ADSS光缆也称全介质自承式光缆,全介质即光缆所用的是全介质材料,自承式是指光缆自身加强构件能承受自重及外界负荷。这一名称就点明了这种光缆的使用环境及其关键技术:因为是自承式,所以其机械强度举足轻重;使用全介质材料是因为光缆处于高压强电环境中,能耐受强电的影响;由于是在电力杆塔上架空使用,所以有配套的挂件将光缆固定在杆塔上。即ADSS光缆有三个关键技术:光缆机械设计、悬挂点的确定和配套金具的选择与安装。
ADSS光缆机械性能光缆机械性能主要体现在光缆大允许张力(Maximum Allowable Tension,简称MAT)、年平均运行张力(Every Day Strength,简称EDS)及极限抗拉强度(Ultimate Tensile Strength,简称UTS)等。
普通光缆的国家标准明确规定了不同使用方式(如架空、管道、直埋等)的光缆应具有的机械强度。而ADSS光缆是自承式架空光缆,所以它除了承受自身重力的长期作用外,还能经受住自然环境的洗礼。如果ADSS光缆机械性能设计不合理、与当地天气不相适应,则光缆就会存在安全隐患,寿命就会打折扣。因此,每个ADSS光缆工程都根据光缆路由所处的自然环境和跨距ADSS的架设档距可达到1800米/挡,耐压高、抗电蚀性能好、防雷击,可以在500kV电压等级的输电线路杆塔上敷设,并具有很强的抗弹击性能,一般的砂枪在10米以外的距离射击不会对光缆造成故障性伤害。还具有很强的耐低温性能和环境适应性。光缆不依赖于输电线而立敷设,施工和维护都比较方便,而且不需要停电作业,光缆也比较便宜。
分类
光缆架设
护套种类
ADSS光缆在不同的电力路线采用不同的护套,常见的ADSS护套有两种:PE护套和AT护套。
PE护套:普通的聚乙烯护套。用于110KV以下电力线路。
AT护套:抗电痕护套。用于100KV以上电力线路。
代表结构
国内外主要流行两种ADSS光缆。
ADSS光缆结构图ADSS光缆结构图
1、中心管式结构
光纤以一定的余长置于填充阻水油膏的PBT(或其他合适材料)管中,根据所需要的抗拉强度绕包合适的纺纶纱,再挤制PE(≤12KV电场强度)或AT(≤20KV电场强度)护套。
中心管结构易于获得小直径,冰风负载较小;重量也相对较轻,但光纤余长有限制。
2、层绞式结构
光纤松套管以一定的节距绕制在中心加强件(一般为FRP)上后挤制内护套(在小张力和小跨距时可省略),然后根据所需要的抗拉强度绕包合适的纺纶纱,再挤制PE或AT护套。缆芯可填充油膏,但当ADSS工作在较大跨距并带有较大弧垂的状况下,由于油膏的阻力较小,缆芯易“滑动”,松套管节距易发生变化。用合适的方法把松套管固定在中心加强件上和干式缆芯可以克服,但有一定的工艺难度。
层绞结构易获得安全的光纤余长,虽然直径和重量相对稍大,在中大跨距应用时较有优势。
技术参数
ADSS光缆工作在大跨距两点支撑的(通常为数百米,甚至超过1公里)架空状态,与传统概念的“架空”完全不同(邮电标准的架空吊线挂钩程式,平均0.4米对光缆有1个支点)。所以,ADSS光缆的主要参数与电力架空线的规程接轨。
MAT
大允许张力
指在设计气象条件下理论计算总负载时,光缆所受到的张力。在此张力下,光纤应变应≤0.05%(层绞)和≤0.1%(中心管)且无附加衰减。通俗而言,即光纤余长在这一控制值上刚好被“吃”完。根据该参数和气象条件以及控制的弧垂,可计算在此条件下光缆的允许使用档距。因此,MAT是弧垂-张力-跨距计算的重要依据,也是表征ADSS光缆应力应变特性的重要证据。
RTS
额定抗拉强度
又称为极限抗拉强度或破断力,指承载截面(主要计纺纶)强度之和的计算值。实际破断力应≥95%计算值(光缆中任意元件的断裂均判为缆破断)。该参数并不是可有可无的,很多控制值与之相关(例如杆塔强度、耐张金具、防震措施等)。对光缆而言,如果RTS/MAT(相当于架空线的安全系数K)的比值不恰当,即使用了很多纺纶,而可用的光纤应变域很窄,则经济/技术性能比很差。通常,MAT约相当于40%RTS。
EDS
年平均应力
有时称为日平均应力,是指在无风无冰及年平均气温下,理论计算负载时光缆所受到的张力,可认为是ADSS在长期运行时的平均张(应)力。EDS一般为(16~25)%RTS。在此张力下,光纤应无应变、无附加衰减,即非常稳定。EDS同时是光缆的疲劳老化参数,据此参数决定光缆的防振设计。
UES
极限运行张力
又称为特殊使用张力,是指在光缆有效寿命期内,有可能发生超出设计负载时光缆所受的大张力。意味着光缆允许短时过载,光纤可以在有限允许范围内承受应变,通常UES应>60%RTS。在此张力下,光纤应变<0.5%(中心管)及<0.35%(层绞),光纤会出现附加衰减,但在此张力解除后,光纤应恢复正常。该参数了ADSS光缆在寿命期间内的可靠运行。
硬件设备
所谓金具是指安装光缆使用的硬件。
1、耐张线夹
虽称为“线夹”,其实以螺旋预绞丝为佳(小张力和小跨距除外)。也有人称之为“终端”或“静端”金具。配置的依据是光缆的外径和RTS,一般要求其握着力≥95%RTS。必要时应与光缆作配合试验。
2、悬垂线夹
也以螺旋预绞丝型为好(小张力和小跨距除外)。有时被称为“中程”或“悬端”金具。一般要求其握着力≥(10-20)%RTS。
3、防振器
ADSS光缆多采用螺旋阻尼器(SVD),如果EDS≤16%RTS,可不考虑防振,当EDS为(16-25)%RTS时,需采取防振措施。如光缆安装在振动多发地区,必要时应通过试验确定防振方法。
4、接续盒
ADSS光缆接续盒一般采用铝合金制接头盒,这种接头盒可以直接用于室外,可以为光缆的接续提供很好的保护。
实际应用
ADSS光缆的设计施工是一项综合性的系统工程,本文针对ADSS光缆的结构特点、使用寿命、挂点的选择原则、配盘、解读弧垂张力表等方面进行论述,对ADSS光缆在特定环境中的运用给出一个较深入的认识。电力系统通信网的建设近几年来主要以ADSS光缆为主。ADSS光缆全称为全介质自承式光缆(AllDielectricSelf-Supportingaetialopticalcable),它采用特殊的绝缘材料,具有良好的绝缘和耐高温性能,抗拉强度高,可架设在电力线路的原有杆塔上,已成为电力系统组网的特种光缆。
1.ADSS光缆的结构特点
已生产的ADSS光缆从结构上可分为层绞式和中心束管式两类,其中层绞式光缆内有FRP的加强芯,重量比束管式略重。同时又由于其运行在高压环境下,根据电场强度又可分为AT护套耐电蚀型和PE护套标准型。ADSS光缆的特点如下:
(1)专为电力系统设计,是一种全绝缘介质的自承式架空光缆,它的结构中不含任何金属材料;
(2)全绝缘结构和较高的耐压指标,有利于在带电运行的架空电力线路上架设施工,不影响线路运行;
(3)采用抗拉强度高的防纶材料即能承受较强张力,满足架空电力线路的大跨距要求,又可防止鸟啄和人为的枪击;
(4)ADSS光缆的热膨胀系数较小,在温度变化很大时,光缆线路的弧度变化很小,且其重量轻,它的履冰和风荷也较小。
2.ADSS光缆的使用寿命
ADSS光缆架设在高压输电线路上,其一般寿命在25年以上,而影响其寿命的因素很多,
主要的因素有:
(1)杆塔附近的高压感应电场梯度变化较大、高压感应电场对光缆有强烈的电腐蚀。一般KV及以下架空电力线路用PE型,110KV及以上线路用AT型;
(2)对双回路的杆塔,由于线路的一回路停电或线路改造,在选择挂点时要加以考虑;
(3)线路经过有盐雾酸气的工作地带时,化学物质会腐蚀光缆外皮,其耐电保护套受损,易受到电弧的伤害;
(4)施工不当造成外皮伤害或磨损等,在长期的高压电场中运行,其表面易腐蚀,而外护套平整光滑的光缆能有效地减少电腐蚀而延命。
3.光缆挂点的选择原则
(1)光缆应悬挂在电场强度较小的位置,即AT型护套≤20KV?m?PE型护套≤20KV?m;
(2)光缆在水平和垂直方向上的投影不应与导线和地线出现交叉,以免在风偏和摆动时产生鞭击;
(3)光缆不应与杆塔产生摩擦和碰撞;
(4)光缆保持与居民区、铁路、公路、通信线路和其他电力线路的安全距离;
(5)悬挂光缆的金具装在杆塔可承受侧向拉力的塔材上,使杆塔受力小。
其中,高压感应电场的大小一般有ADSS光缆生产厂家根据电力设计院的初步设计进行核
算,给出不同杆塔型号的电场强度大小及分布图,再结合施工具体难易程度,终确定光缆的挂点位置。在的应用软件中,只要按既定的坐标系提供杆塔的相线坐标、相线线径、地线类型、线路的电压等级等,就可得到一幅感应电场分布图,因此,在初步设计的准备阶段,线路资料的详尽可靠是整个工程质量的保障。
4.光缆典型挂点的选择
根据对各种杆塔电场强度的计算结果,满足电场强度要求的挂点可分为高、中、低挂点3种方式。高挂点一般施工难度大,运行管理不方便;而低挂点在对地安全距离方面存在一些问题,且易发生盗窃事件。一般在信息网工程中采用中挂点方式。
110KV线路耐张杆、门型杆、双回路铁塔、钢管单杆、水泥单杆等,光缆可挂在层横担下300~500mm间的位置。
5.ADSS光缆的配盘
光缆的配盘是光缆定货施工中的重要问题。当采用的线路及状况明确后,就要考虑光缆的配
盘,影响配盘的因素有:
(1)由于ADSS光缆不象普通光缆可任意接续(因为光纤的纤芯不能受力),在线路的耐张杆塔上进行,又由于野外接续点条件较差,因此每盘光缆的盘长尽量控制在3~5Km。盘长太长施工不便;太短则接续的次数较多,通路的衰耗大,影响光缆的传输质量。
(2)除输电线路的长度是光缆盘长的主要依据外,还应考虑杆塔之间的自然条件,如牵引机行进是否方便,张力机是否可以摆放等。
(3)由于线路设计的误差,光缆的配盘可使用如下的经验公式:
光缆盘长=输电线路长×系数+施工考虑长度+熔接用的长度+线路误差;
通常“系数”包括线路弧垂、杆塔上过引长度等,施工考虑的长度为施工中的牵引所用长度。
(4)ADSS光缆挂点距地低一般不小于7m,在确定配盘时,要简化档距差,以便减少光缆的种类,即可减少备品备件的数量(如配置的各种悬挂金具等),又方便施工。
6.ADSS光缆施工的基本要求
(1)ADSS光缆的施工通常是在带电的线路杆塔上进行,施工中使用绝缘无极绳索、
绝缘安全带、绝缘工具,风力应不大于5级,保持与不同电压等级线路的安全距离,即35KV大于1.0m,110KV大于1.5m,220KV大于3.0m的安全距离。
(2)由于光纤纤芯极易脆断,施工中张力和侧压力不能过大。
(3)施工中光缆不能与地面、房屋、杆塔、缆盘边沿等其他物体发生摩擦和碰撞。
(4)光缆的弯曲是有限的,一般运行的弯曲半径≥D,D为光缆的直径,施工时弯曲半径≥30D。
(5)光缆受到扭曲将损坏,严禁纵向扭曲。
(6)光缆纤芯受潮和进水易断裂,施工时光缆端部用防水胶带密封。
(7)光缆的外径是与代表档距相配套的,施工中不得随意调盘,同时金具又与光缆外径相对应,也严禁乱用。
(8)每盘光缆施工完成后,通常预留有足够长余缆,以便在杆塔处悬挂和熔接,在变电站安装光纤配线架。