Кабели оптические для прокладки на опорах: конструкция, типы, нормы и практика применения

Кабели оптические, предназначенные для прокладки на опорах (воздушной прокладки), представляют собой специализированный класс кабельной продукции, сконструированный для эксплуатации в условиях открытой атмосферы с креплением на опорах линий электропередачи, связи, освещения или специальных стойках. Их ключевая задача – создание магистральных и распределительных сегментов волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) в сетях электросвязи, телемеханики, релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем с максимальным сокращением затрат и сроков строительства по сравнению с подземной прокладкой.

Конструктивные особенности и обязательные элементы

Конструкция оптического кабеля для воздушной прокладки является компромиссом между минимальным весом, механической прочностью, устойчивостью к климатическим воздействиям и долговечностью. От кабелей для внутренней или подземной прокладки их отличает наличие нескольких критически важных элементов.

• Оптический модуль: Центральный силовой элемент (ЦСЭ), выполненный из стеклопластика или арамидных нитей, вокруг которого размещены оптические волокна в свободном буфере. Часто волокна укладываются в модули, которые скручиваются вокруг ЦСЭ. Количество волокон варьируется от 2 до 144 и более.
• Внешняя оболочка: Изготавливается из полиэтилена (PE) черного цвета, стойкого к ультрафиолетовому излучению. Для повышения устойчивости к растрескиванию под напряжением используется сшитый полиэтилен (XLPE). Оболочка содержит стабилизаторы УФ-излучения и ингибиторы окисления.
• Армирующие элементы: Для восприятия механических нагрузок (растяжение, ветровые и гололедные) кабель обязательно содержит силовые элементы. Это могут быть:
  • Параллельные армирующие прутки (стержни) из стеклопластика или фибергласса, встроенные в оболочку.
  • Слой арамидных (кевларовых) нитей, наложенный под оболочку.
  • Диэлектрический силовой элемент из стеклопластика, выполняющий также роль ЦСЭ.
• Гидрофобный заполнитель: Все межмодульные и внутримодульные пространства заполняются тиксотропным гелем, препятствующим продольному распространению влаги при повреждении оболочки.
• Встроенный трос (OPGW, ADSS, ОКГТ): В отдельных типах кабелей силовым элементом выступает стальной трос, либо кабель интегрирован в грозозащитный трос (OPGW).

Классификация и основные типы кабелей для воздушной прокладки

Классификация проводится по способу подвеса и взаимодействию с опорной инфраструктурой.

1. Самонесущие оптические кабели (ADSS – All-Dielectric Self-Supporting)

Полностью диэлектрический кабель, не содержащий металлических элементов. Способен самостоятельно выдерживать механические нагрузки от собственного веса, ветра и гололеда на протяжении расчетных пролетов (обычно 70-150 м). Крепится к опорам с помощью специальной арматуры (зажимы, спиральные виброгасители). Ключевой параметр – допустимое растягивающее усилие (ДРУ). Существует два основных типа оболочки ADSS-кабеля для разных зон навеса на опоре ЛЭП:

• Для зоны, свободной от электрического поля (вне фазного провода): Стандартная полиэтиленовая оболочка.

Для зоны, подверженной воздействию электрического поля (под фазным проводом): Оболочка из трекингостойкого полиэтилена, устойчивого к электрической эрозии от коронного разряда и утечек тока в условиях загрязнения и влаги.

2. Оптический кабель, встроенный в грозозащитный трос (ОКГТ / OPGW – Optical Ground Wire)

Представляет собой комбинированный элемент: внешняя часть – это грозозащитный трос из алюминиевых или алюмостальных проволок, защищающий линии электропередачи от грозовых перенапряжений; внутренняя часть – герметичная трубка с оптическими волокнами. Устанавливается вместо стандартного грозозащитного троса на вершинах опор ВЛ высокого напряжения (35 кВ и выше). Требует специальных знаний для проектирования и монтажа, связанных с электрическими параметрами ВЛ.

3. Оптический кабель, навиваемый на грозозащитный трос или фазный провод (ОКН / WRAP – Wrapped Cable)

Легкий диэлектрический кабель, который спирально навивается с помощью специальной машины на существующий несущий элемент – грозозащитный трос, фазный провод или стальной трос-посыльный. Не требует расчета на механическую прочность, так как основную нагрузку несет опорный элемент. Применяется для оперативной организации ВОЛС на уже существующих линиях.

4. Оптический кабель с вынесенным силовым элементом (ОКС / Figure-8 Cable)

Конструкция, в которой оптический модуль и силовой элемент (стальной или диэлектрический трос) объединены общей внешней оболочкой в форме «восьмерки». Такой кабель подвешивается за силовой элемент, что упрощает монтажную арматуру. Часто используется в сетях связи на отдельно стоящих опорах.

Ключевые технические и эксплуатационные параметры

Выбор кабеля для конкретного проекта требует анализа следующих параметров:

Параметр	Описание и типовые значения	Значение для проектирования
Количество и тип оптических волокон	SM G.652.D (стандартное), G.657.A1/A2 (с изгибом), MM OM1/OM2. Количество: 2, 4, 8, 12, 16, 24, 48, 72, 96, 144.	Определяет пропускную способность и резервирование линии.
Допустимое растягивающее усилие (ДРУ), кН	Для ADSS: от 6 до 30 кН и более. Указывается для монтажа (кратковременное) и эксплуатации (длительное).	Определяет максимальную длину пролета и климатические условия (гололедная нагрузка, ветер).
Модуль упругости (EA), кН	Произведение модуля Юнга на площадь сечения силовых элементов. Характеризует жесткость кабеля на растяжение.	Влияет на величину стрелы провиса и гасит вибрации.
Коэффициент линейного расширения, 1/°C	Для ADSS: ~1.5-2.0 10-6. Значительно ниже, чем у стальных тросов.	Определяет изменение стрелы провиса и натяжения при колебаниях температуры.
Диапазон рабочих температур, °C	Стандартно: от -60 до +70. Для монтажа: обычно не ниже -20.	Определяет климатическую зону применения.
Минимальный радиус изгиба	Обычно 20-25 наружных диаметров кабеля при монтаже и 10-15 диаметров в эксплуатации.	Критичен при прокладке по трассе с поворотами и при укладке на муфты.

Нормы проектирования и монтажа

Проектирование ВОЛС на опорах регламентируется рядом нормативных документов, включая ПУЭ (для линий электропередачи), СНиП, отраслевые стандарты (СТО) и рекомендации МСЭ-Т. Основные аспекты:

• Выбор трассы и типа опор: Используются существующие опоры ЛЭП, связи или специально установленные. На ВЛ необходимо согласование с владельцем линии и определение зоны подвеса (для ADSS).
• Расчет механической части: Обязательный этап, включающий:
  • Определение климатических районов по ветру и гололеду (по картам районирования).
  • Выбор типа кабеля и расчет его механических характеристик (ДРУ, EA).
  • Расчет максимально допустимых пролетов, стрел провиса при различных температурах и нагрузках.
  • Проверка габаритов до земли и пересечений с инженерными сооружениями.
• Монтажные работы: Включают раскатку кабеля (обычно с подвижной платформы), его подъем на опоры, натяжение с помощью динамометров до проектного усилия, крепление с помощью специальной арматуры (зажимы, спирали). Для OPGW требуется полная остановка ВЛ или использование методов под рабочим напряжением.
• Заземление и защита: Металлические элементы арматуры и брони (если есть) подлежат заземлению на каждой опоре. На подходах к станциям устанавливаются устройства защиты от перенапряжений (УЗП).

Преимущества и недостатки воздушного способа прокладки

Преимущества:

• Значительно более низкая стоимость строительства (в 2-4 раза) по сравнению с кабельной канализацией или прокладкой в грунт.
• Высокая скорость строительства и ввода в эксплуатацию.
• Упрощенный доступ для визуального осмотра и локализации повреждений.
• Возможность использования уже существующей инфраструктуры опор (ЛЭП, связи).

Недостатки и риски:

• Подверженность внешним воздействиям: ураганный ветер, гололед, падение деревьев, вандализм, ДТП с опорами.
• Влияние на долговечность кабеля ультрафиолетового излучения, окисления, перепадов температур.
• Для ADSS на ВЛ – риск электрической эрозии в зоне сильного электрического поля.
• Ограничения по максимальной длине пролета и необходимости частого крепления.
• Эстетические соображения в городской черте.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос: Какой тип кабеля выбрать – ADSS или OPGW?

Ответ: Выбор зависит от условий. OPGW применяется при строительстве новых ВЛ высокого напряжения (110 кВ и выше) или реконструкции старых грозозащитных тросов. Это наиболее защищенное и надежное решение для энергетиков. ADSS выбирают для подвески на уже существующих опорах (ЛЭП любого напряжения, связи) без отключения линии, а также на отдельно стоящих опорах. ADSS проще в монтаже, но требует тщательного расчета точки подвеса на опоре ЛЭП.

Вопрос: Как определить необходимое количество волокон в кабеле?

Ответ: Количество волокон определяется проектом связи с учетом перспективы развития на 15-20 лет. Минимальный запас – 100%. Для магистральных линий обычно закладывают 48-144 волокна, для распределительных – 24-48. Часть волокон резервируется, часть может быть использована для сдачи в аренду.

Вопрос: Что важнее при выборе ADSS-кабеля – ДРУ или модуль упругости (EA)?

Ответ: Оба параметра критичны, но для разных аспектов. ДРУ (допустимое растягивающее усилие) определяет механическую прочность кабеля в самых тяжелых условиях (гололед + ветер) и, соответственно, максимальную длину пролета. Модуль упругости (EA) влияет на величину стрелы провиса при изменении температуры и на частоту собственных колебаний, что важно для подбора виброгасителей. Полный механический расчет трассы учитывает оба параметра.

Вопрос: Нужно ли заземлять самонесущий диэлектрический кабель ADSS?

Ответ: Сам кабель заземления не требует, так как не содержит металлических элементов. Однако вся монтажная арматура (натяжные и поддерживающие зажимы, спирали), которая может быть металлической, должна быть заземлена на каждой опоре для выравнивания потенциалов и безопасности при работах на линии.

Вопрос: Как бороться с вибрацией и пляской кабеля на пролетах?

Ответ: Для гашения ветровых вибраций (высокочастотных колебаний с малой амплитудой) применяются спиральные виброгасители (гасители вибрации), которые устанавливаются рядом с зажимами. Для борьбы с низкочастотной пляской (большая амплитуда, обычно при гололеде) используют устройства гашения пляски – демпферы-поглотители с большей массой и длиной. Их установка и расчет также входят в проект.

Вопрос: Каков типичный срок службы оптического кабеля на опорах?

Ответ: Гарантийный срок, устанавливаемый производителями, обычно составляет 25-30 лет. Фактический срок службы при корректном проектировании, монтаже и отсутствии форс-мажорных повреждений может превышать 40 лет. Наибольшее влияние на старение оказывает УФ-излучение и термические циклы, поэтому качество внешней оболочки – ключевой фактор долговечности.

Заключение

Применение оптических кабелей для прокладки на опорах является экономически и технически обоснованным решением для быстрого развертывания высокоскоростных линий связи, систем телемеханики и релейной защиты. Успех проекта зависит от грамотного выбора типа кабеля (ADSS, OPGW, ОКН и др.), проведения тщательного механического расчета трассы с учетом всех климатических нагрузок и строгого соблюдения технологий монтажа. Понимание конструктивных особенностей, норм проектирования и эксплуатационных ограничений каждого типа кабеля позволяет построить надежную и долговечную волоконно-оптическую линию связи, интегрированную в существующую инфраструктуру опорных сооружений.