STIFFNESS OF THE self-supporting OPTICAL CABLES IN THE CONDITIONS OF LOW NEGATIVE TEMPERATURES

Full Text

Надежная и долговечная работа волоконно - оптических линий передачи (ВОЛП) во многом определяется технологией их строительства и конструктивными особенностями применяемых оптических кабелей (ОК) и кабельной арматуры. Одной из важнейших механических характеристик ОК является жесткость. Указанный параметр влияет на прокладку ОК, его минимально допустимые радиусы изгиба в процессе монтажа и зависит от конструкции и условий эксплуатации кабеля. В настоящее время широкое применение получила технология строительства ВОЛП с использованием подвесных ОК, обладающая рядом преимуществ перед прокладкой ОК в канализацию и грунт [1]. Строительство подвесных ВОЛП по опорам контактной сети электрифицированных железных дорог, различных линий электропередач и др. исключает необходимость согласований по отводам земель и по пересечению ВОЛП с другими объектами, что существенно снижает стоимость линейно - кабельных сооружений. В этом случае необходимо учитывать более жесткие условия эксплуатации ОК по сравнению с подземными ВОЛП. В первую очередь следует отметить необходимость обеспечения работоспособности ВОЛП в условиях низких температур (до -600С), что характерно для северных районов России. При этом ОК находится в натянутом состоянии, подвержен воздействию ветровых нагрузок, колебаниям и вибрациям, что увеличивает риск нарушения целостности ОК. С учетом этого, а также больших длин пролетов (подвеска по опорам ЛЭП) возникает необходимость применения самонесущих ОК с допустимой растягивающей статической нагрузкой до 40 кН [2]. На рис. 1 представлена конструкция самонесущего кабеля ОКЛЖ-40 с повышенной стойкостью к растягивающим усилиям. Рис. 1. Конструкция ОКЛЖ производства ЗАО «СОКК»: 1 - наружная полиэтиленовая оболочка; 2 - кевларовые нити; 3 - внутренние полиэтиленовые оболочки; 4 - гиброфобный компаунд; 5 - поясная изоляция; 6 - оптический модуль; 7 - центральный силовой элемент; 8 - оптические волокна При понижении температуры происходят изменения механических характеристик конструктивных элементов кабеля: полиэтиленовых оболочек, центрального силового элемента, модульных трубок и т.д., что приводит к увеличению жесткости ОК. В кабелях модульной конструкции межмодульное пространство и сами модули заполнены гидрофобным компаундом, который становится более густым с понижением температуры. Это также может служить причиной увеличения жесткости подвесного ОК рассматриваемого типа. Сказанное выше доказывает актуальность темы исследования изменения жесткости самонесущих ОК при низких отрицательных температурах с учетом наличия гидрофобного компаунда. Анализ зависимости жесткости ОК от температуры Исследования жесткости подвесных ОК в условиях низких температур проводились на образцах ОК типа ОКЛЖ имеющих различную стойкость к растягивающим усилиям [3]. Образцы №1 и №2 имели один слой кевларовых нитей, внешнюю полиэтиленовую оболочку и стойкость к растяжению 15 и 35 кН соответственно. Образец №3 имел два слоя кевларовых нитей, внутреннюю и внешнюю полиэтиленовые оболочки, и стойкость к растяжению 40 кН (см. рис. 1). Межмодульное пространство и модули были заполнены гидрофобным гелем. На рис. 2 представлены зависимости жесткости указанных самонесущих ОК от температуры с учетом ее низких отрицательных значений [4]. Рис. 2. Зависимость жесткости Вср от температуры для образцов кабелей: 1 - ОКЛЖ-40, 2 - ОКЛЖ-35, 3 - ОКЛЖ-15 Результаты исследований позволяют выделить три характерных области. Первая область соответствует диапазону температур от положительных до -1°С. Этому интервалу для всех трех образцов характерно монотонное (практически линейное) изменение жесткости с низкими значениями температурного градиента жесткости (менее 0,05 Нм2/°C). Вторая область охватывает диапазон от -10С до -11°С. Для нее температурный градиент жесткости составил (0,2…0,3) Нм2/°С для образцов №1 и №2 и 0,6 Нм2/°С - для образца №3, что выше, чем для первой. При этом, изменение жесткости относительно начала температурного диапазона составила (20…30)% для образцов 2 и 3 и 90 % - для образца №1. Третья область определяется диапазоном температур от -11°С до -25°С. Температурный градиент жесткости данной области аналогичен первой (<0,05 нм2/°C), что свидетельствует о слабовыраженной ее зависимости от понижения температуры. Однако для всех трехобразцов абсолютные значения жесткости существенно превышают величины, соответствующие положительным температурам. Таким образом, в области от -1°С до -11°С для всех трех образцов ОК наблюдается резкое увеличение жесткости при понижении температуры. Влияние конструктивных особенностей самонесущих кабелей на температурные изменения жесткости целесообразно оценить по относительному изменению жесткости определяемому в соответствии с соотношением. , (1) где - жесткость ОК при температуре +220С [Н∙м2]; - измеренная жесткость ОК при заданной температуре [Н∙м2]. Зависимости от температуры для ОК с различной стойкостью к растяжению приведены на рис. 3. Рис. 3. Зависимость изменения жесткости кабеля Вср при понижении температуры по сравнению с жесткостью ОК при температуре +22°С: 1 - ОКЛЖ-40, 2 - ОКЛЖ-35, 3 - ОКЛЖ-15 Здесь также можно выделить диапазон от -1°С до -11°С как область, для которой динамика изменения относительной жесткости значительно превышает ее значения в прилегающих температурных областях. Однако если на рис. 2 прогнозируемая большая величина абсолютной жесткости ОК во всех трех температурных областях соответствует образцу №3 (ОКЛЖ-40), то на рис. 3 большее изменение относительной жесткости соответствует облегченному самонесущему ОК типа ОКЛЖ-15. Рассмотрим изменения жесткости основных конструктивных элементов самонесущих ОК в исследуемом диапазоне температур. При изготовлении защитных оболочек ОК, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур, применяется полиэтилен с температурой стеклования ниже -60°С [5]. Изменение структуры полимера оболочек до этих значений температуры не происходит и, следовательно, неоправданно ожидать изменения температурного градиента жесткости во второй области. Модульные трубки изготавливаются из полибутилентерефталата (ПБТ), температура стеклования которого выше комнатной [5]. Поэтому при температурах ниже 0°С резких изменений жесткости не должно наблюдаться [6-7]. Влияние гидрофобного компаунда на жесткость ОК в диапазоне отрицательных температур может быть оценено при сопоставительном анализе результатов исследований ОК, содержащих в своей конструкции гидрофобный гель и при его отсутствии. На рис. 4 представлены экспериментальные данные измерений температурных зависимостей жесткости ОК облегченной конструкции без гидрофобного заполнения приведенные в [8]. Рис. 4. Экспериментальные данные изменений жесткости ОК не содержащих гидрофобного заполнения: 1-4 - ОК без гидрофобного заполнения с разным числом ОВ Представленные на рис. 4 зависимости не содержат изменения температурного градиента жесткости в области 0°С. К аналогичным результатам приводит анализ экспериментальных данных исследования жесткости оптических модулей в диапазоне температур, содержащих гидрофобный гель и без него [9]. Заключение В работе представлены результаты анализа данных экспериментальных исследований влияния гидрофобного заполнителя на жесткости оптического кабеля. Показано, что для кабелей рассмотренных конструкций наличие гидрофобного геля увеличивает температурный градиент жесткости в диапазоне температур от -1°С до -11°С. Это, в свою очередь, является причиной резкого увеличения абсолютной и относительной жесткости самонесущих ОК в диапазоне низких отрицательных температур.

About the authors

Ivan Nikolaevich Alekhin

Povolzhskiy State University of Telecommunication and Information

Email: vania-alexin@yandex.ru

Vladimir Semenovich Baskakov

Povolzhskiy State University of Telecommunication and Information

Email: vowa.bvs44@yandex.ru

Tatiana Gennadyevna Nikulina

Povolzhskiy State University of Telecommunication and Information

Email: mars.samara@mail.ru

References

Supplementary files