Установки для содержания кабельной магистральной сети под воздушным давлением
В кабелях, прокладываемых в трубопроводах телефонной канализации, наиболее часто возникают повреждения из-за проникновения в них влаги при нарушении герметичности оболочки вследствие коррозии, трещин и надломов. Следствием негерметичности оболочки является понижение сопротивления изоляции жил кабеля или полное нарушение телефонной связи по этому кабелю. Содержание кабелей под избыточным воздушным давлением обеспечивает наиболее эффективный контроль герметичности оболочки. Кроме того, при повреждении оболочки кабеля, находящегося под избыточным воздушным давлением, поток воздуха, проходящий через место нарушения герметичности, препятствует проникновению влаги в кабель.
Все городские магистральные и межстанционные кабели емкостью 100 пар и более, а также кабели емкостью 7*4 и 4*4 устанавливают под постоянное избыточное воздушное давление, которое должно быть достаточно высоким, поскольку изменение условий окружающей среды (атмосферного давления, температуры), а также возникновения микроскопических трещин в оболочке способствует проникновению влаги внутрь кабеля. Все кабели, поступающие на место прокладки, должны находиться под избыточным давлением (не менее 49 кПа).
Для определения воздушного давления в кабеле или других устройствах используют манометр, а для определения расхода воздуха, нагнетаемого в кабель, - ротаметр.
Постоянное избыточное воздушное давление в кабеле может поддерживаться автоматической подкачкой воздуха по мере снижения давления из-за допустимой или аварийной утечки. Допустимый расход воздуха равен 0,04 л/мин. Если расход больше, кабель находится в аварийном состоянии.
Для постоянного содержания магистральных и межстанционных кабелей под избыточным воздушным давлением применяются установки: КСУ-30 и КСУ-60; контрольно-дозирующие воздушные КДВ-10 (УСКД-100); передвижные автоматические контрольно-осушительные АКОУ; переносные КЛ-67, КМ-77-2М, ПНОУ.
Для проектируемого района с учетом дальнейшего развития целесообразно применить компрессорно-сигнальную установку КСУ-30 , структурная схема которой изображена на рис.8. Установка КСУ-30 размещается в здании телефонной станции в отдельном помещении, смежном с кабельной шахтой и герметически от нее изолированно. В состав установки входят: компрессорная группа, блок осушки и автоматики, распределительный статив.
Компрессорная группа состоит из двух компрессоров 1, работающих от электродвигателя ЭД. Сжатый воздух из компрессоров поступает в воздухосборник 2, снабженный обратным клапаном, предотвращающим утечку воздуха в обратном направлении. Здесь же имеется автоматическое устройства, поддерживающее в воздухосборнике необходимое давление, которое позволяет компрессорам работать в режиме работы и остановки, причем продолжительность их работы зависит от расхода воздуха.
Блок осушки и автоматики предназначен для осушки сжатого воздуха. Осушка производится в осушительных камерах 3, заполненных селикагелем. На данной установке используется две таких камеры, воздух через которые проходит попеременно. Переключение производится автоматически после прохождения 13000 л воздуха.
Влажность воздуха определяется визуально с помощью индикатора влажности. В качестве индикатора используется гранулированный селикагель, способный изменять окраску в зависимости от влажности проходящего воздуха.
После блока осушки сжатый воздух поступает на распределительный статив 4, на котором размещаются индивидуальные для каждого кабеля ротаметры 5. Ротаметр представляет собой пневматический прибор для измерения расхода воздуха. При возникновении аварийной утечки поплавок сигнального ротаметра поднимается потоком воздуха, замыкая контактные пружины срабатывания сигнализации.
|
Рис. 8. Структурная схема КСУ-30
Компрессорно-сигнальная установка типа “ПАССАТ”
Компрессорно-сигнальные установки “ПАССАТ” предназначены для получения осушенных газовых смесей, используемых для содержания кабелей связи и управления различного назначения под избыточным газовым давлением с целью предупреждения нарушений связи, вызываемых попаданием влаги внутрь кабеля.
Блок осушки выполнен на базе мембранного газоразделительного аппарата(МГА). Принцип действия данного аппарата основан на различной скорости диффузии газов через полимерную мембрану. Конструкция МГА позволяет удалять из воздуха не только влагу, но и часть кислорода, что значительно снижает скорость коррозии оборудования. Сжатый воздух после предварительного охлаждения и частичной осушки поступает в мембранный аппарат, в котором разделяется на два потока – первый, насыщенный парами воды и кислородом, сбрасывается в атмосферу, второй, осушенный с повышенным содержанием азота, подается в кабель. Наличие постоянно сбрасываемого в атмосферу потока влажного воздуха является дополнительной гарантией непопадания в кабель влажного воздуха, способного вызвать замокание кабеля. Другими преимуществами мембранного способа осушки являются отсутствие движущихся частей в блоке осушки, отсутствие нагревательных элементов для регенерации абсорбентов (селикагеля), непрерывный характер работы в автоматическом режиме. Отличительной особенностью мембранной установки является практически полное отсутствие необходимости технического обслуживания блока осушки.
Применение безмасляных компрессоров новейших конструкций ведущих европейских фирм и вышеперечисленные отличия мембранного способа сводят к минимуму необходимость обслуживания КСУ.
С целью улучшения условий труда персонала изготавливаются установки в малошумном исполнении (уровень шума не более 57 дБ). Для КСУ-60, 90, 120, 180, 200,400, 600 по специальному заказу возможно применение шумозащитных корпусов.
Требования к размещению КСУ “ПАССАТ”
· установка размещается в помещении, в котором обеспечивается температура от 10 до 35 градусов Цельсия, относительная влажность от 30% до 95% и абсолютное давление окружающей среды от 93,3 до 106,6 кПа;
· блок осушки не требует жесткого крепления к полу;
· для крепления компрессорного блока не требуется сооружения дополнительного фундамента;
· расстояние между блоком осушки и блоком компрессоров определяется длиной соединительного трубопровода и электрожгута и составляет в стандартном варианте 500-600 мм;
· минимальное расстояние от задней панели блока осушки до стен помещения 300 мм.
В помещении нежелательно присутствие масляных аэрозолей и паров.
Технические данные установок типа “ПАССАТ”
| № | Наименование параметра | КСУ-30 | КСУ-60 | КСУ-90 | КСУ-120 | КСУ-200 | |||||
| Производительность установки по осушенной газовой смеси, л/мин., не более | |||||||||||
| Количество обслуживаемых кабелей | |||||||||||
| Диапазон избыточного давления на выходе установки, кгс/см2 | 0,4-0,5 | ||||||||||
| Содержание паров воды в газовой смеси на выходе установки, г/м3 | 0,3 (относительная влажность не более 1,75%) | ||||||||||
| Температура осушенной газовой смеси, °С | |||||||||||
| Концентрация азота в осушенной газовой смеси, % | 83-95 | ||||||||||
| Емкость ресиверов, л | 2х24 | 4х24 | 6х24 | ||||||||
| Максимальное раб.давление в ресивере, кгс/см2 | 0,6 | ||||||||||
| Род потребляемого тока | Переменный 50 Гц (1 или 3 фазный) | ||||||||||
| Напряжение питания, В | 220 (380) | ||||||||||
| Расход электроэнергии кВт.ч/сут., не более | |||||||||||
| Потребляемая мощность, кВт, не более | 1,5 | 4,5 | |||||||||
| Характер работы | Периодический | ||||||||||
| Габаритные размеры блока осушки (мм) (высота)х(длина)х(глубина) | 1300х600х600 | ||||||||||
| Количество компрессоров | |||||||||||
| Масса установок в полной комплектации, кг | |||||||||||
| Наличие устройств подключения системы внешней сигнализации о неисправностях | ЕСТЬ | ||||||||||
Приложение 1
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА СОДЕРЖАНИЯКАБЕЛЕЙ СВЯЗИ ПОД ИЗБЫТОЧНЫМ ВОЗДУШНЫМ ДАВЛЕНИЕМ
Содержание кабелей связи под постоянным избыточным газовым давлением является наиболее эффективным средством повышения надежности кабельных линий, так как позволяет систематически контролировать состояние оболочки кабелей, определять место ее повреждения и предохраняет кабель от проникновения влаги. Для содержания междугородного кабеля под давлением кабельная линия разделяется на секции герметичности. Длина секции герметичности составляет [3]: для коаксиальных кабелей КМ-8/6 – 24 км, КМ-4, МКТС-4 – 18 км, для симметричных кабелей МКС 4Х4 и 7Х4 – 20 км, МКС 1Х4 – 40 км. Герметичность концов секций обеспечивается газонепроницаемыми муфтами, которые устанавливаются в усилительных пунктах перед включением в оконечные устройства.
На симметричных кабелях используются газонепроницаемые муфты, залитые внутри эпоксидным компаундом, а на коаксиальных кабелях – специальные газонепроницаемые муфты заводского изготовления типа ОКГМ.
Постоянное избыточное давление в кабеле может поддерживаться двумя способами: автоматической подкачкой газа по мере его утечки или периодической подкачкой газа. В настоящее время наибольшее распространение получил первый способ. Для этой цели используется установка для содержания кабеля под давлением УСКД. Ранее применялась установка АКОУ.
Схема содержания междугородного кабеля с длиной секции герметичности 18 км под постоянным избыточным давлением с использованием установок УСКД приведена на рис.9. В качестве источников сжатого газа применяются баллоны высокого давления или компрессорные установки. Емкость баллонов 40 л, давление газа 14700 кПа (150 кгс/см2). Давление компрессора 294-786 кПа (3-8 кгс/см2). Допускаются следующие величины давления в различных кабелях [2,3]:
КМ-8/6 – 44 (0.45) кПа (кгс/см2);
КМ-4 – 64 (0.66) кПа (кгс/см2);
МКС-7х4 – 62 (0.65) кПа (кгс/см2);
МКС 4х4 – 72 (0.73) кПа (кгс/см2);
МКС-1х4 – 108 (1.1) кПа (кгс/см2).
Рис.9. Схема содержания кабелей под избыточным газовым давлением: 1 - кабель; 2 - разветвительная муфта; 3 - распределительные кабели; 4 - газопровод; 5 - муфта ГМС; 6 - муфта ОГКМ; 7 - бокс; 8 - УСКД; 9 - баллон; 10 - муфта соединительная
Эффективность содержания кабеля под избыточным давлением в значительной степени зависит от количества газа, помещающегося в кабеле (на единицу длины), а также от скорости распространения газа. При разгерметизации кабельной линии, т. е. появлении отверстия, струя выходящего через него газа предохраняет кабель от проникновения влаги. Чем больше отверстие, тем быстрее будет снижаться давление в зоне повреждения, и поэтому чем больше запас газа (в кабеле) и чем быстрее он будет распространятся от источников подкачки до района повреждения, тем продолжительнее будет защитное действие избыточного давления.
Количество и скорость распространения газа в кабеле зависят от его типа и конструкции, особенно от плотности сердечника. Свободный объем газа в 1 км кабеля составляет: КМБ-8/6 – 860 л; КМБ-4 – 450 л; МКС-7х4 – 150 л; МКС-1х4 – 35 л. Пользуясь этими данными, можно определить, сколько необходимо газа для накачки кабельной линии любой длины до заданного избыточного давления.
Для осушки и нагнетания воздуха в кабели при работах на линии используют полевую нагнетально-осушительную установку ПНОУ-3. Эта установка может быть использована для просушки кабелей, в которые попала влага, а также для подкачки контейнеров систем передачи, применяемых на межстанционных соединительных линиях.
Для уточнения места негерметичности оболочки кабеля применяют батарейный галоидный течеискатель БГТИ-5 [1-3].
Важнейшей задачей в обеспечении надежной и бесперебойной работы ГТС является защита кабелей ГТС от проникновения в них влаги. На ГТС под внутренним избыточным воздушным давлением содержат магистральные и межстанционные кабели связи, являющиеся наиболее ответственными и определяющими качество работы телефонной сети.
Для сушки воздуха и непрерывной автоматической подачи его под избыточным давлением в кабели применяют компрессорно-сигнальные установки КСУ-М и КСУ-60, позволяющие содержать под давлением до 30 и 60 кабелей соответственно. Компрессорно-сигнальные установки размещают в здании телефонной станции, как правило, в отдельном помещении, смежном с кабельной шахтой.
Для кабелей ГТС принята величина постоянного избыточного давления 30…60 кПа. Номинальное давление при сдаче смонтированных кабельных линий в эксплуатацию составляет 50 кПа.
В состав установки КСУ-М входят (рис.10): компрессорная группа I, блок осушки воздуха и автоматики II и распределительный статив III. При понижении давления в кабеле и ресивере 2 до предельно допустимой величины срабатывает электроконтактный манометр 4 и при помощи блока автоматики и сигнализации 5 включается электродвигатель и запускается компрессор. От компрессора воздух подается через обратный клапан 1 в блок осушки, проходит воздушный фильтр 3, осушительную камеру 6, клапаны командно-электропневматического прибора 7, индикатор влажности 8, редуктор 11, выходной вентиль 13, поступает в распределительный статив и далее в кабели. При установлении в ресивере давления до верхнего предела компрессор отключается. В установке предусмотрена подача воздуха в поврежденные кабели непосредственно после индикатора влажности через редуктор 10 и ротаметры 9, при помощи которых можно по расходу воздуха определить район повреждения.
Рис.10. Функциональная схема компрессорно-сигнальной
установки КСУ-М
|
Место негерметичности оболочки кабеля можно определить пневматическим способом. Сущность этого метода заключается в том, что измеряют давление в кабеле или расход в установившемся режиме, а затем графически или расчетным путем определяют место повреждения кабельной оболочки.
Однако пневматический метод имеет большую погрешность, поэтому сначала определяют район повреждения по результатам измерения давления в отдельных точках кабеля (манометрический метод) или по расходу воздуха, а затем путем нагнетания в кабель индикаторного газа определяют место повреждения. При установившемся режиме давление вдоль кабеля изменяется по линейному закону, поэтому, измерив давление при помощи точных манометров в нескольких точках, можно графически определить место негерметичности оболочки кабеля. Число точек измерения должно быть не менее трех. Точки измерения подбираются так, чтобы две первые были рядом с телефонной станцией (например, в шахте и в колодце, расположенном на расстоянии 100…150 м от здания станции), а последняя точка – на конце кабеля (в шкафном районе). Построив график изменения воздушного давления по точке его резкого изменения, определяют район негерметичности. Для уточнения места негерметичности в поврежденный кабель под давлением 80…100 кПа нагнетают смесь сухого воздуха с индикаторным газом (фреон-12 или фреон-22). Место выхода смеси из кабеля определяют прибором БГТИ-5. При помощи выносного щупа-датчика прибора БГТИ-5 проверяет колодцы телефонной канализации. Смесь фреона с воздухом распространяется по кабелю и, просачиваясь через отверстие в оболочке, скапливается в колодце, где ее и обнаруживают прибором. Место негерметичности может находится как в колодце, так и в пролете между колодцами. Для уточнения положения негерметичности в пролете при помощи вентилятора через колодец нагнетают в канал воздух. В смежном колодце к каналу подносят щуп прибора и определяют наличие или отсутствие фреона.
Для осуществления непрерывного контроля за герметичностью оболочки кабеля, а также определения района повреждения используются методы учета расхода газа и манометрический.
Метод учета расхода газа основан на учете расхода газа, подаваемого в кабель с обоих концов участка для компенсации утечки, вызванной повреждением оболочки. Учитывая, что при установившемся режиме распределения давления в кабеле объем газа, подаваемого с обоих концов участка для компенсации утечки, обратно пропорционален расстоянию до места утечки, по расходу газа за единицу времени определяют район повреждения. При этом методе отпадает необходимость в специальных сигнальных жилах. Метод позволяет определить район повреждения, если на участке имеется только одно место утечки.
Манометрический метод основан на одновременном измерении манометрами давления в нескольких точках участка, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. По результатам измерений строят график распределения давления, характеризующийся двумя наклонными кривыми, расходящимися от места утечки газа. Пересечение этих кривых соответствует району утечки газа (рис.11).
 |
Рис.11. Манометрический метод определения района
повреждения кабеля
Для определения места нарушения герметичности кабеля (после установления района повреждения) наиболее эффективным является метод использования индикаторных газов, способных перемещаться в почве (или другом газе) в сторону меньших концентраций. Распространяясь по кабелю, индикаторный газ выходит сквозь поврежденную оболочку в грунт и через некоторое время достигает поверхности земли, где его можно обнаружить с помощью индикаторных приборов. В качестве индикаторного газа для определения места повреждения обычно используется фреон-22 (дифторхлорметан).
Метод состоит в следующем. По всей длине района повреждения кабелеискателем уточняется и обозначается вешками трасса кабеля. Через 1,5 - 2 метра над кабелем пробивают шурфы диаметром 2 - 3 см и глубиной 25 - 30 см. Предварительно обследуют галоидным течеискателем поврежденный участок для установления величины естественного "фона", создаваемого галоидосодержащими примесями почвы.
В ближайшую к границе района повреждения муфту впаивают вентиль и снижают в этом месте избыточное давление (открывают вентиль на 20 - 30 минут). В течение 5 - 10 минут в кабель вводят фреон-22 под давлением 50 - 60 кПа. Для обеспечения движения индикаторного газа по кабелю вдоль поврежденного участка после фреона-22 в кабель нагнетают сухой воздух под давлением 50 - 60 кПа. Через 12 - 15 часов после введения фреона приступают к обследованию трассы, для чего в шурфах выносным щупом течеискателя берут пробы воздуха. Максимум газа наблюдается непосредственно над местом повреждения кабеля. При неблагоприятных условиях прохождения фреона в грунте место повреждения кабеля может быть обнаружено через 5 - 7 суток.
В качестве источников сжатого газа для испытания герметичности кабеля и содержания его под постоянным избыточным давлением используются компрессорные установки, баллоны высокого давления и установки для ручной накачки кабеля.
Компрессорные установки предназначены для нагнетания газа в кабель и наполнения им баллонов высокого давления. Последние изготовляются на рабочее давление 10, 15 и 20 МПа и состоят из опорного башмака, цилиндрического корпуса, в горловине которого имеется внутренняя резьба для опорного вентиля. На горловине укреплено кольцо с резьбой, на которое навинчивается предохранительный колпак.
Галоидный течеискатель ГТИ-3 предназначен для обнаружения мест утечки галоидосодержащих газов (фрреон-22). Он состоит из измерительного блока и выносного щупа. Вентиляционное устройство, расположенное совместно с датчиком в выносном щупе, непрерывно втягивает воздух в междуэлектродное пространство датчика, представляющего собой диод с платиновыми электродами.
Ток датчика при наличии примеси фреона резко возрастает, сопротивление падает, что регистрируется стрелочным прибором. Кроме того, уменьшение сопротивления изменяет частоту колебаний звукового генератора (чем больше ионный ток, тем выше частота), что позволяет также использовать звуковой индикатор.
Определение места повреждения оболочки кабеля и ее негерметичности производится в два этапа: сначала с помощью установок содержания кабеля под давлением определяется район повреждения кабеля, а затем путем подачи индикаторного газа точно находится место негерметичности оболочки.
Установка УСКД позволяет определить район повреждения кабеля манометрическим методом с точностью до 1 км. Точное место повреждения оболочек и ее негерметичности определяется подачей в кабель индикаторного газа. Распространяясь по кабелю, газ выходит сквозь поврежденную оболочку на поверхность земли, где и обнаруживается индикаторными приборами. Для указанной цели используются углекислый газ, радон, радиоактивный газ и фреон. Наибольшее применение получил газ фреон. Он инертен к металлам, нетоксичен и не воспламеняется.
В зарубежной практике для повышения эксплуатационной надежности систем содержания кабелей под избыточным давлением и сокращения сроков отыскания мест негерметичности оболочек используются отдельные воздуховоды из аллюминизированных полиэтиленовых труб, прокладываемых через некоторые кабельные колодцы вдоль трасс прокладки кабелей. По этим трубам подают сухой сжатый воздух от центрального пункта осушки и сжатия. Анализ значений воздушного потока и соответствующих падений давления с обоих концов поврежденной секции указывает точное место повреждения кабеля.
В последнее время на территории Российского научного центра (РНЦ) "Курчатовский институт" налажено производство КСУ "СУХОВЕЙ", "МИСТРАЛЬ", "ПАССАТ" [4] для содержания кабелей связи под избыточным давлением осушенных газовых смесей методом мембранного разделения газов без применения силикагеля с пониженным уровнем шума не более 57 дБ. Установки комплектуются новейшими безмаслянными поршневыми компрессорами ведущих европейских производителей. Количество обслуживаемых кабелей от одного до 400. См. также [5].
ЛИТЕРАТУРА
1. Ионов А.Д., Попов Б.В. Линии связи: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1990, с.152-154.
2. Гроднев И.И. Линейные сооружения связи: Учебник для техникумов. - М.: Радио и связь, 1987, с.247-252.
3. Гроднев И.И., Верник С.М., Кочановский Л.Н. Линии связи: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1995, с.444-449.
4. Журнал "Электросвязь", 1999, №1, с.48.
5. Журнал “Технологии и средства связи”, 2002, №6, с. 28-29. Мембранная технология и телекоммуникации.
Приложение 2