[ Б ] О К С

Согласовано Утверждаю

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯпо вопросу срока службы грозозащитных тросов (ГТ), оптических кабелей, размещенных в ГТ (ОКГТ) и оптических кабелей самонесущих неметаллических (ОКСН), размещенных на элементах ВЛ.

ОАО «УПРАВЛЕНИЕ ВОЛС-ВЛ» ИНФОРМИРУЕТ,

что нормативный срок службы ГТ - 50 лет, ОК, размещенных в ГТ и ОКСН - 25 лет.

ТП-Срок службы

Подпись:

Эл. почта:

Подпись:

Эл. почта:

Дмитрий Леонов (Apr 20, 2012)

LeoDV@vols-vl.ruНиколай Сабинин (Apr 23, 2012)

sabnk@vols-vl.ru

© 2012 ОАО «Управление ВОЛС-ВЛ».Настоящий документ может быть воспроизведен и передан какими бы то ни было средствами, будь то электронные или механические, включая фотокопирование и запись на магнитный носитель, полностью или заглавной страницей и только в оригинальном виде , без ограничений по применению. Любое использование части документа или его содержимого в других изданиях или любые изменения формата документа запрещены без письменного разрешения ОАО «Управление ВОЛС-ВЛ».

ТП-Срок службы

ТП-Срок службы

Содержание 1 Введение......................................................................................................................4 2 Определения и сокращения......................................................................................4 3 Постановка задачи.....................................................................................................4 4 Срок службы ГТ............................................................................................................4 5 Срок службы ОКСН......................................................................................................5 6 Срок службы ОВ...........................................................................................................5 7 Изменение требований к ОВ с течением времени................................................7 8 Заключение.................................................................................................................8 9 Список литературы......................................................................................................8 10 Поддержка.................................................................................................................9

3 из 10

Техническая позиция

1 ВведениеЗа последние десятилетия оптические волокна (ОВ) заняли доминирующее положение в нише физических носителей для передачи сигналов в сетях связи благодаря достижимым с их помощью величинам полосы пропускания и протяженности регенерационных участков линии связи.

В качестве инфраструктуры для прокладки ОК используются канализации, опоры городского освещения, линии электропередач, а также грунт и дно рек, морей и океанов.

В рамках данного документа рассматриваются сроки службы оптических кабелей, размещаемых на элементах воздушных линий электропередачи (ВЛ) – ГТОК и ОКСН.

2 Определения и сокращения• Срок службы — Предельный срок от начала эксплуатации объекта, в течение

которого он функционирует с требуемой эффективностью.

Все остальные термины в данном документе применяются в значениях согласно Энциклопедии УВВ [1].

3 Постановка задачиВ рамках данного документа необходимо определить срок службы ГТОК и ОКСН.

4 Срок службы ГТГТОК состоит из сердечника, содержащего оптические волокна, – непосредственно оптического кабеля, и внешнего одинарного или двойного повива преформированных проволок, который и составляет собственно ГТ. В случае использования стальной проволоки для защиты ее от коррозии применяют плакирование алюминием. Срок службы подобных проволок, а также сердечника, выполненного в виде алюминиевой, стальной или полимерной трубки превышает 50 лет как на основе данных лабораторных испытаний, так и согласно статистике применения их в элементах ВЛ [2,3,4,8].

Интересным является исследование, результаты которого были представлены в 1991 году на конференции в Далласе [8] и которые позволяют предсказать оставшийся (и, как следствие, полный) срок службы сталеалюминевых канатов. Для оценки срока службы исследователи используют несколько критериев, таких как уменьшение толщины защитного цинкового слоя, изменение прочностных характеристик и пластичности при кручении. В результате исследования авторы пришли к выводу о том, что срок службы сталеалюминевых канатов составляет от

4 из 10

ТП-Срок службы

40 до 70 лет. С учетом того, что уменьшение толщины защитного цинкового слоя является значимой причиной снижения срока службы стальных проволок, можно с уверенностью говорить о том, что срок службы стальных проволок, плакированных алюминием не меньше срока службы оцинкованых стальных проволок.

5 Срок службы ОКСНОбычно ОКСН состоит из модулей, содержащих в себе ОВ, скрученных вокруг центрального силового элемента, как правило, стеклопластикового (реже – арамидного пластика). Поверх скрученных модулей накладывается защитная оболочка из полиэтелена высокой или средней плотности. Дополнительно на промежуточную оболочку накладываются арамидные армирующие нити. Сами по себе материалы, из которых изготовлены элементы ОКСН, имеют срок службы, превышающий 40 лет [2], однако, ОКСН, размещенный на опорах ВЛ 220кВ и выше, подвержен воздействию электрических полей высокой напряженности, что приводит к возникновению таких эффектов как корона (от выступающих частей металлической поддерживающей арматуры), а также сухой дуговой разряд в условиях высокой атмосферной влажности и загрязнения внешней диэлектрической оболочки кабеля. Оба этих явления приводят к разрушению оболочки ОКСН и уменьшению срока его службы [5]. В случае тщательного планирования, выполнения расчетов напряженности электрического поля вокруг элементов ВЛ и корректного выбора точки крепления ОКСН данная проблема нивелируется.

В результате проведения исследований с использованием специально разработанных методик [5], а также на основе статистических данных, производители устанавливают срок службы ОКСН равным 25-30 годам.

6 Срок службы ОВОптическое волокно состоит из синтетического кварца с добавлением в него оксидов германия или фосфора с целью изменения показателя преломления. Сами по себе эти материалы обеспечивают ОВ срок службы, значительно превышающий 100 лет.

В ходе своей службы в составе ГТОК и ОКСН оптические волокна подвергаются механическим и температурным воздействиям, которые оказывают влияние на срок службы ОВ.

Предел прочности волокна превосходит ту же величину стальной проволоки того же диаметра. Основная причина, обуславливающая снижение срока службы ОВ под воздействием механических нагрузок, – это наличие поверхностных дефектов и микротрещин внутри волокна, неизбежно возникающих в процессе его

5 из 10

Техническая позиция

производства. Поверхностные дефекты могут возрастать под воздействием натяжения, возникающего при подвеске кабеля, а также в ходе его дальнейшей эксплуатации. Температурные, механические и химические воздействия также могут привести к увеличению поверхностных дефектов.

Характер зависимости срока службы волокна от его продольного удлинения, связанного с натяжением, рассмотрен, например, в [6]. Зависимость срока службы ОВ от длины волокна и продольного удлинения может быть представлена в виде графика на Рис.1

На оси ординат представлен срок службы ОВ, по оси абсцисс - продольное удлинение в процентном отношении к номинальной длине ОВ. Представленные кривые соответствуют длинам ОВ в 1км и в 10000 км, поэтому можно говорить о том, что поверхность, находящаяся между этими кривыми соответствует практически всему множеству длин ОВ.

Рис. 1 Зависимость срока службы волокна от продольного удлинения.Можно выделить три диапазона продольного удлинения волокна: до 0,3% – безопасное, при котором оптические характеристики ОВ не изменяются, а срок службы – максимален, свыше 0,6% когда значительно искажены оптические

6 из 10

ТП-Срок службы

характеристики ОВ, а срок службы стремится к 0, и диапазон 0,3% – 0,6%, требующий более детального анализа для оценки влияния на характеристики ОВ. Так сроку службы в 25 лет соответствует продольное удлинение 0,36% [6]

При этом следует отметить, что ОВ располагаются в модуле волнообразно, что создает некоторую разницу между длиной ОВ и длиной модуля в пользу ОВ. Это приводит к тому, что под воздействием растягивающих нагрузок в некотором диапазоне модуль, содержащий волокна, растягивается, а сами волокна распрямляются без удлинения. Таким образом, на практике нечасто встречаются эксплуатационные нагрузки на ГТОК и ОКСН, приводящие к столь значительному удлинению ОВ как 0,36%. Это подтверждают, например, исследования компании AFL [2], в которых показано, что при нормальных условиях эксплуатации теоретический срок службы ОВ превышает 60 лет.

Практические исследования также подтверждают тот факт, что ОВ, размещенные внутри ГТОК, способны прослужить более 25 лет [3,4,7] Так ГТОК, эксплуатировавшийся в течение 10 лет в условиях изменения температуры от –17 до +37 градусов Цельсия, средней величины снежного покрова в 21 см, часть которого попала под селевой поток, был демонтирован и направлен на исследование. ОВ, извлеченные из этого кабеля, прошли испытания по методикам стандарта IEEE-1138-1994, и были признаны соответствующими данным входного контроля десятилетней давности. По мнению авторов [3,7], результаты проведенных ими испытаний опровергают предположения о старении волокна внутри оптических кабелей, сделанные на основе моделей предсказания срока службы ОВ, которые, в свою очередь, основываются исключительно на лабораторных исследованиях.

В любом случае можно говорить о том, что срок службы ОВ, размещенных в ГТОК и ОКСН, превышает или, как минимум, аналогичен сроку службы внешних оболочек кабеля, то есть, в большинстве случаев, превышает 25 лет.

7 Изменение требований к ОВ с течением времениНа первый взгляд, производители, равно как и многие заказчики, говоря о сроке службы ГТОК и ОКСН в 25 лет, необоснованно занижают его.

Однако, если взглянуть на историю развития ОВ, можно увидеть, что увеличение требований к пропускной способности и протяженности линий связи, построенных с использованием ОВ, влечет за собой постоянный пересмотр требований к параметрам ОВ. Наиболее наглядно это демонстрирует многообразие стандартов ITU-T серии G.65N. За время развития оптоволоконных систем связи (порядка четырех десятилетий на сегодняшний день) стандарт G.652 претерпел несколько ревизий, значительно изменивших требования к

7 из 10

Техническая позиция

километрическому затуханию и допустимым значениям ПМД в сторону уменьшения, были разработаны новые и переработаны существующие стандарты серии G.653-G.656 описывающие различные типы одномодовых волокон со смещенной дисперсией. Многомодовые ОВ, соответствующие стандарту G.651, находят все меньше применения и, вероятно, в обозримом будущем полностью выйдут из обращения.

Активно внедряемые сегодня системы DWDM 100G используют в своей работе двойную поляризацию и метод квадратичной фазовой манипуляции DP-QPSK (Dual Polarization – Quadro Phase-Shift Keying), чувствительные когерентные приемники и высокопроизводительные ASIC (Application Specific Integrated Circuit), что позволяет обойтись без компенсаторов хроматической дисперсии. Это, с учетом роста битовой скорости линий, говорит о том, что со временем увеличится значимость характеристики ОВ с точки зрения ПМД.

Предсказать же изменения требований к ОВ в перспективе десятилетий достоверно вряд ли возможно. Таким образом, динамика изменений в области оптических систем передачи приводит к тому, что само понятие «требуемая эффективность» меняется с большей скоростью, нежели ОВ утрачивает способность соответствовать изначальным требования эффективности, предусмотренным его производителем. А это, в свою очередь, говорит о том, что нецелесообразно устанавливать срок службы оптических кабелей, в частности, ГТОК и ОКСН, равным расчетному сроку, в течение которого система ОВ-ОК-оболочка будет соответствовать своим изначальным характеристикам.

8 ЗаключениеС учетом всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что хотя ГТОК и ОКСН могут сохранять свои изначальные свойства проводника лазерного излучения на протяжении более чем 30 лет, не целесообразно рассматривать срок службы ГТОК и ОКСН больший, нежели 25 лет.Вместе с тем, ГТ, представляющий собой стальной и сталеалюминиевый трос, может сохранять свои свойства на протяжении 50 лет.

9 Список литературы 1 Энциклопедия ОАО «Управление ВОЛС-ВЛ». – URL: http://wiki.vols-vl.ru (дата

обращения 28.03.2012).

2 Predicted Life of AFL OPT-GW: information note. – 2003. – 2 pp.

3 Houser K., Chahanovich S. Verification of optical fiber and cable reliability // Proceedings of the 47th International Wire and Cable Symposium. – 1998. – pp. 468-474.

8 из 10

ТП-Срок службы

4 Lundergan M.L., Dallas K.M. Field-aging study shows strength of optical ground wire cable // Lightwave, Lightwave special reports. – 1997. – Vol. 14, No. 11.

5 Karady G.G., Madrid J. Assessing deterioration of ADSS Fiber Optic Cables Due To Corona Discharge / Arizona State University // PSERC publication 02-17. – 2002. – pp. 136

6 Гуртов В.А. Оптоэлектроника и волоконная оптика: учебное пособие / В.А. Гуртов; ПетрГУ. – Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2005. – 100 с.

7 Lundergan M.L. Mechanical and Optical Functionality of Field-Aged OPGW / M.L. Lundergan, B.D. Zimmerman, B. Waterman // Proceedings of the National Fiber Optics Engineers Conference. – 2001. – pp. 449-458.

8 Havard D.G. Aged ACSR conductors Part II - Prediction of remaining life / D.G. Havard, M.K. Bissada, C.G. Fajardo, D.J. Horrocks, J.R. Mcale, J. Motlis, M. Tabatabai, K.S. Yoshiki-Gravelsins // IEEE Transaction on Power Delivery. – 1992. – Vol. 7, No. 2, April. – pp. 588-593

10 ПоддержкаПо всем вопросам, касающимся данного документа, обращаться к:

• Дмитрий Леонов, главный технолог (LeoDV@vols-vl.ru)

Создано: 28 марта 2012 г.

Редакция: 01

9 из 10

Техническая позиция

10 из 10