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电力通信用全介质自承式光缆(ADSS)的应用研究
    ADSS光缆的实用化与其他光缆略有不同,ADSS光缆的应用成功与否,不仅取决于光缆本身的制造品质,而且更大程序上依赖于ADSS光缆线路的架设设计和敷设方法、铁塔场强分析和光缆最佳挂点选择、光缆与全具的配用等应用技术,只有完善了应用技术,才能确保品质优良的ADSS光缆能在线路上更合理、经济、安全、有效地长期可靠运行。 
    一、ADSS光缆简介
    近年来,随着我国电力网建设的迅猛发展,全介质自承式光缆(All-DieleCtricSelfSupporting OptiC Fiber Cable,简称ADSS光缆)在电力通信系统中得到了广泛的应用。
    ADSS光缆以其重量轻、价格适中和ADSS光缆在线路架设时不需停电等优点,受到了用户的一致欢迎,但是就国内ADSS光缆应用的相关技术来看,目前还尚未完善,例如在护套耐电腐蚀、线路架设设计、敷设方法、金具配用等方面都还存在一定的问题。ADSS光缆的使用有着其特殊性,它与普通光缆不同,不能简单地以规格型号光缆去配用在某线路上,而是应该根据使用线路的运行条件、线路电压等级、当地气象情况等来进行线路架设设计和光缆的设计及制造,并且光缆的敷设施工方法和与金具的配合情况也直接影响光缆的运行结果。因此,掌握和合理运用ADSS光缆应用技术,在用好、用活、用巧、用省光缆,如何最大程度地发挥ADSS光缆的最佳性能和确保光缆长期安全可靠运行等方面显得格外重要。 
    二、护套电腐蚀、铁塔场强分布分析和光缆最佳挂设点选择
    在电力通信系统中,光缆常采用OPGW、ADSS和缠绕式光缆。一般在新建的电力线路或更换架空地线时采用OPGW,而老线路改造时考虑到OPGW架设时需线路停电等原因,则采用ADSS光缆作简易替代方法。至今为止,全世界除英国和我国外,在欧美和日本,ADSS光缆用量都很少,但各类试验却频繁。目前绝大多数的ADSS光缆都运行在220KV以下线路上,这是由于光缆护套受电腐蚀现象的限制。 光缆处于高压导线和地线之间,光缆护套表面存在感应电压。
    当光缆表面受污染且又遇潮湿时;光缆表面形成一电阻层,在感应电压的作用下,通过光缆表面电阻向金具、铁塔产生接地电流,在该电流的作用下,光缆表面局部受热水份失去,形成干燥带,阻碍了电流继续流动。当干燥带处的感应电场足够强的情况下,电流击穿周围的空气形成对地端的放电电弧,这样反复放电,放电电弧产生的热量使护套材料老化、烧焦形成炭化通道,出现腐蚀电痕。护套材料在电腐蚀的作用,开始变得表面粗糙,失去憎水性,以后由于电腐蚀作用的加强,接着护套出现树状电痕,更严重时,材料机械物理性能遭到破坏或熔化成洞状,现露出光缆缆芯。
    一般电腐蚀现象发生在线路场强分布变化最迅速处的光缆表面,即光缆铁塔控设点附近。并且由实验得知,当光缆表面的感应电压小于15KV,接地漏电流小于0.5mA情况下几乎不发生电痕腐蚀现象。为了保险起见,通常设计ADSS光缆运行在12KV以下的空间电视和0.3mA以下的接地漏电流情况下。
    一般在110KV以下线路,光缆表面所受的感应电压设计在低于10KV,因此不会发生电痕腐蚀危害,所以通常采用HDPE护套即可。而运行在110KV或110KV以上的线路,由于光缆表面的感应电压大约为12KV-30KV范围,甚至更高,所以光缆的护会则必须采用耐电腐蚀材料。
   三、ADSS光缆的线路架设设计和敷设施工
    ADSS光缆线路架设设计不仅对光缆线路敷设施工具有指导意义,而且对ADSS光缆设计、制造也起着重要作用。ADSS光缆因是与输电线路同杆架设,所以通常我们可根据架设线路的路由图、输电线路杆塔明细表、杆塔一览表、线路断面图、特别跨越、当地气象资料等来确定线路各耐张段的长度、代表跨距、挂设点高低差和当地最大风速及最大覆冰等多数。虽然一定规格型号的ADSS光缆对于一定代表跨距的线路存在其一定的张力、孤垂对应关系,但我们不主张对于各种不同的架设线路实情套用现成规格型号的ADSS光缆。为了更合理地用好、用巧ADSS光缆,我们建议应根据线路各耐张段的代表跨距、光缆挂点高低差、当地最大风速、最大覆冰时的光缆负荷,结合ADSS光缆缆径、单位缆重,采用试差法来分别求得光缆的常年运行张力和弧垂关系、最大风载荷和最大覆冰载荷时的光缆最大运行张力和最大弧垂。根据我们的经验,一般在最大风裁行情况下光缆承受的张力和弧垂最大,至于最高风温度环境下的光缆运行张力和弧垂,因ADSS光缆的综合热膨胀系数非常小,从而显得没有实际意义。最后,还得把光缆的最大运行张力和最大弧垂返回到杆堪负荷、控设点高度、弧垂距地面高度等参数中去验证,直至完全吻合,该项工作才算完成。在得知了光缆的最大运行张力后,我们一般取3-4倍的安全系数来确定光缆的破断强度,然后再进一步根据所要求的光缆断裂强度、缆径、缆重、耐电腐蚀要求来设计光缆的模量、光缆各元件的结构尺寸和选用护委材料等。 线路各耐张段光缆的运行张力和弧垂,可利用专门的光缆架设设计计算软件来完成。
    四、ADSS光缆的全具配用
    光缆载荷是通过静端金具或悬挂金具传递给塔杆的,光缆护会在强电场下的电腐蚀劣化也常常发生在全具与光缆的连接处,因此ADSS光缆金具的选择配用和安装非常重要。目前市售金具的型号很多,大多采用传统的预绞式结构,其中以PLP公司和石家庄华能电气公司的产品应用最广泛。 ADSS光缆依靠各类金具支撑并安装在杯塔上,常用的金具有静端金具、悬垂金具、螺旋消振器、引下线夹等。一般情况下,静端全具在每个终端杆搭配用一套,在每个转角或俯仰角大于15的耐张塔配用二套,成套使用;悬挂金具用于直线搭上,每塔一套;螺旋消振器是根据线路档距来配置的,一般100米以下档距不用,100-300米档距每端配置一根,300-600米档距每端配置二根,600—800米档距每端配置三根。引下线夹是在终端杆塔和光缆接续杆塔将光缆引下并固定在塔架上时使用,~般每隔2米左右一只。另外,当选用的金具与杆塔不能直接连接时,需采用过渡金具转接,但应注意不要因此而改变光缆的安装位置,从而改变光缆在电场中的感应电势。 金具与光缆之间的握力取决于预绞丝的长度,预绞丝的直径也必须精确以保证最大抗张强度。一般内,外预绞丝的长度与握力的关系表示如下:握紧力(KN)30 41 50 65 80内预绞丝长度(MM)2100 2400 2700 3000 3300外预绞丝长度(MM)1500 1800 2000 2400 2700金具握力与线路档距配合关系表示如下:档距(M) 400 500 600 800 1000金具紧握力(KN)30 41 50 65 80
    五、结束语
    ADSS光缆护套耐电腐蚀能力和机械强度的长期可靠性是我们共同关心的问题。最近一段时期先后在广东、上海等地发生ADSS光缆运行断裂事故,究其原因不外乎光缆护会遭电腐蚀击穿和光缆受强台风袭击。对于防止光缆护套遭受电腐蚀,我们认为除了进行耐电腐蚀性能长期良好的护套材料研究之外,还可以通过选取光缆挂点和设计弧垂,确保光缆运行在低场强空间来解决。而对于ADSS光缆的机械特性,特别是关于风报和舞动方面的研究,国内以往开展得甚少,光缆在平滑微风中激励谐振和在强风中由于光缆质量不均匀或覆冰产生的舞动都会引起光缆支承点(波节点)材料的疲劳受损。这些损伤将直接影响到光缆的机械强度。因此,我们认为在光缆抗张元件材料老化寿命足够长的前提下,风振和舞动是影响光缆机械特性劣化的主要原因。
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