Исследование и разработка кабелей для систем связи, сигнализации и блокировки с элементами из водоблокирующих материалов

Актуальность темы

Вопросы надежности и стабильности электрических параметров кабельных линий для систем связи, сигнализации и блокировки при длительной эксплуатации, в том числе в случае их повреждений, всегда были в центре внимания операторов связи, разработчиков кабелей и методов их монтажа.

С этой точки зрения проблема защиты цепей кабельных линий от воздействия влаги, в том числе продольного распространения воды, была и остается одной из самых актуальных на протяжении всей истории развития кабелей.

Большинство кабелей для систем связи, сигнализации и блокировки, находящихся в эксплуатации, не обладают продольной влагонепроницаемостью, другими словами в промежутках между жилами находится воздух. Вследствие этого при повреждении оболочки вода попадает внутрь сердечника кабеля и распространяется в обе стороны от места проникновения. Электрические параметры кабеля на участке проникновения воды ухудшаются и ухудшаются параметры всей кабельной линии. В результате связь по каналам кабельной линии прерывается, что приводит к возникновению аварийной ситуации и значительным экономическим потерям, в том числе по замене участка кабеля, в который попала вода.

Поэтому при хранении, транспортировании и эксплуатации кабели связи, не обладающие продольной влагонепроницаемостью, для контроля герметичности их оболочки, находятся под избыточным давлением воздуха или инертного газа. Однако, не всегда содержание кабелей под избыточным давлением в процессе эксплуатации технически возможно и экономически целесообразно, так как значительно увеличивает первоначальную стоимость кабельных линий и эксплуатационные расходы по их содержанию.

Применяемые в настоящее время кабели с гидрофобным заполнением обладают продольной влагонепроницаемостью, только при условии полного заполнения всех промежутков между его конструктивными элементами, что не всегда возможно технологически. Кроме того, гидрофобный заполнитель-это вязкая вазелинообразная масса, которую необходимо длительно и тщательно удалять с конструктивных элементов кабеля, что увеличивает длительность проведения монтажных и ремонтно-восстановительных работ.

Более технологичными и перспективными в этом отношении являются кабели с так называемыми «сухими» элементами из водоблокирующих материалов. Занимая первоначально незначительный объем, при взаимодействии с водой такие элементы образуют гелеобразную массу, которая заполняет свободное пространство между конструктивными элементами кабеля, и таким образом препятствуют дальнейшему проникновению в него воды.

В то же время отсутствуют методы конструирования и исследования симметричных кабелей с элементами из водоблокирующих материалов, обеспечивающих их продольную влагонепроницаемость.

Цель работы. Целью работы является исследование и разработка кабелей для систем связи, сигнализации и блокировки с элементами из водоблокирующих материалов, обеспечивающих их продольную влагонепроницаемость.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— теоретически исследовать продольное распространение воды в симметричных кабелях с учетом различного расположения элементов из водоблокирующих материалов;

— разработать методы конструирования и расчета параметров симметричных кабелей с применением современных элементов из водоблокирующих материалов, обеспечивающих их продольную влагонепроницаемость, и разработать соответствующий алгоритм расчета кабелей;

— разработать конструкции и рассчитать параметры симметричных кабелей с элементами из водоблокирующих материалов, обеспечивающих их унификацию с электрическими параметрами невлагонепроницаемых кабелей, а также мониторинг целостности их оболочки;

— провести экспериментальные исследования продольного распространения воды в кабели с элементами из водоблокирующих материалов в случае обрыва кабеля и при местном повреждении его оболочки;

— провести экспериментальные исследование электрических параметров кабелей с элементами из водоблокирующих материалов в исходном состоянии, в процессе эксплуатации и при местном повреждении их оболочки в случае проникновения воды.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Выполнен теоретический анализ продольного распространения воды в симметричных кабелях с учетом различного расположения элементов из водоблокирующих материалов.

2. На основании теоретических исследований разработаны методы расчета длины участка проникновения воды в воздушные полости кабелей с элементами из водоблокирующих материалов, методы конструирования и алгоритмы расчета симметричных кабелей с элементами из водоблокирующих материалов, обеспечивающих их продольную влагонепроницаемость.

3. Проведены экспериментальные исследования электрических параметров кабелей с элементами из водоблокирующих материалов в исходном состоянии, в процессе эксплуатации и при местном повреждении их оболочки в случае проникновения воды. Экспериментально подтверждены закономерности влияния элементов из водоблокирующих материалов на электрические параметры кабелей.

4. Проведены экспериментальные исследования продольного распространения воды в кабели с элементами из водоблокирующих материалов в случае обрыва кабеля и при местном повреждении его оболочки. Экспериментально подтверждены закономерности влияния размеров воздушных полостей кабелей, расположения и параметров элементов из водоблокирующих материалов на длину участка проникновения воды в него.

5. На основании выполненных исследований разработаны новые типы симметричных кабелей для систем связи, сигнализации и блокировки с элементами из водоблокирующих материалов.

Практическая ценность. Разработанные методы и алгоритмы расчета позволяют создавать оптимальные конструкции симметричных кабелей с элементами из водоблокирующих материалов, обеспечивающих их продольную влагонепроницаемость.

Реализация и внедрение результатов исследований. По результатам проведенных исследований разработаны технические условия и организовано серийное производство следующих новых типов кабелей с элементами из водоблокирующих материалов:

— кабели комбинированные с оптическими волокнами и медными жилами марок МКПВБАБпШп (ЭпПБбШп)/ОКЗ по ТУ 16. К71−316−2002, кабели связи магистральные симметричные высокочастотные марок МКПпВБАШп (БпШп), МКПпВБЭпП (БбШп) по ТУ 16. К71−3 58−2005 и кабели телефонные в полиэтиленовой оболочке марок ТПВБП, ТПпВБП, ТПппВБП по ТУ 16. К71- 357−2005 в ЗАО «Самарская кабельная компания»;

— кабели для сигнализации и блокировки с однопроволочными токопрово-дящими жилами в пластмассовой оболочке марок СБВБПу, СБВБэпП, СБВБэпПБбШп по ТУ 16. К71- 353−2005 и в алюминиевой оболочке марок СБВБАШп (Шв, БпШп, БГ) по ТУ 16. К71−354−2005 и кабели для сигнализации и блокировки с многопроволочными токопроводящими жилами в пластмассовой оболочке марок СБМВБПу (БбШп) по ТУ 16. К71−367−2006 и в алюминиевой оболочке марок СБМВБАШп (БпШп) по ТУ 16. К71−3 68−2006 в ЗАО «Самарская кабельная компания» и ОАО «Завод Сарансккабель».

Кабели комбинированные, кабели связи магистральные и кабели для сигнализации и блокировки эксплуатируются на Октябрьской, Куйбышевской, Южно-Уральской и Приволжской железных дорогах России.

В результате применения кабелей с элементами из водоблокирующих материалов отпала необходимость содержания кабелей под избыточным давлением, а также значительно сократилась трудоемкость проведения монтажных и ре-монтно-восстановительных работ и, следовательно, сократилось время восстановления кабельной линии в работоспособное состояние.

Разработанные конструкции кабелей защищены патентами на полезную модель № 31 681 от 14.05.03 г., № 47 132 от 28.02.05 г., № 60 779 от 03.10.06 г., № 69 309 от 24.04.07 г., № 66 107 от 24.04.07 г., № 83 874 от 03.02.09 г.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты теоретических исследований продольного распространения воды в симметричных кабелях с учетом различного расположения элементов из водоблокирующих материалов.

2. Разработанные на основе теоретических исследований методы расчета длины участков проникновения воды в воздушные полости кабелей с элементами из водоблокирующих материалов, методы конструирования и алгоритм расчета симметричных кабелей с элементами из водоблокирующих материалов, обеспечивающих их продольную влагонепроницаемость.

3. Новые типы кабелей для систем связи, сигнализации и блокировки с элементами из водоблокирующих материалов и результаты их применения на сети железных дорог.

4. Результаты экспериментальных исследований продольного распространения воды в симметричных кабелях с элементами из водоблокирующих материалов в случае обрыва кабеля и при местном повреждении его оболочки.

5. Результаты экспериментальных исследований электрических параметров симметричных кабелей с элементами из водоблокирующих материалов в исходном состоянии, в процессе эксплуатации и при местном повреждении их оболочки в случае проникновения воды.

Основные выводы по результатам четвертой главы следующие:

— экспериментально подтверждены результаты теоретических исследований параметров симметричных кабелей с элементами из ВБ материалов, проведенных в третьей главе диссертации;

— установлено, что симметричные кабели с элементами из ВБ материалов по стойкости к проникновению воды (изменению электрических параметров) при местном повреждении их оболочек равноценны кабелям с гидрофобным заполнением.

Реализация и внедрение результатов исследований.

По результатам исследований разработаны технические условия и организовано серийное производство следующих кабелей с элементами из ВБ материалов:

— кабели комбинированные с оптическими волокнами и медными жилами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Выполнен теоретический анализ продольного распространения воды в симметричных кабелях с учетом различного расположения элементов из водоблокирующих материалов.

2. На основе теоретических исследований продольного распространения воды в симметричных кабелях с учетом различного расположения элементов из ВБ материалов разработаны методы расчета длины участка проникновения воды в воздушные полости кабелей.

3. Показано, что длина участка проникновения воды в кабель в случае его обрыва зависит от размеров воздушных полостей, расположения и параметров элементов из ВБ материалов, а значение её соответствует теоретически рассчитанным пределам.

4. Разработаны методы конструирования, алгоритм расчета и проведен расчет конструкций и параметров симметричных кабелей парной и четверочной скрутки с элементами из ВБ материалов, обеспечивающих их продольную влагонепроницаемость.

5. Показано, что электрические параметры разработанных кабелей с элементами их ВБ материалов находятся в теоретически рассчитанных пределах, обеспечивают унификацию с параметрами аналогичных невлагонепроницаемых кабелей и превосходят параметры кабелей с гидрофобным заполнением.

6. Разработана программаметодика и проведены эксплуатационные испытания кабелей для сигнализации и блокировки с элементами из ВБ материалов на Куйбышевской железной дороге. Показано, что после 2-х лет опытной эксплуатации электрические параметры кабелей не изменились и соответствуют требованиям нормативной документации. Элементы из ВБ материалов обеспечили продольную влагонепроницаемость кабелей, а также удобство его монтажа и технического обслуживания.

7. Разработана методика оценки и проведены сравнительные исследования изменения электрических параметров кабелей с элементами из ВБ материалов и кабелей с гидрофобным заполнением при местном повреждении их оболочки. Установлено, что разработанные симметричные кабели с элементами из ВБ материалов по стойкости к проникновению воды (изменению электрических параметров) при местном повреждении их оболочки не уступают аналогичным кабелям с гидрофобным заполнением.

8. Разработана методика оценки продольного распространения воды в кабеле с элементами из ВБ материалов в начальный момент времени и при длительном воздействии воды и проведены экспериментальные исследования.

9. Разработана методика оценки продольного распространения воды в кабель при местном повреждении его оболочки и проведены экспериментальные исследования. Установлено, что длина участка проникновения воды в кабель при местном повреждении его оболочки зависит от давления воды, размера повреждения оболочки, величины воздушного зазора между поясной изоляцией и оболочкой (экраном), от состава поясной изоляции и значение ее на порядок меньше, чем теоретически рассчитанная для случая обрыва кабеля и свободного поступления воды по всему поперечному сечению кабеля.

10. Разработаны и внедрены в серийное производство новые типы комбинированных кабелей с оптическими волокнами и медными жилами по ТУ 16. К71−316−2002, магистральных симметричных высокочастотных кабелей связи по ТУ 16. К71−358−2005 и телефонных кабелей по ТУ 16. К71−357−2005 в ЗАО «Самарская кабельная компания», а также кабелей для сигнализации и блокировки с одно и многопроволочными жилами по ТУ 16. К71−353−2005, ТУ 16. К71−354−2005, ТУ 16. К71−367−2006, ТУ 16. К71−368−2006 в ЗАО «Самарская кабельная компания» и ОАО «Завод «Сарансккабель».

11. Применение разработанных кабелей с «сухими» элементами из ВБ материалов на сети железных дорог России позволило:

— повысить эксплуатационную надежность кабельных линий;

— снизить первоначальную стоимость строительства и сократить эксплуатационные расходы за счет исключения устройств для содержания кабелей под избыточным давлением;

— сократить трудоемкость, повысить культуру производства и уменьшить вредное воздействие на окружающую среду при изготовлении кабеля, его монтаже и проведении ремонтно — восстановительных работ, а также его утилизации;

— обеспечить мониторинг целостности оболочки кабеля, а также оперативное определение места ее повреждения.

12. Результаты настоящей работы отражены в 19 публикациях и защищены 6 патентами на полезную модель. Без соавторов опубликованы 3 работы (их которых 2 — по перечню ВАК). Результаты исследований также отражены в протоколах и научных отчетах ОАО «ВНИИКП» по договорам.