Способ изготовления грозозащитного троса с оптическим кабелем связи Российский патент 2023 года по МПК H01B11/22 H01B5/10 G02B6/44 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам изготовления грозозащитных тросов, изготавливаемых свивкой из стальных проволок со встроенным оптическим кабелем (ОКГТ), которые могут быть использованы для подвески на воздушных линиях (ВЛ) электропередач для защиты ВЛ от прямых ударов молнии и для оптической связи по кабелям, встроенным в грозозащитный трос.

Известен способ изготовления грозозащитного троса с оптическим кабелем связи в виде центральной трубки из нержавеющей стали, заполненной гидрофобным гелем и оптическими волокнами (ОВ), при котором свивку стальных оцинкованных проволок первого слоя и проволок из алюминия второго (внешнего) слоя троса, осуществляют за одну технологическую операцию, с постоянным шагом свивки для обоих слоев проволок. Одновременно в процессе свивки выполняется вторая технологическая операция - это пластическая деформация изделия за счет пластического обжатия внешних проволок из алюминия второго слоя, со степенью обжатия по площади сечения троса в диапазоне 2,0÷5,5%. А также способ, при котором сначала осуществляют свивку первого слоя с одновременной пластической деформацией, со степенью обжатия по площади поперечного сечения первого слоя стальных оцинкованных проволок в диапазоне 2,0÷5,5%, а затем свивку второго слоя из алюминиевых проволок, со степенью обжатия по площади сечения троса в диапазоне 2,0÷5,5%. При этом шаг свивки для обоих слоев проволок сохраняется постоянным (патент № 2732073 РФ, МПК H01B11/22, опубл. 11.09.2020. Бюл. № 26).

Недостатком способа является принятие режима обжатия всего поперечного сечения троса, включая центральную трубку, что может привести к значительной локальной деформации центральной трубки в связи с приоритетным (до появления первого арочного слоя) образованием контактов на поверхности центральной трубки с началом кругового обжатия. Кроме этого, наличие алюминиевых проволок во внешнем слое снижает молниестойкость троса.

Наиболее близким по совокупности признаков и выбранным за прототип является способ изготовления молниезащитного троса с оптическим кабелем связи в виде центральной трубки из нержавеющей стали, заполненной гидрофобным гелем и оптическими волокнами (ОВ), при котором свивку первого слоя и второго (внешнего) слоя троса осуществляют из стальных оцинкованных проволок с одинаковым шагом свивки в одном направлении и с линейным касанием проволок первого и второго слоя, допуская при этом разные углы свивки для каждого слоя проволок, при соответствующем подборе диаметров проволок по слоям. Одновременно со свивкой выполняется пластическое обжатие внешних проволок второго слоя с степенью обжатия по площади сечения троса в диапазоне 1,5÷4,5% (патент № 161760 РФ, МПК H01B11/22, G02В6/44, опубл. 10.05.2016. Бюл. № 13).

Недостатком данного способа является низкая степень кругового обжатия, что снижает качество троса. При пониженной степени обжатия ухудшается заполнение межпроволочных пустот и развитие контактной поверхности проволок в слоях троса, что снижает устойчивость к воздействию импульса грозового разряда молнии. Принятие пониженного значения степени обжатия по площади 1,5-4,5% объясняется стремлением минимизировать пластическую деформацию на наружной поверхности центральной трубки для исключения роста коэффициента затухания оптических волокон. Однако известно, что образование контактов на поверхности сердечника является приоритетным с момента начала кругового обжатия (до появления первого арочного слоя). При этом центральная трубка перенапряжена по отношению к другим проволокам троса на всех этапах обжатия.

Задачей изобретения является разработка способа изготовления грозозащитного троса с оптическим кабелем связи, обеспечивающего минимизацию пластической деформации на наружной поверхности центральной трубки при повышенном значении степени кругового пластического обжатия.

Техническим результатом является повышение надежности и долговечности грозозащитного троса, обеспечивающее сохранение работоспособности оптического кабеля связи при эксплуатации.

Технический результат достигается в способе изготовления грозозащитного троса с оптическим кабелем связи, включающем подбор диаметров стальных оцинкованных проволок по слоям исходя из условия формирования «арочного эффекта» в первом и втором слоях и обеспечения линейного касания проволок при свивке, свивку девяти проволок первого слоя и девяти проволок второго слоя троса вокруг центральной трубки из нержавеющей стали с оптическими волокнами и гидрофобным заполнителем в одном направлении с одинаковым шагом свивки и разными углами свивки для каждого слоя проволок и пластическое обжатие проволок второго слоя, при этом первый слой проволок устанавливают с зазором относительно центральной трубки, равным (0,069÷0,138)⋅δ₁, где δ₁ - номинальный диаметр проволок первого слоя, а пластическое обжатие проволок второго слоя выполняют со степенью обжатия площади поперечного сечения первого и второго слоев 10,25-11,26%.

Сущность изобретения заключается в обеспечении гарантированного зазора между внутренним первым слоем троса и центральной трубкой для минимизации локализации деформации наружной оболочки оптического кабеля, что объясняется следующим. В начальный период кругового обжатия при плотном касании проволок слоев и сердечника (центральной трубки) приоритетной является локальная деформация поверхности центральной трубки, вплоть до образования первого арочного слоя. При образовании боковых контактов в слоях троса (образование арочных слоев) с увеличением степени обжатия рост контактных площадок на поверхности сердечника замедляется.

Деформация поверхности центральной трубки снижает работоспособность оптического кабеля связи при эксплуатации за счет увеличения коэффициента затухания оптических волокон (ОВ). Наличие зазора между первым слоем троса и центральной трубкой позволит облегчить формирование боковых межпроволочных контактов и образование арок в слоях троса при обжатии в связи с отсутствием внутренней опоры со стороны сердечника, что исключит локализацию радиальной деформации в местах контакта проволок первого слоя с центральной трубкой.

Применение обжатий грозозащитного троса с оптическим кабелем связи со степенью обжатия площади поперечного сечения первого и второго слоев троса в диапазоне 10,25÷11,26% при наличии радиального зазора между внутренним слоем и оптическим кабелем исключает деформацию наружной поверхности центральной трубки без снижения механической прочности троса.

Круговое обжатие грозозащитного троса с оптическим кабелем связи со степенью деформации менее 10,25% приведет к уменьшению продольной жесткости троса в связи с недостаточным упрочнением металла проволок. Обжатие со степенью деформации более 11,26% вызывает деформацию наружной поверхности центральной трубки и, как следствие, увеличение коэффициента затухания ОВ.

На чертежах показаны поперечные сечения грозозащитного троса с встроенным оптическим кабелем конструкции 1+9+9 до (фиг. 1) и после (фиг. 2) кругового обжатия.

Готовый грозозащитный трос с оптическим кабелем связи содержит выполненную из нержавеющей стали центральную трубку 1 с оптическими волокнами, первый слой 2 из девяти стальных оцинкованных проволок с внутренним диаметром слоя d_вн.к, второй слой 3 из девяти стальных оцинкованных проволок с наружным диаметром слоя (равным диаметру троса) d_к.

При этом первый 2 и второй 3 слои выполнены с одинаковым шагом свивки, в одном направлении, с линейным касанием слоев. Плотное касание стальных проволок в слоях 2 и 3 способствует образованию боковых контактов и формированию арок между проволоками слоев в начальной стадии кругового обжатия. Наличие зазора (фиг. 1) между первым слоем 2 проволок и центральной трубкой 1, составляющего (0,069÷0,138) номинального диаметра проволок первого слоя в сочетании со степенью обжатия площади поперечного сечения первого и второго слоев 10,25-11,26%, исключают передачу радиального давления на поверхность центральной трубки 1 в связи с отсутствием контакта между ними.

В процессе обжатия изначальные внутренний диаметр первого слоя до обжатия d_{вн 0} и наружный диаметр троса до обжатия d₀ уменьшаются, после обжатия внутренний диаметр первого слоя d_вн.к становится равным диаметру центральной трубки 1.

При реализации способа с учетом используемых в заводской практике геометрических параметров прядей типа ЛК-О осуществляют подбор диаметров стальных оцинкованных проволок по слоям исходя из условия формирования «арочного эффекта» в первом и втором слоях и обеспечения линейного касания проволок при свивке.

В таблице 1 приведены исходные геометрические параметры элементов двухслойной пряди конструкции 1+9+9 для реализации способа изготовления грозозащитного троса с оптическим кабелем связи.

Таблица 1

Номер слоя Угол свивки проволок, α, град. Коэффициент свивки, с Диаметры проволок, δ, мм 1 9,31 3,958 1,7 2 16,57 4,036 3,0

Определяют требуемый величину требуемого зазора между первым слоем проволок центральной трубкой. Величина зазора, определяется по уравнению , где c₁ - коэффициент свивки проволок первого слоя, α₁ - угол свивки проволок первого слоя, зависящий от диаметра слоя и шага свивки, δ₁ - номинальный диаметр проволок первого слоя и ε_сл=(0,125÷0,25)% - относительное удлинение слоя, связанное с приработкой свитых проволок при обжатии, исходя из размера проволок первого слоя, а также из условия отсутствия контактных напряжений между проволоками первого слоя и поверхностью центральной трубки на заключительном этапе обжатия.

При этом коэффициент свивки определяется из выражения

, где α₁ - угол свивки проволок первого слоя.

Собирают пакет из центральной трубки из нержавеющей стали с оптическими волокнами и гидрофобным заполнителем и двух слоев проволок (по девять проволок в каждом слое) с учетом установленного зазора.

В таблице 2 приведены геометрические параметры троса после реализации способа изготовления грозозащитного троса с оптическим кабелем связи.

Таблица 2

Радиальный зазор, Δ, мм Степень обжатия площади поперечного сечения слоев троса, % Наружный диаметр троса до обжатия,
d₀, мм Внутренний диаметр первого слоя до обжатия, d_{вн 0}, мм Наружный диаметр троса после обжатия,
d_к, мм Внутренний диаметр первого слоя после обжатия,
d_{вн к}, мм 0,12 11,26 12,22 3,33 11,5 3,09 0,235 10,25 2,86

Далее осуществляют свивку девяти проволок первого слоя и девяти проволок второго слоя троса вокруг центральной трубки. Свивку осуществляют в одном направлении с одинаковым шагом, например, 90 мм и разными углами свивки для каждого слоя проволок (см. табл. 1). Одновременно со свивкой выполняют пластическое обжатие проволок второго слоя до обеспечения степени обжатия площади поперечного сечения первого и второго слоев 10,25-11,26%.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности грозозащитного троса, что обеспечивает сохранение работоспособности оптического кабеля связи при эксплуатации. Технический результат достигается тем, что в способе изготовления грозозащитного троса с оптическим кабелем связи осуществляется подбор диаметров стальных оцинкованных проволок по слоям, исходя из условия формирования «арочного эффекта» в первом и втором слоях и обеспечения линейного касания проволок при свивке. В способе осуществляется свивка девяти проволок первого слоя и девяти проволок второго слоя вокруг центральной трубки из нержавеющей стали, содержащей оптические волокна и гидрофобный заполнитель, а также пластическое обжатие проволок второго слоя. Свивка происходит в одном направлении с одинаковым шагом свивки, и разными углами свивки для каждого слоя проволок, причем повив между первым слоем проволок и центральной трубкой выполняют с зазором равным (0,069÷0,138)⋅δ₁, где δ₁ - номинальный диаметр проволок первого слоя. Пластическое обжатие проволок второго слоя выполняют со степенью обжатия площади поперечного сечения первого и второго слоев 10,25-11,26%. 2 ил., 2 табл.

Способ изготовления грозозащитного троса с оптическим кабелем связи, включающий подбор диаметров стальных оцинкованных проволок по слоям, исходя из условия формирования «арочного эффекта» в первом и втором слоях и обеспечения линейного касания проволок при свивке, свивку девяти проволок первого слоя и девяти проволок второго слоя троса вокруг центральной трубки из нержавеющей стали с оптическими волокнами и гидрофобным заполнителем в одном направлении с одинаковым шагом свивки и разными углами свивки для каждого слоя проволок и пластическое обжатие проволок второго слоя, отличающийся тем, что повив между первым слоем проволок и центральной трубкой выполняют с зазором равным (0,069÷0,138)⋅δ1, где δ1 - номинальный диаметр проволок первого слоя, а пластическое обжатие проволок второго слоя выполняют со степенью обжатия площади поперечного сечения первого и второго слоев 10,25-11,26%.