Расчет механической нагрузки кабеля

5.1 Расчет механической нагрузки

Так как, трасса ВОЛП будет пролегать по опорам освещения и ЛЭП, то следует произвести расчет механических нагрузок на выбранные кабели.

Механическая нагрузка на оптические кабели, встроенные в грозозащитный трос определяется собственной массой кабеля, стрелой провеса, длиной пролёта, а также дополнительными нагрузками за счет гололедных образований и ветрового давления на ОК.

Погонный вес гололёда определяется по формуле:

(5.1)

где b – толщина стенок гололёда, (0,5-2 см в зависимости от метеорологических условий местности), см;

δ – удельный вес гололёда, δ=0,9∙10^-3 , кг/см³;

d_к – диаметр кабеля, см.

Погонный вес кабеля с гололёдом определяется по формуле:

(5.2)

где – погонный вес кабеля, кг/см;

– погонный вес гололёда, кг/см.

Давление ветра на кабель с гололёдом определим по формуле:

,кг/см, (5.3)

где K – коэффициент учитывающий давление ветра на плоское тело, кг∙с/см⁴ (K= 6∙10^-10 кг∙с/см⁴);

V – скорость ветра, см/с;

d_к – диаметр кабеля, см;

b – толщина стенок гололёда, см.

Полную нагрузку от веса кабеля, гололёда и ветра определим по формуле:

,кг/см, (5.4)

где p⁴ – погонный вес кабеля с гололёдом, кг/см;

p⁵ – давление ветра на кабель с гололёдом, кг/см.

Силу натяжения ОК определим по формуле:

,кг. (5.5)

Привести выводы по каждому расчету

5.2 Расчет удельной нагрузки

Для удобства проведения расчетов воздушных конструкций на механическую прочность принято выражать все нагрузки, действующие в них , через так называемые удельные нагрузки.

1. Удельная нагрузка γ₁ от силы тяжести оптического кабеля

Н/м³, (5.6)

где Р _- масса единицы длины кабеля,кг/м

g- ускорение свободного падения , равное 9,81 м/с²

S- площадь поперечного сечения кабеля, м²

1. Удельная нагрузка γ₂ от наличия на воздушных конструкциях льда при гололеде

, (5.7)

где b – толщина стенки льда на кабеле, м (5-20 мм в зависимости метеорологических условий местности)

- плотность льда , 900кг/м³

d- наружный диаметр оптического кабеля, м

1. Удельная нагрузка γ₃ от силы тяжести оптического кабеля и силы тяжести отложившегося на нем льда

γ₃₌ γ₁₊ γ₂,Н/м³, (5.8)

1. Удельная нагрузка γ₄ от давления ветра на воздушные конструкции при отсутствии гололеда

Н/м³ (5.9)

где - скорость ветра , м/с

1. Удельная нагрузка γ₅ от давления ветра на оптический кабель, покрытый гололедом

Н/м (5.10)

где - скорость ветра при гололеде, м/с

1. Удельная нагрузка γ₆ от силы тяжести оптического кабеля и давления ветра при отсутствии гололеда

Н/м³ (5.11)

1. Удельная нагрузка γ₇ от силы тяжести оптического кабеля , льда и давления ветра на воздушные конструкции, покрытые гололедом

Н/м³ (5.12)

Целью расчета является определения напряжения растяжения в оптическом кабеле

Па

где l – длина пролета, м

- суммарная удельная нагрузка ( или ), Н/м³

F- стрела подвеса оптического кабеля в пролете, м.

Стрела подвеса оптического кабеля в пролете выбирается в зависимости от высоты подвеса ОК на опорах контактной сети и габарита ОК по отношению к земле F

,

F = 1/50 L (м).
L – длина пролета, км;

тогда

Рассчитанная таким образом величина напряжения растяжки сравнивается с допустимой величиной для соответствующего ОК.

Если , то стрела подвеса выбрана, верно

Или выбор допустимой растягивающей нагрузки кабеля, можно рассчитать по специальной формуле 1:

где Т – растягивающая нагрузка, кН;

Р – вес кабеля, кг/км;

L – длина пролета, км;

F – стрела провиса, м.

Надежность ВОЛС-ВЛ

ВОЛС-ВЛ состоит из ОК на опорах ВЛ и обслуживаемых оконечных и промежуточных станций, содержащих комплексы аппаратуры для восстановления и регенерации передаваемых информационных сигналов. Вероятность отказа современной аппаратуры низка, ремонтопригодность гарантирована изготовителем и время восстановления незначительно. Поэтому надежность ВОЛС определяется надежностью ОК и опор ВЛ.

Надежность ВОЛС-ВЛ следует характеризовать следующими показателями:

- плотность отказов, m [1/год/100 км],

- среднее время восстановления t_в [час];

- средняя наработка между отказами ОКГТ на короткой линии (длина 100 км) с однородными условиями эксплуатации. T_l [час];

-средняя наработка между отказами ОКГТ на длинной линии (13900 км), T_l, [час];

-коэффициент готовности ОКГТ короткой линии, К_гL;

-коэффициент готовности ОКГТ на длинной линии, К_гL.

При расчете показателей надежности ОКГТ следует пользоваться следующими соотношениями:

К_гL = (8760 - t_в х m) / 8760 (1)

T_l = К_гL x t_в / (l - К_гL) (2)

T_l = (8760 x l - m x L x t_в) / (m x L) = t_в x К_гL (l - К_гL x L) (3)

К_гL = T_l / (T_l + t_в) (4)

(5)

К_гlнор = (Кг_Lнорм)^l/(L/l) (6)

где l, км - длина относительно короткого участка кабельной линии (обычно l принимают равной 100 км)

L, км - общая длина кабельной линии,

К_гn - коэффициент готовности ОКГТ на кабельной линии длиной L, состоящей из n коротких участков,

- символ произведения n сомножителей.

В начальный период использования ВОЛС-ВЛ, пока не получены надежные эксплуатационные показатели надежности ОК, следует принимать во внимание экстраполированные показатели надежности ОК, приравнивая их соответствующим эксплуатационным показателям надежности подвески стальных грозозащитных тросов.

Плотность отказов грозозащитных тросов в результате обрывов и падения опор на 100 км ВЛ в год приведена в табл. П.4.1.

Среднее время восстановления ОК на ВЛ напряжением 110 кВ и выше принято равным 10 час.

Ожидаемые значения показателей надежности ОК, экстраполированные по эксплуатационным показателям надежности грозозащитных тросов, приведены в табл. П4.1.

Таблица П4.1

Надежность перспективной государственной цифровой сети определена в Руководящем документе "Основные положения развития первичной сети РФ" , принятом в 1994 году.

Для основного цифрового канала (ОЦК) протяженностью 13900 км (без резервирования) заданы следующие показатели надежности по отказам:

коэффициент готовности - не менее 0,98,

среднее время между отказами - не менее 255 ч,

среднее время восстановления - не более 5,2 ч.

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 ч,

среднее время восстановления - не более 5,2 ч.

плотность повреждений - не более 0,1823.

В соответствии с "Основными положениями развития первичной сети РФ" современные линии передачи сооружаются с использованием цифровых систем передачи (ЦСП) и волоконно-оптических кабелей. "Концепция создания современных цифровых сетей в энергетике" провозгласила те же самые принципы.

Поэтому для ВОЛС-ВЛ следует принять нормы показателей надежности перспективной цифровой сети страны. Основной цифровой канал (ОЦК) гипотетической ВОЛС-ВЛ протяженностью 13900 км (без резервирования), учитывая особенности технической эксплуатации ВЛ, должен обладать показателями надежности:

коэффициент готовности - не менее 0,98.

среднее время восстановления - не более 10,0 часа,

наработка между отказами - не менее 500 часов.

Показатели надежности ОК гипотетической ВОЛС-ВЛ протяженностью 13900 км должны быть:

коэффициент готовности - не менее 0,985;

среднее время восстановления - не более 10,0 ч.;

наработка между отказами - не менее 670 часов.

Соответствующие показатели надежности ОКГТ на линии длиной 100 км должны быть:

коэффициент готовности - не менее 0,99989;

плотность отказов - не более 0,094.

Принципы нормирования показателей надежности ВОЛС-ВЛ, изложенные выше, соответствуют международным. Согласно G.602 готовность канала ТЧ (ОЦК) нормируется на эталонной гипотетической цепи системы передачи длиной 2500 км в одном направлении (с учетом резервирования). При этом коэффициент готовности должен быть не менее 0,996. Пересчет коэффициента готовности, заданного в Рекомендации G.602, к национальной гипотетической цепи длиной 13900 км дает значение 0,97796, что практически соответствует отечественной норме (без резервирования).

ВОЛС-ВЛ с заданными показателями надежности обеспечивают организацию международных каналов связи.

Для обеспечения требуемых показателей надежности необходимо реализовать следующие мероприятия:

при сооружении ВОЛС-ВЛ следует применять конструкции ОКГТ, сертифицированные Министерством топлива и энергетики и Государственным комитетом по связи и информатике,

при разработке ОКГТ следует учитывать опыт эксплуатации грозотросов, устранение аварии ОКГТ следует проводить в два этапа: на первом восстанавливать работоспособное состояние оптических волокон с помощью оптической вставки и временных опор для ее подвески, на втором - исправное состояние ВОЛС-ВЛ при полном восстановлении ВЛ.

Примерные варианты индивидуальных заданий: