автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.02, диссертация на тему:Исследование и разработка кабелей для систем связи, сигнализации и блокировки с элементами из водоблокирующих материалов

004603170

На правах рукописи экз. №

Шолудеико Михаил Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА КАБЕЛЕЙ ДЛЯ СИСТЕМ

СВЯЗИ, СИГНАЛИЗАЦИИ И БЛОКИРОВКИ С ЭЛЕМЕНТАМИ ИЗ ВОДОБЛОКИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.09.02 - Электротехнические материалы

и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2010

1 6 СЕН 2010

004608170

Работа выполнена в открытом акционерном обществе Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности (ОАО «ВНИИКП»)

Научный руководитель - кандидат технический наук, старший научный

сотрудник К.К.Абрамов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, старший научный

сотрудник А.Ю. Цым

Ведущая организация - открытое акционерное общество «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте» (ОАО «НИИАС»).

Защита диссертации состоится «16» сентября 2010 г. в 14 ч на заседании диссертационного совета Д 520.026.01 (Электротехнические материалы и изделия) в ОАО «ВНИИКП» по адресу: 111024, г. Москва, шоссе Энтузиастов, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Д. В. Новиков

Автореферат разослан

2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технический наук

И.А. Овчинникова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 кабелей от воздействия влаги, в том числе от продольного распространения воды, была и остается одной из самых актуальных на протяжении всей истории развития кабелей.

Механические повреждения оболочки кабелей, не обладающих продольной влагонепроницаемостью, могут стать причиной поступления и продольного распространения значительного количества воды в их сердечники. Электрические параметры кабеля на участке проникновения воды и всей кабельной линии выходят за пределы эксплуатационных норм. В результате связь по каналам кабельной линии прерывается, что приводит к возникновению аварийной ситуации и значительным экономическим потерям.

Применяемые в настоящее время методы защиты кабелей от продольного распространения воды (содержание под избыточным давлением или гидрофобное заполнение их сердечников) не достаточно эффективны, имеют высокую стоимость и не технологичны при проведении монтажных и ремонтно-востановительных работ на кабельных линиях.

Более технологичными и перспективными в этом отношении являются кабели с так называемыми «сухими» элементами из гидрофильных (водо-блокирующих) материалов. Данные конструкции кабелей при оптимальном выборе количества, типа и расположения элементов из водоблокирующих (ВБ) материалов обеспечивают продольную влагонепроницаемость кабелей.

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

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

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

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

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

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

- провести экспериментальные исследования продольного распространения воды в кабелях с элементами из ВБ материалов в случае обрыва кабеля и при местном повреждении его оболочки;

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

Методы исследований. Для решения поставленной цели использовались методы классической теории электромагнитного поля, законы гидродинамики, применялся математический аппарат интегрального и дифференциального исчисления.

Научная новизна.

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

ВБ материалов.

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

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

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

5. Разработаны новые типы симметричных кабелей для систем связи, сигнализации и блокировки с элементами из ВБ материалов.

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

Реализация и внедрение результатов исследований. На основании проведенных исследований разработаны новые типы симметричных кабелей с элементами из ВБ материалов и организовано их производство:

- кабели комбинированные с оптическими волокнами и медными жила-

ми марок МКПВБАШп/ОКЗ и МКПВБЭпП/ОКЗ по ТУ 16.К71-316-2002, кабели связи магистральные симметричные высокочастотные марок МКПпВБАШп, МКПпВБЭпП по ТУ 16.К71-358-2005 и кабели телефонные марок ТПВБГТ, ТПпВБП, ТПппВБП по ТУ 16.К71- 357-2005 в ЗАО «Самарская кабельная кампания»;

- кабели для сигнализации и блокировки с однопроволочными токопро-водящими жилами в пластмассовой оболочке марок СБВБПу и СБВБэпПу, по ТУ 16.К71- 353-2005 и в алюминиевой оболочке марки СБВБАШп по ТУ 16.К71-354-2005 и кабели для сигнализации и блокировки с многопроволочными токопроводящими жилами в пластмассовой оболочке марок СБМВБПу и СБМВБэпПу по ТУ 16.К71-367-2006 и в алюминиевой оболочке марки СБМВБАШп по ТУ 16.К71-368-2006 в ЗАО «Самарская кабельная кампания» 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 ВБ материалов отпала необходимость содержания кабелей под избыточным давлением, а также значительно сократилась трудоемкость проведения монтажных и ремонтно-восстановительных работ на кабельных линиях.

Разработанные конструкции кабелей, защищены патентами на полезную модель: № 31681 от 14.05.03 г., № 47132. от 28.02.05 г., № 60779 от 03.10.06 г., № 69309 от 24.04.07 г., № 66107 от 24.04.07 г., № 83874 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 ВБ материалов.

2. Разработанные на основе теоретических исследований методы расчета длины участков проникновения воды в воздушные полости кабелей с

элементами из ВБ материалов, методы конструирования и алгоритмы расчета симметричных кабелей с элементами из ВБ материалов, обеспечивающих их продольную влагонепроницаемость.

3. Новые типы симметричных кабелей для систем связи, сигнализации и блокировки с элементами из ВБ материалов, обеспечивающие их продольную влагонепроницаемость.

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

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

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы, докладывались и обсуждались:

- на 2, 3 и 4 Международных научно-практических конференциях «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте», «Транс Жат», г. Сочи 2005 г., г. Санкт-Петербург 2006 г., г. Сочи 2008 г.;

- на V, XI и XII Международных конференциях «Электромеханика, электротехнология и электроматериаловедение» МКЭЭЭ, Крым, г.Алушта в 2003 г., 2006 г., 2008 г.;

- на научно-технической конференции «Инновации в кабельной промышленности - ключ к прогрессу в важнейших отраслях народного хозяйства», г. Москва, 2007 г.;

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ. Без соавторов опубликовано 3 работы ( из которых 2 - в издании по перечню ВАК). Получено 6 патентов на полезную модель. Результаты исследовании также отражены в научных отчетах ОАО «ВНИИКП».

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, содержащих результаты работы, заключения и

списка литературы. Общий объем диссертации изложен на 149 страницах, в том числе 36 иллюстраций, 26 таблиц. Список литературы содержит 71 наименование на 7 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, показана научная новизна и практическая ценность работы, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ существующих методов конструирования и расчета параметров симметричных кабелей, а также методов исследований их продольной влагонепроницаемое™. Рассмотрены вопросы эксплуатационной надежности кабельных линий, в том числе способы защиты цепей кабелей от радиального проникновения влаги через оболочку и продольного распространения воды вдоль оси кабеля в случае его повреждения.

Проведенный анализ методов конструирования и расчета параметров кабелей показал, что рядом отечественных авторов достаточно полно исследованы конструкции и разработаны методы расчета электрических параметров симметричных кабелей. Показано, что параметры передачи и взаимного влияния кабелей определяются конструкцией и конструктивными размерами его элементов, используемыми кабельными материалами и частотой тока.

Однако отсутствуют методы конструирования и расчета параметров кабелей с элементами из ВБ материалов, обеспечивающих их продольную вла-гонепроницаемость.

Анализ эксплуатационной надежности кабельных линий показал, что проникновение влаги внутрь кабеля возможно по следующим путям.

Первый путь— постепенное проникновение (диффузия) влаги через полимерную оболочку кабеля. С целью предотвращения диффузии влаги в радиальном направлении в магистральных кабелях связи применяется металлическая герметичная оболочка, а в телефонных кабелях металлопласт-массовая оболочка, которая обладает в несколько раз большей влагонепро-

ницаемостью, чем обычная пластмассовая.

Второй путь проникновения влаги в кабель не зависит от типа оболочки, а связан с механическими повреждениями или самой оболочки, или муфты кабеля. При повреждении кабеля, не обладающего продольной вла-гонепроницаемостью, вода проникает внутрь его сердечника, вытесняет воздух и заполняет промежутки между конструктивными элементами кабеля. Вследствие этого на строительной длине кабеля с так называемым «замокшим» участком сопротивление изоляции жил телефонных кабелей уменьшается в 1000 раз, рабочая емкость и коэффициент затухания увеличиваются в 2-3 раза, а волновое сопротивление и переходное затухание уменьшаются в 1,4-2,2 раза и выходят за пределы эксплуатационных норм. В результате связь по каналам кабельной линии прерывается, что приводит к возникновению аварийной ситуации.

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 увеличивают 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 конструктивными элементами кабеля, что не всегда возможно технологически вследствие усадки гидрофобного заполнителя после его введения в кабель, особенно в условиях хранения, транспортирования и эксплуатации при отрицательных температурах. Кроме того, гидрофобный заполнитель необходимо длительно и тщательно удалять с конструктивных элементов кабеля, что увеличивает трудоемкость п длительность проведения монтажных и ремонтно-восстановительных работ

на кабельных линиях.

Перспективными в этом отношении являются кабели с так называемыми «сухими» элементами из ВБ материалов. Занимая первоначально незначительный объем, при взаимодействии с водой такие элементы образуют ге-леобразную массу, которая заполняет пространство между конструктивными элементами кабеля и таким образом препятствует дальнейшему проникновению в него воды.

В кабельной промышленности используются ВБ материалы из полностью синтетических поперечно-сшитых сверхабсорбентных полимеров, которые способны связать количество воды приблизительно в 1000 раз превышающих их собственный вес. ВБ материалы выпускаются в виде порошка, лент или корделей.

Основными характеристиками элементов из ВБ материалов являются их водопоглощагощая способность, скорость водонабухания, стойкость к воздействию микроорганизмов и грибов, механическая прочность и термическая стабильность. Показано, что скорость водонабухания элементов из ВБ материалов имеет линейную зависимость от времени.

Проведенный анализ методов экспериментальной оценки продольной влагонепроницаемости кабелей показал, что в настоящее время применяются два основных метода, которые имитируют различные условия повреждения кабеля и проникновения в него воды.

Для влагонепроницаемых кабелей для систем связи, сигнализации и блокировки целесообразно использовать метод «Р5Б» МЭК 60794-1-2, который соответствует наиболее критическому случаю повреждения кабеля при эксплуатации— обрыв кабеля в грунте на глубине его прокладки и проникновение воды по всему поперечному сечению кабеля.

При этом в международной и отечественной практике в качестве критерия продольной влагонепроницаемости кабелей принято, что длина участка проникновения воды должна быть не более 3 м.

Анализ методов теоретической оценки продольной влагонепроницаемое™ кабелей показал, что рядом отечественных авторов проведены исследования процесса продольного распространения воды вдоль оси полой трубки, содержащих одну или несколько лент из ВБ материала. Определены расчетные формулы и показана зависимость длины участка проникновения воды вдоль оси полой трубки от радиуса трубки, скорости водонабу-хания ленты из ВБ материала, давления и времени воздействия воды.

Однако, указанные зависимости применимы для случая воздушной полости, ограниченной цилиндрической поверхностью круглого поперечного сечения (оптических модулей и пр.), содержащей ленту из ВБ материала, и не представляется возможным использовать их для конструкций симметричных кабелей, так как воздушные полости в них содержат кордели и/или ленты из ВБ материала и имеют другое поперечное сечение, отличное от круглого.

Во второй главе теоретически исследованы процессы продольного распространения воды в симметричных кабелях с учетом различного расположения элементов из ВБ материалов и разработаны методы расчета длины участков проникновения воды в их воздушные полости.

Из анализа конструкций симметричных кабелей парной и четверочной скрутки определены расчетные схемы воздушных полостей, которые предложено представлять в виде горизонтального цилиндрического кольцевого канала (ГЦКК), ограниченного двумя соосными цилиндрическими поверхностями кольцевого поперечного сечения, с различным расположением элементов из ВБ материалов (рис. 1,2, 3).

Радиусы воздушных полостей ГЦКК Rmn эквивалентного сечения площадью S„„j определяются, исходя из равенства площадей поперечного сечения воздушных полостей в кабеле S„n и Sen3, по формуле

Кордель из ВБ материала

Воздушная полость (ВП) типов «К2» или «К4», где:

- «К2» - ВП в сердечнике кабелей парной скрутки, приходящаяся на один кордель из ВБ материала;

- «К4» - ВП между жилами в центре звездной четверки.

Рис.1 ГЦКК с корделем из ВБ материала

К] I К'

Поясная изоляция (или звездная четверка)

ВП типов «Л4» или «ЛП», где:

- «Л4» - ВП между жилами звездной четверки и обмоткой ее лентой из ВБ материала;

- «ЛП» - ВП между поясной изоляцией и лентой из ВБ материала, и лентой из ВБ материала и экраном.

Лента из ВБ материала Экран

Рис.2 ГЦКК с лентой из ВБ материала

Я] Кг

Кордель из ВБ материала

ВП типов «КЛЦ» или «КЛБ», где:

- «КЛЦ» - ВП между звездными четверками в центре сердечника;

- «КЛБ» - ВП между двумя звездными четверками и обмоткой сердечника лентой из ВБ материала.

Лента из ВБ материала

Рис.3 ГЦКК с корделем и лентой из ВБ материалов

Условие продольной влагонепроницаемое™ кабеля с элементами из ВБ материалов сформулируем следующим образом: при поступлении воды под давлением Р в воздушную полость (рис. 1,2, 3) гелеобразная масса, образующаяся при взаимодействии воды и элементов из ВБ материалов должна полностью перекрыть канал за время 10, при котором длина участка проникновения воды 1а в канал не превысит нормируемой длины 1И.

В начальный момент времени / при / < 1В вода движется по ГЦКК в соответствии с законами гидродинамики.

При ламинарном течении жидкости, в соответствии с законами гидродинамики, скорость ее течения и(г) по радиусу г ГЦКК изменяется по параболическому закону:

где и„ - максимальная скорость течения жидкости, м/с , [<\ и [(г - внутренний и внешний радиусы Г ЦКК, м.

Дифференциальное уравнение для объема жидкости (¡V, протекающего за время /0 по кольцевому слою радиусом г и толщиной с1г, имеет вид:

I <1

(2)

1К2+ Л1)

(3)

(IV=и(г) 1гг2ттгс/г

(4)

Сила давления жидкости Рв на основания ГЦКК равна

^^(Лг'-Л2),

(5)

где Лр- разность давлений на основания ГЦКК, кПа.

Сила трения Ртр жидкости вязкостью г\ о боковые поверхности ГЦКК длиной {о с учетом коэффициента укрутки изолированных жил ку равна

где

¿и(г)

с1г

^ =7

тр

4 и„

сЛ/(г)

Лг г=ЩЯг

- градиент скорости течения жидкости.

Из условия равновесия сил Р0 = Гтр, действующих на объем с1У, можно определить объем жидкости У„, протекающий по ГЦКК постоянного сечения длиной (,, за время /,„

(7)

Для расчетной схемы рис. 1 с учетом (7) дифференциальное уравнение для объема воды, протекающего по ГЦКК переменного сечения с корделем из ВБ материала радиусом г^) за время Ж на длине 1Ж, имеет вид:

(8)

Принято приближенно, что Г](1) изменяется от Я/ до Я2 по линейному закону,

(9)

г,(0 = +

I о

Из уравнения (8) с учетом (9) получена формула для определения объема воды У0к, протекающего за время /„ по ГЦКК с корделем из ВБ материала на длине (т

V _ ^„(£2-Д.)3(3^2+2 К,) 120//С,,,

(Ю)

Объем воды У„к, поглощенный корделем из ВБ материала длиной ¿т за время при этом определяется по формуле:

У„к=ипт„{их10 , (11)

где м„ - скорость водопоглощения корделя из ВБ материала, м3/кг'с, - погонная масса корделя из ВБ материала, кг/м.

Из (10) и (11) получено выражение для определения длины участка проникновения воды в ГЦКК с корделем из ВБ материала

V

МрО?2-/;|)3(3/;2+2д,)

120>7 ишт„ку

Для расчетной схемы рис. 2 с учетом (7) дифференциальное уравнение для объема воды, протекающего по ГЦКК переменного сечения с лентой из ВБ материала с радиусом по лепте г:(1) за время с/1 на длине л, имеет вид

(13)

Дифференциальное уравнение для объема воды, проникшей в ГЦКК переменного сечения с лентой из ВБ материала на длине сИ, представим в виде

(IV = х[гг\1)-М (14)

Принято приближенно, что г2(1) изменяется от до Я] по линейному закону

(15)

где у, - скорость водонабухания ленты из ВБ материала, м/с. Время перекрытия канала !„ определяется по формуле:

(16)

V.,

Из уравнений (13) и (14) с учетом (15) и (16) получено выражение для определения длины участка проникновения воды в ГЦКК на внешнем радиусе которого имеется лента из ВБ материала

Для расчетной схемы рис. 3 с учетом (7) дифференциальное урав-

некие для объема воды, протекающего по ГЦКК переменного сечения с кор-делем из ВБ материала радиусом г,(1') и лентой из ВБ материала с радиусом по ленте г2(!) за время Л на длине , имеет вид

¿V = ^ ЬаЮ-'-.(')Ь(/)-г,(/)]2Л (18)

Аналогично, используя принцип суперпозиции, получено выражение для определения длины участка проникновения воды в ГЦКК с корделем и лентой из ВБ материалов

1

тгАр(/?2 - )'[2( Д2 V,+Д, у,)+3(/г2 к + л, у.,)] 1 (19)

120лкЛи* «>, + 1/,) + л-[(/г2 + Л,)V/ + 2л2и,V,]}

где у, - скорость водонабухания корделя из ВБ материала, м/с.

В третьей главе рассмотрено конструирование и расчет параметров симметричных кабелей для систем связи, сигнализации и блокировки парной и четверочной скрутки с элементами из водоблокирующих материалов, обеспечивающих их продольную влагонепроницаемость.

Показано, что оптимальная конструкция кабелей для систем связи, сигнализации и блокировки должна не только удовлетворять заданным требованиям к параметрам передачи и взаимного влияния в широком диапазоне частот, и стойкости к внешним воздействующим факторам, а также обеспечивать эксплуатационную надежность (влагонепроницаемость) кабелей, мониторинг целостности их оболочки, удобство монтажа и проведения ремонтно-восстано-внтельных работ на кабельных линиях.

Для обеспечения продольной влагонепроницаемое™ кабелей предложено ленты из ВБ материала применять для обмотки звездных четверок, элементарных и главных пучков, сердечника и поясной изоляции кабеля, кордели из ВБ материала - между жилами в элементарных пучках или сердечнике кабелей парной скрутки, между жилами в центре звездной четверки и между чет-

верками в сердечнике кабелей четверочной скрутки.

При выборе элементов из ВБ материалов необходимо учитывать их скорость водонабухания и расположение в конструкции кабелей, а также их влияние на изменение электрических параметров кабелей.

Показано, что эквивалентные значения диэлектрической проницаемости ¿j и тангенса угла диэлектрических потерь tgó} кабелей изменяются (увеличиваются) пропорционально заполнению их воздушных полостей элементами из ВБ материалов

3 S.+Srf+S. (20)

где c„, tgó„, S„ - соответственно диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь и площадь поперечного сечения полимерных материалов; евб, tgóв(5, Sa6 - диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь и площадь поперечного сечения элементов (корделя и ленты) из ВБ материала; е№ tgóa, S„ - диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь и площадь поперечного сечения воздуха.

Вследствие увеличения е, и tgó3 кабелей увеличиваются рабочая емкость Ср, проводимость изоляции Gp, коэффициент затухания а и уменьшается волновое сопротивление ZH кабелей.

С целью унификации с действующими системами передачи расчет конструкции симметричных кабелей с элементами из ВБ материалов целесообразно проводить таким образом, чтобы их электрические параметры соответствовали нормам на электрические параметры аналогичных кабелей, находящихся в эксплуатации, не обладающих продольной влагонепроницаем остыо.

Разработаны методы конструирования и алгоритмы расчета конструк-

ций симметричных кабелей для систем связи, сигнализации и блокировки парной и четверочной скрутки с элементами из ВБ материалов, обеспечивающих их продольную влагонепроницаемость.

Для расчета электрических параметров симметричных кабелей с элементами из ВБ материалов использовались известные формулы, изложенные в трудах Гроднева И.И., Верника С.М., Цыма А.Ю. и других авторов.

В соответствии с алгоритмами разработаны конструкции следующих типов кабелей для систем связи, сигнализации и блокировки с элементами из ВБ материалов: кабели комбинированные с оптическими волокнами и медными жилами, кабели связи магистральные симметричные высокочастотные, телефонные кабели и кабели для сигнализации и блокировки.

Проведены теоретические исследования электрических параметров и продольной влагонепроницаемое™ разработанных симметричных кабелей с элементами из ВБ материалов при минимальных, номинальных и максимальных размерах их конструктивных элементов.

Расчетные значения длины участка проникновения воды в конструкции разработанных кабелей в случае их обрыва при воздействии столба воды высотой 1 м и свободном поступлении воды по всему поперечному сечению кабеля не превышают нормируемой длины 3 м.

Электрические параметры разработанных кабелей с элементами из ВБ материалов унифицированы с параметрами аналогичных кабелей, находящихся в эксплуатации, не обладающих продольной влагонепроницаемостью, и превосходят параметры аналогичных кабелей с гидрофобным заполнением.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных иссле-до-ваний электрических параметров и продольной влагонепроницаемости сим-метричных кабелей для систем связи, сигнализации и блокировки парной и четверочной скрутки с элементами из ВБ материалов, разработанных в соответствии с положениями главы 3, а именно телефонных кабелей марок ТПВБП,

ТПппВБП; кабелей для сигнализации и блокировки марок СБВБэпПу, СБВБАШп; кабелей связи магистральных симметричных высокочастотных марок МКПпВБэлП, МКПпВБАШп; кабелей комбинированных с оптическими волокнами и медными жилами марок МКПВБАШп/ОКЗ, КПВБЭпП/ОКЗ.

Экспериментальные исследования проводились с целью подтверждения результатов, полученных теоретическим путем, а также для сравнительной оценки электрических параметров и стойкости к проникновению воды кабелей с элементами из ВБ материалов с заданными значениями и с конструкциями аналогичных кабелей с гидрофобным заполнением и без него.

На основании результатов измерений электрических параметров разработанных кабелей в исходном состоянии и эксплуатационных испытаний установлено следующее:

- электрические параметры разработанных кабелей для систем связи, сигнализации и блокировки с элементами из ВБ материалов соответствуют теоретически рассчитанным данным в пределах их допустимых изменений (расхождение между теоретическими и экспериментальными данными составило 3-10 %) и заданным требованиям;

- электрические параметры разработанных телефонных кабелей, кабелей для сигнализации и блокировки и кабелей связи магистральных симметричных высокочастотных с элементами из ВБ материалов соответствуют требованиям на аналогичные кабели без гидрофобного заполнения марок ТППэп, СБПу и магистральные высокочастотные кабели марки МКПпА соответственно;

- рабочая емкость и коэффициент затухания телефонных кабелей с элементами из ВБ материалов на 11,1 % и на 7,4 % соответственно меньше, чем у аналогичных кабелей марки ТППэпЗ с гидрофобным заполнением;

- электрические параметры кабелей для сигнализации и блокировки в процессе 2-х лет опытной эксплуатации не изменились и соответствуют требованиям нормативной документации;

- разработанные кабели с элементами из ВБ материалов, обеспечивающими их продольную влагонепроницаемость в отличие от кабелей с гидрофобным заполнением, не требуют длительной и тщательной очистки элементов кабеля при его монтаже и ремонтно-восстановительных работах;

- контрольная жила, включенная в конструкцию кабеля, обеспечила возможность проведения мониторинга целостности оболочки кабеля, а также оперативное определение места ее повреждения.

Экспериментальные исследования изменения электрических параметров телефонных кабелей и кабелей для сигнализации и блокировки с элементами из ВБ материалов и аналогичных кабелей ТППэпЗ и СБЗПу с гидрофобным заполнением при местном повреждении их оболочки проводились на образцах с неповрежденной и поврежденной (полоса шириной 10 мм но всему периметру) оболочкой после их выдержки иод воздействием столба воды высотой 0,2 м в течение 1 сут. Результаты сравнительных испытаний показали, что кабели с элементами из ВБ материалов по стойкости к проникновению воды (изменению электрических параметров: сопротивления изоляции жил, коэффициента затухания, волнового сопротивления и переходного затухания на ближнем и дальнем концах) при местном повреждении их оболочки не уступают кабелям с гидрофобным заполнением.

Экспериментальные исследования продольного распространения воды в кабели с элементами из ВБ материалов в случае обрыва кабеля в начальный момент времени и при длительном, до 3 мес, воздействии воды проводили по стандарту МЭК 60794-1-2 (метод F5B) при воздействии столба воды высотой 1 м и проникновении воды по всему поперечному сечению кабеля.

В результате испытаний установлено следующее. В начальный момент времени (порядка 100 с), элементы из ВБ материалов при взаимодействии с водой образуют гелеобразную массу, которая препятствует свободному проникновению воды в кабель. В дальнейшем при длительном воздействии воды процесс диффузии воды через образовавшуюся гелеобразную массу

на несколько порядков медленнее, чем в начальный момент и быстро прекращается. Экспериментальные значения длины участков проникновения воды в воздушные полости «К2», «К4», «Л4», «КЛЦ», «КЛБ», «ЛП» кабелей парной и четверочной скрутки не превышают нормируемую длину 3 м и соответствуют теоретически рассчитанным пределам их изменения. Расхождение между теоретическими и экспериментальными данными составило 7-19 %.

Экспериментальные исследования продольного распространения воды в кабели с элементами из ВБ материалов при местном повреждении разной величины (отверстие диаметром 1,0 мм; вырез размерами 10x10 мм; кольцевой вырез по периметру оболочки шириной 10 мм) их оболочки проводились на образцах кабеля длиной 3 м и воздействии столба воды высотой 0,2 и 1,0 м в течение 3 суток.

При местном повреждении оболочки вода сразу попадает на ленту из ВБ материала. В результате образуется гелеобразная масса, которая препятствует дальнейшему свободному проникновению воды в кабель. Вследствие этого длина участка проникновения воды в исследованных образцах кабелей при местном повреждении их оболочки находится в пределах от 0,1 до 0,25 мм, что в 10 раз меньше, чем теоретически рассчитанная для случая обрыва кабеля и свободного поступления воды по всему поперечному сечению кабеля.

По результатам испытаний установлено, что длина участка проникновения воды зависит от давления воды, размера повреждения оболочки, величины воздушного зазора между поясной изоляцией и оболочкой (экраном) и от состава поясной изоляции.

Заключение

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

2. На основе теоретических исследований разработаны методы расчета длины участков проникновения воды в воздушные полости кабелей с различным расположением элементов из ВБ материалов.

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 и алгоритмы расчета, и проведен расчет конструкций и параметров симметричных кабелей парной и четверочной скрутки с элементами из ВБ материалов, обеспечивающих их продольную вла-гонепроницаемость.

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 аналогичных кабелей с гидрофобным заполнением.

6. Разработана программа методика и проведены эксплуатационные испытания кабелей для сигнализации и блокировки с элементами из ВБ материалов на Куйбышевской железной дороге. Показано, что в процессе 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 симметричные кабели с элементами из ВБ материалов по стойкости к проникновению воды (изменению электрических параметров) при местном повреждении их оболочки не уступают кабелям с гидрофобным заполнением.

8. Разработана методика оценки продольного распространения воды в кабель с элементами из ВБ материалов в случае его обрыва в начальный момент времени и при длительном, до 3 мес, воздействии воды и проведены экспериментальные исследования.

9. Разработана методика оценки продольного распространения воды в кабелях с элементами из ВБ материалов при местном повреждении их оболочки и проведены экспериментальные исследования.

10. Разработаны и внедрены в серийное производство новые типы кабелей комбинированных 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 кампания», 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 кампания» 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;

- обеспечить мониторинг целостности оболочки кабеля, а также оперативное определение места ее повреждения;

-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.

Основные результаты работ отражены в следующих публикациях:

В изданиях по «Перечню ведущих рецензируемых научных журналов и изданий».

1.Acc Э.Е., Васильев O.K., Абрамов К.К., Ларин Ю.Т., Подольская Л.В. Шолуденко М.В., Кидяев В.Ф., Кузнецов А.Л. Комбинированные кабели для технологической связи и устройств СЦБ. - Автоматика, Связь, Информатика, 2003, №8, с. 7-10.

2. Асс Э.Е., Шолуденко М.В., Подольская Л.В., Бульхин А.К. Магистральные кабели связи повышенной влагонепроницаемости. - Автоматика, Связь, Информатика, 2006, №5, с. 15-17.

3. Асс Э.Е., Шолуденко М.В., Хвощевская И. В., Бульхин А.К. Усовершенствованные сигнально-блокировочные кабели. - Автоматика, Связь, Информатика, 2006, №6, с. 22-24.

4. Шолуденко М.В., Подольская Л.В. Кабели связи с медными жилами.-Век качества, 2006, №2, с. 56-61.

5. Васильев О.В., Шолуденко М.В., Хвощевская И.В. Эксплутационные и сравнительные испытания усовершенствованных кабелей для сигнализации и блокировки с водоблокирующими материалами. - Автоматика, Связь, Информатика, 2008, № 8, с. 14-15.

6. Бульхин А.К., Ключников В.Ф., Баннов В.В., Шолуденко М.В. Кабели комбинированные с оптическими волокнами и медными жилами для тех но-логической связи и устройств сигнализации, централизации и блокировки на сетях железных дорог. - Кабели и провода, 2008, №3, с.18-19.

7. Шолуденко М.В., Геча Э.Я. Продольная влагонепроницаемость кабелей парной скрутки с водоблокирующими материалами. - Кабели и провода, 2009, №2 с. 8-13.

8. Шолуденко M.B. Продольная влагонепроницаемость кабелей четверочной скрутки с водоблокирующими материалами. - Кабели и провода, 2009 г, №4 с. 8-14.

9. Шолуденко М.В. Новые разработки в области симметричных кабелей связи, коаксиальных кабелей, волноводов и кабелей для сигнализации и блокировки. - Кабели и провода, 2010, №2, с. 14-16.

В других изданиях.

Ю.Кабели и провода. Основы кабельной техники / А.И. Балашов, М.А. Боев, A.C. Воронцов и др. Под ред. И.Б. Пешкова. - М.: Энергоатомиздат, 2009.- 470 с. ил. гл. 17 (за исключением § 17.3), § 16.6.

П.Асс Э.Е., Абрамов К.К., Подольская JI.B., Шолуденко М.В., Кидяев В.Ф., Кузнецов A.JI. Кабели комбинированные для технологической связи и устройств СЦБ железных дорог.//Труды V Междунар. конф. «Электромеханика, электротехнология и электроматериаловедение» МКЭЭЭ-2003. - Крым, Алушта. 2003. - с. 93-95.

12.Шолуденко М.В., Хвощевская И.В., Асс Э.Е., Кузнецов АЛ. Кабели для сигнализации и блокировки с полиэтиленовой изоляцией, с водоблокирующими материалами в пластмассовых и алюминиевых оболочках. // Сборник докладов 2 -ой Междунар. научно - практической конф. «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» Транс Жат - 2005. - Сочи. 2005. - с. 193.

13.Шолуденко М.В., Хвощевская И.В., Лаппо Л.Ю., Асс Э.Е. Новое поколение кабелей для сигнализации и блокировки. // Тезисы докладов 3-ей Междунар. научно - практич. конф. «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» Транс Жат - 2006. - Санкт-Петербург. 2006. - с. 46.

14.Шолуденко М.В., Хвощевская И.В., Лаппо Л.Ю., Асс Э.Е., Кузнецов А.Л. Кабели для систем связи, сигнализации и блокировки с водоблокирующими материалами. // Труды XI Междунар. конф. «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты». МКЭЭЭ -2006. -Крым, Алушта. 2006 . - ч. 1, с. 68-69.

15.Шолуденко М.В., Хвощевская И.В., Лаппо Л.Ю., Асс Э.Е. Кабели для сигнализации и блокировки с многопроволочными токопроводящими жилами. // Там же, - ч. 1, с. 70-71.

16.Шолуденко М.В., Абрамов К.К., Подольская Л.В., Асс Э.Е., Кузнецов А.Л. Влагонепроницаемые магистральные симметричные высокочастотные кабели связи.// Там же, - ч. 1, с. 72-73.

17.Шолуденко М.В. Новые типы кабелей связи и кабелей для сигнализации и блокировки и тенденции их развития.//Сборник тезисов докладов научно-технической конференции «Инновации в кабельной промышленности - ключ к прогрессу в важнейших отраслях народного хозяйства» - Москва, 2007. -с. 26-31.

18.Шолуденко М.В., Хвощевская И.В., Лаппо Л.Ю. Кабели для систем связи, сигнализации и блокировки с гидрофобным заполнением и с водоблокиру-щи ми материалами.//Труды XII Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты» МКЭЭЭ-2008. - Крым, Алушта. 2008. - с. 40.

19.Шолуденко М.В., Семенова H.A. Влагонепроницаемые кабели для сигнализации и блокировки //Сборник докладов 4-ой Междунар. научно-прак-тич. конф. «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте», ТрансЖАТ-2008. - Сочи. 2008. - с. 153-158.

20.Вериго A.M., Асс Э.Е., Бульхин А.К., Кидяев В.Ф., Кузнецов А.Л., Иска-ков A.C., Шолуденко М.В., Ларин Ю.Т., Абрамов К.К. Комбинированный кабель для средств автоматики, телемеханики и связи. - Свидетельство на полезную модель № 31681 от 14.05.03 г.

21.Мещанов Г.И., Шолуденко М.В., Хвощевская И.В., Бульхин А.К. Кидяев В.Ф., Баннов В.В., Искаков A.C., Кузнецов А.Л., Родионов В.Н., Зуев A.A., Асс Э.Е. Кабель для систем связи, сигнализации и блокировки. -Свидетельство на полезную модель № 47132 от 28.07.05 г.

22.Мещанов Г.И., Шолуденко М.В., Хвощевская И.В., Лаппо Л.Ю., Ланкина В.А.,

Асс Э.Е. Кабели для систем связи, сигнализации, автоматики и телемеханики. - Патент на полезную модель № 60779 от 03.10.06 г.

23.Мещанов Г.И., Свалов Г.Г., Шолуденко М.В., Хвощевская И.В., Лаппо Л.Ю., Панкина В.А., Асс Э.Е. Кабели для систем связи, автоматики, сигнализации и блокировки. - Патент на полезную модель № 69309 от 24.04.07 г.

24.Мещанов Г.И., Свалов Г.Г., Шолуденко М.В., Хвощевская И.В., Лаппо Л Ю., Ланкина В.А., Асс Э.Е. Кабели для систем связи, сигнализации и блокировки. -Патент на полезную модель № 66107 от 24.04.07 г.

25.Шолуденко М.В., Свалов Г.Г., Хвощевская И.В., Лаппо Л.Ю., Ланкина В.А. Кабели для систем связи, сигнализации и блокировки. - Патент на полезную модель № 83874 от 03.02.09 г.

Отпечатано в типографии ЗАО «Торговый Дом ВНИИКП» Заказ № 01417. Тираж 100 экземпляров г. Москва, 2010 г.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 Анализ современного состояния в области конструирования, производства и эксплуатации симметричных кабелей для систем связи, сигнализации и блокировки.

1.1 Методы конструирования и расчета симметричных кабелей для систем связи, сигнализации и блокировки.

1.2 Эксплуатационная надежность кабельных линий для систем связи, сигнализации и блокировки.

1.3 Методы защиты симметричных кабелей от продольного распространения воды.

1.4 Параметры элементов из водоблокирующих материалов.

1.5 Методы экспериментального исследования продольной влагонепроницаемое™ кабелей.

1.6 Методы теоретического исследования продольного распространения воды в кабели.

1.7 Задачи исследований, выполняемых в настоящей диссертации.

Глава 2 Теоретические исследования продольной влагонепроницаемое™ симметричных кабелей с элементами из водоблокирующих материалов.

2.1 Постановка задачи, типы расчетных схем и критерии оценки продольной влагонепроницаемости кабелей с элементами из водоблокирующих материалов.

2.2 Продольное распространение воды в воздушные полости кабеля с элементами из водоблокирующих материалов.

2.3 Определение площадей и радиусов воздушных полостей эквивалентного кругового сечения кабелей.

2.4 Основные результаты теоретических исследований.

Глава 3 Конструирование, расчет и теоретические исследования параметров симметричных кабелей с элементами из водоблокирующих материалов.

3.1 Особенности конструирования симметричных кабелей с элементами из водоблокирующих материалов

3.2 Алгоритм расчета и расчет конструкций симметричных кабелей 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 № 31681 от 14.05.03 г., № 47132 от 28.02.05 г., № 60779 от 03.10.06 г., № 69309 от 24.04.07 г., № 66107 от 24.04.07 г., № 83874 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 программа- методика 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.

1. Гроднев И.И., В ерник С. М. Линии связи. 5-е изд., перераб. и доп.-М. : Радио и связь , 1988. 544 с.

2. Абрамов К.К. Моделирование и расчет кабелей связи на ЭВМ. — М. : Связь, 1979. 80 с.

3. Абрамов К.К., Шарле Д.Л. Исследование рабочей емкости многопарных кабелей связи. Труды ВНИИКП. Выпуск 16. - М. : Энергия, 1972, с. 132- 153.

4. Абрамов К.К., Алексеева Л.П. Электрическое поле и параметры кабеля с неоднородным диэлектриком. Труды ВНИИКП. Выпуск XVIII.- М. : Энергия, 1975, с. 15-24.

5. Кранихфельд Л.И., Рязанов И.Б. Теория, расчет и конструирование кабелей и проводов. М. : Высшая школа, 1972.-384 с.

6. Верник С.М., Качановский Л.Н. Оптимизация линейных сооружений связи. М. : Радио и связь, 1984.- 136 с.

7. Гуревич A.C., Курбатов Н.Д. Надежность кабелей связи. М. : Связь, 1968.- 135 с.

8. Курбатов Н.Д., Фролов П.А. Стабильность параметров кабелей дальней связи. М. : Связь, 1965.-104 с.

9. Коаксиальные и высокочастотные кабели связи : Справочник/ Воронцов A.C., Маркелов А.П., Соловейчик Б.Л. М. : Радио и связь, 1994 - 312 с.

10. Ю.Ефимов И.Е., Останькович Г.А. Радиочастотные линии передачи. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Связь, 1977. - 408 с.

11. П.Цым А.Ю., Камалягин В.И. Междугородные симметричные кабели для цифровых систем передачи. М. : Радио и связь, 1984.- 160 с.

12. Андреев В.А. Временные характеристики кабельных линий связи. М. : Радио и связь, 1986. - 104 с.

13. А.И. Балашов, М.А. Боев, A.C. Воронцов и др. Под редакцией

14. И.Б. Пешкова. Кабели и провода. Основы кабельной техники. -М. : Энергоатомиздат, 2009. — 470 с.

15. А.Г. Григорян, Д.Н. Дикерман, И.Б. Пешков. Производство кабелей и проводов с применением пластмасс и резин. Под редакцией И.Б. Пешкова. М. : Энергоатомиздат, 1992. - 304 с.

16. Барон Д.А., Гроднев И.И., Евдокимов В.Н. и др. Строительство кабельных сооружений связи. 4-е изд., перераб. и доп. — М. : Радио и связь, 1988.-768 с.

17. Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов. М. : Энергоиздат, 1982.- 172 с.

18. Михайлов М.М. Влагонепроницаемость органических диэлектриков.— М-Л.: Госэнергоиздат, 1960.- 315 с.

19. Шарле Д. Л. Герметизированные кабели местной связи.-М: Связь, 1977-81 с.

20. Парфенов Ю.А. Повышение эффективности линейных сооружений местных первичных сетей ЕАСС. Автореф. дис. докт. техн. наук. Для служебного пользования. С.-Петербург : ЛОНИИС, 1991.- 37 с.

21. Парфенов Ю.А., Мелентьев П.В., Нухман Я.Д. Исследование совместимости полиэтиленовой изоляции и гидрофобных заполнителей в кабелях связи. Кабельная техника, 1982, №7, с. 13-14.

22. Парфенов Ю.А. Экономическая эффективность повышения надежности кабельных линий местной связи по технологии ЛОНИИС.- Электросвязь, 1996, № 5, с. 28-29.

23. Парфенов Ю.А., Добин Ю.В., Кайзер Л.И.и др. Технология восстановления поврежденных кабелей связи с пластмассовой оболочкой. Электросвязь, 1993, № 12, с. 16-18.

24. Парфенов Ю.А., Добин Ю.В., Тростянская И.И. и др. «Как лечить» замокшие кабели. — Вестник связи, 1995, № 2, с. 15-16.

25. Парфенов Ю.А., Добин Ю.В., Пырх П.Е. Восстановление замокших кабелей. Вестник связи, 1998, № 3, с. 40-42.

26. Дикерман Д.Н. Нестационарный процесс увлажнения двухслойной изоляции. — Исследование и производство кабелей и проводов. Сб. научн. трудов ВНИИКП. Выпуск 29. М. : Информэлектро, 1989, с. 54-62.

27. Геча Э.Я. Разработка метода расчета оптических кабелей на воздействие растягивающего усилия и гидростатического давления. Автореф. дис. канд. техн. наук. Для служебного пользования. — М: ВНИИКП, 1988.-21 с.

28. Геча Э.Я. Диффузии в многослойных цилиндрических конструкциях. М : Новый Ключ, 2002. - 127 с.

29. Геча Э.Я. Водопоглощение твердых диэлектриков. Анализ современных представлений. Кабели и провода, 2002, № 4, с. 28-32, № 5, с. 8-11.

30. Геча Э.Я., Нестерко В.А., Ларин Ю.Т. Оценка стойкости конструкций оптических кабелей к радиальному воздействию воды. — Кабели и провода, 2005, №4, с. 13-16.

31. Геча Э.Я., Ларин Ю.Т. Продольная герметизация полевых оптических кабелей: необходимость, целесообразность, возможность. Кабели и провода, 2000, №6, с. 27-30.

32. Семенова И.А., Ларин Ю.Т. Вопросы создания водонепроницаемых оптических кабелей. Кабели и провода, 1999, № 3-4, с. 49-53.

33. Семенова И.А., Геча Э.Я., Рязанов И.Б. О продольной герметичности кабелей с водопоглащающим материалом. Электротехника, 1999, №11, с. 47-49.

34. Ларин Ю.Т. Теоретическая и экспериментальная разработка методов конструирования оптических кабелей. Автореф. дис. докт. техн. наук. Для служебного пользования. М. : ВНИИКП, 2004.-38 с.

35. W.S.M. Geurts, R. Ross, M.G.M. Megens, E.F. Streenis. Moisture Penetration in XLPE and PILC Cable". JiCable'99 Proceeding, 1999, - p. 353.

36. C. R.Taylor, K. Konstadinidis, R. D. Small, R. Norris, M. R. Santana, R. P. De-Fabritis. Effect of Water Blocking Materials on Moisture Diffusion in Prototype Cable Structures. Proceedings of the 50th International Wire & Cable

37. Symposium, 2000.- p. 518-525.

38. M. A. Strabling, F. Goene Prowder Free Super Absorbent Tapes and Yarns for Optical Fibre Cables. Proceedings of the 50th International Wire & Cable Symposium., 2000. - p. 526-528.

39. Moisture resistant optical fiber coating with improved stability.// U.S. Patent 5199098.

40. Cables such as optical fibers cables including superabsorbent polimer materials which are temperature and salt tolerant. // U.S. Patent 5163115.

41. Пешков И. Б., Шолуденко М.В. Современное состояние и перспективы развития кабелей связи с медными жилами и гибких волноводов. — Кабельная техника, 1997, № 12, 13 (250,251), с. 35-38.

42. Шолуденко М.В. Тенденции развития кабелей связи с медными жилами, в том числе кабелей для структурированных кабельных систем. Кабели и провода, 2000, №2, с. 15-22.

43. Асс Э.Е., Боксимер Э.А., Тараповский О.В., Хвощевская И.В., Шолуденко М.В. Сигнально-блокировочные кабели с повышенной защищенностью от электромагнитных влияний. — Автоматика, Связь, Информатика, 2000, №12, с. 17-20.

44. Асс Э.Е., Паверман Н.Г., Хвощевская И.В., Шолуденко М.В. Кабели для сигнализации и блокировки с полиэтиленовой изоляцией в пластмассовой оболочке с гидрофобным заполнителем. -Автоматика, Связь, Информатика, 2001, №4, с. 15-18.

45. Асс Э.Е., Васильев O.K., Абрамов К.К., Ларин Ю.Т., Подольская Л.В. Шолуденко М.В., Кидяев В.Ф., Кузнецов А.Л. Комбинированные кабели для технологической связи и устройств СЦБ. Автоматика, Связь, Информатика, 2003, №8, с. 7-10.

46. Асс Э.Е., Шолуденко М.В., Подольская Л.В., Бульхин А.К. Магистральные кабели связи повышенной влагонепроницаемости. Автоматика, Связь, Информатика, 2006, №5, с. 15-17.

47. Асс Э.Е., Шолуденко М.В., Хвощевская И. В., Бульхин А.К. Усовершенствованные сигнально-блокировочные кабели. — Автоматика, Связь, Информатика, 2006, №6, с. 22-24.

48. Шолуденко М.В., Подольская JI.B. Кабели связи с медными жилами. -Век качества, 2006, №2, с. 56-61.

49. Кубрак Г.В., Ткачук Т.И., Фост A.A., Хвощевская И.В., Шолуденко М.В., Дикерман Д.Н., Паверман Н.Г., Миткевич А.С.,Зайцева Т.Д., Лезова Л.А. Очистительное средство.- Свидетельство на полезную модель № 2144062 по заявке № 99110188 от 25.05.1999.

50. Васильев О.В., Шолуденко М.В., Хвощевская И.В . Эксплутационные и сравнительные испытания усовершенствованных кабелей для сигнализации и блокировки с водоблокирующими материалами. Автоматика, Связь, Информатика, 2008, № 8, с. 14-15.

51. Мещанов Г.И., Шолуденко М.В., Хвощевская И.В., Лаппо Л.Ю., Ланкина В.А., Асс Э.Е. Кабели для систем связи, сигнализации, автоматики и телемеханики. Патент на полезную модель № 60779 по заявке1. Ы) ф2006134759 от 03.10.2006 г.

52. Мещанов Г.И., Свалов Г.Г., Шолуденко М.В., Хвощевская И.В., Лаппо Л.Ю., Ланкина В.А., Асс Э.Е. Кабели для систем связи, автоматики, сигнализации и блокировки. Патент на полезную модель №69309 по заявке № 2007115189 от 24.04.2007 г.

53. Мещанов Г.И., Свалов Г.Г., Шолуденко М.В., Хвощевская И.В., Лаппо Л.Ю., Ланкина В.А., Асс Э.Е. Кабели для систем связи, сигнализации и блокировки. Патент на полезную модель № 66107 по заявке № 2007115190 от 24.04.2007 г.

54. Шолуденко М.В., Семенова H.A. Влагонепроницаемые кабели для сигнализации и блокировки //Сборник докладов четвертой научно-практической конференции «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте), 22-24.10.2008 г., г. Сочи, Россия, с. 153-158.

55. Шолуденко М.В., Свалов Г.Г., Хвощевская И.В., Лаппо Л.Ю., Ланкина В.А. Кабели для систем связи, сигнализации и блокировки. — Патент на полезную модель № 83874 по заявке № 2009103395 от 03.02.2009 г.

56. Шолуденко М.В., Геча Э.Я. Продольная влагопроницаемость кабелей парной скрутки с водоблокирующими материалами. Кабели и провода, 2009, №2 с. 8-13.

57. Шолуденко М.В. Продольная влагопроницаемость кабелей четверочной скрутки с водоблокирующими материалами. -Кабели и провода, 2009, №4 с. 8-14.

58. Кабели и провода. Основы кабельной техники / А.И. Балашов, М.А. Боев, А.С.Воронцов и др. Под редакцией И.Б. Пешкова М. : Эпергоиздат, 2009.- 470 с. ил. Гл. 17 (за исключением § 17.3), § 16.6.

59. Шолуденко М.В. Новые разработки в области симметричных кабелей связи, коаксиальных кабелей, волноводов и кабелей для сигнализации и блокировки. -Кабели и провода, 2010, № 2, с. 14-16.