Logo

Инновационная конструкция оптического кабеля, совмещённого с фазным проводом: опыт и перспективы применения в сетях ПАО «ФСК ЕЭС»

Д. Гиберт, ООО «Инкаб»;
Д. Пахомов, «Глобал Оптика»
В статье «Металлические самонесущие оптические кабели ОКСМ: Применение и преимущества», опубликованной в журнале «Фотон-Экспресс», № 3 (123), 2015 рассмотрены способы организации связи путем подвески оптических кабелей (ОК) на высоковольтных линиях электропередачи.
В этой же статье упомянуты ограничения и недостатки основных применяемых типов кабелей: ОКГТ (оптический кабель, встроенный в грозозащитный трос) и ОКСН (диэлектрический самонесущий оптический кабель).
В качестве альтернатив возможно применение оптического кабеля:
• самонесущего металлического (ОКСМ), возможности применения и преимущества, которого и были рассмотрены в упомянутой статье;
• неметаллического навиваемого кабеля (ОКНН);
• встроенного в фазный провод (ОКФП), преимущества и перспективы применения которого будут рассмотрены в данной статье.

КОНСТРУКЦИЯ ОКФП

Кабель (рисунок 1) содержит центральный оптический модуль со свободно уложенными оптическими волокнами. Свободное пространство в оптическом модуле заполнено гидрофобным гелем. В центральном модуле возможно размещение до 48 оптических волокон.

Рисунок 1 – Эскиз кабеля ОКФП с оптическим модулем в центре

На центральный оптический модуль спирально накладываются несколько повивов (слоёв). Внутренние слои состоят из стальных проволок, плакированных алюминием, внешние – из проволок из алюминиевого сплава.

Таким образом, достигаются следующие характеристики:

  • стальные проволоки обеспечивают требуемую механическую стойкость кабеля на растяжение, а также раздавливание, кручение и изгиб;
  • проволоки из алюминиевого сплава обеспечивают требуемую электрическую проводимость;
  • покрытие стальных проволок алюминием (плакирование) обеспечивает высокую коррозионную стойкость и срок службы не менее 50 лет.

Возможно изготовление ОКФП, когда стальной модуль с оптическим волокном находится в первом повиве (рисунок 2). При этом обеспечивается несколько большая защита оптического волокна при эксплуатации.

Рисунок 2 - Эскиз кабеля ОКФП с оптическим модулем в первом повиве

В зависимости от расчётных характеристик провода по сечению и числу волокон на основании заполненного опросного листа, на заводе рассчитывается конструкция, обеспечивающая выполнение требований, заявленных Заказчиком:

  • масса;
  • прочность на разрыв;
  • модуль упругости для обеспечения габаритов при воздействии ветра и гололёда;
  • электрическое сопротивление;
  • термическая стойкость.

Фазный провод с оптическим кабелем (рисунок 3) рассчитан на работу при следующих климатических условиях: минимальная температура до минус 60 °С, максимальная рабочая температура до плюс 85 °С.

При этом во всех конструкциях ОКФП применяются оптические волокна фирмы Corning (США), с пониженным затуханием (не более 0,18 дБ/км) и стойкие к изгибным потерям (соответствующие стандарту G.657A1).

Рисунок 3 - ОКФП на ЛЭП 110/220 переход через реку Лена

СООТВЕТСТВИЕ ОТРАСЛЕВЫМ СТАНДАРТАМ

Основным нормативным документом, определяющим применение ОКФП на объектах ПАО «ФСК ЕЭС» является СТО 56947007- 33.180.10.176-2014 [5]. Этот стандарт определяет технические требования к ОКФП, нормирует формат и порядок составления технических требований на поставку ОКФП, охватывает методологию выбора параметров ОКФП при проектировании ВОЛС-ВЛ, рассматривает методы испытаний ОКФП, натяжных и поддерживающих зажимов, а также подвесных оптических муфт.

Стандартом определено, что ОКФП должен соответствовать требованиям ГОСТ 839 [1] и при этом отклонение электрического сопротивления допускается не более, чем на 5 % от фазного провода, аналогом которого он является.

Типовой состав технических требований на поставку ОКФП:

  • общее число оптических волокон в кабеле;
  • класс напряжения ВЛ;
  • марка фазного провода, для которого требуется поставить аналог ОКФП (может быть добавлено значение требуемой номинальной токовой нагрузки).

Конструкции муфт должны обеспечивать надёжную эксплуатацию при условии нахождения муфты под рабочим напряжением ВЛ в течение срока службы ОКФП, а также не должны иметь деталей, приводящих к возникновению коронных разрядов при их эксплуатации на ВЛ класса напряжения, на который эти муфты рассчитаны.

Конструкция зажимов должна обеспечивать надёжное крепление ОКФП, исключать прокручивание кабеля в зажиме, не должна приводить к возникновению коронных разрядов при их эксплуатации на ВЛ класса напряжения, на который эти зажимы, арматура и протекторы рассчитаны [4].

Система «ОКФП – муфта – зажимы» должна соответствовать предъявляемым в стандартах требованиям по механическим, электрическим и климатическим воздействиям.

Методика испытаний на соответствие подробно изложены в разделе 5 СТО [5].

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

В ряде случаев применение ОКФП является экономически оправданным решением при проектировании новых ВЛ.

Этот способ организации ВОЛС позволяет дублировать канал связи при наличии ОКГТ и (или) организовать независимый, например, в случае столкновения интересов собственников каналов.

Данный способ особенно актуален при необходимости замены фазных проводов в связи с их физическим износом.

Еще одним фактором в пользу применения ОКФП является износ опор и, как следствие, невозможность увеличения нагрузки на несущую инфраструктуру линии.

Целесообразно использовать ОКФП при жёстких требованиях к стрелам провеса, например, при переходах через судоходные реки, значительном перепаде высот в горных районах.

Анализируя приведенные доводы можно считать организацию канала связи в фазном проводе актуальной, в некоторых случаях предпочтительной, а в некоторых единственно возможной.

МИРОВОЙ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ

Стоит отметить, что в технологически развитых странах использование ОКФП получило достаточно широкое распространение. Однако зарубежные компании, обладающие технологиями производства данного типа кабеля и сопутствующих комплектующих, отказывают в предоставлении информации о документации и используемых материалах. В открытых источниках, в том числе сети Интернет, доступна крайне скудная информация, что является дополнительным барьером для потенциальных потребителей.

Один из мировых лидеров в производстве оптических кабелей является компания «AFL» (США), которая предоставляет лишь общую информацию о возможностях производства ОКФП без указания каких-либо подробностей.

Компания «ZTT» (КНР) имеет большой опыт реализации проектов на основе ОКФП в Китае на ВЛ 10-500 кВ. Однако данная информация и технологии реализации этих проектов не являются открытыми.

Таким образом, единственно возможным вариантом реализации данных решений на территории России является создание полностью отечественных разработок, отвечающих намеченному курсу на импортозамещение, особенно в высокотехнологичных и стратегически важных сферах.

СДЕРЖИВАЮЩИЕ ФАКТОРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ОКФП

Основными сдерживающими факторами в развитии технологии применения ОКФП в сетях России является отсутствие:

  • интеграторов, обладающих полным набором компетенций, а также технических возможностей;
  • достаточно подробных регламентов и норм по проектированию, монтажу и эксплуатации данной технологии;
  • аттестованной системы «ОКФП, натяжных и поддерживающих зажимов и подвесных оптических муфт»;
  • компетентных кадров на всех этапах проекта: технического задания, проектирования, поставки материалов, монтажа, пуско-наладки, подготовки исполнительной документации и регламентов по ремонту и устранению аварий и ЧС, а также низкая осведомлённость заказчиков (титулодержателей) о возможностях применения данной технологии и низкий уровень культуры строительства ВОЛС-ВЛ, узкая специализация компаний, проводящих пусконаладочные работы.

Рисунок 4 - Узел креплений арматуры анкерной к одноцепной железобетонной опоре А33

Рисунок 5 - Опора перехода ВЛ через реку Лена

Рисунок 6 –Переход ВЛ 110/120 через реку Лена с применением ОКФП

Сравнительные харатеристики провода АС и кабеля ОКФП

Параметр

Провод АС

Кабель ОКФП

Общее количество оптических волокон

-

48

Класс напряжения ВЛ, кВ

220

220

Номинальный диаметр кабеля, мм

29,2

28,6

Удельная масса провода (кабеля), кг/км

2428

2043

Максимальная прочность на разрыв (МПР), кН

285

305

Рабочий диапазон температур, °С

-60…+70

-60…+85

Электрическое сопротивление постоянному току при температуре +20 °С, Ом/км

0,09934

0,091

КОМПЛЕКСНОЕ РЕШЕНИЕ

Для устранения вышеперечисленных сдерживающих факторов и повышения надёжности ВОЛС-ВЛ, компания «Глобал Оптика» (г. Новосибирск) в тесном сотрудничестве с заводом по производству оптического кабеля «Инкаб» (г. Пермь) разработала и реализовала техническое решение по организации оптического канала связи в фазном проводе. Данное решение в полной мере отвечает ПУЭ, стандартам ФСК и состоит из комплектующих элементов отечественного производства. Абсолютное большинство компонентов изготовлено на территории России. Теоретический расчёт работоспособности выполнен институтом СО РАН с привлечением инженеров разработчиков и производителей арматуры. Техническое решение основано на широко применяемых элементах ВОЛС-ВЛ с доработками под специфику проекта.

Рисунок 7 - Монтаж муфты для ОКФП на опоре

Рисунок 8 - Монтаж муфты для ОКФП

Спроектированная муфта отвечает требованиям СТО [5] и монтируется посредством подвеса через гирлянду изоляторов на ту же траверсу, что и провод, с соблюдением требований ПУЭ (рисунок 4). Муфта находится под напряжением и не является токоведущей. Основная токовая нагрузка проходит через обводной шунт. Тупиковые муфты, на которых предполагается отпайка самонесущим кабелем, представляют собой две оптические муфты, соединённые между собой проходным полимерным изолятором, подобранным в соответствии с проектируемым напряжением.

Для проверки соответствия муфт проведены испытания по методике [5].

В соответствии с техническими характеристиками кабеля и линии были подобраны спиральные зажимы, исключающие возможность повреждения оптических волокон и обеспечивающие необходимую прочность заделки. Зажимы состоят из двух U-образных силовых прядей с разным направлением повива.

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ

Пилотным проектом для новой технологии стал сложнейший объект - ВЛ 110/220 переход через реку Лена в районе Табагинского мыса под городом Якутск. Линия имеет две цепи защиты от грозовых перенапряжений, обе использованы операторами связи, и реконструкции не подлежат.

Переход представляет собой масштабное инженерное сооружение, состоящее из 6 анкерных опор, расположенных в пойме реки Лена, 4 из них высотой 140 м (рисунок 5)

Максимальное расстояние в свету 1700 м, при этом перепад высот между этими опорами 105 м. Минимальное расстояние между нижней точкой стрелы провеса и судовым габаритом 13 м (рисунок 6).

Общая протяжённость перехода по сумме строительных длин – 5,5 км. При реконструкции было задействовано 4 высококвалифицированные бригады и 19 единиц спецтехники.

Для замены был выбран провод правой цепи верхней траверсы. Особой сложностью в реализации проекта явилась необходимость монтажа муфт для сварки ОВ на опоре на высоте 133 м (рисунок 7).

Для соединения строительных длин было смонтировано 6 муфт: 4 проходных и две тупиковых. В процессе монтажа было сделано множество выводов по поводу улучшения технологий монтажа провода и муфт (рисунок 8).

Этап проектирования, технических согласований, производства и поставки материалов: ноябрь-март 2016-2017 гг.

Проведение работ по реконструкции: март-апрель 2017 года. Линия встала под напряжение: 26.04.2017.

Столь сжатые сроки реализации проекта - это удачный пример слаженной работы заказчика, титулодержателя, подрядчиков, разработчиков и производителей материалов. Работы по шефмонтажу и пуско-наладке были осложнены весенней распутицей и близостью ледохода (рисунок 9).

К примеру, время восхождения на опору для физически подготовленного человека составляло порядка 50 минут.

Рисунок 9 - Монтаж ОКФП

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При изготовлении комплектующих изделий для реализации проекта были применены преимущественно отечественные материалы и российский научный потенциал. Комплексный подход и единый надзор при построении данной линии позволили произвести высокотехнологичный продукт, который по праву может считаться отечественным, и полностью соответствует курсу импортозамещения.

Проекты ВОЛС с использованием кабеля типа ОКФП имеют большую актуальность и перспективы к внедрению и применению на объектах электроэнергетики.

На основе реализованного пилотного проекта, обладая уникальным техническим решением, компания «Глобал Оптика» предлагает структурным подразделениям ПАО «Россети» комплексную реализацию и полное сопровождение проектов ВОЛС на базе ОКФП:

  • разработка общих технических решений и технического задания;
  • проектирование;
  • согласование проекта со всеми службами;
  • поставка материалов;
  • генподрядные работы;
  • шефмонтаж;
  • исполнительная документация;
  • регламенты взаимодействия по устранению аварийных ситуаций.

ЛИТЕРАТУРА

  1. ГОСТ 839-80 Провода неизолированные для воздушных линий электропередачи. ТУ
  2. ГОСТ Р МЭК 62004-2014 Проволоки из термостойкого алюминиевого сплава для провода воздушной линии электропередачи
  3. ГОСТ Р МЭК 62219-2014 Провода для воздушных линий электропередачи, скрученные из профилированных проволок концентрическими повивами
  4. ГОСТР 51155- 2017 Арматура линейная. Правила приёмки и методы испытаний

АВТОРЫ

Пахомов Дмитрий Леонидович родился в 1982 году в Новосибирском Академгородке в семье учёных в 3 поколении. В 2004 году закончил Сибирскую государственную геодезическую академию по специальности «Экономика и управление на предприятии машиностроения». Трудовую карьеру начал в 2003 году. В 2004-2005 гг. возглавлял разработку и внедрение нового промышленного оборудования для мясоперерабатывающих предприятий. С 2007 по настоящее время работает в Группе Компаний «Глобал Оптика», прошел путь от менеджера по продажам до исполнительного директора. Ключевые компетенции: пассивные компоненты волоконно-опти- ческих линии передачи данных, решение нестандартных задач в области построения сетей связи.

Гиберт Дмитрий Петрович родился в 1982 году в Казахстане. Окончил Пермский государственный технический университет в 2004 году по специальности «Конструирование и технология электрической изоляции» и в 2007 году по специальности «Менеджмент организации». С 2004 по 2007 гг. работал в университете в должности ассистента, а затем старшего преподавателя. С 2007 года начал работу на новом заводе по производству оптического кабеля «Инкаб» в качестве руководителя отдела качества. В 2016 году перешел на должность заместителя генерального директора по техническим вопросам завода «Инкаб». Работает по настоящее время. Параллельно возглавляет проектную компанию «Инкаб.Про».