电力系统特种光缆

　　关键词：ADSS OPGW 特种光缆 

 

　　目前，应用较多的电力特种光缆主要有ADSS、OPGW。

 

　　ADSS(All Dielectric Self-Support)是顺应电力系统要求而发展起来的一种非金属型特种光缆。我国电力系统在20世纪90年代中期开始应用，其后发展甚为迅速，是目前我国电力系统应用最为广泛的特种光缆。

 

1.1　ADSS光缆的特点

　　ADSS是在"8"字型自承式光缆基础上发展起来的。它既是全非金属的，又具有自承能力。制造中采用了具有高弹性模量的高强度芳纶纱作为抗张元件。芳纶纱弹性模量高、重量轻、具有负膨胀系数、有防弹能力，光缆伸缩率小。同时光缆几何尺寸小，缆重仅为普通光缆的三分之一，可直接架挂在电力杆塔的适当位置上，对杆塔增加的额外负荷很小，最大档距可达1500m。它的外护套经过中性离子化浸渍处理，使光缆具有极强的抗电腐蚀能力，能保证光缆在强电场中的寿命；光缆采用非金属材料，绝缘性能好，能避免雷击，电力线出故障时，不会影响光缆的正常运行；利用现有电力杆塔，可以不停电施工，与电力线同杆架设，可降低工程造价；运行温度范围宽达-40～+70℃。

 

1.2　使用ADSS光缆需注意的特殊问题

　　在电力系统中采用ADSS光缆具有很多优越性，但是根据ADSS光缆多年运行经验和研究发现，在光缆设计时，除考虑光缆挂点的电场强度，杆塔受力等问题外，还应考虑采取措施减少下述2个因素对ADSS光缆造成的损害。

 

　　(1)"干带电荷"放电现象：光缆在空气污染和雨水作用下表面会形成污层，在不均匀电场中会产生泄漏电流并加热污层。由于污层沿表面分布不均匀，污层被泄漏电流加热也不平衡。在电流密度最大且污层最薄的地方，水分迅速蒸发、变干，电阻增大，沿表面电压分布会随之改变，大部分电压降落在该部分，结果这部分将出现火花放电通道，形成放电电弧。如泄漏电流进一步增大，电弧将逐步拉长而发展成沿光缆表面的闪络，使光缆外护套烧伤、炭化，进而损坏光缆。在光缆靠近杆塔的连接处，电场电压分布变化最大，由于重力和弧垂的作用与使该处污层分布最不均匀，因此是放电最容易发生的部位。

 

　　(2)导线"鞭击"现象：在风力的作用下导线会产生摆动而碰击光缆，由于光缆表面有污层、潮湿等，在导线接触光缆表面污层介质时，会产生放电而灼伤光缆表面，严重时可导致光缆烧损。

 

1.3　ADSS光缆工程设计需考虑的问题

　　(1)选择电场强度较小处(≤25kV)作为光缆挂点。工程设计时应将线路资料(线路电压等级、线路回数、导线布列、杆塔结构、路由参数、导线参数等)，线路环境资料(大气温度范围、最大风速、复冰厚度、污染程度等)及光纤芯数等告知光缆生产厂家，以便光缆生产厂家根据杆塔结构做出空间电势分布图，提出光缆在杆塔上的最佳挂点。

 

　　(2)根据光缆所处电场强度选择光缆外护套材料。当空间电势≤12kV时，光缆外护套采用黑色高密度聚乙烯外护套(HDPE)，此情况一般出现在110kV及以下线路。当空间电势在12～25kV时，光缆外护套采用黑色高密度抗电痕外护套(AT)，此情况一般出现在110kV以上线路。

 

　　(3)在污染较重的地区，需对光缆进行特殊处理，减少表面污层形成。路由选择时应尽量避开盐雾污染区。

 

　　(4)根据导线和光缆的温度特性及运行条件，合理确定光缆挂点及弧垂，尽量避免发生导线"鞭击"光缆现象。同时还要考虑ADSS光缆与其他建筑物、树木和电力线路的最小垂直距离及交叉跨越距离，各种情况的安全距离要求如下：

 

　　　　对居民区 　　　　　　　　　＞6m

 

　　　　对非居民区 　　　　　　　　＞5.5m

 

　　　　跨越房屋屋顶时 　　　　　　＞1m

 

　　　　跨越树木的树顶时 　　　　　＞1.5m

 

　　　　对通信线交叉跨越距离 　　　＞1m

 

　　　　对公路交叉跨越距离 　　　　＞6m

 

　　　　最大风偏时对建筑物的距离 　＞1m

 

　　　　对10kV电力线交叉跨越距离 　＞2m

 

　　　　对35kV电力线交叉跨越距离 　＞3m

 

　　　　对低压线交叉跨越距离 　　　＞1m

 

　　　　对铁路交叉跨越距离 　　　　＞7.5m

 

　　　　对航船桅杆顶距离 　　　　　＞1m

 

　　(5)为了安装及维护方便，通过配盘一定要使ADSS光缆的接头位置落在耐张塔上。

　　地线复合光缆OPGW(Optical Power Grounded Waveguide),又称光纤架空地线，是在电力传输线路的地线中含有供通信用的光纤单元。它具有2种功能，其一是作为输电线路的防雷线，对输电导线抗雷击放电提供屏蔽保护；其二是通过复合在地线中的光纤，作为传送光信号的介质，可以传送音频、视频、数据和各种控制信号，组建多路宽带通信网。OPGW光缆一般有骨架式、中心管式和层绞式等几种。

 

2.1　OPGW光缆的特点

　　光缆铠装层有很好的机械强度特性，因此，光纤能得到最好的保护(不受磨损、不受拉伸的应力、不受侧向压力)，在根本上保证了光纤不受外力损害。

 

　　光缆铠装层有很好的抗雷击放电性能和短路电流过载能力，因此，在雷电和短路电流过载的情况下，光纤仍可正常运行。

 

　　OPGW光缆，可直接作为架空地线安装在任意跨距的电力杆塔的地线挂点上。

 

　　特殊设计的OPGW光缆可直接替换原有高压线路的架空地线，不用更换原有塔头；与高压线路同步建设光缆通信系统，可节省光缆施工费用，降低通信工程造价；缆径小，重量轻，不会给铁塔带来大的额外荷载；运行温度-40～+70℃。

 

2.2　选择使用OPGW光缆应注意的问题

　　(1)合理选择光纤外护套。光纤外护套有3种管材：塑料管(有机合成材料)、铝管、钢管。塑料管造价低。为满足塑料管护套对紫外线的防护要求，最少要使用两层铠装。塑料管OPGW承受短路电流引起的短时温升能力＜180℃；铝管造价较低。由于铝材阻抗小，因此能加大OPGW铠装层承受短路电流的能力。铝管OPGW承受短路电流引起短时温升能力＜300℃；不锈钢管造价高。但是由于钢管的管壁薄，在相同截面条件下装入不锈钢管的光纤芯数比塑料管和铝管都要多，因此在多芯条件下单位光芯造价并不高。钢管OPGW承受短时温升的能力可达450℃。用户可根据工程具体情况，合理选择光纤外护套。

 

　　(2)当用OPGW光缆更换老线路地线时，必须选择与原有架空地线的机械特性和电气特性相当的OPGW。即OPGW的外径、单位长度重量、极限拉力、弹性模量、线膨胀系数、短路电流等参数与现有地线参数相接近，这样既可以不改变现有的塔头，减少改造工程量，又可以保证OPGW与现有相导线的安全距离，确保电力系统安全运行。

 

　　(3)安装施工OPGW光缆与安装ADSS光缆差不多，使用的金具也几乎一样，只是挂点不一样，OPGW光缆要安装在架空地线的位置上。光缆线路的中间接头位置必须通过配盘落在耐张铁塔上。

 

　　在以上几种光缆的选择应用中，还需要共同注意的一点是：选择松套结构光缆，不要选用紧套结构光缆。因为光纤在松套管内可以留有一定的余长，控制范围在0.0%～1.0%之间(典型数值为0.5%～0.7%)。当光缆在施工时，或在重力和风力的作用下而发生拉伸时，只要光缆的拉伸长度在余长范围内，光纤则具有应变能力而不承受张力，从而保证光纤的传输质量不受外力影响。