Основные положения по проектированию ВОЛП-ВЛ

5.5.1 Общие положения

Все элементы ОК: оптические волокна, гидрофобное заполнение, силовые элементы, поясная изоляция и наружная оболочка могут быть изготовлены из диэлектрических материалов. Такие, полностью диэлектрические кабели могут быть подвешены на опоры высоковольтных воздушных линий электропередачи, так как они менее подвержены опасному воздействию мощных электромагнитных полей, чем металлические кабели связи. Очевидны достоинства такого варианта сооружения ВОЛП по сравнению с традиционным способом прокладки кабеля в грунт: отсутствие необходимости отвода земли, уменьшение сроков строительства, уменьшение количества повреждений в регионах с высоким уровнем урбанизации, снижение капитальных и эксплуатационных затрат в регионах с тяжелыми грунтами, объединение финансовых ресурсов нескольких ведомств.

В настоящее время разработано 4 типа оптических кабелей для подвески на ВЛ:

- самонесущие ОК;

- ОК, навиваемые на фазовый провод;

- ОК, встроенные в фазовый провод;

- ОКГТ.

На магистральной и внутризоновых ВОЛП рекомендуется использовать ОКГТ, выполняющий функции и грозозащитного троса и функции круглой проволочной брони кабеля связи. Комплексная направляющая система подвешивается на грозостойке опор ВЛ вместо грозотроса.

5.5.2 Указания по выбору ВЛ

5.5.2.1 Для подвески ОКГТ следует использовать ВЛ с номинальным напряжением 110, 220, 330 и 500 кВ.

5.5.2.2 Для подвески ОКГТ на существующих ВЛ следует использовать ВЛ, на которых плотность отказов грозозащитных тросов в результате обрывов на 100 км в год не выше значений, приведенных в таблице 5.1.

 

Таблица 5.1 - Плотность отказов грозозащитных тросов в результате обрывов

 

Напряжение ВЛ, кВ	Плотность отказов
110 220 330 500	0,25 0,09 0,08 0,06

 

5.5.2.3 Типичные конструктивные характеристики высоковольтных ВЛ приведены в таблице 5.2.

 

Таблица 5.2 - Конструктивные характеристики высоковольтных ВЛ

 

Характеристика	Значение
Высота опоры, м Наибольший пролет, м Наименьшее допустимое расстояние между проводами, м	20... 30 650 4,5... 6,5

 

5.5.3 Указания по выбору ОКГТ

5.5.3.1 Требования к конструкции ОКГТ приведены в таблице 5.3.

 

Таблица 5.3 - Требования к конструкции ОКГТ

 

Характеристика	Требование
Конструктивные элементы	Оптические волокна, оптические модули, силовые элементы, сердечник, гидрофобное заполнение, герметичная алюминиевая оболочка, повив из стальных проволок, и/или стальных проволок, плакированных алюминием, и/или проволок из сплава "Алдрей".
Тип оптического сердечника	Модульный, профилированный, профильно-модульный, пространственная спираль.
Металлическая оболочка	Герметичность, влагостойкость, механическая прочность, стойкость к воздействию соляного тумана, гололеда.
Броня (грозотрос)	Стойкость к растягивающим усилиям, стойкость к токам молнии, стойкость к токам короткого замыкания, стойкость к воздействию высоких и низких температур.

 

5.5.3.2 Основные параметры кабеля ОКГТ в целом, его механические, климатические, эксплуатационные и электрические характеристики приведены в таблице 5.4.

 

Таблица 5.4 - Значения параметров ОКГТ

 

Характеристика	Значение
Внешний диаметр кабеля, мм	13... 15
Вес кабеля, кг/км, не более
Максимально допустимая растягивающая нагрузка (45% от RTS) кН, определяемая при 0,4%-ном удлинении, не менее	30
Среднеэксплуатационная нагрузка, кН, не менее	8,75
Модуль упругости, кГ/мм2, не менее	8600
Минимальное раздавливающее усилие, кН/см, не менее	2
Стойкость к изгибным колебаниям с угловым отклонением, градус	30
Стойкость к воздействию энергии короткого замыкания, кА·с	60
Стойкость к воздействию импульсов грозового разряда: амплитуда, кА, не менее Фронт, мкс Длительность, мкс Заряд, Кл	35 2 50 100
Стойкость к воздействию повышенной влажности, %, при температуре 35 °С	98
Диапазоны рабочих температур, °С Максимальная Минимальная	+60 -60
Допустимое обратимое увеличение коэффициента затухания, дБ/км, в диапазоне низких температур от -50 до -60 °С, не более	0,05
Срок службы, лет, не менее	25

 

5.5.3.3 Проектирование ВОЛП-ВЛ ОКГТ следует проводить в соответствии с [23].

5.5.3.4 Количество оптических волокон в ОКГТ следует определять с учетом перспективы роста трафика.

5.5.4 Рекомендации по ТЭО строительства ВОЛП-ВЛ.

5.5.4.1 На этапе эскизного проектирования разрабатывается ТЭО строительства ВОЛП-ВЛ. ТЭО должно базироваться на сопоставлении подвесного варианта ВОЛП с традиционным подземным. При сопоставлении вариантов строительства ВОЛП-ВЛ используются разные критерии: минимум капитальных затрат; минимум приведенных затрат, когда учитываются и капитальные и эксплуатационные затраты; наибольшая ооружения линии, минимизация организационных трудностей при эксплуатации.

Критерий наибольшей скорости сооружения применяется, как правило, для линий передачи специального, а не коммерческого назначения. Последний из перечисленных выше критериев не может быть выражен количественно и должен учитываться отдельно.

5.5.3.2 Важнейшим фактором, определяющим объем капитальных затрат, является сложность трассы прокладки (подвески) оптического кабеля. С повышением категории грунта повышаются требования к механической прочности кабеля, а, следовательно, и его стоимость, а также стоимость СМР. Это обстоятельство иллюстрируется типичными данными удельной стоимости кабеля и СМР, приведенными в таблице 5.5.

 

Таблица 5.5 - Удельная стоимость кабеля и СМР

 

Тип кабеля (допустимое растягивающее усилие, кН)	Стоимость, тыс.долл./км, для вариантов
	Подземный		Подвесной
	Кабель	СМР	Кабель	СМР
Тип 4 (2,7)	4,05	-	-	-
Тип 3 (7,0)	4,42	10,45	8,2	8,7
Тип 2 (20,0)	5,81	-	-	-
Тип 1 (80,0)	13,52	14,74	10,0	10,52

 

Из данных таблицы 5.5 следует, что стоимости и кабеля и СМР увеличиваются пропорционально увеличению требуемой механической прочности кабеля.

5.6 Инженерный расчет показателей надежности ВОЛП

5.6.1 Исходные данные для расчета и основные расчетные соотношения

Требуемые показатели качества и надежности для МСП, ВзПС и СМП ВСС РФ с максимальной протяженностью L_M (без резервирования) приведены в таблицах 5.6, 5.7, 5.8 в соответствии с [1].

 

Таблица 5.6 - Показатели надежности для МСП, L_M = 200 км

 

Показатель надежности	Канал ТЧ или ОЦК независимо от применяемой системы передачи	Канал ОЦК на перспективной цифровой сети	АЛТ
Коэффициент готовности	> 0,997	> 0,9994	0,9987
Среднее время между отказами, час	> 400	> 7000	> 2500
Время восстановления, час	< 1,1	< 4,24	см. примечание

 

Таблица 5.7 -Показатели надежности для ВзПС, L_M = 1400 км

 

Показатель надежности	Канал ТЧ или ОЦК независимо от применяемой системы передачи	Канал ОЦК на перспективной цифровой сети	АЛТ
Коэффициент готовности	> 0,99	> 0,998	0,99
Среднее время между отказами, час	> 111,4	> 2050	> 350
Время восстановления, час	< 1,1	< 4,24	см. примечание

 

Таблица 5.8 - Показатели надежности для СМП, L_M = 12500 км

 

Показатель надежности	Канал ТЧ или ОЦК независимо от применяемой системы передачи	Канал ОЦК на перспективной цифровой сети	АЛТ
Коэффициент готовности	> 0,92	> 0,982	0,92
Среднее время между отказами, час	> 12,54	> 230	> 40
Время восстановления, час	< 1,1	< 4,24	см. примечание
Примечание: Для оборудования линейных трактов на МСП, ВзПС и СМП должно быть: время восстановления НРП - Тв нрп < 2,5 час (в том числе время подъезда - 2 часа); время восстановления ОРП, ОП - Тв орп < 0,5 час; время восстановления ОК – Тв ок < 10 час (в том числе время подъезда 3,5 часа).

 

Среднее число (плотность) отказов ОК за счет внешних повреждений на 100 км кабеля в год (по статистике повреждений на коаксиальных кабелях из опыта эксплуатации на магистральной сети первичной связи России) равно:

m = 0,34

тогда интенсивность отказов ОК за 1 час на длине трассы ВОЛП L определится как:

В начальный период использования ВОЛП-ВЛ, до 2010 года, пока не получены наделение эксплуатационные показатели надежности ОКГТ, следует принимать во внимание экстраполированные показатели надежности ОКГТ, приравнивая их к соответствующим эксплуатационным показателям надежности грозозащитных тросов.

Плотность отказов грозозащитных тросов в результате обрывов на 100 км В Л в год приведена в таблице 5.9.

Нормативное время восстановления на ВЛ напряжением 110 и 220 кВ составляет 12,4 часа, а на ВЛ-300 и ВЛ-500 - 6,2 часа.

Ожидаемые значения показателей надежности ОКГТ, экстраполированные по эксплуатационным показателям надежности грозозащитных тросов, приведены в таблице 5.10.

 

Таблица 5.9 - Плотность отказов грозозащитных тросов в результате обрывов

 

Напряжение ВЛ, кВ	Плотность отказов
110 220 330 500	0,22... 0,25 0,06... 0,09 0,05... 0,08 0,03... 0,06

 

Таблица 5.10 - Ожидаемые значения показателей надежности ОКГТ

 

U, кВ	m	Тв, ч	Кг 1	Т 1, ч	TL, ч	Kг L
110	0,25	12,4	0,99965	35028	240	0,9508
220	0,09	12,4	0,99987	97321	688	0,9823
330	0,08	6,2	0,99994	112301	802	0,9923
500	0,06	6,2	0,99995	134763	963	0,9936

 

Учитывая высокую надежность современной аппаратуры ЦСП, целесообразно принять значение коэффициента готовности кабельной линии 0.985, а аппаратуры -0,995. Тогда на подземной кабельной линии должны обеспечиваться следующие показатели:

- коэффициент готовности - не менее 0,985;

- среднее время между отказами не менее 340,5 часов;

- среднее время восстановления - не более 5,2 часов;

- плотность повреждений - не более 0,1823.

Учитывая особенности технической эксплуатации ВЛ, среднее время восстановления следует принять равным не более 6,2 часа, а соответствующее значение наработки между отказами не менее 304 часов.

Показатели надежности ОКГТ гипотетической ВОЛП-ВЛ протяженностью 13900 км должны быть:

- коэффициент готовности - не менее 0,985;

- среднее время восстановления - не более 6,2 часов;

- наработка между отказами не менее 407 часов.

Показатели надежности ОКГТ на линии длиной 100 км должны быть:

- коэффициент готовности - не менее 0,99989,

- плотность отказов - не более 0,1554.

5.6.3 Расчетные соотношения

При существующей на эксплуатации стратегии восстановления, начинающегося с момента обнаружения отказа (аварии), коэффициент простоя (неготовности) определяется по широко известной формуле:

а коэффициент готовности:

При длине канала (магистрали) L не равным L_M среднее время между отказами определится как:

Среднее время между отказами сетевых трактов N-го порядка по отношению к среднему времени между отказами канала ОЦК определяется как:

При параллельном соединении по надежности элементов системы передачи (например, линейных трактов) имеем в случае, когда коэффициенты простоя их равны К_п, для резервирования по схеме n + m:

где n - число рабочих элементов;

m - число резервных элементов;

l₀ - интенсивность отказов одного элемента системы передачи;

lр - интенсивность отказов устройства переключения на резерв.

Для кольцевой структуры связи, т.е. когда l _р = 0 и m = n = 1, из (2-10) получаем:

Для последовательного соединения по надежности элементов системы передачи (например, участков магистрали или отдельных видов оборудования), суммарный коэффициент простоя равен:

K_п = К_п1 + К_п2 + …

где К_п1, К_п2,... - коэффициенты простоя отдельных элементов системы передачи (например, аппаратуры и кабеля), определяемые в соответствии с выражением (5.6).

Для случаев эксплуатации ВОЛП на основе оптимальной стратегии восстановления, начинающегося с обнаружения предотказового состояния ОТЭ (повреждения), необходимо для инженерных расчетов показателей надежности использовать вместо известного выражения (5.6) другое выражение:

где t ₁ - время подъезда.

5.6.4 Методика инженерного расчета

В ходе расчета сначала вычисляются по данным характеристик надежности отдельных компонентов суммарные показатели надежности всего комплекса ВОЛП с использованием выражений (5.5)...(5.13). Затем полученные величины сравниваются с требуемыми значениями, пересчитанными из действующих норм на типовые

протяженности (L_M) к длине проектируемой линии передачи (L). Информация о характеристиках надежности отдельных компонентов ВОЛП присутствует в технических условиях на них.

Все необходимые для расчета нормы на надежность каналов и оборудования линейного тракта для магистральной, внутризоновых и местных первичных сетей общего пользования ВСС РФ приведены в таблицах 5.6, 5.7, 5.8.

Если рассчитанные показатели надежности проектируемой ВОЛП не удовлетворяют требованиям первичной сети общего пользования, то применяют различные варианты повышения надежности ВОЛП - либо заменяют наименее надежные компоненты ВОЛП на такой же тип оборудования другого производителя (с лучшими показателями надежности), либо вносят изменения в структурную схему организации связи, вводя (по элементам или по линейному тракту на участке переключения), либо организуют эксплуатацию ВОЛП на основе оптимальной стратегии восстановления, что в большинстве случаев, как правило, приводит к такому же эффекту с точки зрения повышения показателей надежности при существенно меньших дополнительных капитальных затратах.

Потом для конкретно из выбранных вариантов повторяется расчет суммарных показателей надежности ВОЛП и снова сравниваются полученные величины с требуемыми значениями.

Эта же методика расчета может быть применима и при проектировании показателей надежности комплекса ВОЛП в целом или отдельных компонентов. Например, часть оборудования, применяемая в составе проектируемой линии передачи, уже жестко определена, а часть оборудования может быть выбрана из ряда предложений различных производителей.

Тогда при использовании расчетных выражений (5.5)...(5.13) и данных таблиц 5.6, 5.7, 5.8 определяют требуемые значения характеристик надежности на отдельные

компоненты ВОЛП. Эти значения при прочих равных условиях могут быть решающим критерием при выборе оборудования того или иного производителя.