени подвержена вибрации при ветровой нагрузке и оледенению при соответствующих ветрах и низкой температуре. Это происходит в связи с другой структурой обтекания на несимметричной /отличающейся от круглой/ конструкции вихревых образований.

Кабель /фиг.4/ может быть дополнительно снабжен центральной силовой прядью 10, целиком выполненной из стальных нитей. Такой вариант кабеля используется в случае применения кабеля в качестве фазного провода ЛЭП. При этом, в соответствии с расчетной электрической, тепловой и механической нагрузками, в кабеле используется необходимое количество прядей 7 без оптических модулей, выполненных из материала с высокой электропроводностью /алюминия/. При этом пряди с оптическими модулями чередуются с прядями без модуля. Это делается для того, чтобы обеспечить равномерность тепловой и механической нагрузки по сечению кабеля.

Эффект уменьшения нагрева стальной части кабель в случае выполнения ее в виде отдельных прядей, сплетенных с алюминиевыми прядями при пропускании через кабель больших токов, нашел свое подтверждение при лабораторных испытаниях. При испытании получены сравнительные характеристики нагрева стальной части кабеля в случае испытания смешанного сталеалюминиевого провода и провода, сплетенного из отдельных и алюминиевых прядей. У последнего варианта нагрев стальной части при одинаковых токовых нагрузках уменьшается, примерно в 2 раза, а при использовании проволоки из азотсодержащей нержавеющей стали этот показатель уменьшается до 4-х раз.

Изобретение относится к волоконно-оптическим линиям связи, в частности, к оптическим кабелям, размещаемым на линиях электропередач. Кабель состоит из нескольких металлических проволочных прядей. В центральных частях прядей, выполненных из стальной проволоки, размещены оптические модули, состоящие из пучков оптических волокон в защитной оболочке из металлической сварной трубки. Кабель снабжен дополнительно одной или несколькими прядями, выполненными из проволок с высокой электропроводимостью. При использовании кабеля в качестве грозозащитного троса и протекании по нему токов высокого напряжения в случае удара молнии металлические пряди с оптическими модулями не подвергаются значительному нагреву, что повышает надежность и долговечность кабеля. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Оптический кабель, содержащий несколько силовых элементов, свитых между собой вокруг общей оси, и оптические модули из оптических волокон с защитными оболочками, отличающийся тем, что силовые элементы выполнены в виде свитых из отдельных нитей прядей, при этом оптические модули расположены в центральных частях первых прядей. 2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что в него дополнительно введена по крайней мере одна вторая прядь, нити которой выполнены из медных или алюминиевых проволок, при этом первые пряди выполнены из стальных проволок. 3. Кабель по п.1, отличающийся тем, что содержит две первые пряди, нити которых выполнены из азотсодержащей нержавеющей стали, а защитная оболочка оптических модулей выполнена в виде сварной трубки, и дополнительно вторую прядь, нити которой выполнены из алюминиевых проволок. 4. Кабель по п.1, отличающийся тем, что в центральной части кабеля расположен дополнительный силовой элемент, выполненный из стальных проволок. 5. Кабель по п. 2 или 5, отличающийся тем, что вторая прядь имеет дополнительный наружный повив из стальных проволок.