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OPGW光纜技術及應用解析（圖）
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OPGW光纜的結(jié)構(gòu)繁多，并不像普通光纜那樣結(jié)構(gòu)簡單，這是由于OPGW光纜既要滿足光通信的要求，又要滿足電力系統(tǒng)的地線機械性能和電氣性能。所以說OPGW光纜是一種特種光纜，它集光纜和地線于一體。因此對于OPGW光纜的技術要求就遠遠高于普通光纜，OPGW光纜不僅要有穩(wěn)定的光傳輸性能，更要有具備地線的高可靠性能。 光纖單元的技術和結(jié)構(gòu)的發(fā)展： 在OPGW光纜中，光纖單元是極為重要的主體。從20世紀70年代后期到21世紀初，OPGW光纜的結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，其變化的根源在于在OPGW光纜的運用中不斷改進所存在的問題，而結(jié)構(gòu)的改進主要是光纖單元的改進，可以說光纖單元結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了各年代的洗禮，目前不銹鋼管光纖單元被人們認為是目前最佳的OPGW光纜的光纖單元。下表例舉不同年代具有代表性的OPGW光纜的光纖單元，從技術上客觀地簡述其性能特點。
熱量對光纖單元的影響 1.“層絞纜芯+鋁管”的光纖單元：該結(jié)構(gòu)的光纖單元是利用普通光纜的纜芯，在外層增加鋁管而形成早期的OPGW光纜的光纖單元。該光纖單元的制造過程中，采用普通光纜的纜芯，并在鋁管表面有缺陷時可進行修補，因此光纖單元的制造成本低。但該光纖單元在實際運用中發(fā)現(xiàn)了一些問題，已被歐美發(fā)達國家淘汰，其結(jié)構(gòu)本身存在的不足之處。 由于光纖單元的纜芯采用普通光纜的纜芯，特別是外層的鋁管為良導體，鋁管的管壁厚度一般為1.5mm～5.0mm，在OPGW光纜受到短路電流沖擊時，在其鋁管上產(chǎn)生很大的電流，并由此產(chǎn)生高溫。 又由于纜芯被密封在鋁管內(nèi)，而鋁管所產(chǎn)生的高溫很大部分向內(nèi)傳遞，使纜芯直接受溫，嚴重時可使纜芯受熱變形，最終使光纖傳輸性能下降或斷纖。下圖1為：在OPGW光纜受到短路電流沖擊時，鋁管在某一短路電流流向時在鋁管內(nèi)外壁周圍的溫度散發(fā)狀態(tài)。
2.“鋁骨架+鋁管”的光纖單元：該光纖單元結(jié)構(gòu)是將經(jīng)涂敷(耐溫材料涂敷)的光纖直接絞合在鋁骨架槽內(nèi)+鋁管而形成的，而光纖一般多采用緊包結(jié)構(gòu)的光纖。該結(jié)構(gòu)的光纖單元具有較強的抗側(cè)壓力，與“層絞纜芯+鋁管”的光纖單元相比較，由于采用了耐溫材料涂敷光纖，在鋁材產(chǎn)生高溫時，光纖受溫現(xiàn)象有了較大的改善。但由于光纖單元基本由鋁材組成，在OPGW光纜受到短路電流沖擊時，鋁材所產(chǎn)生的高溫仍密封在鋁管內(nèi)，高溫對光纖的影響始終存在隱患。在短路電流的沖擊下，造成光纖斷纖以及光纖傳輸性能下降事件在我國南方地區(qū)曾經(jīng)發(fā)生過。圖2為：在短路電流沖擊時，光纖單元的溫度散發(fā)分布情況。
從圖2可以看出，鋁材在短路電流沖擊下產(chǎn)生高溫，鋁骨架向外散發(fā)熱量的同時也向光纖散發(fā)熱量，鋁管在向外散發(fā)熱量的同時也向鋁骨架和光纖散發(fā)熱量，因此光纖會同時受到來自鋁骨架和鋁管的熱量影響，使光纖表面的溫度直線上升，對光纖的傳輸穩(wěn)定性產(chǎn)生危害。 3.“不銹鋼管”的光纖單元：不銹鋼管用于作為光纖單元的松套管，是充分運用了不銹鋼材料的物理性能，即不銹鋼材料具有不良導體性和抗腐蝕性的特點，而這一特點，也正是光纖單元所希望的。在以不銹鋼管光纖單元為主體的OPGW光纜結(jié)構(gòu)中，其光纜結(jié)構(gòu)主要材料為：不銹鋼管光纖單元、AS線(鋁包鋼線)和AA線(鋁合金線)三種材料，并且充分運用了這三種材料的物理性能。在光纜結(jié)構(gòu)中，將導電性能最佳的AA線安置在光纜結(jié)構(gòu)的最外層，在光纜受到短路電流沖擊時，AA線將承擔大部分的短路電流并散發(fā)大部分的熱量，充分保護了光纖單元免受熱量的影響。 不銹鋼材料、AS線和AA線的導電性能為： 不銹鋼管光纖單元分為：單層不銹鋼管光纖單元和復合不銹鋼管光纖單元兩種結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的特點分析給讀者參閱。
通過大量試驗驗證，無論是單層不銹鋼管光纖單元還是復合不銹鋼管光纖單元，在短路電流的沖擊下，其不銹鋼管的管壁受溫溫度基本一致，其管壁的受溫溫度一般在145℃～168℃范圍內(nèi)，由于不銹鋼管光纖單元的結(jié)構(gòu)有所不同，管壁受溫后的熱量散發(fā)對光纖的影響也有所不同。對于單層不銹鋼管光纖單元而言，管壁溫度直接向纖膏和光纖散發(fā)，而對于復合不銹鋼管光纖單元而言，由于有內(nèi)襯管的存在使管壁溫度向纖膏和光纖散發(fā)熱量大大減少，提高了光纖的溫度性能。OPGW光纜的同行們擔心，復合不銹鋼管光纖單元在高溫時，內(nèi)襯管是否會收縮。這大可不必擔心，因為復合不銹鋼管光纖單元在生產(chǎn)過程中，不銹鋼管與內(nèi)襯管的復合溫度在200℃～250℃。中天日立公司提供給“杭東變500 KV 出口線路”的OPGW光纜(光纖：60× G.6 52+12 × G.6 55 ，光纜短路電流容量301kA2s) ，在加拿大KING實驗室進行了①短路電流試驗②雷擊試驗，試驗驗證，光纖的溫度性能大大提高。下表和圖為試驗方法、試驗時的光纖衰耗值和復合不銹鋼管光纖單元的受溫曲線。試驗結(jié)果如下 |
