Кабели оптические самонесущие 1 волокно

Кабели оптические самонесущие одномодовые (ОКСН): конструкция, применение и технические аспекты

Кабель оптический самонесущий (ОКСН), часто обозначаемый международным термином ADSS (All-Dielectric Self-Supporting), представляет собой волоконно-оптический кабель, предназначенный для подвеса на воздушных линиях электропередачи (ВЛ) и связи без использования троса-несущего элемента. Его ключевая особенность — полностью диэлектрическая конструкция, что позволяет монтировать его на фазных проводах, грозозащитных тросах или на отдельно стоящих опорах в зоне влияния сильных электромагнитных полей. Конструкция кабеля рассчитана на восприятие собственного веса и внешних механических нагрузок (ветер, гололед) в течение всего срока службы, который составляет не менее 25 лет.

Конструктивные элементы ОКСН 1 волокно

Несмотря на наличие всего одного оптического волокна, конструкция кабеля является многослойной и сложной, что обеспечивает защиту хрупкого волокна и необходимые механические характеристики.

• Центральный силовой элемент (ЦСЭ): Основной несущий компонент. Выполняется из стеклопластикового прутка (FRP – Fiber Reinforced Plastic), обладающего высокой прочностью на разрыв, легкостью и абсолютной неэлектропроводностью. ЦСЭ воспринимает растягивающие нагрузки при подвесе.
• Оптическое волокно: В кабеле используется одномодовое волокно стандарта G.652.D (стандартное с подавленной дисперсией) или, реже, G.657.A1/A2 (с улучшенными характеристиками на изгиб). Волокно помещается в буферное покрытие (первичный буфер) диаметром 250 мкм.
• Модульная структура: Одно волокно в буфере, как правило, свободно укладывается в трубке-модуле из полибутилентерефталата (PBT). Для кабеля с одним волокном часто используется компактная конструкция, где волокно в буфере может быть непосредственно окружено следующим слоем. Однако наличие модуля (даже минимального диаметра) обеспечивает дополнительную защиту от микроизгибов и облегчает идентификацию.
• Внутренняя защитная оболочка: Полимерная оболочка, накладываемая экструзионным способом поверх ЦСЭ и оптического модуля. Формирует круглую форму кабеля, фиксирует элементы и защищает от проникновения влаги. Часто выполняется из полиэтилена (ПЭ).
• Силовые армирующие нити (арамид): Поверх внутренней оболочки накладываются пучки высокопрочных арамидных (кевларовых) нитей. Они являются ключевым элементом, обеспечивающим механическую прочность кабеля на разрыв и стойкость к ветровым и гололедным нагрузкам. Их количество рассчитывается исходя из требуемой допустимой растягивающей нагрузки (ДРН) кабеля.
• Внешняя защитная оболочка: Наружный слой, определяющий стойкость кабеля к ультрафиолетовому излучению, перепадам температур и атмосферным воздействиям. Для ОКСН применяются специальные составы полиэтилена (PE) или, что критически важно для подвеса на ВЛ выше 110 кВ, трекингостойкой композиции на основе полиэтилена (AT – Anti-Tracking) или полиамида (PA12). Выбор оболочки зависит от уровня напряжения линии и ожидаемой напряженности электрического поля в точке подвеса.

Ключевые технические характеристики и расчетные параметры

Проектирование и выбор ОКСН требуют учета комплекса взаимосвязанных параметров.

Механические и климатические параметры

• Допустимая растягивающая нагрузка (ДРН): Максимальная длительная нагрузка, которую кабель может выдерживать без повреждений и необратимого изменения затухания. Обычно находится в диапазоне 10-40 кН для кабелей малого сечения.
• Максимально допустимое усилие натяжения (МДУ): Кратковременная нагрузка, возникающая при монтаже или обледенении. Превышать ее запрещено.
• Модуль упругости (EA): Произведение модуля Юнга на площадь силовых элементов. Определяет величину удлинения кабеля под нагрузкой. Критически важно для расчета стрелы провеса.
• Коэффициент линейного расширения (КТЛР): Определяет изменение длины кабеля при колебаниях температуры, что влияет на стрелу провеса.
• Диапазон рабочих температур: Как правило, от -60°C до +70°C.

Оптические параметры

• Затухание: Для одномодового волокна на длине волны 1550 нм типичное максимальное затухание составляет 0,22 дБ/км, на 1310 нм – 0,36 дБ/км.
• Диаметр модового поля/длина волны среза: Стандартные параметры согласно G.652.D.

Электрические параметры (для подвеса на ВЛ)

• Уровень напряжения ВЛ: Определяет выбор материала внешней оболочки (PE, AT, PA).
• Напряженность электрического поля в точке подвеса: Расчетный параметр, зависящий от напряжения ВЛ, типа опоры, расположения фаз, точки крепления кабеля (под фазой, под тросом, на стволе опоры). При высоких значениях (обычно >12-15 кВ/см) требуется оболочка с трекингостойкими свойствами.

Таблица: Сравнение типов оболочек ОКСН для разных условий подвеса

Тип внешней оболочки	Материал	Рекомендуемая область применения	Ключевое свойство
PE (Полиэтилен)	Полиэтилен средней плотности	ВЛ до 35 кВ, линии связи, подвес на отдельно стоящих опорах вне зоны сильного электрополя.	Хорошая стойкость к УФ, влаге, перепадам температур. Не трекингостойкая.
AT (Anti-Tracking)	Трекингостойкая полиэтиленовая композиция	ВЛ 35-220 кВ (напряженность поля до ~20-25 кВ/см). Наиболее распространенный вариант.	Подавление поверхностных токов утечки и предотвращение образования проводящих треков (пробоев) под действием загрязнения и влаги.
PA (Полиамид 12)	Полиамид-12	ВЛ 330 кВ и выше, зоны с экстремально высокой напряженностью поля (>25 кВ/см), сильно загрязненные промышленные зоны.	Высшая степень трекинго- и эрозионной стойкости. Более высокая стоимость.

Проектирование, монтаж и эксплуатация

Установка ОКСН требует тщательного инженерного расчета. На этапе проектирования выполняются:

• Выбор точки подвеса на опоре: Определяется расчетом напряженности электрического поля. Чем выше напряжение ВЛ, тем ниже рекомендуется точка подвеса (ближе к земле), но с учетом требований габаритов.
• Расчет механической нагрузки: Выполняется в соответствии с методиками, аналогичными расчету проводов ВЛ. Учитываются климатические районы (толщина стенки гололеда, скорость ветра), тип местности, длина пролета.
• Расчет стрелы провеса: Производится для условий монтажа при различной температуре и для максимальных эксплуатационных условий (гололед, ветер). Необходимо обеспечить требуемые габариты до земли и пересечений, а также отсутствие контакта с элементами опоры или фазными проводами.

Монтаж осуществляется специальными монтажными бригадами с применением натяжных устройств, динамометров и роликов. Запрещено превышение МДУ. Крепление к опорам выполняется с помощью специальной арматуры (спиральные виброгасители, зажимы анкерные и промежуточные), рассчитанной на конкретную марку кабеля.

Области применения ОКСН с одним волокном

• Сети релейной защиты и автоматики (РЗА): Основная сфера. Создание надежных, не подверженных электромагнитным помехам каналов связи для передачи команд телеотключения, сигналов телеблокировки и аварийной сигнализации между подстанциями.
• Диспетчерская телеметрия и управление: Передача данных SCADA.
• Небольшие ответвления к удаленным объектам: Для организации связи или передачи данных к удаленной подстанции, трансформаторной подстанции или вышке сотовой связи, где достаточно одного резервированного волокна.
• Резервные или служебные каналы: В магистральных многоволоконных линиях одно волокно может быть выделено под служебную связь или как горячий резерв.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Полная невосприимчивость к электромагнитным помехам и наводкам.
• Отсутствие проблем с грозовыми перенапряжениями, заземлением, опасными потенциалами.
• Возможность подвеса на действующих ВЛ под напряжением без их отключения.
• Высокая скорость строительства трасс по сравнению с прокладкой в грунте.
• Длительный срок службы (от 25 лет).
• Отсутствие металла защищает от краж.

Недостатки и ограничения:

• Чувствительность к механическим повреждениям при монтаже и эксплуатации (выстрелы, падение деревьев, экскаватор).
• Зависимость от состояния опор ВЛ. Реконструкция или демонтаж линии требует переноса кабеля.
• Сложность ремонта в случае обрыва, требующая подъема на опору или спуск кабеля.
• Необходимость тщательного предварительного расчета точки подвеса и механических параметров.
• Ограничение по длине пролета (обычно 100-500 м в зависимости от нагрузки), определяемое механической прочностью.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем ОКСН принципиально отличается от ОКГТ (оптического кабеля, встроенного в грозозащитный трос)?

ОКГТ – это металлический грозозащитный трос (сталеалюминиевый), внутри которого размещены оптические модули. Он выполняет две функции: защиту от грозовых перенапряжений и организацию связи. ОКСН – полностью диэлектрический и функций грозозащиты не выполняет. ОКГТ монтируется вместо стандартного троса на вершине опоры, ОКСН – на отдельном креплении ниже, часто под фазными проводами. ОКГТ требует сложной стыковки и заземления, ОКСН – нет.

Как определить, какую оболочку кабеля (PE, AT, PA) выбрать для конкретной ВЛ 110 кВ?

Окончательный выбор должен быть основан на расчете распределения электрического поля вдоль трассы, особенно в точках максимальной напряженности (около зажимов на опоре). Без детального расчета применяют эмпирическое правило: для ВЛ 110 кВ при подвесе в районе нижней фазы или на стволе опоры, как правило, достаточно оболочки AT. Для подвеса в зоне верхнего троса или в районах с сильным загрязнением атмосферы может потребоваться PA. Для ответственных проектов расчет напряженности поля обязателен.

Можно ли нарастить или срастить ОКСН в пролете?

Прямая сварка с наращиванием в пролете не допускается, так как это нарушит механическую целостность силовых элементов. Ремонт обрыва или вставка выполняются одним из двух способов: 1) Спуск двух концов кабеля на землю, сварка волокна и монтаж механической муфты, восстанавливающей прочность, с последующим повторным подвесом. 2) Установка на опоре специальной соединительной муфты, предназначенной для воздушной линии, с организацией сервисной петли и защитного короба. Это сложная и дорогостоящая операция.

Как учитывается влияние ветра и гололеда на кабель с одним волокном? Не порвется ли он?

Нет, при корректном расчете. Механический расчет ОКСН проводится по тем же нормативным документам, что и для проводов ВЛ (например, СТО 56947007-29.120.70.101-2011). Кабель выбирается так, чтобы его ДРН с запасом перекрывала эквивалентные нагрузки от комбинации гололеда, ветра и собственного веса для конкретного климатического района и длины пролета. Запас прочности закладывается значительный.

Почему для РЗА часто достаточно одного волокна, а не пучка?

Современные цифровые линии РЗА и связи (например, по протоколу IEC 61850) используют одну пару волокон (прием/передача) для организации канала. Одно волокно, работающее на двух длинах волн (например, 1310 нм и 1550 нм) или с использованием дуплексной передачи, может обеспечить один полнодуплексный канал. Для большинства линий связи между двумя подстанциями для основных и резервных систем РЗА достаточно 2-4 волокон. Поэтому ответвление на одну удаленную подстанцию или для одной системы часто выполняют кабелем с минимальным числом волокон (1 или 2) для снижения стоимости.

Какова реальная дальность передачи сигнала по одномодовому ОКСН с одним волокном?

Дальность ограничена не числом волокон, а суммарным затуханием в линии и дисперсионными характеристиками. При использовании передатчиков со стандартными мощностями (0..+3 дБм) и приемниками с чувствительностью порядка -28..-30 дБм, и типичном затухании 0.22 дБ/км на 1550 нм, бюджет мощности позволяет строить линии длиной до 80-100 км без регенерации. С применением усилителей EDFA или построения кольцевых структур с помощью мультиплексоров WDM дальность и емкость можно наращивать.