Μπορεί το καλώδιο οπτικών ινών ADSS να αντισταθεί στην τάση;
Το καλώδιο οπτικών ινών ADSS έχει σχεδιαστεί ειδικά για να αντέχει την τάση, με τυπικά καλώδια που υποστηρίζουν 4 έως 50 kilonewtons ανάλογα με το μήκος του ανοίγματος και τις προδιαγραφές σχεδιασμού. Η αντοχή σε εφελκυσμό του καλωδίου προέρχεται από νήματα από ίνες αραμιδίου (παρόμοια με το Kevlar) ενσωματωμένα μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού περιβλήματος, επιτρέποντας στο καλώδιο να αυτοστηρίζεται σε ανοίγματα έως και 800 μέτρα χωρίς μεταλλικές δομές στήριξης.
Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αυτά τα καλώδια χειρίζονται την τάση απαιτεί την εξέταση τριών διακριτών καταστάσεων τάσης: τάση εγκατάστασης (η προσωρινή δύναμη κατά την ανάπτυξη), Μέγιστη επιτρεπόμενη τάση ή MAT (το σχεδιαστικό όριο που μπορεί να αντέξει το καλώδιο) και λειτουργική τάση (η μέση δύναμη κατά τη διάρκεια της κανονικής διάρκειας ζωής). Το καθένα εξυπηρετεί διαφορετικό σκοπό για τη διασφάλιση της αξιοπιστίας του καλωδίου.
Το σύστημα τάνυσης τριών επιπέδων
Τα καλώδια ADSS λειτουργούν κάτω από μια προσεκτικά υπολογισμένη ιεραρχία τάνυσης που προστατεύει τις ευαίσθητες οπτικές ίνες στο εσωτερικό, διατηρώντας παράλληλα τη σωστή κλίση μεταξύ των πόλων.
Ένταση εγκατάστασηςαντιπροσωπεύει την υψηλότερη δύναμη που βιώνει το καλώδιο - συνήθως κατά τη φάση έλξης της ανάπτυξης. Οι οδηγίες εγκατάστασης ορίζουν ότι αυτό δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 600 pounds-force (2.700 N) για τα περισσότερα καλώδια ADSS, που μεταφράζεται σε περίπου 50-70% της βαθμολογίας MAT του καλωδίου. Αυτό το συντηρητικό όριο υπάρχει επειδή οι δυναμικές δυνάμεις κατά την εγκατάσταση -όπως το πέρασμα πάνω από στάχυα ή η πλοήγηση σε αλλαγές υψομέτρου- μπορούν να δημιουργήσουν συγκεντρώσεις τάσεων που υπερβαίνουν τους απλούς υπολογισμούς της δύναμης έλξης.
Μέγιστη επιτρεπόμενη τάση (MAT)ορίζει το όριο σχεδιασμού του καλωδίου στις χειρότερες περιβαλλοντικές συνθήκες: μέγιστο φορτίο πάγου, μέγιστη ταχύτητα ανέμου και χαμηλότερη αναμενόμενη θερμοκρασία που εμφανίζεται ταυτόχρονα. Για ένα καλώδιο ανοίγματος 100 μέτρων, το MAT μπορεί να είναι 2.700 N, ενώ τα καλώδια που έχουν σχεδιαστεί για ανοίγματα 400 μέτρων θα μπορούσαν να έχουν ονομασίες MAT που υπερβαίνουν τα 20.000 N. Η καταπόνηση της ίνας υπό συνθήκες MAT πρέπει να παραμείνει κάτω από 0,05% για σχέδια κορδέλας και 0,1% για την αποτροπή διαμόρφωσης κεντρικών σημάτων σωλήνων.
Καθημερινό στρες σχεδιασμού (EDS), που μερικές φορές ονομάζεται ετήσια μέση τάση, αντιπροσωπεύει τη μακροπρόθεσμη επιχειρησιακή δύναμη που συνήθως υπολογίζεται για συνθήκες χωρίς άνεμο σε μέση ετήσια θερμοκρασία. Το EDS καθορίζει τη διάρκεια ζωής της κόπωσης και τις απαιτήσεις κατά των κραδασμών, που συνήθως λειτουργούν στο 15-25% των ΜΑΤ.
Αυτό το σύστημα τριών επιπέδων επιτρέπει στους μηχανικούς να εξισορροπούν το κόστος του καλωδίου με την απόδοση. Η υπερβολική δόμηση μόνο για την τάση εγκατάστασης θα δημιουργούσε άσκοπα βαριά, ακριβά καλώδια. η κλιμακωτή προσέγγιση βελτιστοποιεί τη χρήση του υλικού διατηρώντας παράλληλα τα περιθώρια ασφαλείας.
Πώς οι ίνες αραμιδίου δημιουργούν αντοχή σε εφελκυσμό
Η αυτοφερόμενη ικανότητα του καλωδίου ADSS πηγάζει από νήματα από ίνες αραμιδίου-συνθετικές ίνες υψηλής απόδοσης με αντοχή εφελκυσμού συγκρίσιμη με τον χάλυβα αλλά στο ένα πέμπτο του βάρους. Το Kevlar της DuPont, το Twaron της Teijin και το Heracron της Kolon είναι κοινές μάρκες που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή καλωδίων.
Αυτά τα νήματα αραμιδίου εφαρμόζονται σε ένα ελικοειδή στρώμα πάνω από την εσωτερική θήκη του καλωδίου αλλά κάτω από το εξωτερικό προστατευτικό χιτώνιο. Για ένα καλώδιο ονομαστικής ισχύος 10 kN, οι κατασκευαστές μπορούν να χρησιμοποιήσουν 24 έως 48 μεμονωμένες δέσμες νημάτων, καθεμία από τις οποίες καθορίζεται σε dtex (βάρος σε γραμμάρια 10.000 μέτρων). Οι συνήθεις βαθμολογίες ντενιέ περιλαμβάνουν 1.610 dtex, 3.200 dtex και 8.400 dtex-υψηλότεροι αριθμοί υποδεικνύουν παχύτερα, ισχυρότερα νήματα.
Οι βασικές ιδιότητες του στρώματος αραμιδίου περιλαμβάνουν:
Συντελεστής εφελκυσμού70-112 GPa (gigapascals), παρέχοντας ακαμψία υπό φορτίο
Επιμήκυνση θραύσηςκάτω από 4%, που σημαίνει ελάχιστο τέντωμα πριν από την αστοχία
Σταθερότητα θερμοκρασίαςαπό -40 βαθμούς έως +70 βαθμούς χωρίς σημαντική υποβάθμιση της αντοχής
Διηλεκτρικές ιδιότητες, διατηρώντας μηδενική ηλεκτρική αγωγιμότητα κρίσιμης σημασίας για περιβάλλοντα υψηλής τάσης
Οι κατασκευαστές καλωδίων υπολογίζουν την απαιτούμενη ποσότητα νήματος αραμιδίου χρησιμοποιώντας το μήκος του ανοίγματος, το βάρος του καλωδίου ανά μέτρο και την αναμενόμενη φόρτιση στις καιρικές συνθήκες. Ένα άνοιγμα 200 μέτρων σε μια περιοχή με βαριά συσσώρευση πάγου μπορεί να απαιτεί 30-40% περισσότερο νήμα αραμιδίου από το ίδιο άνοιγμα σε ένα ήπιο κλίμα, επηρεάζοντας άμεσα τη διάμετρο και το κόστος του καλωδίου.
Όταν η τάση του καλωδίου οπτικών ινών ADSS γίνεται επικίνδυνη
Τα καλώδια οπτικών ινών ADSS αντιμετωπίζουν δύο κύριους μηχανισμούς αστοχίας που σχετίζονται με την τάση που έχουν ταλαιπωρήσει τις εγκαταστάσεις κοινής ωφέλειας παγκοσμίως: αιολικούς κραδασμούς και ζημιές στην εγκατάσταση.
Αιολική δόνησησυμβαίνει όταν σταθερός άνεμος ρέει κάθετα στο καλώδιο, δημιουργώντας εναλλασσόμενες δίνες στην επάνω και στην κάτω επιφάνεια του καλωδίου. Αυτές οι δίνες δημιουργούν ταλαντευόμενες δυνάμεις ανύψωσης σε συχνότητες μεταξύ 3-150 Hz. Επειδή τα καλώδια ADSS έχουν σχετικά χαμηλή μάζα, υψηλή τάση και ελάχιστη εσωτερική απόσβεση, είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα σε αυτό το φαινόμενο σε ανοίγματα άνω των 150 μέτρων.
Το πλάτος των κραδασμών μπορεί να φαίνεται μικρό -συχνά μόνο 0,5 έως 2 διαμέτρους καλωδίων-αλλά στα σημεία στήριξης όπου το καλώδιο εισέρχεται στους σφιγκτήρες ανάρτησης, αυτές οι ταλαντώσεις δημιουργούν κυκλική κάμψη. Με την πάροδο μηνών ή ετών, αυτή η συγκέντρωση πίεσης μπορεί να τρίψει το εξωτερικό περίβλημα, να θέσει σε κίνδυνο το στρώμα αραμιδίου και τελικά να προκαλέσει σπάσιμο του κλώνου. Οι αστοχίες πεδίου έχουν τεκμηριωθεί μετά από μόλις 6-12 μήνες σε διαδρόμους με ισχυρό άνεμο χωρίς την κατάλληλη απόσβεση.
Οι σπειροειδείς αποσβεστήρες κραδασμών (SVD) παρέχουν τις εύκαμπτες στη λύση ράβδους που πιάνουν το καλώδιο και διαχέουν τη δονητική ενέργεια μέσω της υστέρησης του υλικού. Η σωστή τοποθέτηση του αποσβεστήρα, συνήθως 0,5-1,0 μέτρα από κάθε σημείο ανάρτησης, μπορεί να μειώσει το πλάτος των κραδασμών κατά 60-80%. Ωστόσο, η έρευνα του Karady και των συνεργατών του αποκάλυψε ότι οι ακατάλληλα σχεδιασμένοι αποσβεστήρες μπορούν στην πραγματικότητα να επιδεινώσουν έναν άλλο τρόπο αστοχίας: το τόξο ξηρής ζώνης.
Βλάβη εγκατάστασηςαντιπροσωπεύει την πιο άμεση απειλή. Η υπέρβαση των ορίων τάσης εγκατάστασης -ακόμη και για λίγο- μπορεί να προκαλέσει μόνιμη παραμόρφωση των νημάτων αραμιδίου ή να δημιουργήσει μικροκαμψές στις οπτικές ίνες. Μια μελέτη του 2011 διαπίστωσε ότι η καταπόνηση της ίνας άνω του 0,3% κατά την εγκατάσταση δημιούργησε μετρήσιμη απώλεια σήματος ακόμα και μετά την απελευθέρωση της τάσης, υποδηλώνοντας πλαστική παραμόρφωση των ίδιων των ινών γυαλιού.
Πιο ανεπαίσθητη ζημιά προκύπτει από τη συστροφή του καλωδίου κατά την ανάπτυξη. Εάν το καλώδιο περιστρέφεται περισσότερες από μία πλήρεις στροφές ανά 100 μέτρα κατά τη διάρκεια της έλξης, τα νήματα αραμιδίου αναπτύσσουν ελικοειδείς τάσεις που μειώνουν την αποτελεσματική αντοχή εφελκυσμού κατά 15-30%. Αυτό εξηγεί γιατί οι διαδικασίες εγκατάστασης απαιτούν περιστρεφόμενους συνδετήρες μεταξύ της γραμμής έλξης και της λαβής καλωδίου που αποτρέπουν τη συσσώρευση στρέψης.
Περιβαλλοντικές Δυνάμεις σε Κρεμαστά Καλώδια
Η τάση που πρέπει να αντιστέκεται ένα καλώδιο ADSS ποικίλλει δραματικά ανάλογα με τις καιρικές συνθήκες, απαιτώντας εξελιγμένους μηχανικούς υπολογισμούς κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού.
Φόρτωση πάγουμπορεί να αυξήσει το βάρος του καλωδίου κατά 300-500% σε περιπτώσεις παγωμένης βροχής. Ένα άνοιγμα 200 μέτρων καλωδίου διαμέτρου 12 mm με βάρος 0,22 kg/m μπορεί να υποστηρίξει 6 mm ακτινωτό πάγο, προσθέτοντας 1,8 kg/m - περισσότερο από οκτώ φορές το βάρος του γυμνού καλωδίου. Αυτή η πρόσθετη μάζα αυξάνει άμεσα την πτώση και την τάση του καλωδίου στα σημεία στήριξης. Οι κατασκευαστές καθορίζουν υποθέσεις για πάχος πάγου (συνήθως 0-25 mm) με βάση την περιοχή εγκατάστασης και ο λάθος υπολογισμός έχει οδηγήσει σε πολυάριθμες αστοχίες σε περιοχές που αντιμετωπίζουν απροσδόκητα έντονες καταιγίδες πάγου.
Πίεση ανέμουακολουθεί τον τύπο: F=0.613 × V² × D × L (όπου F είναι δύναμη σε newton, V είναι η ταχύτητα ανέμου σε m/s, D είναι η διάμετρος του καλωδίου σε μέτρα και L το μήκος του ανοίγματος σε μέτρα). Με ταχύτητα ανέμου 40 m/s (90 mph), ένα καλώδιο 15 mm δέχεται δύναμη περίπου 37 N ανά μέτρο ανοίγματος. Σε ένα άνοιγμα 300 μέτρων, αυτό μεταφράζεται σε 11.100 N πλευρικής δύναμης που δημιουργεί πρόσθετη τάση μέσω της Πυθαγόρειας σχέσης μεταξύ των συνιστωσών της κάθετης και της οριζόντιας δύναμης.
Οσυνδυασμένη φόρτωσηΣενάριο-μέγιστος πάγος με μέγιστο άνεμο-δημιουργεί τις χειρότερες συνθήκες σχεδιασμού. Ωστόσο, αυτά σπάνια συμβαίνουν ταυτόχρονα. Ο πάγος σχηματίζεται συνήθως σε ήρεμες συνθήκες, ενώ οι ισχυροί άνεμοι τείνουν να αποβάλλουν τη συσσώρευση πάγου. Πρότυπα όπως το NESC (Εθνικός Κώδικας Ηλεκτρικής Ασφάλειας) παρέχουν στατιστικές περιοχές φόρτωσης που ορίζουν συνδυασμούς σχεδιασμού για διαφορετικές περιοχές.
Τα εφέ θερμοκρασίας προσθέτουν άλλη διάσταση. Τα νήματα αραμιδίου έχουν αρνητικό συντελεστή θερμικής διαστολής (συστέλλονται όταν θερμαίνονται), αντίθετα από τα περισσότερα υλικά. Μια αύξηση θερμοκρασίας 30 μοιρών μπορεί να μειώσει το μήκος του καλωδίου κατά 0,3‰ (0,03%), το οποίο σε ένα άνοιγμα 500 μέτρων ισούται με 15 cm συστολής-δυνητικά αυξανόμενη τάση κατά 8-12% ανάλογα με το μέτρο ελαστικότητας του καλωδίου.
The Dry-Band Arcing Threat
Αν και δεν είναι άμεσα μια βλάβη μηχανικής τάσης, το τόξο ξηρής ζώνης αντιπροσωπεύει μια κρίσιμη αλληλεπίδραση μεταξύ του ηλεκτρικού περιβάλλοντος και της μηχανικής καταπόνησης που αξίζει προσοχής.
Τα καλώδια ADSS που είναι εγκατεστημένα σε γραμμές μεταφοράς υψηλής τάσης (πάνω από 110 kV) έχουν χωρητική σύζευξη με τους αγωγούς φάσης. Σε μολυσμένα περιβάλλοντα -ιδίως παράκτιες περιοχές με ψεκασμό αλατιού ή βιομηχανικές ζώνες- οι ατμοσφαιρικοί ρύποι δημιουργούν ένα αγώγιμο στρώμα στην επιφάνεια του καλωδίου όταν βρέχεται από ομίχλη ή ελαφριά βροχή.
Καθώς αυτή η στρώση στεγνώνει ανομοιόμορφα, συνήθως κοντά στις γειωμένες δομές στήριξης, σχηματίζονται «στεγνές ταινίες» υψηλής αντίστασης. Η πτώση τάσης σε αυτές τις ξηρές ζώνες μπορεί να φτάσει τα 7-14 kV, αρκετή για την έναρξη ηλεκτρικού τόξου. Αυτά τα τόξα - αν και μόνο 2-5 mA σε ρεύμα - δημιουργούν θερμοκρασίες που υπερβαίνουν τους 2.000 βαθμούς σε εντοπισμένα σημεία, υποβαθμίζοντας το χιτώνιο πολυαιθυλενίου.
Έρευνα στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα διαπίστωσε ότι το επαναλαμβανόμενο τόξο δημιουργεί ανθρακούχα ίχνη που βαθαίνουν προοδευτικά, φτάνοντας στο στρώμα μέλους αντοχής αραμιδίου εντός 65-330 κύκλων ανάλογα με τα επίπεδα τάσης. Μόλις εκτεθεί το αραμίδιο, οι διηλεκτρικές ιδιότητές του υποβαθμίζονται και η μηχανική αντοχή μειώνεται απότομα - έχουν συμβεί βλάβες μέσα σε 2-3 χρόνια σε πολύ μολυσμένες γραμμές 220 kV.
Η σύνδεση με την τάση: η υψηλότερη λειτουργική τάση αυξάνει την κατάσταση μηχανικής καταπόνησης στο υλικό του χιτωνίου, καθιστώντας το πιο ευαίσθητο στη διάδοση ρωγμών από ζώνες που έχουν υποστεί ζημιά από τόξο. Αυτό δημιουργεί έναν συνεργιστικό μηχανισμό αστοχίας όπου η ηλεκτρική βλάβη προκαλεί ρωγμές και η μηχανική τάση τις διαδίδει.
Τα τζάκετ Anti-tracking (AT) που χρησιμοποιούν ειδικά διαμορφωμένα πολυμερή με υψηλότερη αντίσταση παρακολούθησης (Μεγαλύτερη ή ίση με ισχύ ηλεκτρικού πεδίου 25 kV) παρέχουν προστασία σε γραμμές υψηλής τάσης. Εναλλακτικά, ορισμένες επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας έχουν εφαρμόσει με επιτυχία ημιαγώγιμες ράβδους-αντιστατικά στοιχεία 50 μέτρων που ελέγχουν την κατανομή του ρεύματος και περιορίζουν το σχηματισμό τόξου. Ωστόσο, αυτές οι λύσεις προσθέτουν 15-30% στο κόστος του καλωδίου.
Μεταβλητές σχεδίασης που καθορίζουν τη χωρητικότητα τάνυσης του καλωδίου οπτικών ινών ADSS
Ο καθορισμός ενός καλωδίου οπτικών ινών ADSS για μια συγκεκριμένη εγκατάσταση απαιτεί εξισορρόπηση πολλών αλληλεξαρτώμενων παραγόντων.
Μήκος ανοίγματοςείναι ο κύριος οδηγός. Οι τυπικές προσφορές περιλαμβάνουν συνήθως:
Ανοίγματα 50-100 m: 2-4 kN MAT, μονό μπουφάν, διάμετρος 11-13 mm
Ανοίγματα 100-200 m: 6-10 kN MAT, μονό ή διπλό μπουφάν, διάμετρος 13-15 mm
Ανοίγματα 200-400 m: 12-20 kN MAT, διπλό τζάκετ, διάμετρος 15-18 mm
Ανοίγματα 400-700 m: 25-50 kN MAT, διπλό τζάκετ, διάμετρος 18-22 mm
Τα μεγαλύτερα ανοίγματα απαιτούν αναλογικά περισσότερο νήμα από αραμίδιο, αυξάνοντας τόσο τη διάμετρο όσο και το βάρος του καλωδίου - το οποίο με τη σειρά του αυξάνει τη φόρτωση του ανέμου και του πάγου, απαιτώντας ακόμη μεγαλύτερη αντοχή σε έναν ενισχυτικό βρόχο ανάδρασης.
Αριθμός φυτικών ινώνεπηρεάζει τη διάμετρο του πυρήνα του καλωδίου. Οι κατασκευαστές συνήθως χρησιμοποιούν 12 ίνες ανά ρυθμιστικό σωλήνα για καλώδια έως 144 ινών και, στη συνέχεια, αλλάζουν σε 4 ίνες ανά σωλήνα για υψηλότερες μετρήσεις για να διατηρήσουν τη διαχειρίσιμη διάμετρο του καλωδίου. Ένα καλώδιο 288 ινών απαιτεί περίπου 72 buffer σωλήνες διατεταγμένους σε ένα περίπλοκο σχέδιο δέσμευσης, δημιουργώντας έναν πυρήνα 18-20 mm πριν από την εφαρμογή αραμιδίου.
Επιλογή σακακιούμεταξύ των τυπικών σκευασμάτων πολυαιθυλενίου (PE) και anti-tracking (AT) επηρεάζει το βάρος, το κόστος και την ηλεκτρική απόδοση. Τα τζάκετ AT συνήθως προσθέτουν 1-2 mm στη διάμετρο του καλωδίου και 10-15% στο βάρος, απαιτώντας αντίστοιχες αυξήσεις στο νήμα αραμιδίου για να διατηρηθεί η ίδια ικανότητα ανοίγματος.
Κλιματική ζώνηυπαγορεύει υποθέσεις φόρτωσης πάγου και ανέμου. Το NESC ορίζει περιοχές βαριάς, μεσαίας και ελαφριάς φόρτωσης:
Βαρύ: πάγος 12,5 mm, άνεμος 18 m/s, -20 μοίρες
Μέσο: πάγος 6mm, άνεμος 21 m/s, -9 βαθμοί
Φως: 0mm πάγος, άνεμος 34 m/s, 15 μοίρες
Ένα καλώδιο ονομαστικής απόστασης 300 μέτρων σε ελαφριά φόρτιση μπορεί να υποστηρίξει μόνο 180 μέτρα σε βαριά φόρτιση λόγω των πρόσθετων περιβαλλοντικών δυνάμεων.
Περιβάλλον τάσηςεπηρεάζει κυρίως τις προδιαγραφές του μανδύα παρά τον σχεδιασμό εφελκυσμού, αλλά οι εγκαταστάσεις άνω των 220 kV απαιτούν προσεκτικούς υπολογισμούς της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου για τον προσδιορισμό του βέλτιστου ύψους προσάρτησης στους πύργους. Η υψηλότερη τοποθέτηση μειώνει την ισχύ του πεδίου, αλλά μπορεί να αυξήσει την έκθεση στον άνεμο - άλλη μια τεχνική αντιστάθμιση.
Πρακτικές εγκατάστασης που διατηρούν την αντοχή
Ακόμη και ένα σωστά σχεδιασμένο καλώδιο ADSS μπορεί να υποστεί μειωμένη διάρκεια ζωής εάν οι διαδικασίες εγκατάστασης θέτουν σε κίνδυνο το μέλος αντοχής αραμιδίου.
Παρακολούθηση έντασηςκατά την ανάπτυξη χρησιμοποιεί εξειδικευμένους εντατήρες με μέτρηση δύναμης σε πραγματικό χρόνο. Ο στόχος είναι 50-70% των ΜΑΤ, αλλά αυτό πρέπει να προσαρμοστεί για συγκεκριμένες συνθήκες. Σε διαδρομές με σημαντικές αλλαγές υψομέτρου, οι εγκαταστάτες μπορεί να χρειαστεί να μειώσουν την τάση στόχου στο 40-50% των ΜΑΤ σε ανηφορικά τμήματα για να αποφύγουν την υπέρβαση των ορίων σε χαμηλά σημεία.
Ταχύτητα έλξηςδεν πρέπει να υπερβαίνει τα 20 μέτρα ανά λεπτό. Οι ταχύτεροι ρυθμοί δημιουργούν δυναμική φόρτιση καθώς το καλώδιο επιταχύνεται και επιβραδύνεται μέσω αλλαγών κατεύθυνσης, δημιουργώντας δυνητικά αιχμές δύναμης 150-200% της τάσης έλξης σταθερής κατάστασης. Αυτό το όριο ταχύτητας απογοητεύει τα συνεργεία εγκατάστασης που είναι συνηθισμένα στην εγκατάσταση ηλεκτρικών αγωγών, όπου τα 40-50 m/min είναι συνηθισμένα.
Ελάχιστη ακτίνα κάμψηςοι κανόνες ισχύουν σε όλη την εγκατάσταση. Το ελάχιστο δυναμικό (κατά την ανάπτυξη) είναι 25× διάμετρος καλωδίου. στατική (μόνιμη εγκατάσταση) έχει διάμετρο καλωδίου 15×. Για ένα καλώδιο 14 mm, αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχουν στροφές πιο σφιχτές από 350 mm κατά το τράβηγμα και 210 mm στην τελική διαμόρφωση του σφιγκτήρα. Οι παραβιάσεις δημιουργούν συγκεντρώσεις στρες στο στρώμα αραμιδίου και μπορούν να προκαλέσουν απώλειες μικροκάμψης στις οπτικές ίνες.
Περιστρεφόμενη ανάπτυξηαποτρέπει τη συστροφή του καλωδίου. Ένα συγκρότημα διπλής περιστροφής - ένα στο σημείο στερέωσης της λαβής και ένα άλλο 2-3 μέτρα πίσω - παρέχει πλεονασμό. Η "δοκιμή σημαίας" επικυρώνει τη σωστή λειτουργία περιστροφής: συνδέστε μια υφασμάτινη σημαία στο καλώδιο πίσω από το στριφτάρι και παρατηρήστε το σε κάθε δίοδο τροχαλίας. Η σημαία πρέπει να διατηρεί σταθερό προσανατολισμό. Εάν αρχίσει να περιστρέφεται, ο περιστρεφόμενος διακόπτης έχει αποτύχει και πρέπει να επισκευαστεί αμέσως.
Ρύθμιση κλίσηςμετά την εγκατάσταση διασφαλίζει τη σωστή κατανομή της τάσης σε πολλαπλά ανοίγματα. Σε συνεχείς εγκαταστάσεις πολλαπλών ανοιγμάτων (7-15 πόλοι), οι εγκαταστάτες επιλέγουν δύο "περιοχές παρατήρησης" κοντά στα άκρα του τμήματος, μετρούν με ακρίβεια τη χαλάρωση και προσαρμόζουν την τάση ώστε να ταιριάζει με τις υπολογιζόμενες τιμές από τους πίνακες τάνυσης. Αυτό διασφαλίζει ότι κανένα μεμονωμένο άνοιγμα δεν είναι υπερβολικά τεντωμένο, ενώ άλλα είναι υποενταμένα - μια κατάσταση που μπορεί να οδηγήσει σε ζημιά του μπουφάν σε ανοίγματα υψηλής τάσης και υπερβολικό καλπασμό σε ανοίγματα χαμηλής τάσης.
Συγκρίνοντας την απόδοση εφελκυσμού ADSS
Το ADSS βρίσκεται σε μοναδική θέση μεταξύ των τεχνολογιών εναέριων καλωδίων ινών, καθεμία με ξεχωριστά χαρακτηριστικά τάσης.
Σχήμα-8 καλώδιοπεριλαμβάνει ένα ενσωματωμένο ατσάλινο σύρμα αγγελιαφόρου, τυπικά διαμέτρου 2,5-3,5 mm, καθιστώντας τη δομή του καλωδίου ασύμμετρη. Αυτός ο σχεδιασμός υποστηρίζει ανοίγματα έως και 150 μέτρα με αντοχή θραύσης αγγελιοφόρου 8-12 kN. Το πλεονέκτημα: απλούστερη εγκατάσταση με χρήση τυπικών τεχνικών ηλεκτρικών αγωγών. Το μειονέκτημα: ο χαλύβδινος αγγελιοφόρος δημιουργεί προβλήματα ηλεκτρικής αγωγιμότητας κοντά σε γραμμές υψηλής τάσης και απαιτεί σύνδεση/γείωση.
OPGW (οπτικό καλώδιο γείωσης)αντικαθιστά τον εναέριο αγωγό γείωσης στους πύργους μετάδοσης με ένα υβριδικό καλώδιο που περιέχει οπτικές ίνες σε έναν κεντρικό σωλήνα που περιβάλλεται από κλώνο αλουμινίου και χάλυβα. Η αντοχή θραύσης κυμαίνεται από 40-180 kN για ανοίγματα έως 800 μέτρα. Ενώ το OPGW προσφέρει ανώτερη μηχανική απόδοση, κοστίζει 3-5× περισσότερο από το ADSS και απαιτεί διακοπές ρεύματος για εγκατάσταση σε υπάρχουσες γραμμές.
Καλώδιο κεραίας με δέσιμοχρησιμοποιεί τυπικό καλώδιο χαλαρού σωλήνα τυλιγμένο ελικοειδώς σε σύρμα αγγελιοφόρου με χαλύβδινο σύρμα πρόσδεσης. Ο αγγελιοφόρος παρέχει όλη την εφελκυστική υποστήριξη. το καλώδιο ινών υφίσταται ελάχιστη τάση. Αυτό επιτρέπει τη χρήση λιγότερο ακριβών σχεδίων καλωδίων, αλλά αυξάνει την εργασία εγκατάστασης κατά 40-60% και δημιουργεί ένα πιο ογκώδες προφίλ εναέριας θέσης.
Το ADSS προσφέρει τη βέλτιστη ισορροπία για εφαρμογές κοινής ωφέλειας: επαρκής ικανότητα ανοίγματος για το 80% των γεωμετριών των γραμμών διανομής και μεταφοράς, εγκατάσταση χωρίς διακοπές ρεύματος, μηδενικές ανησυχίες για την ηλεκτρική αγωγιμότητα και κόστος κύκλου ζωής 30-40% κάτω από τις εναλλακτικές λύσεις OPGW. Οι περιορισμοί τάσης (συνήθως δεν είναι κατάλληλοι για ανοίγματα άνω των 800 m χωρίς προσαρμοσμένη μηχανική) αντιπροσωπεύουν τον πρωταρχικό περιορισμό σχεδιασμού.
Συχνές Ερωτήσεις
Τι συμβαίνει εάν σημειωθεί υπέρβαση της τάσης του καλωδίου ADSS κατά την εγκατάσταση;
Η υπέρβαση της καθορισμένης τάσης εγκατάστασης (συνήθως 600 lbf ή 2.700 N για τυπικά καλώδια) μπορεί να προκαλέσει μόνιμη παραμόρφωση του στελέχους αντοχής αραμιδίου και να δημιουργήσει μικροκάμψεις στις οπτικές ίνες. Ακόμη και σύντομη υπερένταση που διαρκεί μόλις δευτερόλεπτα καθώς το καλώδιο διαπραγματεύεται μια δύσκολη τομή - μπορεί να προκαλέσει μετρήσιμη απώλεια σήματος. Οι εργαστηριακές δοκιμές δείχνουν ότι η παραμόρφωση των ινών άνω του 0,3% μπορεί να βλάψει τη δομή του γυαλιού ανεπανόρθωτα. Πρακτικά, το κατεστραμμένο καλώδιο μπορεί να περάσει την αρχική δοκιμή αλλά να αναπτύξει επιταχυνόμενη γήρανση και απροσδόκητες βλάβες εντός 2-5 ετών αντί για την αναμενόμενη διάρκεια ζωής των 25-30 ετών.
Πώς υπολογίζετε το σωστό καλώδιο ADSS για ένα συγκεκριμένο διάστημα;
Η επιλογή καλωδίου απαιτεί τέσσερις βασικές εισόδους: μέγιστο μήκος ανοίγματος, αντιπροσωπευτικό άνοιγμα (μέσος όρος του τμήματος), περιβαλλοντική φόρτιση (πάχος πάγου, ταχύτητα ανέμου, εύρος θερμοκρασίας) και επίπεδο τάσης εάν εγκατασταθεί κοντά σε γραμμές τροφοδοσίας. Οι κατασκευαστές παρέχουν πίνακες τάνυσης βύθισης που δείχνουν τη σχέση μεταξύ του ανοίγματος, της πτώσης και της τάσης για τα μοντέλα καλωδίων τους υπό διαφορετικές συνθήκες φόρτωσης. Οι μηχανικοί ταιριάζουν με το άνοιγμα και τη φόρτωση στη χειρότερη περίπτωση με ένα καλώδιο του οποίου η Μέγιστη Επιτρεπόμενη Τάνυση (MAT) παρέχει επαρκές περιθώριο ασφαλείας-συνήθως σχεδιασμένο για πραγματική λειτουργική τάση που δεν υπερβαίνει το 60-70% του MAT. Για ανοίγματα άνω των 300 μέτρων, η ανάλυση κραδασμών καθίσταται κρίσιμη και μπορεί να απαιτεί προσαρμοσμένες προδιαγραφές καλωδίων.
Μπορεί η αντοχή του καλωδίου ADSS να υποβαθμιστεί με την πάροδο του χρόνου;
Το ίδιο το μέλος αντοχής αραμιδίου υφίσταται ελάχιστη υποβάθμιση εάν προστατεύεται από την έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία και την υγρασία με άθικτο περίβλημα. Ωστόσο, τρεις μηχανισμοί μπορούν να μειώσουν την αποτελεσματική αντοχή του καλωδίου με την πάροδο του χρόνου: ζημιά σε τόξο ξηρής ζώνης σε γραμμές υψηλής τάσης (δημιουργώντας ίχνη άνθρακα που αποδυναμώνουν το χιτώνιο), αιολική δόνηση χωρίς επαρκή απόσβεση (προκαλώντας αστοχίες κόπωσης στα σημεία σύνδεσης) και υποβάθμιση της υπεριώδους ακτινοβολίας εάν το χιτώνιο δεν είναι σωστά διαμορφωμένο. Το σωστά καθορισμένο και εγκατεστημένο ADSS διατηρεί το 90-95% της αρχικής του αντοχής σε εφελκυσμό μετά από 20-25 χρόνια. Η ετήσια επιθεώρηση υπερύθρων μπορεί να ανιχνεύσει θερμά σημεία από το τόξο ξηρής ζώνης πριν συμβεί καταστροφική αστοχία.
Γιατί ορισμένα καλώδια ADSS έχουν διπλά μπουφάν;
Τα σχέδια διπλών τζάκετ εξυπηρετούν δύο βασικές λειτουργίες: αύξηση της ικανότητας φόρτωσης στις καιρικές συνθήκες για μεγαλύτερα ανοίγματα (200-700 m) και παροχή περιττής προστασίας σε σκληρά περιβάλλοντα. Το εσωτερικό χιτώνιο, τυπικά πολυαιθυλένιο 1-2 mm, ενθυλακώνει το στρώμα αραμιδίου και παρέχει αρχική απόφραξη νερού. Το εξωτερικό χιτώνιο, ένα άλλο στρώμα 1,5-3 mm, φέρει κύρια έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία και φόρτιση πάγου/άνεμου. Αυτή η κατασκευή αυξάνει τη διάμετρο του καλωδίου κατά 2-4 mm και το βάρος κατά 15-25%, απαιτώντας αναλογικά ισχυρότερο οπλισμό αραμιδίου, αλλά επεκτείνει τη διάρκεια ζωής σε παράκτιες, βιομηχανικές εγκαταστάσεις ή εγκαταστάσεις μεγάλου υψομέτρου, όπου τα καλώδια με ένα μανδύα ενδέχεται να υποβαθμιστούν εντός 8-12 ετών.
Κατανόηση της έντασης στο πλαίσιο
Η ικανότητα του καλωδίου οπτικών ινών ADSS να αντιστέκεται στην τάση εξαρτάται από την προσεκτική μηχανική που εξισορροπεί τις απαιτήσεις εύρους, τις περιβαλλοντικές δυνάμεις και τους περιορισμούς κόστους. Το στέλεχος αντοχής ινών αραμιδίου παρέχει ικανότητα εφελκυσμού από 4 έως 50 κιλονεύτονα διατηρώντας παράλληλα τις εξ ολοκλήρου διηλεκτρικές ιδιότητες που είναι απαραίτητες για περιβάλλοντα υψηλής τάσης.
Το σύστημα τάνυσης τριών επιπέδων-εγκατάσταση, μέγιστο επιτρεπόμενο και λειτουργικό- διασφαλίζει ότι το καλώδιο λειτουργεί καλά εντός των ορίων ασφαλείας καθ 'όλη τη διάρκεια ζωής του. Οι βλάβες συνήθως δεν οφείλονται σε ανεπαρκή σχεδιασμό αλλά σε σφάλματα εγκατάστασης (υπερβολική δύναμη έλξης ή συστροφή καλωδίου), περιβαλλοντικό λάθος υπολογισμό (υποεκτίμηση της φόρτωσης πάγου ή έκθεσης στον άνεμο) ή ηλεκτρική υποβάθμιση (τοξοστοιχία ξηρής ζώνης σε γραμμές υψηλής τάσης).
Για εγκαταστάσεις που ακολουθούν τις προδιαγραφές του κατασκευαστή, με χρήση κατάλληλου υλικού και αντίστοιχης ισχύος καλωδίου με τις απαιτήσεις ανοίγματος και φόρτωσης, το ADSS παρέχει αξιόπιστη αυτοφερόμενη απόδοση για 25-30 χρόνια. Η τεχνολογία έχει ωριμάσει σημαντικά από τις πρώιμες αναπτύξεις βοηθητικών προγραμμάτων στη δεκαετία του 1990, με βελτιωμένες συνθέσεις τζάκετ, καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών δόνησης και εκλεπτυσμένες τεχνικές εγκατάστασης που αντιμετωπίζουν ιστορικούς τρόπους αστοχίας.
Η βασική ιδέα: Η αντίσταση τάνυσης του καλωδίου οπτικών ινών ADSS δεν είναι μια απλή ερώτηση ναι/όχι, αλλά ένα σύστημα αλληλοεξαρτώμενων μεταβλητών που πρέπει να καθοριστούν, να εγκατασταθούν και να συντηρηθούν κατάλληλα για να επιτευχθεί η πλήρης σχεδιαστική δυνατότητα του καλωδίου.