onetwoclick.ru
Внастоящее время активно ведется прокладка воздушных волоконно-оптических линий связи, как магистральных, прокладываемых по линиям электропередачи, по опорам железнодорожной контактной сети, так и в городских условиях. В последнем случае прокладка производится по опорам уличного освещения, контактной сети наземного электротранспорта, крышам и стенам зданий. Городские условия (категории местности 5, 4 [1]) характеризуются малыми длинами пролетов, отсутствием больших ветровых и гололедных нагрузок, что позволяет использовать самонесущие кабели с малым длительно допустимым тяжением, а также оптические кабели с вынесенным силовым элементом. Для их подвески стараются использовать простую по конструкции малогабаритную арматуру. Кабель с вынесенным силовым элементом, относительно простой по конструкции и экономичный, часто называют оптическим кабелем типа «8» (рис. 1).
Кабель состоит, по сути, из двух цилиндрических частей, соединенных перемычкой: силовой части (металлический трос или стеклопруток, или пучок арамидных нитей в полиэтиленовой оболочке) и оптической части (трубчатая или модульная конструкция, заключенная в полиэтиленовую оболочку). Силовая и оптическая части кабеля соединяются полиэтиленовой перемычкой, выполненной заодно с оболочками. Характерными размерами кабелей типа «8» являются наружный диаметр силовой части кабеля D, диаметр силового элемента d, высота перемычки h, ее толщина s, диаметр оптической части D опт.
При прокладке линий с использованием такого кабеля необходимо учитывать его конструктивные особенности. Форма сечения кабеля типа «8» приводит к тому, что при воздействии воздушных потоков он склонен к колебаниям по типу флаттера, подобным колебаниям на ветру натянутой ленты. Это явление не характерно для самонесущих кабелей с круглым сечением, за исключением случаев образования на нем несимметричной наледи. В последнем случае, как и в случае применения кабеля типа «8», могут развиваться относительно низкочастотные колебания кабеля с большой амплитудой, носящие название «пляски».
Такие колебания сопровождаются значительными изменениями нагрузки как на поддерживающие, так и на натяжные узлы крепления кабеля и часто приводят к усталостным повреждениям кабельной арматуры или самого кабеля у точек крепления, в ряде случаев — к сбросу кабеля из зажимов. Общепризнанным является тот факт, что наилучшим типом арматуры для крепления самонесущих оптических кабелей круглого сечения (а также оптических кабелей, встроенных в грозозащитный трос) является арматура спирального типа, обеспечивающая заданную прочность заделки при обеспечении допустимого раздавливающего усилия и минимального радиуса изгиба кабеля. Имеется достаточно большой мировой и отечественный опыт успешного использования спиральной арматуры совместно с самонесущими кабелями круглого сечения. Однако конфигурация кабелей типа «8» делает задачу использования их совместно со спиральной арматурой не такой простой. Существующие традиции в проектировании и строительстве волоконно-оптических линий связи на воздушных линиях электропередачи [2] основаны на выполнении требований ПУЭ [3].
Однако эти общие требования относятся к встроенным, самонесущим и навиваемым кабелям связи. В них не оговаривается особо применение кабелей типа «8», хотя его использование имеет свои особенности. До сих пор нередкипопытки использования кабеля этого типа в районах, характеризующихся интенсивным ветровым воздействием, на открытых пространствах, на больших пролетах. При этом упускают из виду специфические аэродинамические характеристики данного типа кабеля, способствующие усиленным колебаниям кабеля при воздействии ветра. B табл. 1 приведены основные геометрические параметры некоторых отечественных кабелей. Как следует из табл. 1, основные присоединительные размеры большинства кабелей, рассчитанных на тяжения от 6 до 10 кН, мало отличаются друг от друга. В то же время, на некоторых образцах кабелей (чаще всего, малоизвестных производителей) фактические высота и толщина перемычки могут существенно отличаться от заявленных, что значительно снижает прочность заделки кабеля в зажимах. Крепление кабеля может охватывать либо только силовую часть кабеля (см. рис. 1, а), либо силовую и оптическую (см. рис. 1, б).
Силовая часть кабеля должна быть хорошо обжата для обеспечения заданной прочности заделки кабеля. В случае натяжного крепления зажим может быть смонтирован на отделенную от оптической (отрезанную по перемычке) силовую часть кабеля. Одним из главных параметров, определяющих прочность заделки кабеля, в особенности в натяжных зажимах, является адгезия (то есть, сцепление) между силовым элементом и его оболочкой. Критерием достижения прочности заделки кабеля в натяжном зажиме (рис. 3) является как начало перемещения оболочки относительно зажима (проскальзывание кабеля в зажиме), так и начало перемещения силового элемента относительно оболочки.
В первом случае (см. рис. 3, б) результат очевиден: поскольку сцепление оболочки с зажимом при существующем уровне сжимающих сил меньше сил сцепления оболочки с силовым элементом, происходит проскальзывание кабеля в зажиме при отсутствии перемещений оболочки относительно силового элемента. Во втором случае (см. рис. 3, в) конечный результат (выход кабеля из зажима) не отличается от предыдущего, хотя механизм происходящего несколько отличен. Сцепление между оболочкой кабеля и зажимом достаточно велико и препятствует их взаимному перемещению, а сцепление между оболочкой кабеля и силовым элементом недостаточно. В результате происходит смещение силового элемента относительно зажима при неподвижной оболочке. При этом часть растягивающей нагрузки перераспределяется на оболочку кабеля, которая в конце концов разрывается вблизи выхода кабеля из зажима, и силовой элемент выскальзывает из зажима.
Требуемая величина сцепления зажима с кабелем достигается, как правило, изготовителями зажимов с помощью простейших средств: рифление или нанесение абразива на контактную поверхность зажима. Обеспечить достаточное сцепление между оболочкой и силовым элементом может только производитель в процессе изготовления кабеля. В самонесущих кабелях круглого сечения, в которых используется силовая броня из арамидных нитей, изготовители, как правило, добиваются необходимой адгезии полиэтилена оболочки к силовой броне путем вакуумированния или припрессовки. Однако в оптических кабелях с вынесенным силовым элементом в виде стального троса силы сцепления между гладкими проволоками троса и полиэтиленовой оболочкой относительно невелики даже в лучших образцах. Были проведены испытания для проверки влияния степени сцепления оболочки с силовым элементом на прочность заделки кабеля в зажимах.
Для испытаний были выбраны зажимы, которые наиболее часто применяются при строительстве линий связи с использованием кабеля типа «8». При этом строителями используются клиновые зажимы фирмы MALICRO как предназначенные для установки на кабель типа «8», так и предназначенные для установки на изолированный провод. Плашечные зажимы SO 65 фирмы «Ensto» предназначаются для установки на изолированныйпровод, но часто используются для крепления оптического кабеля типа «8» (рис. 4). Зажимы устанавливались на двух образцах кабелей типа «8», имеющих близкие по значению диаметры несущего стального троса (2,9 и 3,2 мм) и его оболочки (6,6 и 6,7 мм), но разную степень сцепления троса с оболочкой. Сцепление оболочки с тросом на образце № 1 весьма невелико, после отделения силовой части от оптической надрезанная по кругу оболочка легко снимается с троса на длине до 0,5 м. Производителем образца кабеля № 2 обеспечено гораздо лучшее сцепление оболочки с тросом; при описанной выше пробе с усилием снимается с троса оболочка на длине 0,10,15 м. В табл. 2 приведены результаты испытаний. Как видно, разница в прочности заделки образцов кабелей составила для плашечных зажимов 1,5 раза; для клинового — 5 раз. Был проведен ряд дополнительных опытов, в которых определялась прочность заделки кабеля в зажимах, устанавливаемых на оболочку силовой части.
По результатам проведенных дополнительно опытов прочность заделки кабелей с диаметром оболочки силовой части 6-7 мм и диаметром стального троса 2,8-3,4 мм в плашечных зажимах при температуре +10-15 оС не превышает 3,0-3,5 кН. При повышенной температуре (+70 оС) прочность заделки уменьшается на 20-30 %. Во всех этих случаях прочность заделки была обусловлена проскальзыванием силового элемента относительно оболочки. Из полученных результатов следует, что прочность заделки кабеля типа «8» в опробованных зажимах существенно меньше приводимой в проспектах разрушающей нагрузки (в частности, 10 кН для зажима РА 35 1000 и 18,6 кН для зажима SO 65). Более того, для большинства используемых импортных анкерных клиновых зажимов, предназначенных для закрепления кабеля типа «8», даже разрушающая нагрузка в зависимости от диаметра зажимаемого элемента составляет 2-5 кН, то есть в ряде случаев не обеспечивает достижения заявленной изготовителем кабеля длительно допустимой нагрузки (6; 8; 9 кН).
В поддерживающих креплениях применяются разнообразные импортные зажимы, при этом разрушающая нагрузка для большинства из них составляет 1,2-1,5 кН. Очевидно, что такие зажимы могут быть применены для крепления кабеля при длине пролетов не более 40-50 м. В то же время, производители кабеля, исходя из прочности самого кабеля, заявляют длины пролетов до 150 м. В табл. 3 приведены данные расчета нагрузок на натяжные и поддерживающие зажимы для первого и второго районов по гололеду. Расчет проводился в соответствии с рекомендациями [3]. Для расчета были взяты два условных кабеля, имеющих следующие характеристики. ОК (8 кН) — кабель рассчитан на длительно допустимую нагрузку 8 кН, имеет диаметр оптической части 8,5 мм, при диаметре силовой части 6,5 мм и высоте перемычки 2,5 мм; ОК (4 кН) — кабель рассчитан на длительно допустимую нагрузку 4 кН, имеет диаметр оптической части 6 мм, при диаметре силовой части 4 мм и высоте перемычки 2,5 мм.
Как видно, нагрузки на натяжные крепления достигают длительно допустимой нагрузки на кабель или даже превосходят ее, а вертикальные нагрузки на поддерживающее крепление доходят до 2 кН. Очевидно, что прочность заделки кабеля в зажимах должна соответствовать этим нагрузкам. Одним из выходов было бы применение в качестве натяжных зажимов спирального типа при установке их на оболочку силовой части кабеля после отделения ее от оптической. Но при этом, как и в случае применения плашечных зажимов, определяющим становится степень сцепления силового элемента с оболочкой. На основании проведенных опытов можно сделать вывод о том, что обеспечение прочности заделки подобного кабеля на уровне 4 кН и более при сохранении целостности оболочки силового элемента вряд ли возможно.При диаметре силового элемента более 3 мм возможна установка спиральных зажимов непосредственно на оголенный силовой элемент, по аналогии с зарубежным опытом.
В этом случае необходимо обеспечить коррозионную стойкость силового элемента, но большинство отечественных производителей используют в качестве силового элемента не стойкий к коррозии стальной трос. На предприятии ЗАО ЭССП разработан и в настоящее время выпускается натяжной плашечный зажим НПО-4/8-02 (рис. 5). Он предназначен для подвески самонесущего оптического кабеля типа «8» со стальным тросом в качестве выносного силового элемента. Зажим состоит из двух одинаковых плашек с выступами и отверстиями (три отверстия для зажимных болтов, два отверстия для присоединительной скобы). Комплектуется болтами с гайками и шайбами, а также присоединительной скобой для подвески к узлу крепления (рис. 5, а). Зажим устанавливается на отделенную от оптической силовую часть оптического кабеля типа «8» (рис. 5, б) и обеспечивает прочность заделки 0,6-0,8 Рразр , где Рразр — разрывная прочность используемого в кабеле троса.
Диаметр силовой части зажимаемого кабеля по оболочке может составлять от 4 до 8 мм. Как упоминалось выше, вертикальные нагрузки на поддерживающие зажимы могут быть достаточно большими вследствие воздействия гололеда, ветровых нагрузок, из-за неравной высоты точек подвески. Предприятие ЗАО ЭССП выпускает в течение ряда лет поддерживающий плашечный зажим ППО-6,5/8-06 (рис. 6), предназначенный для подвески самонесущего оптического кабеля типа «8» на промежуточных опорах. Зажим состоит из двух одинаковых плашек с отверстиями (два отверстия для зажимных болтов и отверстие для подвески к узлу крепления). Комплектуется болтами, гайками и шайбами (см. рис. 6, а). Зажим устанавливается на силовую часть кабеля диаметром от 6,5 до 8 мм (см. рис. 5, б) и обеспечивает прочность заделки не менее 2 кН при действии вертикальной нагрузки и не менее 0,8 кН при действии горизонтальной (вдоль оси кабеля). Односторонний угол схода кабеля может достигать 12о.
ВЫВОДЫ
1. Кабели с вынесенным силовым элементом могут применяться при малых ветровых (для категорий местности 5, 4 [1]) и гололедных (районы по толщине стенки гололеда 1 или 2 [3], в зависимости от характеристик кабеля) нагрузках.
2. Прочность заделки кабеля в зажимах определяется как конструкцией зажимов, так и качеством его изготовления, поэтому необходимо применять кабели, геометрические параметры которых соответствуют заявленным, при максимально возможном сцеплении силового элемента с оболочкой.
3. Большинство импортной натяжной и поддерживающей арматуры, применяемой для подвески отечественного кабеля с вынесенным силовым элементом, обеспечивает его надежную подвеску при длине пролетов, не превышающей 50 м и тяжениях до 1,5-2 кН.
4. Для подвески кабелей на линиях с длиной пролетов более 50 м и необходима арматура, обеспечивающая прочность заделки в натяжных зажимах, соответствующую длительно допустимой нагрузке (6 кН и более) и прочность заделки в поддерживающих зажимах при вертикальной нагрузке до 2 кН.
