EoW January 2010

Техническая статья

2.1 Автоколебания под действием ветра и вибрация из окружающей физической среды Воздушная кабельная линия может подвергаться вибрации двух типов: галопированию («пляске») и эоловой вибрации. Указанные типы вибрации различаются по частоте и амплитуде. Галопирование представляет собой вибрацию, характеризующуюся высокой амплитудойинизкойчастотойколебаний. Эолова вибрация отличается высокой частотой и очень низкой амплитудой колебаний, равной примерно половине величины диаметра кабеля. Оба типа вибрации проиллюстрированы на рис. 2. При определенных условиях может возникать галопирование воздушного кабеля с несущим тросом, поэтому для каждого конкретного условия требуется проведение испытаний. По своему характеру эолова вибрация – явление, редко встречающееся на воздушных кабельных линиях с несущим тросом. Системы с несколькими степенями свободы обычно отличаются слишком высоким уровнем демпфирования, чтобы резонансные колебания на участке между опорами могли развить амплитуду, равную половине величины диаметра кабеля. Несмотря на низкую вероятность развития резонанса воздушного кабеля с несущим тросом до уровня частот, требуемого для возникновения эоловой вибрации, этот кабель может воспроизводить вибрацию из окружающей физической среды, возникающую от таких источников, как участки железнодорожного полотна или автомобильной трассы на мостах или крутых уклонах.

а выбирает всю избыточную длину оптоволоконной ленты и, как следствие, ведет к повреждению волокна. Технология монтажа требует оставлять свободные кабельные петли, что является идеальным способом фиксации лент к кабелю в случае возникновения предельных деформационных нагрузок. Однако, как отмечается в последующих разделах, вероятность того, что деформация кабеля, обусловленная указанными условиями, приведет к возникновению разрушающей нагрузки на оптоволоконную ленту, весьма мала. кабель, используемый в регионах, в которых возможно образование льда, должен обладать устойчивостью к нагрузкам и деформации растяжения, которым он может подвергаться. Национальный свод правил США по безопасному устройству электроустановок (NESC) описывает возможные сценарии образования льда и ветровых режимов по регионам страны [7] . На основании этих данных можно рассчитать величину удлинения кабеля, находящегося в указанных условиях, а также прогнозировать результирующее удлинение оптоволоконных лент. В условиях гололедной нагрузки происходит удлинение кабеля. Если удлинение кабеля превысит величину характерной избыточной длины оптоволоконной ленты кабеля, произойдет втягивание ленты с соседнего участка кабельной сети, как показано в пп. 1 и 2 на рис. 3. В случае превышения величиной удлинения кабеля под действием нагрузки величины характерной избыточной длины оптоволоконной ленты на всех соседних участках между опорами лента может оказаться сильно натянутой за счет использования свободных петель или запаса в кассетах, если свободных петель нет. Это условие распространяется как на кабели с гелезаполненными трубками, такинасухиекабели.Помереослабления гололедной нагрузки в ленте, выбранной с соседних участков кабельной сети, образуется новая, постоянная избыточная длина оптоволоконной ленты кабеля, как показано в п. 3 на рис. 3. При последующем воздействии гололедной нагрузки кабель будет удлиняться, однако ввиду уже существующей избыточной длины оптоволоконной ленты, равной длине кабеля в деформированном состоянии, дополнительного «втягивания» ленты на этот участок происходить не будет (см. п. 4 на рис. 3). Фактически кабель достиг нового положения равновесия. 2.2.1 Гололедная нагрузка Волоконно-оптический

Оптоволоконная лента

Гололедная нагрузка

Остаточная избыточная длина

Рис. 3. ▲ ▲ Режимы гололедных нагрузок

После изучения этого процесса может быть проведен анализ величины удлинения кабеля, полученной избыточной длины оптоволоконной ленты и прочности кабельной конструкции. При выполнении расчета стрелы провеса для данных сценариев с учетом длины воздушного кабеля с несущим тросом и длины пролета между опорами в самом неблагоприятном варианте полученная величина удлинения кабеля составила менее 0,05 % в условиях высоких гололедных нагрузок, предусмотренных нормативами NESC [8] . Исходя из этих данных, необходимо убедиться в том, что кабельная конструкция позволяет обеспечить такую избыточную длину оптоволоконной ленты без потерь на затуханиеибез поврежденияоптических волокон. Величина характерной избыточной длины оптоволоконной ленты рассчитана с превышением указанной величины удлинения кабеля. Время от времени кабель может быть по ошибке выкопан экскаватором или другим землеройным оборудованием, если перед началом работ не соблюдены надлежащие меры предосторожности. Когда это происходит, на весьма ограниченном участке кабельной линии между опорами возникают высокие деформационные напряжения. По предварительным расчетам, длина участка в напряженно- деформированномсостояниисоставляет от 5 до 50 м [4] . На этом участке кабель обычно демонтируется и заменяется на новый. Возникает вопрос о том, какое непосредственное действие оказывает высокая деформационная нагрузка на соседние участки кабельной линии. Согласно оценке подвергнутого деформационному напряжению кабельного участка длиной 50 м, при нагрузке, приближающейся к пределу прочности на разрыв для большинства кабельных конструкций, оптоволоконная лента втягивается с 2.2.2 Землеройные работы на участке кабельной линии

Галопирование Эолова вибрация

Рис. 2. ▲ ▲ Режимы вибрации кабеля

2.2 Деформационные нагрузки Деформационные нагрузки могут быть обусловлены целым рядом различных обстоятельств. В большинстве случаев деформационные нагрузки в кабеле возникают при его установке. После установки кабель также подвергается циклической деформации в результате воздействия гололедной нагрузки или случайного вскрытия при производстве землеройных работ. В каждом случае существенное значение имеет величина смещения оптоволоконных лент. Проблема заключается в том, что смещение оптоволоконных лент не передается на всю длину кабеля,

88

EuroWire – январь 2010 г.