Кабели оптические подвесные самонесущие

Кабели оптические подвесные самонесущие: конструкция, применение и технические аспекты

Кабели оптические подвесные самонесущие (ОКСН или ADSS – All-Dielectric Self-Supporting) представляют собой класс волоконно-оптических кабелей, предназначенных для подвеса на опорах воздушных линий электропередачи (ВЛ) и связи без использования троса-несущего элемента. Их ключевая особенность – полностью диэлектрическая конструкция, обеспечивающая электрическую нейтральность и возможность монтажа в зоне действия электрического поля высоковольтных линий. Основное назначение – создание магистральных и зоновых волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) на существующей инфраструктуре воздушных линий.

Конструктивные особенности ОКСН

Конструкция ОКСН является компромиссом между оптико-механическими характеристиками, стойкостью к внешним воздействиям и требованиями безопасности при эксплуатации на электроэнергетических объектах.

• Оптический модуль (сердцевина): Центральный силовой элемент (ЦСЭ) из стеклопластикового прутка (GRP – Glass Reinforced Plastic), обеспечивающий высокую прочность на растяжение и стойкость к удлинению. Вокруг ЦСЭ концентрически или повивно уложены оптические волокна в свободных буферных трубках, заполенных гидрофобным гелем. Количество трубок и волокон варьируется.
• Промежуточная оболочка: Внутренняя полимерная оболочка, фиксирующая оптические модули и формирующая круглую форму кабеля.
• Армирующие слои: Ключевой элемент самонесущей функции. Представляет собой слой арамидных (или иных высокопрочных) нитей, наложенных продольно или поперечно. Арамид обладает исключительно высокой удельной прочностью, малым весом и является диэлектриком. Количество нитей рассчитывается исходя из требуемой допустимой растягивающей нагрузки (ДРН).
• Внешняя защитная оболочка: Изготавливается из полиэтилена (PE) для умеренных условий или атмосвостойкого полиэтилена черного цвета (HDPE). Для районов с высокой вероятностью обледенения и в условиях агрессивной среды (промзоны, морское побережье) применяется оболочка из сшитого полиэтилена (XLPE), обладающего повышенной стойкостью к растрескиванию и температурным деформациям.
• Защита от грозовых перенапряжений (только для ВЛ 110 кВ и выше): При прокладке на фазных проводах ВЛ выше 110 кВ в зоне непосредственного влияния сильного электрического поля на оболочке кабеля может накапливаться потенциал, приводящий к электрической эрозии. Для защиты применяют специальные оболочки с полупроводящим слоем (тracking-resistant) или наносят специальные лаковые покрытия, обеспечивающие равномерный стекание тока.

Классификация и маркировка

ОКСН классифицируются по нескольким ключевым параметрам:

• По месту подвеса: В грозозащитном тросе (на отключенном ГТ), на фазном проводе (непосредственно под фазой), на отдельно стоящих опорах связи.
• По климатическому исполнению: Для районов с умеренным (У), холодным (ХЛ) климатом, а также для районов с повышенной гололедной нагрузкой (исполнение «Г»).
• По стойкости к растяжению: Определяется максимальной допустимой растягивающей нагрузкой (МДРН или ДРН), измеряемой в килоньютонах (кН).

Пример маркировки: ОКСН-М-12-Е-04-У-ХЛ-Т

• ОКСН – кабель оптический, самонесущий.
• М – модификация.
• 12 – количество оптических волокон.
• Е – исполнение оболочки (в данном случае – полиэтилен).
• 04 – ДРН, кН (округленно).
• У – для умеренного климата.
• ХЛ – для холодного климата.
• Т – стойкий к тлению (для пожаробезопасных прокладок).

Ключевые технические характеристики

При выборе ОКСН инженеры ориентируются на комплекс параметров, приведенных в технических условиях (ТУ) и проектной документации.

Таблица 1. Основные технические характеристики ОКСН

Параметр	Типовые значения / Единица измерения	Комментарий
Количество ОВ	от 4 до 144 шт.	Наиболее распространены кабели на 12, 24, 48, 96 волокон.
Диаметр кабеля	от 8.5 до 22 мм	Зависит от конструкции и количества ОВ.
Вес	от 80 до 350 кг/км	Низкий вес минимизирует нагрузку на опоры.
Максимальная ДРН (допустимая растягивающая нагрузка)	от 6 до 40 кН и более	Критический параметр для расчета пролетов. Не путать с разрывной нагрузкой.
Модуль упругости (EA)	20 — 60 кН	Характеризует жесткость кабеля при растяжении.
Коэффициент линейного расширения	~ 1.5 10-5 1/°C	Влияет на стрелу провеса при изменении температуры.
Температурный диапазон эксплуатации	от -60°C до +70°C	Зависит от материала оболочки.
Минимальный радиус изгива (при монтаже/эксплуатации)	20 D / 15 D (D – диаметр кабеля)
Затухание ОВ	≤ 0.22 дБ/км на 1310 нм, ≤ 0.36 дБ/км на 1550 нм	Соответствует стандартам на одномодовое волокно G.652.D.

Расчет и проектирование подвеса ОКСН

Проектирование трассы подвеса ОКСН требует выполнения механических расчетов, учитывающих климатические условия района строительства и параметры существующих опор.

• Выбор точки подвеса на опоре: Определяется классом напряжения ВЛ, габаритами опоры и требованиями ПУЭ. На ВЛ 6-35 кВ кабель часто подвешивают под нижним фазным проводом с соблюдением габарита до земли. На ВЛ 110 кВ и выше – в зоне грозозащитного троса (0.3-1.5 метра ниже его).
• Расчет стрелы провеса и нагрузок: Выполняется для трех расчетных условий: при максимальной ветровой нагрузке, при максимальном гололеде и при низшей температуре. Цель – обеспечить соблюдение габаритов до земли и между кабелями, а также отсутствие превышения ДРН кабеля. Расчет ведется по методикам, аналогичным расчету проводов ВЛ, с учетом собственного веса кабеля, веса гололеда и ветрового давления.
• Определение допустимой длины пролета: Является результатом механического расчета. Зависит от ДРН кабеля, климатических условий (толщины стенки гололеда, скорости ветра) и требуемого габарита. Типовые пролеты в умеренной зоне составляют 70-120 метров.

Таблица 2. Зависимость примерного допустимого пролета от ДРН (для умеренной ветро-гололедной нагрузки, габарит ≥ 6 м)

ДРН кабеля, кН	Диаметр кабеля, мм	Примерный максимальный пролет, м
8	11.5	80
12	13.0	100
18	14.5	130
24	16.0	150

Монтаж и эксплуатация

Монтаж ОКСН осуществляется без обесточивания ВЛ, но с соблюдением строгих правил безопасности для работ в охранной зоне действующих электроустановок.

• Подготовка трассы: Разметка точек подвеса на опорах, установка специальных зажимов (спиральных виброгасящих или зажимов с резиновыми вкладышами). Выбор зажима зависит от диаметра кабеля и условий эксплуатации.
• Раскатка: Осуществляется с помощью направляющих роликов, закрепленных на опорах. Применяются методы ручной раскатки, с использованием тяговых лебедок или методом «подвижного блока». Запрещено волочение кабеля по земле, пересечение с неизолированными элементами ВЛ.
• Подъем и закрепление: После раскатки кабель последовательно поднимают на проектную высоту и фиксируют в зажимах. Важно не превысить допустимый радиус изгиба, особенно на угловых опорах.
• Сращивание и оконечивание: Монтаж оптических муфт (проходных и ответвительных) производится, как правило, на опорах в специальных защитных боксах. Измерение затухания и отражений (рефлектометрия) обязательны после монтажа.
• Эксплуатационный контроль: Включает визуальный осмотр состояния зажимов и кабеля, контроль стрелы провеса, измерение параметров ОВ.

Преимущества и недостатки технологии ОКСН

Преимущества:

• Высокая скорость строительства ВОЛС за счет использования готовой инфраструктуры опор.
• Отсутствие затрат на прокладку в грунте (земляные работы, получение разрешений).
• Полная диэлектричность и безопасность при КЗ на ВЛ.
• Высокая надежность и устойчивость к вандализму по сравнению с кабелем, проложенным в грунте.
• Длительный срок службы (более 25 лет).

Недостатки и ограничения:

• Зависимость от электроэнергетической компании-владельца опор и необходимость согласований.
• Механическая уязвимость при стихийных бедствиях (ураган, крупный гололед), риски обрыва от падения деревьев.
• Ограничения по длине пролета и необходимости усиления опор при переходе через инженерные сооружения.
• Возможность электрической эрозии оболочки на ВЛ высокого напряжения без специальных мер защиты.
• Влияние динамки ВЛ (вибрация, пляска проводов) на долговечность подвеса.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем ОКСН принципиально отличается от обычного оптического кабеля, подвешиваемого на тросе?

Обычный ОК для подвеса требует отдельного несущего стального троса (металлического или диэлектрического), к которому он крепится обвязками или в общей оболочке («восьмерка»). ОКСН не имеет внешнего троса – несущая функция интегрирована в его конструкцию за счет силового элемента (ЦСЭ) и слоя арамидных нитей, что делает кабель легче, проще в монтаже и полностью диэлектрическим.

Как определить необходимую ДРН для конкретного проекта?

ДРН выбирается на основе механического расчета трассы, выполняемого проектной организацией. Исходными данными являются: климатический район (ветер, гололед), тип и шаг опор, требуемый габарит до земли, длина анкерных участков. Кабель должен иметь запас прочности, чтобы максимальная расчетная нагрузка в самом тяжелом климатическом режиме не превышала его ДРН.

Можно ли подвешивать ОКСН на опорах контактной сети железной дороги?

Да, это распространенная практика. Однако необходимо учитывать специфику: повышенные вибрационные нагрузки от подвижного состава, возможность блуждающих токов, требования нормативных документов железнодорожного транспорта. Часто применяются кабели с оболочкой из специальных материалов, стойких к истиранию и агрессивной среде.

Что такое «электрическая эрозия» оболочки ОКСН и как с ней бороться?

На ВЛ высокого напряжения (110 кВ и выше) вблизи фазных проводов возникает сильное переменное электрическое поле. Оно наводит потенциал на поверхности диэлектрического кабеля. В местах крепления (зажимах) или при загрязнении/увлажнении оболочки может происходить частичный разряд, постепенно разрушающий материал оболочки. Меры борьбы: применение кабелей со специальной полупроводящей оболочкой, обеспечивающей равномерный стекание тока; установка экранирующих спиралей; правильный выбор точки подвеса (минимизация градиента потенциала).

Как осуществляется переход с воздушного подвеса ОКСН в грунт?

Переход оформляется на конечной или анкерной опоре. Кабель спускается по стойке опоры в защитной гофрированной трубе из полиэтилена низкого давления (ПНД) или в металлической трубе. В нижней части осуществляется переход в бронированный подземный оптический кабель через специализированную переходную муфту, обеспечивающую герметичность и механическую защиту. Место входа в грунт оборудуется защитным колодцем или маркировочным знаком.

Каков порядок согласования подвеса ОКСН на опорах ВЛ с сетевой компанией?

Процедура включает: разработку проекта производства работ (ППР) и проекта организации строительства (ПОС); получение технических условий (ТУ) от владельца ВЛ; согласование проектной документации в службах эксплуатации сетевой компании (служба ВЛ, служба изоляции и перенапряжений, служба связи); заключение договора на техническое присоединение и использование инфраструктуры. Ключевым является соблюдение всех норм ПУЭ и правил безопасности.