Среднее значение параметров надежности в различных регионах

Регион
Европейская часть	8,22∙10-6	12,16	4,74	2,11
Сибирь, Крайний Север	9,78∙10-6	10,22	6,62	1,51
Средняя Азия	12,95∙10-6	7,72	6,37	1,57

Действительные значения указанных параметров могут су­щественно отличаться от их средних значений в результате воз­действия климатических и геологических условий местности прокладки ВОЛС, хозяйственной активности человека в районах трассы ВОЛС, качества строительства ВОЛС, глубины заложения кабеля. Поэтому кроме средних зна­чений параметров надежности ВОЛС на практике часто использу­ются параметры надежности, характерные для местных усло­вий. Получение этих статистических данных, характеризующих , и ,сопряжено с определенными трудностями, объясняющимися тем обстоятельством, что многие сложные для исследования параметры ВОЛС измеряются весьма редко, так как их отклонения от требуемых норм часто не вызывают резкого ухудшения связи.

В качестве примера подобных неисправностей можно указать нарушение герметичности оболочки кабеля,приводящее к утечке газа.

Из проведенного рассмотрения следует, что на ВОЛС в процес­се работы воздействуют потоки повреждений, возникающие в случайные моменты времени. Основная задача состо­ит в устранении этих повреждений с возможно большей произ­водительностью и наименьшими эксплуатационными затратами.

Особенностью ОК является наличие кварцевого волокна, которое подвержено старению, деградации и мо­жет явиться причиной выхода кабеля из строя. Поэтому необ­ходимо отдельно рассмотреть ОВ и отдельно ОК в целом.

Оптическое волокно подвержено водородной коррозии, термомеханическим воздействиям, кроме того оно испытыва­ет остаточные термоупругие напряжения. Все эти факторы при­водят к тому, что на поверхности волокна появляются микро­трещины и происходит его разрушение. За счет радиации на по­верхности возникают пятна затемнения и возрастает затухание. Поэтому ОК снаружи должны иметь соответствующие покрытия и оболочки, защищающие его от радиации, воды и других атмосферно-климатических воздействий.

Установлено, что при соблюдении технических режимов изго­товления ОВ и обеспечении защиты их от атмосферно-климатических воздействий волокна могут находиться в эксплуатации порядка 25 лет.

Основные трудности определения надежности и срока служ­бы ОК в целом связаны с эксплуатационной проверкой полу­ченных аналитических данных. Срок 25 лет слишком большой, поэтому целесообразно в качестве предварительной оценки па­раметров надежности ОК использовать имеющийся большой опыт применения электрических кабелей. Конструк­тивные решения и основные материалы в ОК, кроме волокна, те же, что и в электрическом кабеле.

Изготовляемые в настоящее время ОК имеют две разновид­ности: ОКМ— кабель с металлическими элементами (оболочки, жилы дистанционного питания, силовые проводники) и ОКД — кабели полностью диэлектрические, без металла. Первые, как и электрические кабели, подвержены всем видам влияний (гро­за, коррозия, ЛЭП и т. д.), поэтому повреждения у них анало­гичные. Вторые свободны от этих влияний, но их конструкции, не имеющие металлических оболочек, менее стойки к внешним механическим воздействиям (повреждения сторонними органи­зациями, стихийные бедствия, просадка грунта, мерзлотные яв­ления, грызуны и т. д.). Установлено, что плотность механичес­ких повреждений ОКД примерно в 1,3 раза больше, чем ОКМ.

С учетом этих особенностей в табл. 3 приведены данные плотности повреждений (m) и времени восстановления () оптических с металлом (ОКМ) и оптических пол­ностью диэлектрических (ОКД) кабелей.

Таблица 3

Плотность повреждений и время восстановления ВОЛС

Из приведенных в таблице 3 данных видно, что наибольший удельный вес составляют механические повреждения (48,8%), велико также влияние стихийных бедствий (22%). Удельный вес агрессии молнии составляет 17,4%. Для устранения поврежде­ний наибольшего времени требуют стихийные воздействия (мерз­лотные трещины, удары молнии, паводки и др.).

Произведение плотности повреждений на время восстановле­ния по каждому виду повреждений даст общее время вос­становления ВОЛС (mt_В).

Полностью неметаллические ОК практически не подвержены внешним электромагнитным воздействиям полей линий высокого напряжения (ЛВН) и грозовых разрядов. Повреждение таких ка­белей возможно только при прямых ударах молнии в кабель, в ре­зультате которых могут произойти термические и механические разрушения. Вероятность такого удара очень мала. Однако по­ложение кардинально меняется, если ОК содержит металличес­кие элементы (медные жилы ДП, стабильные армирующие эле­менты, оболочку и т. д.). При внешних электромагнитных воздей­ствиях в металлических элементах могут индуцироваться токи, наводиться ЭДС, представляющие опасность как самому кабелю, так и подключенной аппаратуре.

Учитывая критичность ОК к воздействию влаги, следует отме­тить, что к опасным можно относить токи и напряжения, наводи­мые в металлических элементах ОК, приводящие к повреждению его изоляции (элементов конструкции относительно земли, между элементами), даже если они и не приводят к перерывам связи вследствие повреждения оптических волокон при воздействии. Это справедливо, поскольку при повреждении изоляции ОК снижает­ся уровень защиты волокон от влаги, что в дальнейшем приводит к повреждению линии связи вследствие коррозии оптических во­локон, их усталостного разрушения.

Интенсивность потока отказов ОК без металлических элементов от ударов молнии определяется по формуле:

(12)

где g – среднее число ударов молнии в один грозовой час на еди­ницу

поверхности земли (м²);

l – длина рассматриваемого участка линии (10⁵ м);

k = 0,038 кА^-1;

I₀ – минимальное значение тока в канале молнии, при котором на глубине прокладки кабеля может образоваться потенциал, рав­ный или превышающий U_ПР, кА;

U_ПР –импульсная электрическая прочность изоляции, кВ;

Im — максимально возможные амплитуды тока в канале мол­нии кА;

– удельное со­противление грунта, Ом/м;

Е₀ –максимальная пробивная напряженность грунта;

h –глубина прокладки кабеля, м.

Значения U_ПР, I₀, I_M определяются по формулам:

U_ПР= 1,2 (19)

где ∆ — толщина внешнего изолирующего шланга, мм;

E₀ — сред­няя пробивная напряженность изоляционного материала на частоте 50 Гц(для полиэтилена можно принять E₀ = 45 кВ/мм);

I₀= 2 U_ПРh/ , (20)

Im =3(16+2∙10⁶/ ²)∙10³, (21)

Ожидаемое число повреждений в год:

n = N, (13)

где N — среднегодовая продолжительность гроз (в грозочасах за год).

Согласно результатам расчетов на ВОЛС, при использовании кабеля без металлических элементов, следует ожидать не более 0,001... 0,1 повреждений на 100 км в год, что, как правило, в несколько раз ниже нормируемых значений.

Вероятное число повреждений ударами молнии ОК с металлическими элементами имеет вид:

(14)

где W(I) – плотность распределения амплитудных значений тока молнии;

у(I) –расстояние, на котором при ударах молнии образую­щийся в земле потенциал равен или превышает импульсную электрическую прочность изоляции кабеля.

Выражения, определяющие значения W(I) и y(I) имеют вид:

W(I)=ke^-kI (17)

y(I)= (18)

На основании выполненных по формулам (14) — (18) расчетов на рис. 1 построены кривые ожидаемого числа повреждений от ударов молнии кабеля длиной 100 км за год в зависимости от вели­чины и импульсной электрической прочности изоляции металли­ческих элементов относительно земли при средней продолжитель­ности гроз Т = 20 ч/год.

При расчете следует учесть, что результаты измерений, выполненные на отрезках кабеля, которые находились в течение длительного срока в эксплуатации, показывают, что элек­трическая прочность изоляции наружного шланга составляет лишь 60-70% от первоначального значения. Следовательно, расчетное или паспортное значение Uпр нужно увеличить на 40%.

Интенсивность грозовой деятельности (среднегодовая продол­жительность гроз в часах) определяется по сведениям метеостан­ций, расположенных вдоль трассы проектируемой кабельной ли­нии.

При продолжительности грозового сезона T¹20 грозочасам ве­роятное число повреждений п, полученное из рис. 1, следует умножить на отношение, учитывающее отличие исходных данных от тех, на основе которых построены графики:

n₁ = nT / 20. (20)

Рис.1

Вероятное число повреждений, получаемое из графиков на рис. 1 и по формуле (20), относится к отрезку линии длиной 100 км. При необходимости определения абсолютного значения ве­роятного числа повреждений участка длиной l число повреждений, найденное по формуле (20), нужно умножить на отношение длин

n₂ = n₁ (l / 100). (21)