СПОСОБ МОНТАЖА ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ В ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 1997 года по МПК G02B6/48 

Изобретение предназначено для использования в оптических системах передачи, и в частности, в воздушных оптических системах передачи, в которых кабель поддерживается по трассе посредством опор, мачт или других стоячих вышек, которые используются также для поддержания электрических силовых изделий.

В системах такого типа обычно практикуют заземление оптического кабеля или кабелей на вышках, мачтах или других опорах (далее называемые просто опорами). Когда линии электропередачи находятся под нагрузкой, вследствие распределенных емкостей между оптическим кабелем и линиями электропередачи в оптическом кабеле могут емкостным образом наводиться электрические токи. Наведенное на оптическом кабеле напряжение достигает максимальной величины на середине пролета между опорами, тогда как протекающий по кабелю ток будет самым большим в районе опор. При низкой влажности окружающей среды наведенные токи будут сравнительно маленькими из-за сравнительно высокого продольного сопротивления кабеля, например равного порядка 10¹² Ом/м, но при высокой влажности, когда поверхностное сопротивление кабеля гораздо ниже, равное например порядка 10 МоМ/м, будут наводиться гораздо более высокие токи. Нагрев джоулевым теплом поверхности кабеля посредством наведенных токов может вызвать высыхание короткого отрезка поверхности кабеля, обычно в районе опоры, где ток самый высокий. При этом основная часть наведенное напряжения на кабеле падает на некоторой сухой зоне вследствие ее высокого продольного сопротивления, и может появиться так называемый "дуговой пробой через сухую зону", который вызывает серьезное повреждение кабеля.

Проблему образования электрической дуги через сухую зону можно преодолеть посредством снабжения оптического кабеля продольной штампованной токопроводящей дорожкой. Однако, оптический кабель, имеющий такую продольную непрерывную токопроводящую дорожку, имеет тот недостаток, что он не обеспечивает безопасный монтаж между опорами воздушной линии электропередачи, которая находится под нагрузкой, в виду опасности касания кабелем одной из линий электропередачи. Более того, не всегда можно или желательно прерывать подачу электроэнергии по воздушной линии электропередачи, на время, достаточное для обеспечения возможности монтажа такого оптического кабеля.

Известен способ монтажа оптического кабеля в воздушной линии электропередачи (I), заключающийся в установке оптического кабеля, имеющего сплошную защитную оболочку из электрически изоляционного материала, на разнесенных опорах, поддерживающих, по меньшей мере, одну находящуюся под нагрузкой линию электропередачи и непосредственное или косвенное соединение, по меньшей мере, одного непрерывного в продольном направлении токопроводящего элемента, расположенного в или на оптическом кабеле, с одной или каждой опорой.

Недостатком известного способа является возможность прохождения тока по кабелю при проведении монтажных работ и опасность поражения током персонала, который должен подниматься на опоры электропередачи, когда фазные провода находятся под напряжением обычно в пределах 100 400 кВ, при этом при порывах ветра могут возникать перекрытия или касания кабеля с фазным проводом.

Задачей изобретения является обеспечение безопасности технического персонала при монтаже в находящейся под нагрузкой воздушной линии электропередачи оптического кабеля.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе монтажа оптического кабеля в воздушной линии электропередачи, заключающемся в установке оптического кабеля, имеющего сплошную защитную оболочку из электрически изоляционного материала, на разнесенных опорах, поддерживающих, по меньшей мере, одну находящуюся под нагрузкой линию электропередач, и непосредственном или косвенном соединении, по меньшей мере, одного непрерывного в продольном направлении токопроводящего элемента, расположенного в или на оптическом кабеле, с одной или каждой опорой, непрерывный в продольном направлении токопроводящий элемент располагают в или на оптическом кабеле после установки оптического кабеля между опорами, причем токопроводящий элемент имеет сопротивление менее 10 Мом/м.

Продольный непрерывный токопроводящий элемент должен иметь электрическую проводимость, достаточную для проведения по кабелю любых токов, которые могут наводиться емкостным образом. Проводящий элемент может иметь любое сопротивление в широком диапазоне, например, до 10 Мом/м хотя если используется проводящий элемент с очень высоким сопротивлением, то может появиться опасность перегрева проводящего элемента вследствие нагрева джоулевым теплом, и таким образом предпочтительно, чтобы проводник имел сопротивление до 1 Мом/м. Однако, в обычных условиях проводящий элемент может иметь более высокую проводимость и сопротивление не более 10, в частности, не более 0,1 ом/м.

Во время монтажа оптического кабеля, его можно также подвешивать, по меньшей мере, в одном месте между его концами на опоре, используемой для поддержания воздушной линии электропередачи.

Токопроводящий элемент предпочтительно выполнен с возможность растяжения, чтобы предотвращать разрывы и повреждения оптического кабеля.

Токопроводящий эластичный элемент можно спираль наматывать вокруг оптического кабеля. В этом случае предпочтительно эластичный элемент выполнять в виде эластичной трубки, в которой свободно располагают проволоку из металла или металлического сплава, либо углерода или соединения на базе углерода, причем провод имеет общую длину, больше длины трубки. Этот альтернативный способ имеет важное преимущество, которое состоит в том, что когда поддерживаемый оптический кабель находится в эксплуатации и происходит его удлинение из-за ветровой или ледового нагрузки, опасность того, что провод, образующий спирально намотанный эластичный элемент, оборвется в оболочке кабеля, существенно снижается. При другом альтернативном способе при выполнении эластичного элемента из металла или металлического сплава его располагают так, чтобы он проходил по существу параллельно наружной поверхности поддерживаемого кабеля и с непрерывным в продольном направлении контактом с ним, и прикрепляют этот элемент к поддерживаемому кабелю посредством спирально намотанной веревки или посредством рассредоточенных в продольном направлении зажимов или других рассредоточенных в продольном направлении крепежных средств. Эластичный элемент или веревку предпочтительно спиральной наматывают вокруг поддерживаемого кабеля, используя известную самодвижующуюся обомоточную машину, которая движется вдоль поддерживаемого кабеля и наматывает вокруг него эластичный элемент или веревку.

В частности, токопроводящий элемент может быть выполнен в виде экструдированного отрезка эластомера, вокруг которого намотаны один или более удлиненных проводника, например, отметка. Эта форма выполнения токопроводящего элемента обеспечивает возможность его эластичного растяжения. Шаг витков удлиненных проводников увеличивается, а радиус витка уменьшается, когда токопроводящий элемент растягивается, а когда проводящий элемент отпускается упругие свойства эластомера заставляют проводники вернуться к их первоначальной форме.

При расположении токопроводящего элемента в оптическом кабеле его можно выполнять гибким из металла или металлического сплава и располагать по всей длине, по меньшей мере, одной проходящей в продольном направлении трубки или другого канала внутри кабеля, посредством введения переднего конца отрезка гибкого элемента и в отверстие трубки или другой канал и продвижения эластичного элемента по отверстию трубки или другому каналу кабеля давления потока газообразной среды, которую пропускают через отверстие трубки или канал в требуемом направлении до достижения свободного расположения гибкого элемента по всей длине трубки или канала кабеля.

Изобретение поясняется чертежами:
Фиг. 1 принципиальная электрическая схема оптического кабеля и линии электропередачи, иллюстрирующая распределенные емкости.

Фиг. 2 графическое представление наведенных напряжения и тока на оптическом кабеле при низкой влажности окружающей среды.

Фиг. 3 схематическое представление наведенных напряжения и тока в оптическом кабеле при высокой влажности окружающей среды.

Фиг. 4 схематический вид обычного оптического кабеля, на котором образована сухая зона.

Фиг. 5 и фиг. 6 схематические виды кабеля, изготовленного согласно различным вариантам способа.

На фиг. 1 показан обычный "полностью диэлектрический самоподдерживающий" (ПДСП) оптический кабель 1, который поддерживается между парой опор, использующих также для поддержания электроэнергетического кабеля 2. Кабель ПДСП поддерживается на опорах с помощью металлического зажима или крепежного элемента 4, который заземляется посредством опоры. В этой системе между оптическим кабелем 1 и силовым кабелем 2 имеется распределенная емкость показанная посредоточенной емкостью C₁, и распределенная емкость между оптическим кабелем 1 и землей, показанная сосредоточенной емкостью C₂. Кроме того, кабель имеет большое но конечное сопротивление, показанное сосредоточенным сопротивлением.

В условиях сухой окружающей среды, в кабеле появляются наведенные напряжение (V_d) и ток (I_d), как показано на фиг. 2. Наведенное напряжение имеет самую большую величину в середине пролета, где она обычно достигает величины до 60 кВ в линии из 400 кВ, и находится под электрическим потенциалом земли возле опоры, в то время как ток имеет максимальную величину возле опоры, достигающую, например, 5 микроампер. В условиях влажной окружающей среды продольное сопротивление оптического кабеля оказывается значительно ниже, в результате чего максимальное напряжение (V_W на оптическом кабеле ниже, но наводимый ток (I_W значительно возрастает до величины, обычно равной 1 10 мА, как показано на фиг. 3.

Как показано на фиг. 4, при этих условиях, в районе зажима 4 возле опоры вследствие джоулевым теплом воды из поверхности кабеля 1 может образоваться сухая зона 6, длина которой типично составляет порядка 60 мм. В результате этого почти наведенное напряжение падает на этом отрезке кабеля и в этой точке может появиться дуговой разряд с последующим повреждением оболочки кабеля.

На фиг. 5 показан короткий отрезок "полностью диэлектрического самоподдерживающегося" (ПДСП) волоконного оптического кабеля 1. Оптический кабель 1 включает в себя ряд оптических волокон (не показанных), пригодных для передачи излучения с длиной волны в диапазоне 0,8 2,1 микрометра, и подвешивается между опорами и в точках подвешивания заземляется. По длине кабеля ПДСП 1 предусмотрен электропроводящий элемент, образованный посредством наматывания удлиненного токопроводящего элемента 11 вокруг кабеля известным способом с помощью обычной обмоточной машины, тогда как фазные провода, также подвешенные на опорах, остаются под нагрузкой.

Проводящий элемент 11 включает в себя изоляционный кремниевый эластомерный сердечник 12 диаметром 2 мм, на котором образована оплетка, сделанная из 8 проводов 13 из нержавеющей стали диаметром примерно 0,25 мм. Шаг оплетки равен примерно 10 мм, и этим элементом оплетают кабель ПДСП 1 с шагом примерно 75 мм. Удлиненный проводящий элемент 11 в целом способен растягиваться, его модуль эластичности меньше модуля эластичности кабеля ПДСП 1, поскольку оплетка может растягиваться в продольном направлении посредством увеличения ее шага. При растягивании удлиненного проводящего элемента 11, например, под тяжестью льда на кабеле проволочки 13 оплетки "прилегают" к эластомерному сердечнику 12, а когда устраняется растягивающая сила, естественная эластичность сердечника 12 возвращает проволочки 13 оплетки обратно в их первоначальное положение. Благодаря такой конструкции электопроводящего элемента 11 предотвращается повреждение кабеля ПДСП 1 элементом 11, когда растяжению подвергается весь узел.

На фиг. 6 показан отрезок оптического кабеля 1 другой формы выполнения, содержащего ряд оптических волокон 22 или связок оптических волокон и оболочку кабеля 23. Полая трубка 24 расположена со смещением от оси кабеля 1 и предпочтительно рядом с оболочкой кабеля 23. Когда оптический кабель монтируют на опорах с помощью обычных средств, проводник, например, металлический провод 25 вводят в полую трубку 24 и свободно помещают его в ней так, чтобы он имел волнообразную форму по своей длине по всей трубке 24 с целью приспособления к любому изменению длины кабеля из-за растягивания. Провод 25 вводят в трубку 24 посредством его вдувания. При таком методе передний конец провода вводят в трубку 24 и провод продвигают под давлением потока газообразной среды.

Хотя провод 25 непосредственно не заземлен на опоры, с опорами он соединен емкостным образом через зажим оптического кабеля или другие крепежные элементы, размещенные вокруг кабеля и имеющие протяженность порядка одного метра или больше.

Использование: оптические системы передачи. Сущность изобретения: способ монтажа оптического кабеля в воздушной линии электропередачи, включает установку оптического кабеля (1), имеющего общую защитную оболочку из электрически изоляционного материала, на разнесенных на значительные расстояния опорах, предназначенных для поддержания, по меньшей мере, одной линии электропередач (2), которая находится под нагрузкой. После осуществления такой установки и при нахождении воздушной линии электропередачи под нагрузкой, обеспечивают на поддерживаемом оптическом кабеле или в нем, по меньшей мере, один токопроводящий элемент (II), проходящий в продольном направлении по существу по всей длине поддерживаемого оптического кабеля, который имеет достаточную электрическую проводимость, чтобы проводить по кабелю (I) любые точки, которые могут наводиться емкостным образом. Способ обеспечивает безопасный монтаж кабеля за счет исключения вероятности искрового пробоя через сухую зону. 6 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ монтажа оптического кабеля в воздушной линии электропередачи, заключающийся в установке оптического кабеля, имеющего сплошную защитную оболочку из электрически изоляционного материала, на разнесенных опорах, поддерживающих по меньшей мере одну находящуюся под нагрузкой линию электропередач, и непосредственное или косвенное соединение по меньшей мере одного непрерывного в продольном направлении токопроводящего элемента, расположенного в или на оптическом кабеле, с одной или каждой опорой, отличающийся тем, что непрерывный в продольном направлении токопроводящий элемент располагают в или на оптическом кабеле после установки оптического кабеля между опорами, причем токопроводящий элемент имеет сопротивление менее 10 МОм/м. 2. Способ по п.2, отличающийся тем, что оптический кабель дополнительно устанавливают на одной опоре между его концами. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при расположении токопроводящего элемента на оптическом кабеле токопроводящий эластичный элемент спирально наматывают вокруг оптического кабеля. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что токопроводящий эластичный элемент выполнен в виде эластичной трубки, в которой свободно располагают по всей ее длине провод из металла или металлического сплава, либо углерода или соединения на основе углерода, причем провод имеет общую длину больше длины трубки. 5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при расположении токопроводящего элемента в оптическом кабеле токопроводящий гибкий элемент из металла или металлического сплава располагают по всей длине по меньшей мере одной, идущей в продольном направлении, непрерывной трубки или другого канала внутри оптического кабеля посредством введения переднего конца отрезка гибкого элемента в отверстие трубки или другого канала и обеспечивают продвижение гибкого элемента по отверстию или другому каналу давлением потока газообразной среды, которую пропускают через отверстие или канал до достижения свободного размещения отрезка гибкого элемента по всей длине отверстия трубки или канала оптического кабеля. 6. Способ по п.3, отличающийся тем, что токопроводящий элемент выполнен в виде экструдированного отрезка эластомера, вокруг которого намотан по крайней мере один провод. 7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что на экструдированном отрезке эластомера намотаны по крайней мере два провода, переплетенные между собой.