ДИХОТОМИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ФОТОНОВ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ОТСЛЕЖИВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ КАБЕЛЬНОЙ СЕТИ Российский патент 2024 года по МПК G01B11/16 

Изобретение относится к области энергетики и связи, а именно к комплексам, в составе которых использованы комбинированные кабели, в конструкции которых содержатся токопроводящая жила/жилы для передачи электрической энергии, оптические волокна для передачи информации в виде цифровых данных в сети связи общего пользования, в технологические сети связи и/или сети связи специального назначения, а также оптические волокна, выполняющие функцию распределенного оптического датчика для обеспечения мониторинга состояния этого комбинированного кабеля в режиме реального времени.

Используемые в заявке термины и определения:

Дихотомия (греч. διχοτομία: δῐχῆ, «надвое» + τομή, «деление») — раздвоенность, последовательное деление на две части, более связанные внутри, чем между собой.

Дихотомический комплекс – комплект оборудования, позволяющий одномоментно вместе или по раздельности передавать электрическую энергию и фотоны света, в том числе сигналы сенсора.

Предиктивное обслуживание оборудования — такое обслуживание, когда набор специальных датчиков постоянно отслеживает различные параметры состояния этого оборудования, а система предиктивного анализа использует эти параметры в соответствии с заложенной в него программой, реагируя и предупреждая о наступлении или развитии негативной ситуации.

Распределённый оптический датчик – чувствительное оптическое волокно (или несколько волокон в зависимости от схемы организации системы мониторинга), с помощью которого различными известными методами может производиться измерение распределенных физических величин, которое находится внутри конструкции комбинированного кабеля и с помощью которого контролируется комбинированный кабель на всем протяжении кабельной линии.

Фотоника - дисциплина, занимающаяся фундаментальными и прикладными аспектами работы с оптическими сигналами, а также созданием на их базе устройств различного назначения.

ОВ – оптическое волокно/оптические волокна;

АРМ – автоматизированное рабочее место;

ТПЖ – токопроводящая жила.

Обеспечение надёжной эксплуатации силовых кабельных линий, в связи с постоянной тенденцией увеличения токовых нагрузок - увеличением количества абонентов и потребляемых ими мощностей, развитие электротранспорта требует постоянного контроля над тепловыми процессами, происходящими в кабельных линиях по всей их длине, а также оперативного поиска места повреждения.

Перед разработчиками заявляемого технического решения стояла задача создания Дихотомического комплекса передачи электрической энергии и фотонов с возможностью отслеживания состояния оборудования кабельной сети (далее – Комплекс), включающего кабельные линии различного назначения и многоканальную систему мониторинга, где:

- кабельные линии Комплекса должны включать комбинированный кабель (кабель, в конструкции которого находятся и токопроводящие жилы и оптические волокна, срок службы которых сопоставим), обеспечивающий передачу электрической энергии и фотонов;

- многоканальная Система мониторинга должна контролировать следующие параметры кабельных линий Комплекса, в том числе, но не ограничиваясь: температуру по всей длине кабельной линии, как под напряжением, так и без него, оперативный поиск точного места обрыва кабельной линии, а также определение её длины.

Из уровня техники известно, что для контроля температуры кабельных линий предлагаются решения, использующие оптические волокна, встроенные непосредственно в силовой кабель, которые находятся максимально близко к ТПЖ, что позволяет регистрировать температурную кривую вдоль всей кабельной трассы, например техническое решение под названием «Кабель силовой» (19) RU(11) 212 343 (13) U1, в котором описана непосредственно конструкция такого кабеля. Недостатком данного кабеля является то, что оптические волокна внутри данного кабеля выполняют только функцию распределенного датчика состояния кабельной линии, не используются как кабель связи, а также в патенте не описана система мониторинга и иные варианты использования кабеля.

Также из уровня техники известны конструкции кабелей, в которых использовано оптоволокно, например известно техническое решение «КАБЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ, ИЛИ ОПТОВОЛОКОННЫЙ, ИЛИ ГИБРИДНЫЙ» (19) RU (11) 143062 (13) U1 (51) МПК H01B 11/22 (2006.01), характеризующийся тем, что кабель снабжён по меньшей мере одной жилой со сформированными элементами контроля физических параметров кабеля, определяющих его технические параметры, местоположение отклонений от технических параметров на этапе эксплуатации, при этом элементы контроля введены в структуру кабеля в процессе его производства и представляют собой датчики ВБР и по меньшей мере одна из жил содержит сформированные, дискретные, распределенные по длине жилы датчики ВБР. Кабель характеризуется тем, что при сварке оптического датчика ВБР от начала его решётки имеет отступ не менее 50 мм, а также тем, что для масштабирования соблюдено условие размещения на одной жиле не менее 10 датчиков на 1 м.

Недостатком решения, описанного в данной полезной модели является то, что это решение имеет общую и не конкретную направленность, не связанную с особенностями реальной эксплуатации и ремонта силового кабеля, не охватывает процессы поиска и определения точного места повреждения кабеля, а также применимо в основном для коротких длин из-за сложной технологии изготовления датчиков ВБР.

Из уровня техники известен ряд электромеханических и электронных устройств, которые позволяют решать некоторые подобные проблемы эксплуатирующих организаций по отдельности: например, наличие короткого замыкания в электросети, а также приблизительно определять, на каком участке линии произошла авария.

Известно изобретение RU 2707978 C1 (51) МПК H04B 1/00 (2006.01), H02S 10/00 (2014.01) H02M 5/00 (2006.01) под названием «Устройство для генерирования и передачи периодических электромагнитных колебаний посредством оптоволоконной линии». Изобретение относится к электротехнике, лазерной и оптоволоконной технике. Устройство для генерирования и передачи по оптоволоконной линии электромагнитных колебаний заданной частоты (в том числе и промышленной частоты) на основе аппроксимации синусоидальной функции последовательностью импульсных функций с использованием силового и информационного каналов содержит: блок управления, блок генерирования и инжектирования импульсов силового светового потока лазерной частоты, блок генерирования и инжектирования информационных импульсов светового потока лазерной частоты, оптоволоконную линию передачи силового светового потока лазерной частоты, оптоволоконную линию передачи информационного светового потока лазерной частоты, фотовольтаический приемник импульсов силового светового потока лазерной частоты, фотовольтаический приемник импульсов информационного светового потока лазерной частоты, схему формирования периодического электрического выходного сигнала заданной частоты. Выходной сигнал устройства формируется из последовательности электрических импульсов одинаковой длительности. Электрические импульсы получаются в результате преобразования светового потока, принимаемого приёмником лазерного излучения, в электрические при помощи фотовольтаического приёмника. Световой поток к приёмнику от инжектора поступает через оптоволоконную линию передачи. Интенсивность потока управляется при помощи включения различного числа излучающих лазеров в лазерной решётке. Период выходного сигнала задаётся периодом управляющих импульсов, формируемых блоком управления. Блок управления формирует последовательность прямоугольных импульсов, следующих друг за другом. Длительность открытого состояния ключа и соответственно длительность излучения светового потока, излучаемого лазерной решёткой, равно длительности прямоугольного импульса, формируемого блоком управления. Блоком управления отслеживаются номера импульсов силового блока, которые имеют отрицательную полярность. Силовой импульс, принимаемый приёмником лазерного излучения, на выходные полюсы поступает либо непосредственно, либо инвертированным. Инверсия осуществляется при помощи схемы коммутации и двух управляемых ключей. В результате на выходных полюсах устройства формируется периодическая последовательность импульсов, содержащая импульсы требуемой амплитуды и полярности. Технический результат заключается в возможности передачи периодических электромагнитных колебаний заданной формы, мощности, частоты, средствами импульсной и лазерной техники и достигается тем, что предлагается электронный индикатор короткого замыкания, включающий индикаторный блок, связанный по меньшей мере с тремя датчиками состояния линии, при этом индикаторный блок содержит модуль управления и обработки информации, модуль отображения информации, модуль передачи информации и источник питания, а датчики короткого замыкания, каждый из которых содержит модуль управления и обработки информации, оптический приемопередатчик, датчик измерения тока, датчик измерения напряжения и схему накопления энергии, связаны с индикаторным блоком посредством блока электронно-оптического преобразователя, при этом индикаторный блок связан с блоком электронно-оптического преобразователя электрически, а внешние датчики состояния линии связаны с блоком электронно-оптического преобразователя посредством оптоволоконного кабеля.

В предлагаемом электронном индикаторе короткого замыкания электронно-оптический преобразователь может быть выполнен в одном корпусе с индикаторным блоком, или снабжён крепёжным элементом для его крепления на проводе линии электропередач, при этом крепёжный элемент выполнен в виде П-образного кронштейна.

Предлагаемый электронный индикатор короткого замыкания состоит из индикаторного блока, электронно-оптического преобразователя и датчиков состояния линии. В свою очередь, в состав индикаторного блока входит источник питания, осуществляющий питание всего электронного индикатора короткого замыкания, блок передачи информации, осуществляющий коммуникацию индикаторного блока с другими блоками, блок индикации информации, непосредственно отображающий наличие и характер неисправности на линии, микропроцессорный блок управления и обработки, осуществляющий управление всеми элементами электронного индикатора короткого замыкания. Электронно-оптический преобразователь состоит из генератора тока, схемы управления приёмником, передатчиком и электронно-оптического приёмо-передатчика.

Каждый из датчиков состояния линии состоит из оптического приемопередатчика, схемы накопления энергии, схемы управления, датчика тока, датчика напряжения.

Недостатком данной системы является то, что устройство для генерирования и передачи электромагнитных колебаний посредством оптоволоконной линии выполнено сложным и узко специализированным, направленным на определение состояния только одной оптоволоконной линии, находящейся отдельно от силовой кабельной линии, и не может обеспечивать одновременную функции проводника электроэнергии и оптического кабеля связи с предиктивной аналитикой обеспечения заданного уровня надёжности, и не описывает систему мониторинга.

Из описания к патенту № (19) RU (11) 2728167 (13) C1, (51) МПК G01M 15/00 (2006.01), G01M 17/00 (2006.01), G08B 21/00 (2006.01) известна Универсальная объектно-ориентированная мультиплатформенная система автоматической диагностики и мониторинга для управления состоянием и предупреждения аварий оборудования опасных производственных и транспортных объектов, характеризующаяся тем, что содержит архитектуру управления, датчики, соединённые с подконтрольным оборудованием, подсистему мониторинга, а также модуль визуализации. Система может быть выполнена в стационарном, мобильном, бортовом, персональном и стендовом исполнении. Используются методы неразрушающего контроля для динамического и статического оборудования. Программное обеспечение нижнего уровня передает результаты измерений в программное обеспечение верхнего уровня. Повышается универсальность системы. Технический эффект заключается в интеграции функций управления, мониторинга, контроля и экспертного анализа для принятия решений по оценке технического состояния и работоспособности оборудования. Интеграция позволяет установленным наборам правил управлять указанными функциями, вынося рекомендации на основе постоянно обновляемых текущих данных, чтобы обеспечить наилучшее решение.

Недостатком данной системы является то, что она только обеспечивает предупреждение аварий оборудования, находящегося на каком-либо объекте, основанное на методах неразрушающегося контроля, и априори не имеет функции передачи электроэнергии для питания объекта электроэнергетики и одновременно не может работать как полноценная линия связи, передающая цифровые данные в сети связи общего пользования, в технологические сети связи и/или сети связи специального назначения.

Также недостаток данной системы в том, что из-за габаритов датчиков эти датчики системы можно установить не везде, а также бывает невозможно установить датчики в связи с ограничениями по условиям эксплуатации (температура, влажность, давление, сильное электромагнитное поле), при этом, методы неразрушающегося контроля пригодные для контроля определённых единиц оборудования не подходят для постоянного контроля состояния параметров протяжённых кабельных линий в режиме реального времени.

На Фиг.1 приведена функциональная схема комбинированного кабеля;

На Фиг.2 приведена функциональная схема кабельной линии;

На Фиг.3 приведена функциональная схема системы мониторинга;

На Фиг.4 приведена функциональная схема варианта дихотомического Комплекса, где каждая кабельная линия подключается к своему каналу, а ОВ одной из кабельных линий используется ещё и для передачи данных, необходимых для работы оконечного оборудования.

На Фиг. 5 приведена функциональная схема варианта дихотомического Комплекса, где несколько датчиков состояния кабельных линий последовательно подключаются к одному каналу.

На Фиг. 6 приведена функциональная схема варианта дихотомического Комплекса, где датчики состояния каждой кабельной линии подключаются к своим каналам, а ОВ используется также для передачи данных в сети связи общего пользования, в технологические сети связи и/или сети связи специального назначения различных пользователей.

Где:

1 оболочка кабеля;

2 ТПЖ;

3 распределенный оптический датчик;

4 ОВ, предназначенные для передачи информации;

5 трубчатые кабель-каналы, которые могут быть использованы для прокладки ОВ методом задувки;

1 кабельная линия;

2 система мониторинга;

3 контроллер;

4 канал системы мониторинга;

5 блок генерирования и излучения импульсов светового потока;

6 излучаемые фотоны;

7 блок приёмки и обработки импульсов светового потока (оптического сигнала);

8 возвращённый оптический сигнал;

9 оптический переключатель между каналами;

10 АРМ;

11 оборудование связи;

12 сервер;

13 комбинированная концевая муфта;

14 комбинированный кабель;

15 комбинированная соединительная муфта;

16 оптоволоконный кабель, предназначенный для соединения распределенных датчиков состояния кабельной линии;

17 оптоволоконный кабель, предназначенный для соединения оптических волокон, по которым осуществляется передача информации;

18 источник информации;

19 приемник информации.

Технический результат – создание нового дихотомического комплекса передачи

электрической энергии и фотонов с возможностью отслеживания состояния оборудования кабельной сети (далее по тексту - Комплекс), обеспечивающего:

- высокую эффективность и увеличенный срок эксплуатации кабельных линий 6 за счёт того, что в Комплексе использованы комбинированные кабели 19 (см. Фиг. 1), предназначенные выполнять три функции: передачу электрической энергии по ТПЖ 2, передачу информации в виде фотонов света по ОВ 4 и контроль кабельной линии 6 с использованием одного или нескольких ОВ в качестве распределенного оптического датчика (далее по тексту - датчик) 3. При этом в комбинированных кабелях 19 имеются полые кабель-каналы 5, позволяющие методом задувки, либо методом протяжки (далее по тексту - задувки) в любой момент времени после прокладки и начала использования Комплекса добавлять в них дополнительное ОВ любого типа, или заменить какие-либо из существующих ОВ;

- высокую эффективность использования системы мониторинга 7 за счёт того, что к соответствующим каналам 9 системы мониторинга 7 подключены с помощью оптоволоконных кабелей 21 соответствующие датчики 3, что позволяет в режиме реального времени отслеживать заданные нормативные параметры по всей контролируемой длине и определять как аварийные, так и предаварийные ситуации, возникающие в кабельных линиях 6 Комплекса, уменьшая тем самым время и затраты на ремонт (система сразу показывает длину, на которой произошла авария или место, где изменились контролируемые параметры). Контроль кабельных линий 6 происходит и в условиях, когда кабельные линии 6 находятся под напряжением, и тогда, когда напряжения нет, что обеспечивает надёжную и скрытную защиту от противоправных действий (воровства) на кабельных линиях 6;

- уменьшение затрат на проектно-изыскательские и строительно-монтажные работы по прокладке волоконно-оптических линий связи, которые уже входят в состав комбинированных кабелей.

- технологичность, универсальность и заменимость ОВ в комбинированном кабеле 19.

ОПИСАНИЕ ЗАЯВЛЯЕМОГО ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ

Дихотомический комплекс передачи электрической энергии и фотонов с возможностью отслеживания состояния оборудования кабельной сети (далее по тексту - Комплекс) (см. Фиг.4 - Фиг.6) имеет в своём составе кабельные линии 6₁ – 6_n и многоканальную систему мониторинга 7.

Каждая кабельная линия 6₁ – 6_n выполнена не менее, чем из одного комбинированного кабеля 19 и не менее чем из одной комбинированной концевой муфты 18, имеющей контакты для соединения с оптоволоконными кабелями.

В конструкции комбинированного кабеля 19 (см. Фиг.1) могут использоваться: - оболочки 1 любого типа;

- ТПЖ 2 в любом исполнении и с любой изоляцией;

- трубчатые кабель-каналы, как уже заполненные ОВ и предназначенные для использования в качестве датчиков 3 и ОВ 4, по которым осуществляется передача информации 4, так и полые трубчатые кабель-каналы 5, предназначенные для задувки новых оптических волокон в любой момент времени, а также удаления ненужных и возможной замены оптических волокон на новые (при такой необходимости в дальнейшем).

Для организации контроля и измерений различных параметров кабельной линии и передачи этих данных в систему мониторинга 7, достаточно одного датчика 3, однако для повышения надёжности работы дихотомического Комплекса возможно применение и нескольких ОВ и они могут быть закольцованы между собой.

В комбинированных кабелях 19 могут использоваться оптические волокна любого типа и в любом количестве.

Требования к характеристикам ОВ комбинированного кабеля 19 Комплекса:

- многомодовое ОВ предназначено для применения на длинах волн 850 нм и 1300 нм с соотношением размеров сердцевина/оболочка 50/125 мкм (далее – ОВ тип М5) и с соотношением размеров сердцевина/оболочка 62,5/125 мкм (далее – ОВ тип М6);

- одномодовые ОВ предназначены для применения на длине волны 1310 нм и(или) выше:

одномодовое ОВ с нулевой дисперсией на длине волны 1310 нм (далее – ОВ тип Е2);

одномодовое ОВ со смещённой в область 1550 нм длиной волны нулевой дисперсии (далее – ОВ тип Е3);

одномодовое ОВ с нулевой дисперсией на длине волны 1310 нм и минимизированным затуханием на длине волны 1550 нм (далее – ОВ тип Е4);

одномодовое ОВ с ненулевой дисперсией, смещённой в область длин волн 1550 нм (далее – ОВ тип Е5);

одномодовое ОВ с ненулевой дисперсией для широкополосной оптической передачи (далее – ОВ тип Е6).

Требования к характеристикам ОВ комбинированного кабеля 19 Комплекса:

- многомодовое ОВ предназначено для применения на длинах волн 850 нм и 1300 нм с соотношением размеров сердцевина/оболочка 50/125 мкм (далее – ОВ тип М5) и с соотношением размеров сердцевина/оболочка 62,5/125 мкм (далее – ОВ тип М6);

- одномодовые ОВ предназначены для применения на длине волны 1310 нм и(или) выше:

одномодовое ОВ с нулевой дисперсией на длине волны 1310 нм (далее – ОВ тип Е2);

одномодовое ОВ со смещённой в область 1550 нм длиной волны нулевой дисперсии (далее – ОВ тип Е3);

одномодовое ОВ с нулевой дисперсией на длине волны 1310 нм и минимизированным затуханием на длине волны 1550 нм (далее – ОВ тип Е4);

одномодовое ОВ с ненулевой дисперсией, смещённой в область длин волн 1550 нм (далее – ОВ тип Е5);

одномодовое ОВ с ненулевой дисперсией для широкополосной оптической передачи (далее – ОВ тип Е6).

- иное ОВ, разработанное для конкретных задач определённого заказчика.

В заявляемом Комплексе возможно увеличение длины кабельных линий 6 за счёт подключения к ним новых участков комбинированного кабеля 19. При этом новый участок имеет соединение с существующей кабельной линией 6 через комбинированную соединительную муфту 20, имеющую контакты для подключения ТПЖ и ОВ.

Кабельные линии 6, в свою очередь, могут быть последовательно соединены между собой через концевые муфты 18 посредством подключения оптоволоконных кабелей 21 и 22, предназначенных для соединения распределенных датчиков 3 и для соединения ОВ 4 соответственно. ОВ 4 могут иметь подключения к источникам 23 и приёмникам 24 сигналов либо через комбинированную соединительную муфту 20, либо через концевую муфту 18.

Система мониторинга 7 включает:

- контроллер 8 с каналами системы мониторинга 9 для подключения датчиков 3 либо напрямую, либо, либо через соединительные оптоволоконные кабели 21, при этом в состав контроллера 8 входит регулируемый источник лазерного излучения 10 и блок приёмки и обработки импульсов оптического сигнала 12;

- сервер 17 с установленным программным обеспечением для настройки контроллеров 8; АРМ 15, в которое могут входить: монитор для визуализации данных, клавиатура, источник бесперебойного питания, набор оптических проводов для подключения к контроллеру 8 (на чертежах не показаны).

К каждому из каналов 9 подключён один датчик 3 либо одной кабельной линии 6, либо нескольких кабельных линий 6, соединённых между собой последовательно с помощью оптоволоконного кабеля 21.

Оборудования связи 16 имеют соединение с оптоволоконными кабелями 22, которые, в свою очередь соединены с ОВ 4.

Система мониторинга 7 выполняет различные функции и не только ниже указанные:

- измерения температуры кабельной линии и/или её конкретных участков с погрешностью до 1⁰С;

- мониторинга места изменения установленных параметров и обрыва кабельной линии;

- мониторинга изменения и определение длины кабельной линии с точностью 0,1 метра;

- ведения базы данных о зафиксированных событиях с накоплением их архива;

- тревожной сигнализации о наступившем событии, передаваемой на АРМ.

Комплекс выполнен из комплектующих, изготовленных на предприятиях отечественной кабельной промышленности, предприятиях производящих электротехническое оборудование и оборудование для фотоники и опробован в работе в организации, эксплуатирующей разветвлённые электрические кабельные сети.

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ

В основе принципа распределенного измерения температуры оптического волокна датчиков используется эффект Рамана. Температурное воздействие на оптическое волокно вызывает колебания в кристаллической решётке ОВ. Когда проходящий свет попадает на эти колебания молекул, имеет место взаимодействие между частицами света (фотонами) и электронами молекулы. Внутри ОВ происходит комбинационное рассеяние света, которое состоит из стоксовой и антистоксовой компонент. Интенсивность антистоксовой компоненты зависит от температуры, а интенсивность стоксовой – нет. Локальная температура рассчитывается программным методом из отношений этих компонент.

Для определения места обрыва оптического волокна система мониторинга использует принцип OTDR (Optical Time Domain Reflectometer).

Измерение с помощью OTDR основано на предположении, что коэффициент обратного рассеяния является постоянным для всех подключённых к системе мониторинга волокон.

Контрольные сигналы 11, генерируемые лазером 10, находящимся в составе системы мониторинга 7, поступают на каналы системы мониторинга 9 и далее в датчики 3. Переключение между каналами мониторинга 9 выполняется посредством оптических переключателей 14.

Отражаясь от каждого участка ОВ, фотоны света возвращаются как сигналы 13 (см.Фиг.3), а затем передаются на автоматизированное рабочее место (АРМ) 15, что позволяет эксплуатационным службам отслеживать состояние, оперативно реагировать на полученные данные и при необходимости предпринимать действия.

Система мониторинга 7, получающая сигналы от датчиков состояния 3 кабельных линий 6, используя своё программное обеспечение, штатно выполняет следующие функции:

- измерение температуры оптического волокна кабельной линии и/или её заданных конкретных участков с погрешностью до 1⁰С (с возможностью наложения данных на цифровые карты местности на которых обозначена кабельная линия);

- измерение длины кабельной линии 6 с точностью до 0,1 метра, независимо от наличия напряжения на ТПЖ комбинированного кабеля (с возможностью наложения данных на цифровые карты местности);

- отслеживание обрыва волокна кабеля и определение точного местоположения таких неисправностей с точностью 0,1 метр (с возможностью наложения данных на цифровые карты местности);

- выполнение измерений на кабельной линии 6 производится через определённые интервалы времени – временные измерительные циклы, зависящие от длины подключённого оптического волокна, настроек пользователя и разрешающей способности системы;

- автоматизированное выполнение функций сбора, накопления, обработки, отображения, регистрации информации по технологическим параметрам;

- активацию тревожного сигнала по завершении очередного измерительного цикла при наступлении события, например превышения заданных заранее параметров (настраиваемые установки могут быть индивидуальны для каждой зоны контролируемой трассы);

- постоянное хранение полного пакета параметров конфигурации и возможность изменения/дополнения (при необходимости) и обращения к нему;

- резервирование данных журнала событий с записями тревожных сообщений, событий, сообщений о неисправностях и статических данных измерений;

- защиту системы от несанкционированного доступа и передачу данных на верхний уровень управления в защищённом виде.

ПРИМЕРЫ ВЫПОЛНЕНИЯ

1. Пример №1 (см. Фиг.4)

Дихотомический комплекс передачи энергии и фотонов с возможностью отслеживания состояния оборудования кабельной сети состоит из системы мониторинга 7 и трёх контролируемых кабельных линий 6, каждая из которых состоит из трёх комбинированных кабелей 19 (строительных длин комбинированного кабеля), двух соединительных комбинированных муфт 20 и конечных комбинированных муфт 18. Соединение кабельных линий 6 с тремя каналами 9.1, 9.2 и 9.16 системы мониторинга 7 выполнено тремя соединительными оптоволоконными кабелями 21.

В Комплексе обеспечивается передача тока по ТПЖ 2 и контроль температуры/ места повреждения/ длины трассы сразу в трёх различных кабельных линиях 6, а также по ОВ 4 в третьей кабельной линии 6 передаются сигналы от трёх находящихся в разных местах кустов видеокамер 23 (количество подключённого оконечного оборудования зависит от количества используемых ОВ находящихся в кабеле 19 и оборудования заказчика).

Полученные сигналы обрабатываются устройствами системы мониторинга 7, а затем передаются на АРМ оператора, или в сети заказчика для дальнейшего использования. Таким образом, все три различные кабельные линии соединяются с системой мониторинга, выполняют свои функции – передачу электрической энергии и энергии света (фотонов), и непрерывно находятся под контролем, причём каждая по отдельному каналу.

Пример №2 (см. Фиг.5)

Дихотомический комплекс передачи энергии и фотонов с возможностью отслеживания состояния оборудования кабельной сети в режиме реального времени состоит из системы мониторинга 7 и из четырёх последовательно соединённых между собой сепаратных по ТПЖ 2 кабельных линий 6 соединительным оптоволоконным кабелем 21.

Каждая из этих кабельных линий 6 в свою очередь выполнена из трёх комбинированных кабелей 19 (строительных длин) соединительных муфт 20 и конечных муфт 18. В Комплексе обеспечивается передача тока по ТПЖ 2 четырёх кабельных линий 6 и контроль температуры/места повреждения/длины в каждой точке протяжённой кабельной трассы. В системе мониторинга 7 использован только один из каналов - канал 9.1, к которому посредством соединительного оптоволоконного кабеля 21 подключён датчик состояния 3.

Пример №3 (см. Фиг.6)

Дихотомический комплекс передачи энергии и фотонов с возможностью отслеживания состояния оборудования кабельной сети в режиме реального времени состоит из системы мониторинга 7 и четырёх кабельных линий 6, три из которых последовательно соединены между собой оптоволоконными кабелями 21 и 22. Кабельные линии выполнены из комбинированных кабелей 19, комбинированных соединительных муфт 20 и конечных муфт 18, и подключены посредством оптоволоконного кабеля 21 к каналу системы мониторинга 9._1, в результате чего в Комплексе обеспечивается передача тока по ТПЖ трёх сепаратных кабельных линий и контроль системой мониторинга 7 температуры/места повреждения/длины в каждой точке протяжённой кабельной трассы.

Второй канал системы мониторинга 9.₁₆ контролирует состояние кабельной линии 6_n, при этом к одному из кабелей 19, из которых состоит линия, подключена сторонняя сеть 23, передающая информацию для стороннего потребителя через внешний оптоволоконный кабель 22 для оконечного оборудования 24.

Показанная в примерах №1 и №3 возможность использования части ОВ, находящегося в конструкции кабельных линий 6 для передачи информации в виде цифровых данных в сети связи общего пользования, в технологические сети связи и/или сети связи специального назначения, как полноценного кабеля связи, не является единственно возможным вариантом. В зависимости от целей эксплуатационной организации, ОВ 4 и кабельные каналы 5 могут использоваться в самых различных комбинациях и вариантах для одновременного выполнения разных задач. Эта вариативность также увеличивается путём затяжки или иначе - задувки в свободные трубчатые кабельные каналы 5 нового ОВ в любой момент времени, а также его удаления оттуда при необходимости и повторной прокладки ОВ методом задувки.

Изобретение относится к области энергетики и связи. Технический результат заключается в повышении точности контроля кабельных линий. Такой результат достигается тем, что к соответствующим каналам системы мониторинга подключены распределенные оптические датчики, по которым в режиме реального времени имеется возможность отслеживать заданные нормативные параметры по всей контролируемой длине и определять как аварийные, так и предаварийные ситуации, возникающие в кабельных линиях комплекса. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Дихотомический комплекс передачи электрической энергии и фотонов с возможностью отслеживания состояния оборудования кабельной сети, состоящий из кабельных линий и системы мониторинга, включающей контроллер с каналами, где к каждому из каналов подключён один датчик либо одной кабельной линии, либо нескольких кабельных линий, соединённых между собой последовательно с помощью оптоволоконных кабелей;

каждая кабельная линия выполнена не менее чем из одного комбинированного кабеля и не менее, чем из одной комбинированной концевой муфты, а при наличии в кабельной линии более одного комбинированного кабеля, эти кабели соединены последовательно через комбинированные соединительные кабельные муфты;

комбинированные кабели имеют конструкцию, включающую оболочку с токопроводящими жилами и трубчатыми кабель-каналами, заполненными оптическими волокнами, которые функционально делятся на датчики состояния и на оптические волокна, по которым осуществляется передача информации, а также в комбинированных кабелях имеются полые кабель-каналы, позволяющие методом задувки, либо методом протяжки в любой момент времени после прокладки и начала использования комплекса добавлять в них дополнительное оптическое волокно (ОВ) любого типа, или заменить какие-либо из существующих ОВ;

система мониторинга, которая выполнена с функциями: измерения температуры кабельной линии и/или её конкретных участков с погрешностью до 1°С, точного определения места обрыва и изменения длины кабельной линии с точностью 0,1 метра, возможностью ведения базы данных о зафиксированных событиях и накопления их архива, выдачи сигнала тревоги на автоматизированное рабочее место пользователя включает: источник бесперебойного питания, вспомогательное оборудование, сервер с установленным программным обеспечением для настройки параметров состояния кабельных линий; автоматизированное рабочее место с монитором и клавиатурой; контроллер состояния кабельной линии, набор оптических проводов для подключения к контроллеру при этом в состав контроллера входит регулируемый источник лазерного излучения и блок приёмки импульсов оптического сигнала.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что датчики состояния имеют соединение с системой мониторинга напрямую.

3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что датчики состояния имеют соединение с системой мониторинга через соединительные оптоволоконные кабели.

4. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что каждый датчик состояния содержит, как минимум, одно оптическое волокно, которого достаточно для организации контроля и измерений требуемых параметров кабельной линии и передачи этих данных в систему мониторинга.

5. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в комбинированных кабелях используется оптические волокна любого типа, в любом количестве и в любой комбинации.

6. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в кабельных линиях оптические волокна сращены методом сварки.

7. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в кабельных линиях оптические волокна сращены за счёт использования оптических разъёмов, в том числе входящих в состав муфт.

8. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве датчиков состояния применяются несколько оптических волокон, которые закольцованы между собой.

9. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в комбинированных кабелях используется различная изоляция и оболочка.

10. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в комбинированные кабели могут иметь броню любого типа.

11. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в комбинированных кабелях токопроводящие жилы и оптические волокна могут иметь подключение к своим источникам и приёмникам как одновременно, так и сепаратно и наращиваться в любой момент времени.