Az ADSS optikai kábel bírja az időjárást?
Az ADSS optikai kábel a legtöbb időjárási körülményt kezeli speciális anyagok révén, amelyeket kültéri antennák telepítésére terveztek. Ezek az önhordó kábelek -40 foktól 70 fokig megbízhatóan működnek, és ellenállnak az UV-sugárzásnak, esőnek, hónak és jégnek a polietilén vagy nyomkövetésgátló burkolataik révén.
Időjárásállóság környezeti tényező szerint
Hőmérséklet szélsőségei
Az ADSS optikai kábelrendszerek olyan hőmérsékleti tartományban működnek, amely gyakorlatilag minden lakott éghajlatra kiterjed. A laza csőkialakítás elszigeteli az optikai szálakat a külső burkolat hőtágulásától és összehúzódásától, megőrzi a jel integritását még akkor is, ha a kábelszerkezet kitágul vagy összehúzódik. Ez a szigetelés megakadályozza, hogy az üvegszálak mechanikai igénybevételnek legyenek kitéve a hőmérséklet-ingadozások során.
A skandináv országok sarkvidéki létesítményei bizonyítják ezt a képességet. Skandináviában működő áramszolgáltató cégek nulla időjárás{1}}kiváltotta meghibásodásról számoltak be az ADSS optikai kábelek telepítése során, annak ellenére, hogy rendszeresen vannak kitéve -30 fok alá csökkenő hőmérsékletnek és erős hóterhelésnek. A szakítószilárdságot biztosító aramid fonal szilárdsági elemek megőrzik mechanikai tulajdonságaikat ebben a hőmérsékleti tartományban anélkül, hogy törékennyé válnának.
A spektrum legforróbb végén az 50 fokos felszíni hőmérsékletet elérő sivatagi telepítések azt mutatják, hogy a nagy -sűrűségű polietilén (HDPE) burkolatok ellenállnak a hődegradációnak. Az anyag kristályos szerkezete stabil marad ezen a hőmérsékleten, bár a kábel megereszkedése kissé megnő a csökkent rugalmassági modulus miatt. A telepítési specifikációk ezt figyelembe veszik a kezdeti feszültség beállításával a várható hőmérséklet-tartományok alapján.
UV sugárzás expozíció
A hosszan tartó napsugárzás az antennaszálas kábelek elsődleges öregedési mechanizmusa. Az UV-fotonok fotodegradáció révén megbontják a polimerláncok molekuláris kötéseit, ami a burkolat törékenységét és esetleges repedését okozza. Az ADSS-gyártók ezt a burkolat anyagában lévő korom adalékanyagokkal oldják meg, amelyek elnyelik és eloszlatják az UV-energiát.
A fekete polietilén hüvelyek kiváló UV-állóságot mutatnak a többi színhez képest, mivel a koromtartalom általában eléri a 2-3 tömeg%-ot. Ez a koncentráció hatékony UV-szűrőt biztosít a mechanikai tulajdonságok megőrzése mellett. A vörös burkolatok gyorsabban fakulnak és felgyorsult lebomlást mutatnak, mivel a vörös pigmentek több UV-sugárzást nyelnek el a 290-400 nanométeres káros hullámhossz-tartományban.
A tesztelési protokollok az ADSS-mintákat felgyorsított öregedési kamráknak vetik alá, amelyek az évek napozását hetekben szimulálják. Ezek a kamrák nagy intenzitású xenon lámpákat használnak, amelyek a napsugárzás spektrum eloszlására vannak kalibrálva. Az IEEE 1222 szabványnak megfelelő ADSS optikai kábel 5000 órányi gyorsított UV-sugárzásnak ellenáll a szakítószilárdság kevesebb, mint 20%-os csökkenésével-, ami körülbelül 15-20 év kültéri használatnak felel meg erős UV-sugárzású környezetben.
A külső burkolat nemcsak önmagát, hanem a belső aramidszálakat is védi az UV{0}}indukált gyengüléstől. Az aramid fonalak gyorsan veszítenek szakítószilárdságából, ha UV-sugárzásnak vannak kitéve, de a köpeny gyakorlatilag minden UV behatolást megakadályoz ezeken a kritikus terhelést hordozó elemeken.
Csapadék és nedvesség
Az eső és a páratartalom minimális közvetlen veszélyt jelent az ADSS-kábelekre a teljesen{0}}dielektromos felépítésük miatt. A korrodáló fémkábelekkel ellentétben a polimer anyagok ellenállnak a nedvességgel összefüggő -degradációnak. A víz-elzáró vegyületek vagy a víz-záró szalagok megakadályozzák a nedvesség beáramlását a puffercsövekbe, még akkor is, ha a külső burkolat kisebb sérüléseket szenved.
A kihívás a kábel{0}}torony interfészeknél jelenik meg. A kábel felületén lefolyó víz felhalmozódhat a felfüggesztési pontokon, ami száraz-szalagíves ívet teremthet nagyfeszültségű-környezetben. Ez a jelenség kritikussá válik a tengerparti területeken, ahol a sós vízpermet vezetőképes szennyezőréteget hoz létre a kábel felületén.
Amikor köd vagy gyenge eső nedvesíti ezt a szennyezőréteget, az indukált áramot vezet a nagyfeszültségű{0}}elektromos mezőből. Az áram hőt termel, amely kiszárítja a réteg egyes részeit, és nagy elektromos ellenállású "száraz sávokat" hoz létre. A feszültség ezeken a száraz sávokon koncentrálódik, ami potenciálisan ívképződést okozhat, amely erodálja a burkolat anyagát. Néhány ívgyulladás súlyos maradandó károsodást okozhat.
Az anti-nyomkövető (AT) burkolatok a koromrészecskéket elkülönítő szervetlen töltőanyagokat használó speciális készítmények révén enyhítik ezt a problémát. Ezek az anyagok nedves állapotban nagyobb felületi ellenállást tartanak fenn, korlátozva a szivárgási áramot, amely a száraz sáv kialakulását segíti elő. Az AT-hüvelyek elengedhetetlennek bizonyulnak a 110 kV feletti távvezetékeken szennyezett vagy part menti környezetben működő berendezéseknél.
Jég és hó felhalmozódása
A jégterhelés jobban teszteli a kábelek mechanikai tervezési korlátait, mint bármely más időjárási tényező. A jég sugárirányú bevonatot képez a kábel felületén, drámaian megnövelve a súlyt és a szélfelületet. A 12 mm-es átmérőjű kábel 6,5 mm-es radiális jégvastagság mellett gyakorlatilag 25 mm-es átmérőjűvé válhat, az ASCE 7 atmoszférikus jegesedési szabványok szerint.
Ez a jegesedés 300-500%-kal növeli a kábel tömegét a jég sűrűségétől és vastagságától függően. Egy 48 szálas, 2000 N névleges szakítószilárdságú, 400 méteren átnyúló ADSS-kábel esetében egy heves jégvihar 1500 N-t megközelítő terhelést generálhat pusztán a jég súlyától, minimális biztonsági ráhagyást hagyva a mechanikai meghibásodás előtt.
A kábelgyártók a tervezés során figyelembe veszik a jégterhelést azáltal, hogy az aramidfonal mennyiségét a jégvastagság, a szélsebesség és a fesztávolság legrosszabb{0}}eseti kombinációi alapján választják ki a telepítési régióban. A NESC (National Electrical Safety Code) három rakodási körzetet határoz meg -könnyű, közepes és nehéz-a történelmi jég- és széladatok alapján.
Az ADSS kábelek sima, kerek profilja csökkenti a jég tapadását a lapos vagy sodrott vezetékekhez képest. A nagy-sűrűségű polietilén alacsony felületi energiája miatt a jég könnyebben levál a hőmérséklet-ingadozások során. A helyszíni megfigyelések azt mutatják, hogy az ADSS-kábelek gyorsabban eltávolítják a jégképződést, mint a hagyományos messenger{3}}kábelek a vihar elvonulása után.
A szél által keltett eolikus vibráció problémásabbá válik a jégbevonattal, mivel a megnövekedett átmérő több szelet fog fel, miközben a kábel öncsillapítása változatlan marad. A támasztópontok közelében elhelyezett rezgéscsillapítók elvezetik ezt az oszcilláló energiát, megakadályozva a kábel és a szerelvények fáradásos károsodását.
Szélterhelések
A kábelek felületére nehezedő szélnyomás két különálló mechanikai kihívást jelent: a tartós szél által okozott statikus terhelés és a szél{0}}rezgésből származó dinamikus terhelés. A statikus szélnyomás skálák a kábelátmérő négyzetével és a szélsebesség négyzetével, így a 30 mph-s szél négyszer akkora erőt generál, mint a 15 mph-s szél.
Az IEEE 1222 szabvány szerint tesztelt ADSS kábelek szerkezeti meghibásodás nélkül ellenállnak a 160 km/h-t meghaladó szélsebességnek. Az aerodinamikus kör keresztmetszet- kisebb szélellenállást generál, mint a lapos kábelek vagy a kötegelt vezetők. A számítási folyadékdinamikai modellezés azt mutatja, hogy az ADSS minimális örvényleválást hoz létre, csökkentve a rezonáns oszcillációra való hajlamot.
A kritikus szélforgatókönyv az erős tartós szeleket jégbevonattal kombinálja. A megnövelt effektív átmérő növeli a szélterhelést, míg a hozzáadott súly növeli a statikus feszültséget. A kábelek telepítési specifikációi a szélzóna besorolása alapján határozzák meg a maximális fesztávot, jellemzően 600{3}}800 méterrel korlátozzák a fesztávot erős szélben, míg a védett területeken ez az 1200-1500 méter.
A karibi telepítéseknél végzett hurrikántesztelés valós{0}}ellenőrzést biztosít. A távközlési szolgáltatók jelentése szerint a megfelelően telepített, megfelelő fesztávú ADSS-kábelek túlélik a 4-es kategóriájú hurrikánokat, amikor a szél sebessége megközelíti a 250 km/h-t. A meghibásodások általában a torony mozgásából vagy a lehulló törmelékből fakadnak, nem pedig a kábeltörésből.
Kritikus meghibásodási módok
Száraz-sávos ívelés magas-feszültségű környezetben
A legsúlyosabb időjárással kapcsolatos{0}}hibamód a nedvességet és az elektromos mezőket kombinálja. A nagyfeszültségű-vezetők közelében telepített ADSS-kábelek kapacitív csatolásban szenvednek, amely feszültséget indukál a kábel felületén. Száraz körülmények között a köpeny nagy ellenállása megakadályozza a jelentős áramáramlást.
Az ipari kibocsátásokból, tengeri sóból vagy mezőgazdasági porból származó szennyezés idővel felhalmozódik a kábel felületén. Az eső vagy köd átnedvesíti ezt a szennyeződési réteget, így ellenállása gigaohmról kilohm/méterre csökken. Az indukált feszültség most milliamperes áramot vezet át ezen a vezető rétegen.
Ez az áram Joule-fűtést hoz létre, amely elpárologtatja a nedvességet a helyi régiókban, száraz sávokat hozva létre. A teljes indukált feszültség-potenciálisan több kilovolt-koncentrálódik ezeken a centiméteres-széles száraz sávokon. Amikor a feszültség meghaladja a levegő áttörési küszöbét, körülbelül 3 kV/milliméter, ív képződik.
Ezek az ívek intenzív helyi melegítést hoznak létre, amely eléri a 2000 fokot vagy magasabbat. Minden íves esemény erodálja a burkolat anyagát, szénkövető utakat hozva létre, amelyek növelik a vezetőképességet és elősegítik a további ívképződést. Az Arizona Állami Egyetemen végzett kutatások kimutatták, hogy még a kis áramerősségű, 3-5 milliamperes ívek is mérhető burokromlást okoznak a ciklikus ívelést követő órákon belül.
A kábel helyzete és a fázisvezetők közötti geometriai kapcsolat határozza meg az indukált feszültség nagyságát. A középső fesztávolságú pozíciók maximális elektromos térhatást tapasztalnak, míg a földelt toronyszerkezetek közelében lévő pozíciók csökkentett mezőket mutatnak. A professzionális szoftvereszközök kiszámítják az elektromos téreloszlásokat, hogy meghatározzák az optimális kábelvezetést, amely minimalizálja a száraz sávos ívelés kockázatát.
A nedvesedési körülmények súlyosan befolyásolják az ívképződés valószínűségét. A sópermettel ellátott tengerparti létesítmények gyakrabban tapasztalnak ívet, mint az édesvízi csapadékot tartalmazó szárazföldi helyek. A vegyi szennyező anyagokkal rendelkező ipari területek közepes viselkedést mutatnak. A helyszíni vizsgálatok azt mutatják, hogy az ilyen zord környezetekben a kábelekhez olyan AT-hüvelyekre van szükség, amelyek az adott elektromos térerősségnek megfelelően vannak besorolva.
Termikus kerékpáros fáradtság
Míg az ADSS kábelek széles hőmérsékleti tartományokat tolerálnak, a napi és szezonális ciklusokból eredő ismételt tágulás és összehúzódás fokozatosan megterheli a mechanikai alkatrészeket. A hőtágulási együttható különbözik a kábelrétegek között,{1}}a polietilén köpeny jobban tágul, mint az aramid szilárdságú elemek.
Ez a differenciális tágulás nyírófeszültségeket hoz létre a réteg határfelületein. Több ezer, 20+ éven át tartó hőciklus során ezek a feszültségek ronthatják a rétegek közötti tapadást. A legsebezhetőbb hely az, ahol a szilárdsági elemek átadják a terhelést a köpenynek, különösen a holtvégi szerelvények közelében, ahol a hosszanti feszültség összpontosul.
A tervezési jellemzők mérséklik a termikus ciklus hatásait. A laza csőkonstrukció szándékosan túlzott szálhosszt biztosít, így a szálak szabadon lebegnek a puffercsövekben, csapágyfeszülés nélkül. Az SZ-sodort laza csőelrendezések lehetővé teszik, hogy a spirális csövek enyhén kicsavarodjanak a kábel összehúzódása során, és újra csavarodjanak a tágulás során, így a hőterhelés eloszlik a kábel hosszában, ahelyett, hogy rögzített pontokra koncentrálnák.
A minőségellenőrzés a gyártás során kritikusnak bizonyul. Az aramidfonalak és a belső köpeny, vagy a belső és külső köpenyek közötti nem megfelelő kötés a kettős-köpenyű kivitelben olyan rétegvesztési helyeket hoz létre, amelyek a hőciklus hatására terjednek. A jó hírű gyártók a gyártási mintákat 20+ hőciklusnak vetik alá a szélsőséges hőmérsékletek között a kiadás előtt.
Mechanikai kopás a támasztópontokon
A kábelfelfüggesztő vasalat a torony rögzítési pontjain fogja meg a kábelköpenyt. Ezek a markolatpontok koncentrálják a mechanikai igénybevételt, és olyan kopási zónákat hoznak létre, amelyek nagyobb igénybevételnek vannak kitéve, mint a szabadfesztávú kábelnél. A kábel ezeken a pontokon enyhén elmozdul a szél hatására, és kopást okoz a markolat felülete és a köpeny között.
Ez a helyi kopás felgyorsul, ha a hardver telepítése nem megfelelő. A túlzottan meghúzott felfüggesztő bilincsek túlzottan összetörik a burkolatot, feszültségkoncentrációt indítva el, ami végül megreped az anyagot. Az elégtelen szorítóerő lehetővé teszi a kábel túlzott elmozdulását és kopását. A gyártók pontos nyomatékértékeket adnak meg a bilincs felszereléséhez, jellemzően 40-60 N⋅m, a kábel átmérőjétől függően.
A felfüggesztési pontokon elhelyezett kopásgátló rudak vagy rezgéscsillapítók újraelosztják a feszültséget a hosszabb kábelszakaszokon. Ezek az eszközök csökkentik az eolikus rezgés amplitúdóját is, csökkentve a fáradtságot okozó ciklikus feszültséget. A helyszíni tapasztalatok azt mutatják, hogy a megfelelően telepített védelmi hardverrel ellátott kábelek élettartama 30+ év, míg az ilyen tartozékokat nem tartalmazó telepítések 10-15 éven belül javítást vagy cserét igényelhetnek.
ADSS optikai kábel Anyagtudomány
Polietilén köpeny kémia
A legtöbb ADSS-kábelben a nagy-sűrűségű polietilén (HDPE) képezi az elsődleges időjárási akadályt. Ez a félig{2}}kristályos hőre lágyuló műanyag hosszú-láncú szénhidrogénekből áll, minimális elágazással. A kristályos régiók mechanikai szilárdságot és kémiai ellenállást biztosítanak, míg az amorf régiók rugalmasságot biztosítanak.
A korom hozzáadása az átlátszó polietilént UV-{0}}ellenálló anyaggá alakítja. A szénrészecskék abszorbeálják az UV-fotonokat, mielőtt megszakítanák a polimerláncokat, és az energiát hőként disszipálnák. A 2-3%-os koromterhelés optimalizálást jelent – a magasabb koncentráció túlzottan sötétíti az anyagot és csökkentheti az ütési szilárdságot, míg az alacsonyabb koncentrációk nem biztosítanak elegendő UV védelmet.
A nyomkövetést gátló készítmények szervetlen töltőanyagokkal, például alumínium-trihidráttal vagy magnézium-hidroxiddal módosítják az alap HDPE-t. Ezek a töltőanyagok megszakítják az elektromos nyomkövetési utakat azáltal, hogy nagy ellenállást tartanak fenn, amikor a burkolat felülete megsérül. A szervetlen részecskék javítják az égésgátlást és csökkentik a füstképződést, ha a kábelek tűznek vannak kitéve.
A polietilén kristályossága általában 60-70% között van az ADSS-hüvelyekben. A magasabb kristályosság növeli a szakítószilárdságot és a környezeti feszültségre gyakorolt repedésállóságot, de csökkenti az alacsony hőmérsékletű ütésállóságot. A gyártók kiegyensúlyozzák ezeket a tulajdonságokat a polimerizációs feltételek és a hűtési sebesség szabályozásával az extrudálás során.
Aramid Fiber Strength tagok
Az aramidszálak (általában Kevlar vagy Twaron márkák) biztosítják az ADSS-kábelek öntámogató{0}}képességét. Ezek a szintetikus polimerek aromás poliamidokból állnak, amelyek merev, rúdszerű molekulaszerkezetei a szál tengelye mentén helyezkednek el. Ez az igazítás olyan szakítószilárdságot eredményez, amely meghaladja az acélt tömegre vonatkoztatva,-az aramidszálak 3000-3600 MPa szakítószilárdságot érnek el az acél körülbelül egyötödének sűrűségénél.
Az aramidszálak kihívása az UV-érzékenységben és a nedvességelnyelésben rejlik. A közvetlen UV-sugárzás fotodegradációt okoz, amely hónapokon belül 50%-kal csökkenti a szakítószilárdságot. Nedvességelnyelés-tipikusan 4-7 tömeg% telítéskor – csökkenti a modulust és a kúszási ellenállást. Az ADSS kialakítás az aramid fonalakat védőköpenybe zárja, hogy megakadályozza az UV-expozíciót és a nedvesség bejutását.
A hőmérséklet minimálisan befolyásolja az aramid mechanikai tulajdonságait az ADSS működési tartományaiban. A szálak a szobahőmérséklet több mint 90%-át -tartják -40 és 100 fok között. Ez a hőstabilitás biztosítja, hogy a kábel húzóképessége megfelelő maradjon még akkor is, ha a jégterhelés alacsony hőmérsékleten igénybe veszi a kábelt.
Az aramid kúszás-idő{1}}függő nyúlása állandó terhelés mellett- az elsődleges korlát. A tartósan feszített fonalak lassan megnyúlnak, ami a kábel megereszkedését növeli az évek során. A kábeltervezők ezt úgy veszik figyelembe, hogy a kezdeti beépítési feszültséget az aramid folyási feszültsége alatt határozzák meg, hagyva a kúszási nyúlást, miközben a kábel élettartama során megfelelő hézagot tartanak fenn.
Vízblokkoló technológiák
A kábelmag mentén történő nedvességvándorlás megakadályozása megvédi az optikai szálakat a víz{0}}indukált csillapítástól, az aramid fonalat pedig a nedvesség lebomlásával szemben. Az ADSS tervezésében két víz-blokkoló megközelítés dominál: gél-töltött és szárazvíz-blokkolás.
A géllel{0}}töltött kábelek petróleum-alapú tixotróp géleket használnak, amelyek kitöltik a puffercsövekben, valamint a csövek és a mag közötti üregeket. A gél viszkozitása megakadályozza, hogy a víz hosszirányban áramoljon a kábel mentén, még akkor is, ha a köpeny megsérül. A géltöltés bizonyítottan vízelzáró képességet biztosít, de megnehezíti a terepi lezárást, mivel a technikusoknak meg kell tisztítaniuk a gélt a szálaktól az összeillesztés előtt.
A szárazvíz{0}}blokkolás szuper-abszorbens polimereket (SAP) alkalmaz, amelyeket a puffercsövek köré tekert fonalakba vagy szalagokba építenek. Ezek az anyagok felszívják a vizet, és száraz térfogatuk többszörösére duzzadnak, fizikailag elzárva a víz terjedési útját. A száraz kialakítások leegyszerűsítik a terepi munkát azáltal, hogy kiküszöbölik a gél tisztítását, de gondos gyártást igényelnek a megfelelő SAP lefedettség biztosítása érdekében.
Mindkét megközelítés a Telcordia GR-20-CORE követelményeinek megfelelő víz{0}}elzárási teljesítményt éri el – kevesebb, mint 1 méteres vízbehatolást 24 órás merítés után 0,3 psi nyomáskülönbség mellett. Ez a specifikáció biztosítja, hogy még az átlyukasztott burkolatú kábelek is megőrizzék optikai teljesítményüket a javítás ütemezéséig.
Az időjárási teljesítményt befolyásoló telepítési tényezők
Span Length Optimization
A hosszabb fesztávok csökkentik a telepítési költségeket, mivel kevesebb tartószerkezetre van szükség, de növelik a kábel súlya, a szél és a jég okozta mechanikai igénybevételt. Az optimális fesztáv a helyi éghajlati adatok alapján egyensúlyba hozza ezeket a gazdasági és műszaki tényezőket.
A NESC rakodókörzetei kodifikálják a történelmi időjárás súlyosságát. A könnyű rakodási körzetek nem feltételezik a jég felhalmozódását és 8 psf szélnyomást (körülbelül 75 mph szél). A közepes terhelésű körzetek 6,35 mm-es radiális jeget írnak elő 4 psf egyidejű széllel. A nehéz terhelési körzetekben 12,7 mm-es radiális jégre van szükség 4 psf széllel vagy jég nélkül 9 psf széllel, attól függően, hogy melyik eredményez nagyobb terhelést.
Egy tipikus, 48 szálas, 2000 N szakítószilárdságú ADSS-kábel esetében a maximális fesztávok 800 métertől a könnyű terhelési körzetekben és 450 méterig terjednek a nehéz terhelési körzetekben. A nagyobb szakítószilárdságú kábelek (3000-4000 N) kiterjesztik ezeket a határokat, de növelik a kábel átmérőjét és tömegét, részben ellensúlyozva a fesztávhosszabbítást.
A valós{0}}telepítések ritkán használják az elméleti maximális tartományt. A 2,5-3,0 biztonsági tényező az általános gyakorlat, ami azt jelenti, hogy a kábelek végső szakítószilárdságuk 33-40%-án működnek a legrosszabb terhelés mellett. Ez a sáv alkalmazkodik a tervezési kritériumokat meghaladó váratlan időjárási eseményekhez, és tartalékkapacitást biztosít a hosszú távú kúszás megnyúlásához.
Csatolási hardver kiválasztása
A kábel és a tartószerkezet közötti hardveres interfész kritikusan befolyásolja az időjárási teljesítményt. A felfüggesztő bilincsek támogatják a kábel súlyát a közbenső tornyoknál, miközben lehetővé teszik a hosszirányú feszültség átvitelét a kábelen. A zsák-végbilincsek lezárják a kábelfeszülést a szögpontoknál vagy a végszerkezeteknél.
A feszültségkoncentráció elkerülése érdekében a felfüggesztő bilincseknek egyenletesen kell elosztaniuk a szorítónyomást a kábel kerületén. A rögzítés előtt a kábel köré tekert spirális rudak terjesztik a terhelést nagyobb hosszon. A gyártók a kábel átmérője és feszessége alapján különböző spirális rúdméreteket határoznak meg.
A zsák{0}}végbilincsek a kábel teljes feszültségét a toronyszerkezetre helyezik át. Ezek a szerelvények jellemzően aramidfonal-lehúzókat használnak-, ahol a szilárdsági elemek elválanak a kábeltől, és a szerelvénytesthez rögzítik. A megfelelő telepítés biztosítja, hogy a feszültség az aramid fonalakban koncentrálódjon, nem pedig az optikai szálakban vagy a hüvely anyagában.
A felfüggesztési pontokon lévő rezgéscsillapítók csökkentik az eolikus rezgés amplitúdóját. Ezek az eszközök a szálkábelhez szorított rövid acélkábelekhez rögzített súlyokból állnak. A lengéscsillapító tömeg-rugórendszerének rezonanciafrekvenciája a problémás rezgésfrekvenciákhoz igazodik (általában 5-25 Hz), amely energiát von ki a kábel rezgéséből, és azt a belső súrlódáson keresztül disszipálja.
Elektromos mező pozicionálás
Az átviteli vonali szerkezetekre szerelt ADSS optikai kábeleknél a fázisvezetőkhöz viszonyított rögzítési helyzet határozza meg az indukált feszültség kitettségét. A végeselemes szoftverrel végzett professzionális mérnöki elemzés kiszámítja az elektromos téreloszlásokat, figyelembe véve a vezetékek távolságát, a fázisviszonyokat és a földelést.
A cél az olyan kábelútvonalak azonosítása, ahol az elektromos térerősség a kritikus küszöbérték alatt marad, ami száraz sávú ívet okoz. Méterenként 12 kV alatt a szabványos PE burkolatok megfelelően működnek. A 12-25 kV/m-es mezőkhöz AT burkolat szükséges. 25 kV/m felett alternatív kábelelvezetést kell megvizsgálni, mert még az AT köpenyek is romolhatnak.
A középső fesztávolságú pozíciók általában a maximális terepi expozíciót tapasztalják. Ha közelebb viszi a kábelt a földelt toronyszerkezetekhez, akkor csökken a térerősség, de megnő a kábel vízszinteshez viszonyított szöge, ami növeli a mechanikai igénybevételt. A mérnöki megoldás egyensúlyban tartja az elektromos és mechanikai korlátokat, hogy megtalálja azt a pozíciót, amely mindkettő számára megfelelő biztonsági ráhagyást kínál.
A fázis---földzárlatok tranziens túlfeszültséget okoznak, amely messze meghaladja a normál működési feltételeket. A kábel elhelyezésének biztosítania kell, hogy még ezek a hibaállapotok se okozzanak áttörést a vezetőkről az üvegszálas kábelre. Az IEEE 1222 szabványokban meghatározott minimális távolságok figyelembe veszik a legrosszabb{5}}hibaforgatókönyveket.
Vizsgálati szabványok és minőségellenőrzés
IEEE 1222 tesztelési protokoll
Az IEEE 1222 szabvány felépítési, teljesítmény- és tesztelési követelményeket határoz meg az elektromos közüzemi vezetékeken használt ADSS-kábelekre vonatkozóan. Ez a szabvány biztosítja, hogy a kábelek megfeleljenek a mechanikai szilárdság, az elektromos ellenállás, az optikai teljesítmény és a környezeti tartósság minimális küszöbértékeinek.
A mechanikai vizsgálat magában foglalja a húzóterhelést a névleges szakítószilárdság meghatározott hányadára, miközben méri a nyúlást és ellenőrzi a szerkezeti sérüléseket. A kábeleknek a névleges szakítószilárdság 60%-ának kell ellenállniuk 24 órán keresztül meghibásodás nélkül. A dinamikus terhelési tesztek ciklikus feszültséget alkalmaznak, amely egyenértékű a szél-kiváltotta rezgéssel ciklusok milliói során.
Az elektromos ellenállás vizsgálata a burkolat ellenállását egységnyi hosszon méri különböző szennyeződési és nedvesedési forgatókönyvek esetén. A mintákat sóködnek vetik alá, majd nedves ellenállásmérésnek vetik alá a part menti viszonyokat. A teszt feszültséggradienseket alkalmaz, miközben figyeli a nyomkövetést vagy az eróziót, amely nem megfelelő követési ellenállást jelez.
A környezeti öregedési tesztek a kábeleket gyorsított UV-sugárzásnak, hőciklusnak és páratartalomnak teszik ki. 20+ évnyi üzemidőnek megfelelő öregedés után a kábeleknek meg kell tartaniuk az eredeti szakítószilárdság és szakadási nyúlás meghatározott százalékát. Az optikai szálaknak minimális csillapításnövekedést kell mutatniuk a környezeti expozíció után.
Minőségellenőrzés a gyártás során
A gyártás minőségének ellenőrzése az alapanyag ellenőrzésével kezdődik. A polietilén gyanta vizsgálata megerősíti, hogy az olvadékfolyási index, a sűrűség és a koromtartalom megfelel az előírásoknak. Az aramidfonal-beszállítók minden egyes gyártási tételhez tanúsítványt adnak, amely dokumentálja a szakítószilárdság és a nyúlás mérését.
Az extrudálás során az inline monitorozás folyamatosan méri a hüvely vastagságát. Az ultrahangos vagy lézer{1}}alapú mérőeszközök észlelik a vastagság változásait, amelyek gyenge pontokat okozhatnak. A köpeny átmérője és az ovális méretek biztosítják, hogy a kábel megfelelően illeszkedjen a szerelvénybe.
Az optikai szál csillapításának mérése a kábelezés után, de a végső burkolat előtt történik. Ez lehetővé teszi a sodrási folyamat során a túlzott hajlítás vagy feszültség által okozott szálkárosodások észlelését és kijavítását. A specifikációs határértékeket meghaladó csillapítású szálakat a kábel befejezése előtt ki kell cserélni.
Az egyes gyártási sorozatokból származó mintakábeleket gyorsított öregedési és mechanikai tesztelésnek vetik alá a termék kiadása előtt. Ez a roncsoló tesztelés igazolja, hogy a gyártási folyamatok következetesen minden specifikációnak megfelelő kábeleket állítanak elő. A gyártók általában a termelés 0,1-0,5%-át semmisítik meg a minőségellenőrzés során.
Karbantartási követelmények
Időszakos ellenőrzési jegyzőkönyvek
Az ADSS-kábelek kevesebb karbantartást igényelnek, mint a fémkábelek, mivel nem korrodálódnak, de az időszakos ellenőrzések azonosítják a kialakuló problémákat, mielőtt meghibásodnának. Az ellenőrzési időközök a környezet súlyosságától függenek,{1}}a zord tengerparti vagy ipari környezet éves ellenőrzést tesz szükségessé, míg a jóindulatú szárazföldi éghajlat 3-5 éves időszakot tesz lehetővé.
Szemrevételezéses ellenőrzés a torony helyéről, és ellenőrzi a burkolat sérülését, nyomnyomait vagy elszíneződését, amely az UV-sugárzás lebomlására vagy íves tevékenységére utal. Távcsövek vagy teleobjektív-kamerák megvizsgálják a középső fesztávú kábelszakaszok megereszkedését, amelyek a kúszás megnyúlására vagy a jégkárosodásra utalnak. A szerelvények és a hardverek nyomatékellenőrzésen esnek át annak biztosítására, hogy a szorítóerők az előírásokon belül maradjanak.
Az infravörös termográfia érzékeli a száraz{0}}sávos ívelés vagy hardverproblémák miatti helyi melegedést. A hőkamerák átvizsgálják a kábel-torony interfészeit, keresik a szivárgó áramot vagy a mechanikai súrlódást jelző forró pontokat. Az 5-10 fokkal a környezeti hőmérséklet feletti hőmérséklet-különbségek alaposabb vizsgálatot igényelnek.
Az optikai tesztelés méri a szál csillapítását, és azonosítja a töréseket vagy romlást. Az optikai időtartomány-reflexiómetria (OTDR) fényimpulzusokat küld le a szálakon, és elemzi a visszaverődéseket, hogy megtalálja a hibákat vagy a megnövekedett veszteséget a mérő-skála felbontásával. Az ellenőrzési ciklusok közötti jelentős csillapítás-növekedés víz behatolására vagy szálfeszültségre utal, amely korrekciós intézkedést igényel.
Tisztítás és felületkezelés
A szennyezett környezetben lévő kábelek számára előnyös az időszakos tisztítás, hogy eltávolítsák a vezetőképes szennyeződéseket, mielőtt a száraz{0}}sávos ív kialakulna. A nagy-nyomású vizes mosás eltávolítja a port és a sólerakódásokat a hüvely felületéről. Ez a megelőző karbantartás meghosszabbítja a kábelek élettartamát a tengerparti és ipari területeken.
Egyes közművek szilikon bevonattal látják el a kábelfelületeket a kritikus helyeken. Ezek a hidrofób bevonatok a víz gyöngyöztetését és lefolyását okozzák, nem pedig folyamatos vezetőképes filmekké. A bevonat hatékonysága 2-5 évig tart, mielőtt az újbóli felhordás szükségessé válik. A költség-haszon elemzés általában a legveszélyeztetettebb kábelszakaszokra korlátozza a bevonat alkalmazását, nem pedig a teljes fesztávra.
Hardver beállítása
A kábel megereszkedése idővel növekszik az állandó feszültség alatti aramid kúszása miatt. A túlzott megereszkedés csökkenti a szabad magasságot, és korrekciót igényelhet. Az újra-feszítés magában foglalja a holtvégű-szerelvények meglazítását és a kábel meghúzását, hogy eltávolítsa a lazaságot, mielőtt újra-erősítené a szerelvényeket. Ez a folyamat speciális szerszámokat és képzett személyzetet igényel, hogy elkerülje a kábel túlfeszültségét.
A rezgéscsillapító elhelyezése időnként beállítást igényel, ha az ellenőrzések túlzott kábelmozgást mutatnak ki. A lengéscsillapítók közelebb mozgatása a felfüggesztési bilincsekhez vagy további lengéscsillapítók hozzáadása a rezgés amplitúdóját elfogadható szintre csökkenti.
Amikor az ADSS-kábelek meghibásodnak időjárásban
Küszöb feltételek
Minden anyagnak vannak határai. Az ADSS-kábelek meghibásodnak, ha a környezeti terhelés meghaladja a tervezett kapacitást, vagy ha több stresszor szinergikusan kombinálódik. E küszöbértékek megértése segít a kábelteljesítményre vonatkozó reális elvárások elérésében.
A tervezési kritériumokat meghaladó jégviharok okozzák a legdrámaibb hibákat. Amikor a jégvastagság megduplázza a tervezési értéket, a kábel terhelése négyszeresére nőhet, mivel a jég súlya a vastagság négyzetével és a fesztávolság hosszával skálázódik. A normál tervezési körülmények között a feszültségi határértékük közelében működő kábeleknek nincs tartalék kapacitása túlterhelési forgatókönyvekhez.
Az extrém szélesemények-tornádók, derechók vagy hurrikánok-a szélsebesség 50-100%-kal meghaladja a tervezett értékeket. A szélsebesség és a szélerő négyzetes kapcsolata azt jelenti, hogy a 150%-os tervezett szél 2,25-szeres tervezési erőt hoz létre. Jégterheléssel kombinálva ez meghaladhatja a kábel szakítószilárdságát vagy a szerelvényeknél a lehúzási terhelést.
Electrical failure from dry-band arcing becomes likely when multiple factors align: high-voltage exposure (>220 kV fázisfeszültség), part menti vagy ipari szennyezés, gyakori nedvesedési események és szabványos PE burkolat anyagok. Ez a kombináció nagy szivárgási áramokat és feszültséggradienseket hoz létre, amelyek a tartós íves tevékenységhez szükségesek.
Kudarc-megelőzési stratégiák
Az elektromos környezetnek megfelelő burkolatanyag kiválasztása a leghatékonyabb megelőző intézkedés. Az AT-hüvelyek 15-25%-kal drágábbak, mint a normál PE, de alapvető védelmet nyújtanak nagy-feszültségű, nagy szennyezettségű környezetben. A költségprémium megtérül az idő előtti meghibásodás és csere elkerülésével.
A fesztávolság konzervatív megválasztása biztonsági tartalékot hagy a váratlan időjárási eseményekre. A maximális névleges értékek 70-80%-ára történő korlátozása lehetővé teszi a tervezési kritériumokat meghaladó időnkénti viharokat anélkül, hogy meghibásodást okozna. Ez a megközelítés csökkenti az infrastruktúra kilométerenkénti költségét, de növeli a kábelek teljes költségét a magasabb telepítési munkával.
A megfelelő telepítés rendkívül fontos. A megfelelő feszítéssel, megfelelően meghúzott hardverrel és megfelelő rezgéscsillapítókkal felszerelt kábelek túlélik az időjárási eseményeket, amelyek tönkreteszik a gondatlanul telepített kábeleket. A szakképzett szerelőszemélyzetbe és felügyeletbe való befektetés megakadályozza a legtöbb idő előtti meghibásodást.
A rendszeres ellenőrzés és a megelőző karbantartás észleli a problémákat a katasztrofális meghibásodás előtt. Az éves ellenőrzések költsége a kábelcsere költségének kevesebb, mint 1%-a, és korai figyelmeztetést ad a nyomkövetési sérülésekre, a hardver meglazulására vagy a korrekciót igénylő túlzott megereszkedésre.
Gyakran Ismételt Kérdések
Túlélheti-e az ADSS-kábel a hurrikán{0}}erejű szeleket?
A megfelelően megtervezett és telepített ADSS-kábelek erős{0}}szélzónákban ellenállnak a hurrikán körülményeknek. A karibi régiókban a terepi teljesítmény azt mutatja, hogy a megfelelően meghatározott kábelek túlélik a 4-es kategóriájú hurrikánokat 250 km/h-s tartós széllel. A kulcstényezők a szélzóna besorolásnak megfelelő konzervatív fesztávok és a megfelelően felszerelt rezgéscsillapítók, amelyek megakadályozzák a kifáradás okozta károkat. A hurrikánok során fellépő meghibásodások általában a kidőlő fákból vagy a torony összeomlásából fakadnak, nem pedig a kábeltörésből.
Az UV-sugárzás korlátozza az ADSS kábel élettartamát?
Az UV-sugárzás fokozatos burkolatromlást okoz, de a megfelelően kialakított kábelek 25-30 évig megőrzik a megfelelő mechanikai tulajdonságokat. A polietilén burkolatban lévő korom adalékok elnyelik az UV-energiát, védve az alatta lévő polimerláncokat. A több évtizedes napsugárzást szimuláló gyorsított öregedési tesztek kevesebb mint 20%-os szilárdságcsökkenést mutatnak. A gyakorlatban más tényezők -száraz sáv-ívelése nagyfeszültségű környezetben- vagy mechanikai kopás a felfüggesztési pontoknál – jellemzően meghibásodást okoznak, mielőtt az UV-sugárzás kritikussá válna. A fekete burkolatok jobban teljesítenek, mint a színes alternatívák a magasabb koromtartalom miatt.
Milyen szélsőséges hőmérsékleti viszonyokat tudnak elviselni az ADSS-kábelek?
Az ADSS kábelek -40 foktól 70 fokig megbízhatóan működnek, lényegében az összes lakott régiót lefedve. A polietilén köpeny alacsony hőmérsékleten is rugalmas marad, megakadályozva a törékeny törést. Magas hőmérsékleten a köpeny megőrzi szerkezeti integritását, bár a kábel megereszkedése megnő a csökkent rugalmassági modulus miatt. Az északi-sarkvidéki és sivatagi környezetben történő telepítések sikeres működést mutatnak szélsőséges hőmérsékleten. A laza csőkialakítás elszigeteli az optikai szálakat a kábelszerkezet hőtágulásától, fenntartva az optikai teljesítményt a teljes hőmérsékleti tartományban. A telepítési tervezésnek figyelembe kell vennie a szélsőséges hőmérsékleti értékek közötti megereszkedést a megfelelő szabad magasság biztosítása érdekében.
Mennyi jégképződést képes támogatni az ADSS kábel?
A jég teherbírása a kábel szakítószilárdságától és fesztávolságától függ. Egy tipikus, 48{15}}szálas kábel 2000 N besorolással kezeli a 6-12 mm-es radiális jeget 400 méteres fesztávon, közepes terhelésű körzetekben. Ez a jégvastagság 300-500%-kal növeli a kábel tömegét. Hosszabb fesztávhoz vagy nehezebb jégviszonyokhoz magasabb szakítószilárdságú kábelekre van szükség – a 3000-4000 N kábelek megnövelik a kapacitást, de növelik a költségeket és az átmérőt. A sima kör alakú kábelprofil könnyebben ontja a jeget, mint a lapos vagy sodrott kivitel. Az elméleti maximumok alatti konzervatív fesztávolság-választás biztonsági ráhagyást biztosít a tervezési kritériumokat meghaladó jégviharok számára. A megfelelő tervezés figyelembe veszi a jégbevonatú kábelek egyidejű szélterhelését.
Reális teljesítményelvárások
Az ADSS optikai kábelek megbízható szolgáltatást nyújtanak változatos időjárási környezetben, ha megfelelően vannak meghatározva, telepítve és karbantartva. A kábelek ellenállnak a szélsőséges hőmérsékleti hatásoknak a sarkvidéki hidegtől a sivatagi hőségig, évtizedekig ellenállnak az UV-sugárzásnak, és jelentős jég- és szélterhelést is bírnak.
A technológia nem legyőzhetetlen. A tervezési paramétereket meghaladó szélsőséges időjárási események, a száraz sávos ív-nagyfeszültségű-szennyezett környezetben és a nem megfelelő karbantartás végül hibákat okoz. E korlátok megértése reális tervezést tesz lehetővé, ahelyett, hogy drága hibákon keresztül fedezné fel őket.
Az anyagválasztás nagyon fontos. Az AT-hüvelyek megakadályozzák a száraz-szalag ívképződést zord elektromos környezetben, ahol a szabványos PE meghibásodik. A nagyobb szakítószilárdság növeli a fesztávolságot, de növeli a költségeket. Ezeknek a tervezési döntéseknek a tényleges telepítési feltételeket kell tükrözniük, nem pedig a minimálisan elfogadható előírásokat.
A telepítés minősége határozza meg, hogy az ADSS optikai kábel eléri-e a tervezett élettartamát. A hardver megfelelő telepítése, a megfelelő fesztávolságok és a tápvezetékekhez viszonyított helyes elhelyezése megakadályozza a legtöbb idő előtti meghibásodást. A tapasztalt szerelőszemélyzet költsége kiváló biztosítást jelent az időjárási problémákkal{2}} szemben.
A legtöbb alkalmazáshoz a megfelelően megtervezett ADSS optikai kábel 25-30 év megbízható működést biztosít a folyamatos időjárási hatások ellenére. Ez a hosszú élettartam megköveteli, hogy a kábel specifikációit a telepítési környezethez kell igazítani, követni kell a legjobb telepítési gyakorlatokat, és rendszeres karbantartást kell végezni. A megfelelő tervezésbe és telepítésbe fektetett befektetés több évtizedes problémamentes működés során megtérül.