Зажим спирального типа с экраном по ограничению трекинг-эрозии и механических повреждений оболочки волоконно-оптического кабеля Российский патент 2023 года по МПК H02G7/08 G02B6/44 

Изобретение относится к электроэнергетике, и в частности к экранам для снижения напряжения начала короны, возникающего в отдельных случаях на краю линейной натяжной и поддерживающей спиральной арматуры для подвески самонесущих неметаллических оптических кабелей на опорах воздушных линий электропередачи. Возникающие коронные разряды необходимо ограничивать по допустимому уровню радиопомех, поскольку они приводят к разрушению диэлектрической защитной оболочки кабеля.

Из уровня техники известно устройство для уменьшения эффекта короны и звукового шума на линиях передачи сверхвысокого напряжения, которое имеет эллиптическую форму, подобную сетке, образованную из множества предварительно сформированных электропроводящих металлических проводов, которые имеют спиральные участки, комплементарные проводнику линии передачи, посредством чего предварительно сформированные провода могут быть установлены вокруг проводника линии передачи и закреплены на нем (US 3825671, 23.07.1974).

К недостаткам устройства по US 3825671 относится его конструктивная сложность, которая обусловливает также сложность монтажа. Монтаж сетки со спиральными участками может производиться только, когда провод опущен или, в крайнем случае, с применением подъемной техники. Однако, если линия проложена в местности со сложным рельефом, например, в гористой местности, то это сделать крайне сложно, поскольку специальная техника может не пройти, соответственно, опустить провод или использовать подъемную технику становится неразрешимой проблемой, и установить защиту, позволяющую снизить эффект короны, невозможно.

Известно устройство для устранения или подавления коронного разряда на высоковольтных линиях электропередачи, содержащее стержень, представляющий собой спиральное тело, приспособленное для наложения на линию без остаточной деформации корпуса, имеющее на одном конце часть, которая изгибается наружу от линии и имеет интегрированную с ней часть распределения поля, которая коаксиальна линии и расположена на расстоянии от линии, все выполнено в одном едином блоке. Противоположный конец стержня от элемента распределения поля сужен от внешней периферии спирали к внутреннему диаметру для исключения резких разрывов на конце стержня. Устройство содержит корпус для охвата провода, имеющий форму незамкнутой спирали с внутренним диаметром, позволяющим охватить провод. На одном конце корпус выступает наружу, предпочтительно, но не обязательно по спирали, и оканчивается элементом распределения поля в виде единственного витка, который соосен с линией электропередачи. Применительно к линии электропередачи элемент распределения поля, т.е. виток, обеспечивает деконцентрацию поля высокого напряжения и тем самым предотвращает ионизацию воздуха и возникающий в результате коронный разряд, а также экранирует участки линии электропередачи, которые могут иметь резкие разрывы. Изобретение позволяет комбинировать полевой распределительный элемент, который может быть, но не обязательно, в форме кольца, непосредственно с броневыми стержнями, причем, установка стержней и элемента или элементов распределения поля выполняется достаточно просто за одну операцию (US 3179740, 20.04.1965).

Конструкция согласно US 3179740 предусматривает монтаж экрана на линейной арматуре, например, на краю протектора спиральной арматуры, что требует затрат дополнительного времени на монтаж.

Известен также экран для защиты от коронных разрядов на линейной спиральной арматуре самонесущих неметаллических оптических кабелей, подвешенных на опорах воздушных линий электропередачи. Экран для снижения напряжения начала короны, возникающего в отдельных случаях на краю линейной спиральной арматуры подвесок самонесущих неметаллических оптических кабелей на опорах воздушных линий электропередачи, выполнен в виде отрезка проволоки, прутка, трубки или стержня и состоит из двух частей: первая часть выполнена в виде спиральной катушки круглой формы из (1÷20) витков, а вторая часть выполнена в форме спирали с количеством витков в (2÷20), жестко закрепляемой на линейной спиральной арматуре, например на спиральном протекторе, смонтированном на самонесущем неметаллическом оптическом кабеле. Конец спирального протектора располагается внутри спиральной круглой катушки и доходит до ее поперечной оси, делящей катушку примерно пополам. Установка экрана на концах линейной спиральной арматуры, закрепленной на самонесущем неметаллическом оптическом кабеле, подвешенном на опорах воздушных линий электропередачи, позволяет фиксировать напряжение начала короны в пределах 30÷45 кВ, что обеспечивает ограничение коронных разрядов по допустимому уровню радиопомех и снижение опасности для самого самонесущего неметаллического оптического кабеля с точки зрения уменьшения вероятности разрушения его защитной диэлектрической оболочки. (RU 2611590 28.02.2017).

К недостаткам описанного выше аналога относится недостаточно надежное крепление экрана в связи с тем, что экран образован одной спиралью. Длина, на которой экран крепится на протекторе составляет 3-4 шага. При этом поставить гаситель вибрации на крепежный участок не представляется возможным. Следовательно, для правильной установки гасителя надо увеличивать длину протектора, а это приводит к дополнительным затратам материала и времени. Кроме того, конструкция экрана не исключает возможности его повреждения птицами или в процессе монтажа. Кроме того, в связи с тем, что крепление экрана производится в полевых условиях, т.е. наверху опоры, возникает необходимость устанавливать трап для монтажа экрана, что увеличивает время монтажа.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является натяжное устройство, выполненное в виде защитных токопроводящих проводов для изоляции оптических кабелей связи, проходящих в зоне высоковольтных линий, при этом защитные токопроводящие провода в своей концевой области сформированы в виде корзинообразного расширения с загнутыми внутрь концами. Защитные токопроводящие провода спирально расположены в виде одного слоя, лежащего на поверхности оболочки оптического кабеля («защитная спираль»), при этом данный слой используется для надежной фиксации спирального натяжного устройства за счет высокого уровня трения, возникающего вследствие прочного контакта слоя защитных токопроводящих проводов с оболочкой оптического кабеля. В случае известных натяжных устройств, сконструированных обычным образом, токопроводящие провода спиральных устройств обрезают встык в области их концов. В результате нельзя избежать определенного подпружинивания и разветвления упомянутых проводов, так как отдельные жилы образуют наконечники, слегка выступающие наружу в воздух, что может привести к частичным разрядам в области, где оптический кабель входит в натяжное устройство. Для противодействия этим эффектам защитные токопроводящие провода в предложенном натяжном устройстве разделяют в концевой зоне натяжного устройства, т.е. там, где заканчиваются металлические части натяжного устройства и присутствует только оптический кабель, и каждый провод выполняют с загнутыми внутрь концами. Защитные токопроводящие провода с загнутыми концами являются электрически неэффективными, и образуют так называемую «распылительную корзину» или (математически) тороид, чье (идеальное) поверхностное поле искажается самими защитными проводами, так что для них нужно использовать не слишком тонкую проволоку (диаметром от 4 до 6 мм). Если в неблагоприятных ситуациях все же возникают частичные разряды, они находятся достаточно далеко от кабеля, направлены радиально и не создают повреждения оптического кабеля. Концы защитных проводов в районе корзинообразного расширения загнуты внутрь (т.е. лежат в тени поля) и направлены в сторону участков винтовых защитных проводов, опирающихся на оптические кабель. Радиус кривизны составляет (в зависимости от рабочего напряжения) предпочтительно от 10 мм до 30 мм, причем области около 15 мм являются особенно предпочтительными. Отогнутые части корзинообразного расширения защитного провода проходят по дуге, предпочтительно в форме дуги окружности, которая охватывают угловые диапазоны от 200° до 330°, предпочтительно около 270°. Концы загнутых внутрь частей спиральных защитных проводов находятся на меньшем расстоянии от оптического кабеля, чем остальная часть корзинообразной расширенной концевой части этих проводов (DE 3338190, 15.05.1985).

К недостаткам наиболее близкого аналога относится сложность изготовления формы экрана, а также и техническая сложность получения необходимой формы экрана в случае, когда протектор состоит из прядей спиралей, которые состоят из нескольких проклеенных между собой спиралей. Кроме того, если протектор зажима выполнен в виде прядей спиралей, затруднен монтаж конструкции.

Технической проблемой, решаемой заявленным изобретением, является устранение недостатков наиболее близкого аналога, а именно упрощение технологии изготовления экрана заявленной формы как для отдельных спиралей, так и для прядей проклеенных спиралей, при обеспечении снижения времени на монтаж зажимов спирального типа, снабженных экраном. Заявленное изобретение должно создать условия, в том числе, для снижения напряжения начала короны, возникающего на торцовых участках линейной арматуры спирального типа в случаях подвески самонесущих неметаллических оптических кабелей связи на опорах воздушных линий электропередачи. Кроме того, устройство согласно заявленному изобретению должно обеспечить надежную защиту оболочки оптического кабеля от трекинг-эрозии и механических повреждений в процессе монтажа и эксплуатации оптического кабеля на волоконно-оптических линиях связи, что необходимо в связи с тем, что в области короны происходят химические реакции, например, образование озона и окислов азота. Окислы азота образуют с влагой азотистую кислоту, оказывающую разрушающее действие на оболочку оптического кабеля, а озон, распадаясь, дает кислород, который также легко соединяется с материалом оболочки оптического кабеля.

Общими существенными признаками заявленного изобретения и наиболее близкого аналога являются следующие признаки. Экран для защиты от коронных разрядов (далее - защитный экран) встроен непосредственно в конструкцию арматуры спирального типа и располагается на концевых ее участках. Защитный экран выполнен в виде конструктивного элемента в виде отогнутых в сторону от оптоволоконного кабеля спиралей арматуры спирального типа.

Заявленное изобретение отличается от наиболее близкого аналога тем, что экран выполнен в виде отогнутых от оптического провода спиралей или проклеенных прядей спиралей, образующих форму чаши длиной L_ЭКР., имеющей форму цилиндра с внутренним диаметром D_В и длиной L_ПК, при этом часть оптического кабеля располагается внутри экрана. В качестве арматуры спирального типа может быть использован натяжной или поддерживающий зажим. Пряди могут быть проклеены с абразивом для увеличения силы трения между зажимом и оболочкой оптоволоконного кабеля.

Заявленная конструкция линейной натяжной и поддерживающей спиральной арматуры для подвески самонесущих неметаллических оптических кабелей на опорах воздушных линий электропередачи характеризуется новыми отличительными свойствами - позволяет осуществить защиту линейной спиральной арматуры от коронных разрядов и от механических повреждений оболочки оптического кабеля в процессе его монтажа и эксплуатации. Отличительные свойства появляются за счет предложенной формы элементов натяжного или поддерживающего зажима, а именно за счет того, что консольные концевые участки спиралей или прядей спиралей протектора выполнены отогнутыми в сторону от оптического кабеля с образованием экрана для защиты кабеля от коронных разрядов.

Техническим результатом от использования изобретения является упрощение технологии изготовления экрана, уменьшение времени на изготовление зажимов спирального типа, снабженных экраном за счет того, что экран может быть изготовлен одновременно с изготовлением зажима спирального типа с помощью операции гибки как в случае отдельных спиралей, так и в случае прядей проклеенных спиралей, при этом существенно упрощается монтаж экрана, так как экран является частью линейного спирального зажима и не требует при установке дополнительных действий.

Технический результат достигается за счет того, что защитный экран, встроенный непосредственно в конструкцию арматуры спирального типа и располагающийся на концевых ее участках выполнен в виде спиралей или прядей спиралей, отогнутых на некоторый угол в сторону от оптоволоконного кабеля, и имеет форму чаши длиной L_ЭКР. Часть отогнутых спиралей или прядей спиралей, расположенных на окончании экрана (консольной части) расположены параллельно оптоволоконному кабелю по цилиндрической поверхности, причем внутренний диаметр части экрана, расположенной параллельно оптоволоконному кабелю, составляет D_В, длина L_ПК, соответственно часть оптоволоконного кабеля располагается внутри экрана. Выполнение защитного экрана в виде конструктивного элемента, образованного отогнутыми в сторону от оптоволоконного кабеля спиралями арматуры спирального типа, осуществляют операцией штамповки путем отгиба в гибочном штампе. Операция гиба может быть выполнена как с одинарной спиралью протектора, так и с проклеенной прядью.

Заявленная конструкция зажима (поддерживающего или натяжного) характеризуется наличием новых отличительных свойств - обеспечивает защиту от коронных разрядов и механических повреждений оболочки в процессе монтажа и эксплуатации оптического кабеля. В свою очередь отличительные свойства заявленного изобретения, обусловленные наличием защитного экрана, проявляются за счет непосредственной и неразрывной взаимосвязи признаков изобретения, а именно вследствие выполнения защитного экрана за одно целое с элементами натяжного или поддерживающего зажима, а также простой и технологичной формой защитного экрана, позволяющей создать условия, исключающие возникновение короны в непосредственной близости от оптического кабеля. Защитный экран образован изменением формы элементов зажима -спиралей или прядей спиралей протектора, концевые участки которых выполнены отогнутыми в сторону от оптического кабеля, и эти отогнутые элементы зажима образуют экран для защиты кабеля от коронных разрядов. В результате заявленная конструкция линейной натяжной и поддерживающей спиральной арматуры позволяет выполнять как свою основную функцию натяжного или поддерживающего зажима, так и одновременно реализовать функцию ограничителя короны за счет того, что разряды, возникающие на отогнутых спиралях или прядях, формируются на достаточном удалении от кабеля и не создают повреждения оптического кабеля.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено следующее.

На фиг. 1 изображен защитный экран, интегрированный в концевой участок поддерживающего зажима спирального типа.

На фиг. 2 показан защитный экран, интегрированный в концевой участок натяжного зажима спирального типа.

На фиг. 3 изображен общий вид защитного экрана на концевом участке арматуры спирального типа.

На чертежах позициями обозначено: 1 - самонесущий неметаллический оптический кабель; 2 - лодочка поддерживающего зажима; 3 - спиральный протектор поддерживающего зажима; 4 - нижняя силовая прядь поддерживающего зажима; 5 - верхняя силовая прядь поддерживающего зажима; 6 - защитный экран, образованный на спиральном протекторе поддерживающего зажима; 7 -силовая прядь проволочных спиралей натяжного зажима; 8 - спиральный протектор натяжного зажима; 9 - крепежная петля натяжного зажима; 10 - коуш натяжного зажима; 11 - защитный экран, образованный спиралями или прядями проволочных спиралей протектора. Кроме того, на чертежах имеются следующие обозначения: L_ЭКР - длина экрана; L_ПК - участок параллельный оси кабеля; D_В - внутренний диаметр защитного экрана; D_К - диаметр кабеля.

Конструкция заявленного изобретения ниже пояснена на примерах выполнения арматуры спирального типа, используемой при монтаже самонесущего неметаллического оптического кабеля 1. Изобретение поясняется примерами конкретного выполнения линейной арматуры спирального типа.

Далее приведен пример реализации изобретения для арматуры спирального типа в виде спирального поддерживающего зажима.

Поддерживающий зажим для оптического кабеля 1 выполнен в виде стальной лодочки 2, спирального протектора 3, нижней 4 и верхней 5 силовых прядей с противоположными друг относительно друга, правой и левой, направлениями навивки.

Протектор 3 с защитным экраном - ограничителем короны выполнен из отдельных проволочных спиралей или прядей из проклеенных между собой проволочных спиралей, причем пряди могут быть проклеены с абразивом. Количество спиралей и диаметр проволоки силовой пряди протектора 3 зависят от разрывной прочности оптического кабеля. Прочность заделки оптического кабеля Р_ЗК в зажиме рассчитывается по формуле:

Р_ЗК=0,2×Р_РАЗК, где Р_РАЗК - разрывная прочность оптического кабеля.

Марка проволоки силовых прядей 4,5: сталь с антикоррозионным покрытием из цинка или алюминия. Диаметр проволоки: d_П=2,3÷5,0 мм.

Материал проволоки протектора 3: сталь с антикоррозионным покрытием из цинка или алюминия, или из сплава алюминия. Диаметр проволоки протектора: d_ПР=2,0÷5,0 мм. Ограничитель короны в виде защитного экрана, выполненного за одно целое с протектором 3, образован теми же отдельными спиралями или проклеенными прядями, что и протектор 3.

Марка материала, из которого изготовлена лодочка, выбирается исходя из прочностных характеристик силовых прядей 4, 5. Крепеж лодочки 2 выполнен в виде резьбового пальца с гайкой и шплинтом, либо в виде пальца со шплинтом.

Силовые пряди 4 и 5 в своей средней части навивают на протектор 3 и лодочку 2, затем непосредственно на протектор 3 с внутренним диаметром навивки, соответствующим диаметру протектора. Протектор 3, навитый непосредственно на оптический кабель 1 имеет внутренний диаметр навивки, соответствующий диаметру оптического кабеля, при этом по концам протектор выполнен с защитным экраном 6, который образован отогнутыми от оптического провода проволоками или проклеенными прядями протектора 3 с образованием формы чаши, в которой оси проволок или прядей протектора располагаются по цилиндрической поверхности с внутренним диаметром D_B и длиной L_ПК, кроме того, ось упомянутой цилиндрической поверхности совпадает с осью оптического кабеля 1. Дополнительно отдельные спирали протектора 3 могут быть собраны в пряди и проклеены с нанесением абразивных материалов.

Пример реализации изобретения для арматуры спирального типа в виде спирального натяжного зажима.

Спиральный натяжной зажим содержит, изготовленные из проволоки силовую прядь 7 и протектор 8, который состоит из проволочных спиралей с различным направлением навивки, причем и силовая прядь 7, и протектор 8 содержат несколько проволок. Силовая прядь 7 из проволочных спиралей образует U-образную конструкцию с крепежной петлей 9 в месте сгиба, которая располагается на коуше 10, прикрепленном к элементам опоры. Протектор 8 намотан на оптический кабель 1, при этом по концам протектора 8 образован ограничитель короны - защитный экран 11, выполненный в виде отогнутых в направлении от оптического провода проволок или проклеенных прядей протектора 8 с образованием формы чаши, в которой оси проволок или прядей протектора 8 располагаются по цилиндрической поверхности, ось которой совпадает с осью оптического кабеля 1. Внутренний диаметр отогнутой части проволок или проклеенных прядей протектора 8 на фиг. 3 обозначен D_B, а длина отогнутой части - L_ПК.

В силовой U-образной пряди 7 количество спиралей и диаметр проволоки зависят от разрывной прочности оптического кабеля 1. Прочность заделки оптического кабеля Р_З в зажиме рассчитывается по формуле: Р_З=0,95×Р_РАЗ, где Р_РАЗ - разрывная прочность кабеля. Марка проволоки силовой пряди 7: сталь с антикоррозионным покрытием из цинка или алюминия, или сталь аустенитного класса. Диаметр проволоки: d_ПР=2,3÷5 мм.

Протектор 8 с защитным экраном - ограничителем короны состоит из отдельных спиралей или проклеенных прядей. Пряди могут быть проклеены с абразивом. Материал проволоки: алюминиевый сплав или сталь с антикоррозионным покрытием из цинка или алюминия. Диаметр проволоки протектора: d_ПР=2,0÷5 мм. Ограничитель короны - защитный экран 11 состоит из тех же отдельных спиралей или проклеенных прядей, что и протектор 8. Марка коуша выбирается исходя из прочностных характеристик силовой пряди.

Для любой арматуры спирального типа, оснащенной защитным экраном согласно заявленному изобретению параметры L_ЭКР и L_ПК зависят от шага спирали или спиральной пряди, а параметр D_B зависит от диаметра оптического кабеля 1.

На фиг. 3 показано выполнение защитного экрана на концевом участке арматуры спирального типа любой конструкции. Пряди спиралей, прилегающие к оптическому кабелю 1, сначала отогнуты в сторону от оптического кабеля, а затем изогнуты так, что их оси расположены по цилиндрической поверхности параллельно оси оптического кабеля в направлении, совпадающем с направлением спиралей.

На фиг. 3 обозначено:

Длина экрана: L_ЭКР=(0,2÷0,3)×3_ПР, где S_ПР - шаг спирали протектора, мм.

Внутренний диаметр цилиндрического участка экрана, мм: D_В=(2,2÷2,5) × D_К.

Наружный диаметр цилиндрического участка экрана, мм: D_Н=D_В÷2×d_ПР, где d_ПР - диаметр проволоки протектора

Длина цилиндрического участка L_ПК: L_ПЛ=(1,5÷2,5) × D_К

Заявленное изобретение обеспечивает снижение напряжения начала короны, возникающего на торцовых участках линейной арматуры спирального типа в случаях подвески самонесущих неметаллических оптических кабелей связи на опорах воздушных линий электропередачи. Кроме того, устройство защищает оболочку оптического кабеля от трекинг-эрозии и механических повреждений в процессе монтажа и эксплуатации оптического кабеля на волоконно-оптических линиях связи.

Хотя выше были описаны воплощения настоящего изобретения для конкретных конструкций натяжного и поддерживающего зажимов, специалисту в данной области техники после изучения описанных выше примеров, будет очевидно, что заявленное изобретение может быть использовано без ограничений в любых конструкциях линейной арматуры спирального типа (ГОСТ Р 51177- 2017).

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к зажимам спирального типа, оснащенным экраном для ограничения трекинг-эрозии и механических повреждений оболочки волоконно-оптического кабеля и для снижения напряжения начала короны на краю линейной натяжной и поддерживающей спиральной арматуры, предназначенной для подвески самонесущих неметаллических оптических кабелей на опорах воздушных линий электропередачи. Техническим результатом является упрощение технологии изготовления экрана, уменьшение времени на изготовление зажимов спирального типа, снабженных экраном, и упрощение монтажа экрана. Упомянутый технический результат достигается тем, что линейный спиральный зажим, содержащий навитые на оптический кабель спирали/пряди спиралей, выполнен с концевыми участками с образованием защитного экрана для защиты от коронных разрядов; защитный экран образован за счет того, что концевые участки спиралей или прядей спиралей отогнуты в сторону от оптического кабеля, а затем изогнуты в направлении, противоположном по отношению к точке подвески линейного спирального зажима так, что их оси расположены параллельно оси оптического кабеля по цилиндрической поверхности, ось которой совпадает с осью оптического кабеля. Таким образом, экран может быть изготовлен одновременно с изготовлением зажима спирального типа с помощью операции гибки спиралей, при этом экран является частью линейного спирального зажима и не требует при установке дополнительных действий. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Линейный спиральный зажим для подвески самонесущих неметаллических оптических кабелей на опорах воздушных линий электропередачи, содержащий навитые на оптический кабель спирали или пряди спиралей, концевые участки которых выполнены отогнутыми в сторону от оптического кабеля с образованием защитного экрана для защиты от коронных разрядов, отличающийся тем, что для образования упомянутого защитного экрана концевые участки спиралей или прядей спиралей отогнуты в сторону от оптического кабеля, а затем изогнуты в направлении, противоположном по отношению к точке подвески линейного спирального зажима так, что их оси расположены параллельно оси оптического кабеля по цилиндрической поверхности, ось которой совпадает с осью оптического кабеля, при этом оптический кабель частично расположен внутри защитного экрана, а внутренний диаметр защитного экрана более наружного диаметра концевого участка спиральной арматуры, намотанной на оптический кабель.

2. Линейный спиральный зажим по п. 1, отличающийся тем, что он представляет собой натяжной зажим или поддерживающий зажим.

3. Линейный спиральный зажим по п. 1, отличающийся тем, что в нем отдельные отогнутые спирали проклеены в пряди по нескольку спиралей в каждой пряди.

4. Линейный спиральный зажим по п. 3, отличающийся тем, что отогнутые спирали проклеены в пряди с абразивом.