P35-05

ТРЕТО СОВЕТУВАЊЕ Охрид 3–6 октомври 2001

Pece Branov Elektrostopanstvo na Makedonija - Skopje Sektor za Proizvodstvo i Upravuvawe - Slu`ba za Telekomunikacii PRIMENA NA ZA[TITNI JA@IWA SO IMPLEMENTIRANI OPTI^KI

VLAKNA NA VISOKONAPONSKITE DALEKOVODI VO MRE@ATA NA ESM

ABSTRACT Utilities operate in different envvironments, with specific circumstances, technical standards, climatic conditions, so if they wish to use their own high voltage power line infrastructure for installing optical fibre cables, they have to set their own criterias, for choosing the most apropriate type of cable for the particular usage. This report generally deals with the experiencies in ESM (Elektrostopanstvo na Makedonija) with the usage of OPGW, the key issues which influenced the decisions in evaluating the options and criterias wich we found to be important in future implementation of optical fibre on power lines with different votage levels. SODR@INA

Referatot ima za cel da dade eden presek na; dosega{nite iskustva vo monta`ata i koristeweto na za{titni ja`iwa so implementirani opti~ki vlakna (OPGW) vo mre`ata na ESM (DV br.447 TS Bitola 2- TS Skopje 4); dilemite pri preciziraweto na tehni~kite specifikacii za tender dokumentacijata za pro{iruvawe na opti~kata mre`a na 110 kV-nite dalekovodi (TS Bitola 2 - TS Bitola 1 - TS Bitola 4 - TS Resen - TS Ohrid 2 - TS Ohrid 1 - TS Struga - HE Globo~ica - HE [pilje - HE Vrutok); kako i iskustvata steknati pri evaluacijata na ponudite i konsultacijata so kolegite od elektostopanskite subjekti vo po{iriokiot balkanski region. Dadeni se razmisluvawa za bitnite kriteriumi za izbor na tipot na opti~kiot kabel zavisno od uslovite... 1. Voved

Doverlivata isporaka na elektri~na energija vo sekoe vreme stana edna od najva`nite zada~i na denesnicata. Ova pak nametnuva potreba da interkonektivnite i regionalnite dalekovodi, kako i energetskite objekti se opremat so sovremeni sistemi za dale~inska kontrola i upravuvawe. Klu~en segment za postignuvawe na ovaa cel se sovremeni, visoko doverlivi, sopstveni telekomunikacioni sistemi. Problemot na ekonomskata opravdanost na visokata doverlivost na vakvite sistemi, vo golema mera e amortizirana so vovedenata deregulacijata na monopolot vo telekomunikaciskite uslugi, prakti~no vo celiot svet. Liberalizacijata na pazarot na telekomunikaciite im ponudi na elektrostopanstvata mo`nost za dodatno iskoristuvawe na svoite telekomunikacioni

P35-05 2/7

kapaciteti preku davawe na istite pod zakup ili preku direktna involviranost vo biznisot na telekomunikacii kako provajder na uslugi.

Osnova na sovremenite elektrostopanski telekomunikaciski sistemi pretstavuvaat opti~kite vlakna implementirani vo sostavnite elementi na dalekovodnata infrastruktura. Prednosta na komunikaciskite sistemi koi se baziraat na opti~ki vlakna se golemiot kapacitet na prenosot na informacii, relativno maloto slabeewe i neosetlivosta na elektromagnetski vlijanija. Ovie osobini gi pravat posebno pogodni za monta`a na dalekovodi so povisoki naponski nivoi.

So ogled da najcelishoden na~in za povrzuvawe na energetskite objekti i kontrolnite centri e upotrebata na sopstvenata infrastruktura, razvieni se razli~ni tehnologii za primena na opti~kite kablovi kako dodatok ili kako element na poja`uvaweto na za{titnite ili faznite ja`iwa.

2. Tipovi na opti~ki kabli nameneti za monta`a po dalnovodi

OPGW – Optical fiber(s) in Ground Wire: Opti~ki vlakna vo za{titno ja`e; OPPC – Optical fiber in Phase Conductor: Opti~ki vlakna vo fazen provodnik; ADSS – All Dielectric Self Supported: Samonosiv kabel bez metalni elementi; MASS – Metal Armoured Self Supported: Samonosiv kabel so metalen nosiv element; OPAC – Optical Attached Cable: Prika~eni opti~ki kablovi - Wrapped: so obmotuvawe - Lashed: so pricvrstuvawe

Pri izborot koj od gore navedenite tipovi da se primeni vo na{iot slu~aj, mo`e da se

navedat bezbroj argumenti za i protiv. Vo osnova za novi dalekovodi i za dalekovodi koi se predmet na rekonstrukcija, so zamena na za{titnite i faznite ja`iwa, izborot se prvite dva tipa, pri {to optikata vo fazniot provodnik ima smisla koga poradi maliot popre~en presek na za{titnoto ja`iwa istoto ne bi dalo dovolna mehani~ka za{tita na vmetnatiot opti~ki kabel. Samonosivite opti~ki kablovi se primenuvaat prvenstveno na pomali rastojanija, vo urbani sredini (namalena opasnost od o{tetuvawa pri lov), koga ja`iwata se vo dobra sostojba i ne se o~ekuva nivna skore{na zamena. Argumentacija za primena na samonosivite mo`e da se bara i vo aspektite na odr`uvaweto i eventualnite potrebni intervencii. Imeno pri prekinat OPGW potrebno e da se zameni cela delnica pome|u dva nastavka, koi mo`e da se lociraat samo na zategnuva~ki stolbovi, dodeka samonosivite kablovi poradi svojata mala te`ina ne vlijaat na statikata na dalekovodot, pa reparacijata na kabelot e mnogu poednostaven. Sepak iskustvata od ve}e deset godi{nata masovna primena na OPGW pred se vo razvienite zemji, pod uslov da e istiot pravilno izbran, doka`uvaat deka ovaa tehnologija e najpogodna za primena i vo Elektrostopanstvo na Makedonija.

3. Kriteriumi za izbor na OPGW

Vo osnova OPGW-to treba da pokrie dve osnovni funkcii. Klasi~nata funkcija na za{titnoto ja`e, t. e. da ja odveduva strujata na kusa vrska vo slu~ai na defekti na faznite ja`iwa i da za{tituva od eventualni atmosferski praznewa. Od druga strana treba da pretstavuva takvo opkru`enie za opti~kite vlakna, da tie bidat za{titeni od mehani~ki napregawa i raznite vlijanija na okolinata, kako {to se razni temperaturi, vlaga, dodatni atmosferski opteretuvawa, veter, mraz i dr.

Op{to e poznato deka za mehani~kata cvrstina na ja`eto bitno doprinesuva sodr`inata na ~elikot vo ja`eto, dodeka elektri~nite karakteristiki bitno gi podobruva sodr`inata na aluminiumot. Zatoa vo princip najdobro e da konstrukcijata e kombinirana od aluminiumski (Al) ili legura na aluminium (AA) `ici i galvanizirani (St) ili so aluminium presle~eni (ACS) ~eli~ni `ici. Poradi mo`nosta da pri monta`a se o{teti antikorozivniot za{titen sloj na ~elikot (St ili ACS), podobro e tie da se vo

P35-05 3/7

vnatre{niot sloj, odnosno ja`eto da ima najmalku dva sloja na `ici. Problem na vakvata konstrukcija e postignuvawe na mali preseci na ja`eto.

Vo princip brojot na opti~kite vlakna e kompromis koj zavisi pred se od finansiskite mo`nosti na investitorot, potencijalnata komercijalna primena na vi{okot opti~ki vlakna i maksimalniot mo`en broj na vlakna koi mo`at da se smestat vo izbranata konstrukcija na za{titnoto ja`e. Zemajki gi vo predvid relativno visokite monta`ni tro{kovi, eksplozivnata ekspanzija na telekomunikaciite voop{to i iskustvoto na drugite elektrostopanstva, prepora~livo e da se implementiraat {to pogolem broj na vlakna.

Od gledna to~ka na samoto smestuvawe na vlaknata, dva aspekta se va`ni. Prvo da opti~kite vlakna trajno bidat izolirani od nadvore{nite faktori i vtoro da postoj mo`nost za smestuvawe na takanare~ena dodatna dol`ina na vlaknoto (fiber overlength), koe obezbeduva da termo-plasti~noto izdol`uvawe na ja`eto, ne vlijae na mehani~koto opteretuvawe na vlaknoto.

Maksimalnata dozvolena struja na kusa vrska vo neposredna korelacija so maksimalnoto dozvoleno traewe na nejzinioto protekuvawe, se parametri koi se mnogu kriti~ni poradi o~ekuvanoto termi~ko izdol`uvawe na ja`eto, vo funkcija od traeweto i goleminata na prote~enata struja. Na slika 1. ilustrativno e prika`ana laboratoriski izmerenata temperatura na OPGW od tipot prika`an na slika 6, vo zavisnost od traeweto i goleminata na prote~enata struja na kusa vrska, so po~etna temperatura od 25

C. Od tuka jasno se gleda kolku e va`no to~no da se definira vremeto na aktiviraweto na za{titata.

Sl. 1

P35-05 4/7

Na slikite 2 i 3, odnosno 4 i 5 se prika`ani strelite i procentualnoto izdol`uvawe na OPGW-to od tipot prika`an na slika 6, odnosno slikite 7 i 8 soodvetno, vo zavisnost od temperaturata na ja`eto, za raspon me|u stolbovite od 500m. i zadadena brzina na veterot.

Sl.2 Sl. 3

Sl. 4 Sl. 5 Od slikite mo`e da se svedat dva bitni zaklu~oka. Prvo da so porastot na

temperaturata na za{titnoto ja`e do 300 , strelata na ja`eto stanuva opasno golem (10

m. pove}e odkolku na 25 ), predizvikuvajki opasnost od fizi~ki dodir so faznite ja`iwa i vtoro da izdol`uvaweto na ja`eto e pogolemo od 0,5%, {to zna~i deka opti~kite vlakna mo`e da dojdat vo situacija da trpat nadol`no opteretuvawe (fiber overlength>0,5%).

P35-05 5/7

Sl. 6 Sl. 7 Sl. 8

Od ogromniot broj na razli~ni tipovi na konstrukcii, pogore navedenite kriteriumi vo najgolema mera gi zadovoluvaat dva bitno razli~ni tipa na konstrukcii. Ja`iwa so spiralno na`lebeno aluminiumsko jadro (alluminium slotted core) prika`ano na slikata 6 i so ~eli~na cevka (Loose steel buffer tube), kako element na poja`uvaweto (slika 7 so centralno smesteno cev~e i slika 8 so cev~e postaveno vo prviot sloj na `ici).

Vo dvata slu~aja prostorot za smestuvawe na opti~kite vlakna e ispolnet so masa vo vid na `ele, koja ja namaluva opasnosta od o{tetuvawe na vlaknata od vibracii. Prviot tip ima izvesni prednosti vo odnos na mo`nite o{tetuvawa od gme~ewe, posebno pri monta`ata, no so vtoriot tip pak se postignuvaat konstrukcii mnogu sli~ni na konstrukcijata na klasi~nite za{titni ja`iwa (~eli~nite cev~iwa vo princip e so isti nadvore{ni dimenzii kako i `icite).

Pri zamena na postojnite za{titni ja`iwa so kombinirani OPGW, od osobeno zna~ewe e zapazuvaweto na diametarot i te`inata na postojnoto ja`e, so cel da se izbegnat mo`nite dodatni optovaruvawa na stolbovite.

Ovde osobeno e va`no da se naglasi potrebata od proektanski pravilno opredelenite faktori na dodatni atmosferski optovaruvawa, bidejki tie determinira~ki vlijaat na potrebnite mehani~ki karakteristiki, odnosno na potrebnata prisutnost na ~elikot vo ja`eto. Za ovaa cel od najgolemo zna~ewe e vodeweto na meterolo{ka statistika, osobeno vo kriti~nite regioni na dalekovodnite koridori. Podatocite za prisutnost na vetrovi e od zna~ewe i za opredeluvawe na potrebata za primena na atenuatori na vibracii na ja`iwata, takanare~eni damperi, koi bitno vlijaat vrz vekot na eksploatacijata na odredeno ja`e.

4. Monta`na oprema Pri izborot na ispora~atelot na OPGW posebno vnimanie treba da se posveti na

monta`nata oprema i priborot za nastavuvawe. Pri dobro dimenzionirano i soodvetno izbrano OPGW, od gledna to~ka na eksploatacija i odr`uvawe, vsu{nost samo vo ovaa oprema ima razlika vo odnos na klasi~noto za{titno ja`e. OPGW ne trpi sili na gme~ewe, a osetliv e i na svitkuvawe. Sekoi proizvoditel dava podatok za takanara~eniot minimalen radius na svitkuvawe, koj vsu{nost se dol`i na istiot parametar vrzan za opti~kite vlakna. Namesto klasi~nite kompresioni nastavci se upotrebuvaat posebni dr`a~i od spiralni ~eli~ni `ici, koi gi opfa}aat ja`iwata so implementirana optika.

Na slikite 9, 10 i 11 se prika`ani tipi~ni re{enija za prifa}awe na ja`eto na nose~ki stolb i na zategnuva~ki stolb so nastavuvawe i bez nastavuvawe.

P35-05 6/7

Sl. 9

ssss

Sl. 10

Sl. 11 5. Eksplatacioni iskustva OPGW vo Republika Makedonija e instaliran na noviot 400 KV-en dalekovod me}u Skopje i Bitola. Izbranoto ja`e e od tipot 120AY/70ACS so ~eli~no cev~e vo prviot sloj

P35-05 7/7

na so aluminium presle~enite ~eli~ni `ici (Sl.8). Ja`eto e so 12 monomodni opti~ki vlakna i so 37 nastavci na relacija dolga okulu 115 Km. Na slikata 12, prika`ano e mereweto na slabeewe na edno od vlaknata, po izminati 2 godini eksploatacija so opti~ki reflektomat. Mereweto e izvr{eno na branova dol`ina od 1550nm, pri {to e izmereno slabeewe od 0,227 dB/Km, {to e ednakvo na od fabrika garantiranite vrednosti.

Sl. 12

6. Zaklu~oci Opti~kite za{titni ja`iwa ne se bauk vo Elektrostopanstvo na Makedonija. Nivnata primena pri izgradba na novi dalekovodi vo dene{no vreme e bez nikakov rizik. Investicioniot objekt go poskapuvaat minimalno, a usvojuvajki unifikacija na koristenite kombinirani za{titni ja`iwa na 110 KV-no nivo, na primer 95AY/55ACS, se namaluvaat i tro{kovite za odr`uvawe.,So primena na soodvetni damperi na vibracii, o~ekuvaniot eksploatacionen vek treba da e i pogolem od istiot na dene{nite za{titni ja`iwa na ova naponsko nivo, . Na 400 KV-no nivo rizik prakti~no i ne postoj (vo Makedonija prekin na za{titno ja`e na 400 KV-en dalekovod ne e registriran). Problemot stanuva znatno poslo`en koga se raboti za zamena na postojnoto za{titno ja`e na 110 KV, bidejki pove}eto postojni za{titni ja`iwa se so presek 50mm² Fe. Zapazuvajki gi fizi~kite karakteristiki na pogolemoto ja`e, ne e vozmo`no da se predvidi dvoslojno ja`e, osobeno ne so kombinacija na aluminium. Za da sepak se podobrat elektri~nite karakteristiki, neophodno e da se bara konstrukcija od ACS `ici i sredi{na so laser zavarena ~eli~na cevka (mo`na e aluminiumska cevka, no toga{ poradi podebeliot yid na aluminiumskata cevka, znatno bi se namalil maksimalniot broj na opti~ka vlakna koi mo`at da se smestat). So ova normalno i o~ekuvaniot eksploatacionen vek bi se namalil (so o{tetuvawe na aluminiumskata presleka na `icite, mo`na e pobrza korozija), no imajki vo predvid deka se raboti za dalekovodi koi se ve}e relativno dolgo vo upotreba, postaveniot OPGW sigurno }e ja nad`iveeko neophodnata sledna rekonstrukcija. Za razmisluvawe e i eventualnata primena na OPPC, odnosno optika vo faznoto ja`e.

Refernci 1.Optical ground wire – A worldwide technical survey and comparison (International wire & cable Proceedings 1993)

2.High-voltage overhead wires with optical fibres - A new ground wire concept 3.Bidding documents to Tender on OPGW (Loan nr. 4287 MK) 4.Protocol of attenuation measurement with OTDR in ESM