BENDING RESILIENCE STUDY FOR COMMUNICATION CABLES AT THE LOW NEGATIVE TEMPERATURES

Full Text

Введение Вопросы обеспечения высокой надежности медножильных кабелей связи обладают в настоящее время большой актуальностью, поскольку «оптика» на сетях связи сегодня применяется не везде. Например, в сетях фиксированного широкополосного доступа (ШПД), наблюдается следующая ситуация: не более 10% населения в мире подключено к волокну непосредственно, что связано это с достаточно большими затратами на реализацию технологии FTTH [1]. По этой причине многие операторы связи используют менее дорогие технологии FTTB и FTTC, в которых на абонентском участке используются медные кабели с применением высокоскоростного оборудования DSL. Ставку на использование медножильных кабелей при развитии ШПД делают сегодня операторы связи большинства стран Западной Европы. Например, в компании Deutshe Telecom затраты на строительство ШПД на основе VDSL2 на 70% ниже, чем по технологии FTTH [2]. Следует также сказать, что для решения технологических задач на ведомственных сетях связи еще достаточно широко используются симметричные кабели с медными жилами. Отметим, что на сетях связи в России наиболее широко используются медножильные кабели связи четверочной скрутки типа МКПп и МКСА. Весьма часто эти кабели прокладываются и эксплуатируются в сложных, а порой и экстремальных, природно-климатических условиях. Сильные морозы в продолжительный зимний период с низкими температурами осложняют прокладку и эксплуатацию кабелей. Как показывает практика, при монтаже медножильных кабелей связи в районах с низкой отрицательной температурой (в России более 50% территории находится в районах вечной мерзлоты), кабели чаще всего повреждаются в месте их изгиба. В этой связи значительный практический интерес представляет проведение экспериментальных исследований стойкости наиболее широко применяемых кабелей связи типа МКПпАШп и МКСАШп к изгибам при низких отрицательных температурах. Стандарты по испытаниям кабелей при низкой отрицательной температуре Для разработки методики исследований был выполнен анализ методов испытаний кабелей связи на стойкость к низким отрицательным температурам. Рассматривались нормативные и технические документы [3-10]. Рисунок 1. Система испытания кабелей связи при низких температурах Анализ особенностей испытаний при низких температурах, согласно ТУ [3] для симметричных высокочастотных кабелей с пленко-пористой полиэтиленовой изоляцией типа МКП и ГОСТ [4] для симметричных высокочастотных кабелей с кордельно-полистирольной изоляцией типа МКС показал, что выполняется два вида испытаний: - испытание на холодоустойчивость наружного защитного полиэтиленового (ПЭ) шланга; - проверка на воздействие пониженной рабочей температуры окружающей среды (см. рисунок 1). При этом, методики испытаний разрабатывались на основе ГОСТ 7006-72 [5] и ГОСТ 20.57.406-81 [6]. Рассмотрим более подробно методики выполнения указанных выше испытаний. Испытания на холодоустойчивость защитного полиэтиленового шланга Испытание на холодоустойчивость защитного ПЭ шланга [5] проводится на образцах кабеля плотно намотанных на испытательный цилиндр и помещенных в холодильную камеру. Число витков, диаметры испытательных цилиндров и температура испытаний должны быть указаны в технической документации на кабельные изделия. Защитные покровы считают выдержавшими испытания, если шланги не имеют трещин, видимых невооруженным глазом, осмотр образцов проводится без их размотки с испытательных цилиндров после выдержки при температуре (25±10)°С не менее 60 мин. Следует отметить, что намотка образцов на цилиндр проводится при нормальной температуре, затем только образец помещается в климатическую камеру и выдерживается при отрицательной температуре. При этом оценка результатов испытаний - визуальная, по отсутствию трещин на ПЭ оболочке кабеля. Анализ действующих в России нормативно-технических документов показывает, что методика испытаний на холодоустойчивость защитного полиэтиленового шланга согласно ГОСТ 7006-72 [5] почти полностью совпадает с методикой испытаний описанной в стандартах [7-8]. В ГОСТ IEC 60811-504-2015 [7] описывается методика проведения испытаний оболочек кабелей на изгиб при низких температурах для кабелей, имеющих диаметр до 12,5 мм. Кабель аналогично описанной выше методике ГОСТ 7006-72 наматывается плотно несколькими витками на цилиндр. Диаметр цилиндра должен быть в 5 раз больше диаметра кабеля. Число витков также зависит от диаметра кабеля. Контроль результатов испытаний - визуальный, на оболочке кабеля должны отсутствовать трещины. В ГОСТ 17491-80 [8] методика испытаний для кабелей диаметром до 12,5 мм также совпадает с методикой испытаний ГОСТ IEC 60811-504-2015 - кабель также наматывается несколькими витками на цилиндр. Отличиями методики ГОСТ IEC 60811-504-2015 и ГОСТ 17491-80 от ГОСТ 7006 является то, что кабели сначала выдерживаются в климатической камере в распрямленном состоянии, до полного замерзания и только после этого наматываются на цилиндр. При этом вероятность повреждения кабеля будет больше, так как замороженный кабель обладает большей жесткостью. Также следует отметить, что в ГОСТ 17491-80 приводится методика испытаний кабелей, имеющих диаметр выше 12,5 мм. В этом случае используется установка, приведенная на рисунке 2. Рисунок 2. Устройство для проведения испытаний на изгиб при отрицательных температурах кабелей с пластмассовой оболочкой диаметром свыше 12,5 мм: 1 - образец; 2- съемные ролики; 3 - зажимы; 4 - стойка Испытания проводят следующим образом. Образец кабеля выдерживается в распрямленном состоянии при отрицательной температуре 4 час. После выдержки в камере холода образец должен быть подвергнут трем циклам изгиба вокруг роликов в противоположных направлениях со скоростью один изгиб в 3 с. Образец должен быть изогнут на угол не менее 90°. За цикл изгиба принимают изгиб вправо (влево), выпрямление, изгиб влево (вправо) и выпрямление. Кратность диаметров роликов должна быть указана в НТД на кабельные изделия. Методика испытания кабелей на стойкость к внешним воздействующим факторам Рассмотрим теперь, каким образом согласно ТУ и ГОСТ выполняются испытания кабелей на стойкость к внешним воздействующим факторам, а именно к воздействию пониженной рабочей температуры окружающей среды. Для кабелей МКП испытание проводятся на образцах кабеля длиной не менее 1,5 м намотанных в нормальных климатических условиях на цилиндр, имеющий кратность по диаметру 30 диаметров по оболочке кабеля [3]. Концы образцов кабелей должны быть герметично заделаны. Образцы помещают в камеру холода и выдерживают 2 час. при температуре -50°С. После этого выдерживают в нормальных условиях 2 час. и проводят внешний осмотр, затем испытывают напряжением. Для кабелей МКСА испытания проводят аналогичным оьбразом, но при температуре -30°С [4]. Таким образом, все рассмотренные испытания (и на холодоустойчивость защитного полиэтиленового шланга и испытания кабелей на стойкость к внешним воздействующим факторам) проводят практически по одной методике - кабели наматываются на оправку заданного радиуса при нормальной температуре, а затем помещаются в камеру холода и выдерживаются там заданное время. Далее следует визуальный осмотр образцов (при испытаниях на холодоустойчивость защитного полиэтиленового шланга) или проверка напряжением вместе с визуальным осмотром (при испытаниях кабелей на стойкость к внешним воздействующим факторам). Но, как уже было отмечено выше, принципиальным моментом является то, что кабели наматываются на оправки при нормальной температуре. Общеизвестно, что жесткость кабеля меняется при понижении температуры и как следствие возрастает вероятность его повреждения при изгибе. Практика работы в северных регионах России с очень низкими температурами показывает, что наибольший интерес представляет изгиб кабеля, выдержанного в распрямленном состоянии при отрицательно температуре и затем испытанного на изгиб. С учетом этого предлагается за основу взять методику испытания кабеля, описанную в ГОСТ 17491-80 для кабелей с диаметром свыше 12,5 мм. Испытания предлагается проводить для всех образцов кабелей в наиболее жестких условиях, при температуре -60°С с применением оправок с диаметрами равными 30 диаметров кабеля по алюминиевой оболочке, согласно требованиям [3-4]. Помимо внешнего осмотра, предлагается также выполнить испытания образцов кабелей напряжением. Испытания кабелей на стойкость к изгибам при низких температурах Два образца кабелей АО «Самарская кабельная компания» с внешним диаметром 30 мм (МКПпАШп) и 22 мм (МКСАШп) помещались в распрямленном состоянии в климатическую камеру. Затем образцы выдерживались в климатической камере при температуре -60°С в течение 4 час. Рисунок 3. Внешний вид установки для испытаний кабелей на изгиб После выдержки в камере холода образцы подвергались трем циклам изгиба вокруг оправок в противоположных направлениях (см. рисунок 3) со скоростью один изгиб в течение 3 с на специально изготовленной установке (установка изготавливалась в соответствие с требованиями [8]). Образец изгибался на угол 90°. За один цикл изгиба принимался: изгиб вправо, выпрямление, изгиб влево, выпрямление. Радиусы оправок составляли 390 мм для кабеля МКПпАШп и 285 мм для кабеля МКСАШп, что соответствовало 30 диаметрам кабелей по алюминиевой оболочке, согласно требованиям [3-4]. Рисунок 4. Изгиб кабеля на установке на угол 90° Чтобы выполнить три цикла изгиба каждый образец кабеля извлекался из климатической камеры и изгибался за ее пределами на установке (см. рисунок 4). Время после извлечения кабеля и выполнения трех циклов изгиба не превышало 3 мин. [8]. После выполнения трех циклов изгиба выполнялся визуальный осмотр кабеля на наличие или отсутствие повреждений. Затем образцы кабелей выдерживались при нормальной температуре 2 час. и выполнялись испытания напряжением. Образец кабеля считался выдержавшим испытания, если на его поверхности отсутствовали визуально различимые повреждения (трещины) и кабель выдерживал испытание напряжением. После трех циклов изгиба был выполнен визуальный осмотр кабелей. Повреждений на оболочке кабелей не было. Затем образцы кабелей выдерживались 2 час. при температуре +20°С, после чего была выполнена подготовка образцов кабелей к испытаниям напряжением, которые проводились в соответствие с ТУ 16.К17-034-2003 для МКПпАШп и ГОСТ 15125-92 для МКСАШп. В течение 2 мин. испытательное напряжение величиной 2 кВ с частотой тока 50 Гц подавалось между всеми токопроводящими жилами, соединенными вместе, и металлической оболочкой. Оба образца кабелей выдержали испытания напряжением. Заключение По результатам проведенных экспериментальных исследований показана высокая холодостойкость наружной полиэтиленовой оболочки симметричных высокочастотных кабелей связи МКПпАШп с пленко-пористо-пленочной полиэтиленовой изоляцией и симметричных высокочастотных кабелей связи с кордельно-полистирольной изоляцией МКСАШп производства АО «Самарская кабельная компания» к изгибам: кабели выдерживали испытания при изгибе радиусом 30 диаметров кабелей по алюминиевой оболочке при температуре -60°С.

About the authors

Ivan Nikolaevich Alekhin

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics

Email: alekhin-pgati@yandex.ru

Sergey Alexandrovich Gavryushin

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics

Email: sagasg@inbox.ru

Victor Borisovich Popov

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics

Email: inkat@inbox.ru

Tatyana Gennadyevna Nikulina

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics

Email: ntg81@list.ru

Kirill Igorevich Motin

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics

Email: kirill.motin@mail.ru

References

Supplementary files