Þekking

Getur ADSS ljósleiðari staðist spennu?

ADSS ljósleiðari er sérstaklega hannaður til að standast spennu, með stöðluðum snúrum sem styðja 4 til 50 kílónewton, allt eftir lengd spannar og hönnunarforskriftum. Togstyrkur kapalsins kemur frá aramid trefjagarni (svipað og Kevlar) sem er fellt inn á milli innri og ytri slíður, sem gerir kapalnum kleift að styðja sjálfan sig yfir allt að 800 metra spann án málmstoðvirkja.

Til að skilja hvernig þessar snúrur höndla spennu þarf að skoða þrjú mismunandi spennuástand: uppsetningarspennu (tímabundinn kraftur meðan á notkun stendur), hámarks leyfileg spenna eða MAT (hönnunarmörkin sem kapallinn þolir) og rekstrarspennu (meðalkraftur á venjulegum endingartíma). Hver þjónar öðrum tilgangi til að tryggja áreiðanleika kapalanna.

Þriggja hæða spennukerfið

ADSS snúrur starfa undir vandlega útreiknuðu spennustigveldi sem verndar viðkvæmu ljósleiðarana inni á meðan þeir halda réttum

síga á milli stanganna.

Uppsetningarspennatáknar mesta kraftinn sem kapallinn upplifir, venjulega á meðan á togarfasa dreifingarinnar stendur. Leiðbeiningar um uppsetningu tilgreina að þetta ætti ekki að fara yfir 600 pund (2.700 N) fyrir flestar ADSS snúrur, sem þýðir um það bil 50-70% af MAT einkunn kapalsins. Þessi varúðarmörk eru til vegna þess að kraftmiklir kraftar við uppsetningu - eins og að fara yfir hnífa eða sigla um hæðarbreytingar - geta skapað álagsstyrk sem er meiri en einföld útreikning á togkrafti.

Hámarks leyfileg spenna (MAT)skilgreinir hönnunarþröskuld strengsins við verstu aðstæður í umhverfinu: hámarks ísálag, hámarksvindhraði og lægsti væntanlegur hiti sem á sér stað samtímis. Fyrir 100 metra span snúru gæti MAT verið 2.700 N, en snúrur sem eru hannaðar fyrir 400 metra span gætu haft MAT einkunnir yfir 20.000 N. Trefjarálagið við MAT aðstæður verður að vera undir 0,05% fyrir borði hönnun og 0,1% fyrir miðlæga rör stillingar til að koma í veg fyrir merki dempun.

Hversdagshönnunarstreita (EDS), stundum kölluð ársmeðalspenna, táknar langtímaaðgerðakraftinn sem venjulega er reiknaður fyrir vindlausa aðstæður við meðalárshita. EDS ákvarðar þreytuþol og titringsvörn, venjulega í gangi við 15-25% af MAT.

Þetta þriggja þrepa kerfi gerir verkfræðingum kleift að jafna kapalkostnað á móti frammistöðu. Ofbygging fyrir uppsetningarspennu eina myndi skapa óþarflega þunga, dýra kapla; þrepaskipt nálgun hámarkar efnisnotkun en viðhalda öryggismörkum.

Hvernig Aramid trefjar skapa togstyrk

Sjálfbær getu ADSS kapalsins stafar af aramíðtrefjagarni-afkastamiklum syntetískum trefjum með togstyrk sem er sambærilegur við stál en er fimmtungur af þyngd. Kevlar frá DuPont, Twaron frá Teijin og Heracron frá Kolon eru algeng vörumerki sem notuð eru við kapalframleiðslu.

Þessar aramidgarn eru settar í þyrillaga lag yfir innri slíður kapalsins en undir ytri hlífðarjakkanum. Fyrir kapal sem er metinn á 10 kN, gætu framleiðendur notað 24 til 48 einstaka garnknippa, hvert tilgreint í dtex (þyngd í grömmum 10.000 metrar). Algengar einkunnir fyrir afneitun innihalda 1.610 dtex, 3.200 dtex og 8.400 dtex-hærri tölur gefa til kynna þykkara og sterkara garn.

Helstu eiginleikar aramíðlagsins eru:

Togstuðull70-112 GPa (gigapascals), sem gefur stífleika við álag

Brotlengingundir 4%, sem þýðir lágmarks teygja fyrir bilun

Stöðugleiki hitastigsfrá -40 gráðum til +70 gráðu án verulegs styrkleikarýrnunar

Rafmagns eiginleikar, viðhalda núll rafleiðni sem er mikilvægt fyrir háspennuumhverfi

Kapalframleiðendur reikna út nauðsynlegt magn aramíðgarns með því að nota spanlengd, kapalþyngd á metra og vænta veðurhleðslu. 200 metra span á svæði með mikilli íssöfnun gæti þurft 30-40% meira aramidgarn en sama span í mildu loftslagi, sem hefur bein áhrif á þvermál kapalsins og kostnað.

Þegar ADSS ljósleiðaraspenna verður hættuleg

ADSS ljósleiðarasnúrur standa frammi fyrir tveimur aðal spennutengdum bilunaraðferðum sem hafa hrjáð veituuppsetningar á heimsvísu: titringur í lofti og skemmdir á uppsetningu.

Aeolian titringurá sér stað þegar stöðugur vindur streymir hornrétt á strenginn og myndar hvirfilbylgjur til skiptis á efri og neðri yfirborði strengsins. Þessir hvirflar mynda sveiflukrafta á tíðni á bilinu 3-150 Hz. Vegna þess að ADSS snúrur hafa tiltölulega lágan massa, mikla spennu og lágmarks innri dempun, eru þeir sérstaklega viðkvæmir fyrir þessu fyrirbæri á breiddum yfir 150 metra.

Titringsmagnið gæti virst lítið - oft aðeins 0,5 til 2 snúruþvermál - en á stuðningsstöðum þar sem kapallinn fer inn í fjöðrunarklemmur, skapa þessar sveiflur hringlaga beygjuálag. Á mánuðum eða árum getur þessi streitustyrkur slitið ytri jakkann, skaðað aramíðlagið og að lokum valdið broti á þræðinum. Bilanir á vettvangi hafa verið skráðar eftir aðeins 6-12 mánuði á göngum með miklum vindi án viðeigandi dempunar.

Spiral titringsdemparar (SVDs) veita lausnarsveigjanlegu stangirnar sem grípa um kapalinn og dreifa titringsorku með efnishysteresis. Rétt staðsetning dempara, venjulega 0,5-1,0 metra frá hverjum fjöðrunarpunkti, getur dregið úr titringi um 60-80%. Hins vegar leiddu rannsóknir Karady og félaga í ljós að óviðeigandi hönnuð demparar geta í raun aukið annan bilunarham: ljósbogamyndun með þurrbandi.

Skemmdir á uppsetningutáknar nærtækari ógn. Ef farið er yfir uppsetningarspennumörk - jafnvel í stuttan tíma - getur valdið varanlegri aflögun á aramíðgarninu eða búið til örbeygjur í ljósleiðarunum. Rannsókn frá 2011 leiddi í ljós að trefjaálag yfir 0,3% við uppsetningu skapaði mælanlegt merkjatap jafnvel eftir að spennan losnaði, sem bendir til plastaflögunar á glertrefjunum sjálfum.

Fínnari skemmdir verða vegna snúninga á snúru meðan á dreifingu stendur. Ef kapallinn snýst meira en eina heila snúning á 100 metra meðan á toga stendur, mynda aramíðgarnið spíralspennumynstur sem dregur úr virkum togstyrk um 15-30%. Þetta útskýrir hvers vegna uppsetningaraðferðir krefjast snúnings-snúningstengja á milli toglínunnar og kapalgripsins sem koma í veg fyrir uppsöfnun snúnings.

Umhverfisöfl á upphengdum strengjum

Spennan sem ADSS kapall verður að standast er mjög mismunandi eftir veðurskilyrðum, sem krefst háþróaðra verkfræðilegra útreikninga við hönnun.

Íshleðslagetur aukið þyngd kapalsins um 300-500% í frosti. 200 metra span af kapli með 12 mm þvermál sem vegur 0,22 kg/m gæti borið 6 mm af geislamyndaður ís, sem bætir við 1,8 kg/m - meira en átta sinnum þyngd beinns kapals. Þessi viðbótarmassi eykur beinlínis snúruna og spennu á stuðningsstöðum. Framleiðendur tilgreina forsendur fyrir ísþykkt (venjulega 0-25 mm) miðað við uppsetningarsvæði og rangreikningur hefur leitt til fjölmargra bilana á svæðum sem verða fyrir óvænt miklum ísstormum.

Vindþrýstingurfylgir formúlunni: F=0.613 × V² × D × L (þar sem F er kraftur í newtons, V er vindhraði í m/s, D er þvermál kapals í metrum og L er spanlengd í metrum). Við 40 m/s vindhraða (90 mph) verður 15 mm strengur fyrir um það bil 37 N af krafti á hvern metra af spani. Á 300 metra breidd þýðir þetta 11.100 N af hliðarkrafti sem skapar aukna spennu í gegnum pýþagóríska sambandið milli lóðrétta og lárétta krafthluta.

Thesamsett hleðslaatburðarás-hámarksís með hámarksvindi skapar versta hönnunarástandið. Hins vegar koma þetta sjaldan fram samtímis; ís myndast venjulega við rólegar aðstæður, en mikill vindur hefur tilhneigingu til að varpa íssöfnun. Staðlar eins og NESC (National Electrical Safety Code) veita tölfræðileg hleðslusvæði sem skilgreina hönnunarsamsetningar fyrir mismunandi svæði.

Hitaáhrif bæta við annarri vídd. Aramid garn hefur neikvæðan varmaþenslustuðul (þau dragast saman við upphitun), öfugt við flest efni. 30 gráðu hitahækkun gæti dregið úr lengd kapalsins um 0,3‰ (0,03%), sem á 500 metra spani jafngildir 15 cm af samdrætti sem gæti aukið spennu um 8-12% eftir teygjanleika kapalsins.

The Dry-Band Arcing Threat

Þó að það sé ekki beinlínis vélræn spennubilun, þá táknar ljósbogamyndun með þurru bandi mikilvægt samspil milli rafumhverfis og vélræns álags sem verðskuldar athygli.

ADSS kaplar sem settir eru upp á háspennuflutningslínum (yfir 110 kV) upplifa rafrýmd tengingu við fasaleiðara. Í menguðu umhverfi - einkum strandsvæðum með saltúða eða iðnaðarsvæðum - mynda loftborin mengun leiðandi lag á kapalyfirborðinu þegar það blotnar af þoku eða lítilli rigningu.

Þar sem þetta lag þornar ójafnt, venjulega nálægt jarðtengdum burðarvirkjum, myndast „þurr bönd“ með mikilli viðnám. Spennufall yfir þessi þurru bönd getur náð 7-14 kV, sem er nóg til að koma af stað rafboga. Þessir bogar - þó aðeins 2-5 mA í núverandi hitastigi sem fer yfir 2.000 gráður á staðbundnum blettum, sem rýra pólýetýlen jakkann.

Rannsóknir við Arizona State University komust að því að endurtekin ljósbogamyndun skapar kolsýrða brautir sem dýpka smám saman og ná til aramíðstyrkleikalagsins innan 65-330 lota, allt eftir spennustigum. Þegar aramíðið hefur verið afhjúpað minnka rafeiginleikar þess og vélrænni styrkur lækkar skyndilega - bilanir hafa átt sér stað innan 2-3 ára á mjög menguðum 220 kV línum.

Tengingin við spennu: hærri rekstrarspenna eykur vélrænt álag í jakkaefninu, sem gerir það næmari fyrir sprunguútbreiðslu frá bogaskemmdum svæðum. Þetta skapar samverkandi bilunarkerfi þar sem rafmagnsskemmdir koma af stað sprungum og vélræn spenna breiðir þeim út.

Rakvarnarjakkar (AT) sem nota sérstaklega samsettar fjölliður með hærra rakningarviðnám (meira en eða jafnt og 25 kV rafsviðsstyrkur) veita vernd á háspennulínum. Að öðrum kosti hafa sumar veitur innleitt með góðum árangri hálfleiðandi stangir-50 metra viðnámsþætti sem stjórna straumdreifingu og takmarka myndun boga. Hins vegar bæta þessar lausnir 15-30% við kapalkostnað.

Hönnunarbreytur sem ákvarða spennugetu ADSS ljósleiðara

Til að tilgreina ADSS ljósleiðarasnúru fyrir tiltekna uppsetningu þarf jafnvægi milli margra innbyrðis háðra þátta.

Spönn lengder aðalbílstjórinn. Staðlað tilboð eru venjulega:

50-100m spann: 2-4 kN MAT, stakur jakki, 11-13mm þvermál

100-200m spann: 6-10 kN MAT, einn eða tvöfaldur jakki, 13-15mm þvermál

200-400m spann: 12-20 kN MAT, tvöfaldur jakki, 15-18mm þvermál

400-700m spann: 25-50 kN MAT, tvöfaldur jakki, 18-22mm þvermál

Lengri spann krefjast hlutfallslega meira aramíðgarns, sem eykur bæði þvermál kapalsins og þyngd - sem aftur eykur vind- og íshleðslu, sem krefst enn meiri styrks í styrkjandi endurgjöfarlykkju.

Trefjafjöldihefur áhrif á þvermál kapalkjarna. Framleiðendur nota venjulega 12 trefjar í hvert stuðpúðarör fyrir snúrur allt að 144 trefjar, skipta síðan yfir í 4 trefjar í hverju röri fyrir hærri fjölda til að viðhalda viðráðanlegu kapalþvermáli. 288 trefja snúru krefst um það bil 72 biðminnisröra raðað í flókið strandamynstur, sem skapar 18-20 mm kjarna áður en aramíð er borið á.

Jakkaúrvalá milli staðlaðra pólýetýlen (PE) og rakavarna (AT) samsetninga hefur áhrif á þyngd, kostnað og rafmagnsgetu. AT jakkar bæta venjulega 1-2 mm við snúruþvermál og 10-15% við þyngd, sem krefst samsvarandi aukningar á aramidgarni til að viðhalda sömu spangetu.

Loftslagssvæðiræður ís- og vindhleðsluforsendum. NESC skilgreinir þung, miðlungs og létt hleðslusvæði:

Þungur: 12,5 mm ís, 18 m/s vindur, -20 gráður

Miðlungs: 6mm ís, 21 m/s vindur, -9 gráður

Ljós: 0mm ís, 34 m/s vindur, 15 gráður

Kapall sem er metinn fyrir 300m span í léttri hleðslu gæti aðeins þolað 180m í mikilli hleðslu vegna viðbótar umhverfiskrafta.

Spennaumhverfihefur fyrst og fremst áhrif á jakkaforskrift frekar en toghönnun, en uppsetningar yfir 220 kV krefjast vandlegra útreikninga á rafsviðsstyrk til að ákvarða bestu festingarhæð á turnum. Hærri staðsetning dregur úr sviðsstyrk en getur aukið útsetningu fyrir vindi - önnur verkfræðileg málamiðlun.

Uppsetningaraðferðir sem varðveita styrk

Jafnvel rétt hönnuð ADSS-snúra getur orðið fyrir skertri endingartíma ef uppsetningaraðferðir koma í veg fyrir aramíðstyrkleikahlutann.

Spennueftirlitmeðan á dreifingu stendur notar sérhæfðar spennur með rauntíma kraftmælingu. Markmiðið er 50-70% af MAT, en það verður að laga fyrir sérstakar aðstæður. Á leiðum með verulegar hæðarbreytingar gætu uppsetningaraðilar þurft að minnka markspennu í 40-50% af MAT á köflum upp á við til að forðast að fara yfir mörkin á lágpunktum.

Toghraðiætti ekki að fara yfir 20 metra á mínútu. Hraðari hraði skapar kraftmikla hleðslu þar sem kapallinn hraðar og hægir á sér með stefnubreytingum, sem getur hugsanlega myndað krafta sem eru 150-200% af togspennunni í stöðugu ástandi. Þessi hraðatakmörk trufla uppsetningarstarfsmenn sem eru vanir uppsetningu rafleiðara þar sem 40-50 m/mín er algengt.

Lágmarks beygjuradíusreglur gilda um alla uppsetningu. Dynamic (meðan á dreifingu stendur) lágmark er 25× snúruþvermál; truflanir (varanleg uppsetning) er 15× snúruþvermál. Fyrir 14 mm snúru þýðir þetta að engar beygjur eru þéttari en 350 mm við drátt og 210 mm í endanlegri klemmustillingu. Brot skapa streitustyrk í aramíðlaginu og geta valdið örbeygjutapi í ljósleiðarunum.

Snúningsuppsetningkemur í veg fyrir snúning á snúru. Tvísnúningssamsetning - ein við gripfestingarstaðinn og önnur 2-3 metrar á eftir - veitir offramboð. „Fánaprófið“ staðfestir rétta snúningsvirkni: festið dúkfána við snúruna fyrir aftan snúninginn og fylgist með því í gegnum hverja rífugang. Fáninn ætti að halda stöðugri stefnu; ef það byrjar að snúast hefur snúningurinn bilað og þarf að gera við hana strax.

Sagastillingeftir uppsetningu tryggir rétta spennudreifingu yfir mörg span. Í samfelldum fjölbreiðum uppsetningum (7-15 skauta), velja uppsetningaraðilar tvö "athugunarsvið" nálægt endum hlutans, mæla sig nákvæmlega og stilla spennuna til að passa við reiknuð gildi úr sig-spennutöflum. Þetta tryggir að engin einstök spenna sé ofspennt á meðan önnur eru undirspennt - ástand sem getur leitt til skaða á jakka við háspennu og of mikið stökk á lágspennu.

Samanburður á ADSS togafköstum

ADSS er í einstakri stöðu meðal ljósleiðaratækni, sem hver um sig hefur sérstaka spennueiginleika.

Mynd-8 kapallinniheldur sambyggðan stálboðvír, venjulega 2,5-3,5 mm í þvermál, sem gerir kapalbygginguna ósamhverfa. Þessi hönnun styður allt að 150 metra breidd með boðstyrk 8-12 kN. Kosturinn: einfaldari uppsetning með hefðbundinni rafleiðaratækni. Ókosturinn: stálboðberinn skapar rafleiðnivandamál nálægt háspennulínum og krefst tengingar/jarðtengingar.

OPGW (Optical Ground Wire)kemur í stað jarðleiðara loftleiðara á flutningsturnum fyrir blendingsstreng sem inniheldur ljósleiðara í miðröri umkringdur ál- og stálþræði. Brotstyrkur er á bilinu 40-180 kN fyrir spann allt að 800 metra. Þó OPGW bjóði upp á frábæra vélrænni frammistöðu kostar það 3-5× meira en ADSS og krefst rafmagnsleysis fyrir uppsetningu á núverandi línum.

Lástraður loftsnúranotar venjulegan snúru með lausu röri sem er vafið í þyril við sendivír með stálvír. Sendiboðinn veitir allan togstuðning; ljósleiðarinn upplifir lágmarksspennu. Þetta gerir kleift að nota ódýrari kapalhönnun en eykur vinnuafl við uppsetningu um 40-60% og skapar fyrirferðarmeiri loftsnið.

ADSS býður upp á ákjósanlegasta jafnvægið fyrir tólanotkun: nægjanlega spennugetu fyrir 80% af dreifingar- og flutningslínum, uppsetningu án rafmagnsleysis, engar áhyggjur af rafleiðni og líftímakostnaður 30-40% undir OPGW valkostum. Spennutakmarkanir (venjulega ekki hentugur fyrir span sem eru yfir 800m án sérsniðinnar verkfræði) tákna aðalhönnunarþvingunina.

Algengar spurningar

Hvað gerist ef farið er yfir ADSS snúruspennu við uppsetningu?

Ef farið er yfir tilgreinda uppsetningarspennu (venjulega 600 lbf eða 2.700 N fyrir staðlaða snúrur) getur það valdið varanlegri aflögun á aramíðstyrkleikahlutanum og búið til örbeygjur í ljósleiðarunum. Jafnvel stutt yfirspenna sem varir aðeins í nokkrar sekúndur þegar kapallinn kemst í erfiðan kafla - getur valdið mælanlegu merkjatapi. Rannsóknarstofupróf sýna að trefjaálag yfir 0,3% getur skaðað glerbygginguna óafturkræft. Í raun getur skemmd kapall staðist fyrstu prófun en þróað með sér hraðari öldrun og óvæntar bilanir innan 2-5 ára frekar en áætlaðs 25-30 ára endingartíma.

Hvernig reiknarðu út rétta ADSS snúru fyrir tiltekið span?

Kapalval krefst fjögurra lykilinntaka: hámarks spanlengd, dæmigert span (meðaltal hlutans), umhverfishleðslu (ísþykkt, vindhraði, hitastig) og spennustig ef sett er upp nálægt raflínum. Framleiðendur útvega sig-spennutöflur sem sýna sambandið á milli span, sig og spennu fyrir kapalgerðir þeirra við mismunandi hleðsluaðstæður. Verkfræðingar passa versta tilfelli spennu og hleðslu við kapal þar sem hámarks leyfileg spenna (MAT) veitir fullnægjandi öryggismörk, venjulega hannað fyrir raunverulega rekstrarspennu sem er ekki meiri en 60-70% af MAT. Fyrir span yfir 300 metra verður titringsgreining mikilvæg og gæti þurft sérsniðnar kapalforskriftir.

Getur styrkur ADSS snúru minnkað með tímanum?

Aramid styrkur liðurinn sjálfur verður fyrir lágmarks niðurbroti ef hann er varinn gegn útsetningu fyrir útfjólubláum geislum og raka með ósnortnum jakka. Hins vegar geta þrír aðferðir dregið úr virkum styrkleika kapalsins með tímanum: ljósbogaskemmdir á þurru bandi á háspennulínum (mynda kolefnisbrautir sem veikja jakkann), eolian titring án fullnægjandi dempunar (sem veldur þreytubilun á festingarstöðum) og UV niðurbrot ef jakkinn er óviðeigandi samsettur. Rétt tilgreint og uppsett ADSS heldur 90-95% af upprunalegum togstyrk eftir 20-25 ár. Árleg innrauð skoðun getur greint heita bletti frá ljósbogamyndun á þurru bandi áður en skelfileg bilun á sér stað.

Af hverju eru sumar ADSS snúrur með tvöföldum jakka?

Tvöföld jakkahönnun þjónar tveimur aðalhlutverkum: að auka veðurhleðslugetu fyrir lengri span (200-700m) og veita óþarfa vernd í erfiðu umhverfi. Innri jakkinn, venjulega 1-2 mm pólýetýlen, hylur aramíðlagið og veitir upphaflega vatnsstíflu. Ytri jakkinn, annað 1,5-3 mm lag, ber aðal UV útsetningu og ís/vindhleðslu. Þessi smíði eykur þvermál snúru um 2-4 mm og þyngd um 15-25%, krefst hlutfallslega sterkari aramíðstyrkingar, en lengir endingartíma í strand-, iðnaðar- eða háhæðarstöðvum þar sem kaplar með staka jakka gætu brotnað niður innan 8-12 ára.

Skilningur á spennu í samhengi

Geta ADSS ljósleiðara til að standast spennu er háð vandlegri verkfræði sem kemur í veg fyrir spennukröfur, umhverfisöfl og kostnaðarþvingun. Aramid trefjar styrkleiki liðurinn veitir toggetu frá 4 til 50 kílónewton á sama tíma og viðheldur rafeiginleikum sem eru nauðsynlegir fyrir háspennuumhverfi.

Þriggja hæða spennukerfisuppsetningin, hámarks leyfileg og starfrækin, tryggir að kapallinn virki vel innan öryggismarka allan endingartíma hans. Bilanir stafa venjulega ekki af ófullnægjandi hönnun heldur uppsetningarvillum (of miklum togkrafti eða snúningi á snúru), umhverfismisreikningi (vanmetið íshleðslu eða vindáhættu) eða rafmagnsrýrnun (þurrbandsboga á háspennulínum).

Fyrir uppsetningar sem fylgja forskriftum framleiðanda, með því að nota viðeigandi vélbúnað og samsvarandi kapalstyrk við span og hleðslukröfur, veitir ADSS áreiðanlega sjálfbæra frammistöðu í 25-30 ár. Tæknin hefur þroskast umtalsvert frá því að tólin voru tekin í notkun snemma á tíunda áratugnum, með bættum jakkasamsetningum, betri skilningi á titringsaðferðum og fágaðri uppsetningartækni sem tekur á sögulegum bilunarhamum.

Lykilinnsýn: ADSS ljósleiðaraspennuþol er ekki einföld já/nei spurning heldur frekar kerfi af innbyrðis háðum breytum sem þarf að tilgreina, setja upp og viðhalda á réttan hátt til að ná fullum hönnunarmöguleikum kapalsins.