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电力系统特种光缆

时间: 2013-07-11 | 作者: 本站 | 阅读数:

目前,应用较多的电力特种光缆主要有ADSS、OPGW。

1 无金属自承式光缆(ADSS光缆)

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。


2 架空地线复合光缆(OPGW)

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。

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