對一種特種光纜的工程設(shè)計方法的分析

穆乃剛

（中油遼河工程有限公司（原遼河油田設(shè)計院），遼寧 盤錦 124010）

前言

為實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全可靠的供電，電調(diào)自動化已成為不可缺少的技術(shù)手段，但若沒有一個高質(zhì)量的通信信道，電調(diào)自動化系統(tǒng)就無法發(fā)揮其應有的功能。光纖通信技術(shù)具有傳輸誤碼率低、信道帶寬大、防電磁干擾等優(yōu)點，能夠可靠的承載電力通信網(wǎng)各種業(yè)務(wù)，我們在電力通信網(wǎng)的改造中采用了與原電力線路同塔架設(shè)一種特種光纜—全介質(zhì)自承式光纜的方案，下面詳細介紹其工程設(shè)計的具體方法。

一、安裝金具選配

光纜固定在電力塔上須由光纜專用安裝金具來完成，不同鐵塔、不同跨距、不同外徑的光纜所用金具各不相同，如果金具選擇不當，則會出現(xiàn)光纜松滑或者斷纖等嚴重事故。光纜的安裝金具包括緊固夾具、耐張線夾、懸垂線夾，分別詳述如下：

緊固夾具用于耐張線夾、懸垂線夾、余纜架和光纜接續(xù)盒與鐵塔的連接，其主要技術(shù)參數(shù)為破壞荷載（kN）和光纜掛點位置電力塔主材的尺寸，其配置與耐張線夾、懸垂線夾、余纜架和光纜接續(xù)盒一一對應使用。

耐張線夾用于終端鐵塔和線路中間耐張鐵塔上，它能均勻分配徑向壓力，并傳遞軸向拉力，在保證不損傷光纜的前提下提供安全可靠的握緊力，其主要技術(shù)參數(shù)為線夾破斷力（kN）和纜徑范圍（mm），基本配置為終端鐵塔上1套，線路中間耐張鐵塔上2套。

懸垂線夾主要用于直線鐵塔上，是將光纜懸掛在鐵塔上的連接金具，用來保障光纜在架設(shè)和運行過程中不受損傷，其主要技術(shù)參數(shù)為線夾破斷力（kN）和纜徑（mm），基本配置為每基直線鐵塔上1套。

二、光纜配盤

光纜盤長的配制依據(jù)已建的電力線路明細表，光纜的接續(xù)點選在交通便利的耐張塔上，同時考慮到自然坡度、接頭預留、設(shè)備預留、牽引頭、弧垂等因素，光纜盤長等于每盤光纜的標稱長度乘以預留系數(shù)，再加上光纜接頭長度，用公式表示如下：

L=L1(1+f)+L2+L3+30(m)，式中

L為光纜的盤長（m）

L1為光纜的標稱長度（m），即線路平面圖中的水平距離

L2為始端鐵塔的呼稱高（m）

L3為終端鐵塔的呼稱高 (m)

f預留系數(shù),我們?nèi)?.04

為了運輸和施工的方便，結(jié)合光纜的生產(chǎn)工藝，光纜的盤長應該控制在2~4km。

三、光纜主要機械參數(shù)

由于光纜架設(shè)方式為自承式，其承力元件為光纜中的芳綸紗束，架設(shè)的檔距一般為200m，不同于以往普通光纜的吊線掛鉤架線方式，必須對光纜的機械參數(shù)做準確的計算，以保證其安全、可靠的運行，光纜的機械參數(shù)主要為光纜年平均運行張力（EDS）、最大允許使用張力（MAT）、額定拉斷力（RTS）和極限運行張力（UOS），其定義和計算分別詳述如下：

年平均運行張力（EDS）是在無風、無冰和年平均氣溫的氣象條件下，耐張段內(nèi)光纜所受的張力。在給定的EDS下，按規(guī)范進行振動試驗，光纜外護套應無損傷，光纖衰耗的變化應在控制指標內(nèi)。

當S為光纜的承力元件截面（mm2），G為在無風、無冰和年平均氣溫的氣象條件下光纜的自重比載（N/m·mm2），L為光纜耐張段的代表檔距（m），F(xiàn)為光纜耐張段的代表弧垂（m），由公式EDS=SGL2/（8F）可得光纜的年平均運行張力（N/mm2）。

最大允許使用張力（MAT）是在滿足光纜中光纖應變和附加衰減的條件下，光纜所能承受的最大張力。當光纜在被拉伸到MAT值時，纜內(nèi)的光纖開始伸長（光纖不受力纜型）或光纖開始達到預定受力限度值（光纖受力纜型）。

當S為光纜的承力元件截面（mm2），G為光纜的最大綜合比載（N/m·mm2），L為光纜耐張段的代表檔距（m），F(xiàn)為光纜耐張段的代表弧垂（m），由公式MAT=SGL2/（8F）可得光纜的最大允許使用張力（N/mm2）。

額定拉斷力（RTS）是光纜的保證抗拉指標，即拉伸試驗時必須達到或超過該標稱值，其值為承力元件截面與其最小抗拉強度的乘積乘以系數(shù)q，q值由制造商提供。

由公式RTS＝k×MAT可得光纜的額定拉斷力，k為光纜的安全系數(shù)，一般取值為2.5。極限運行張力（UOS）是在運行中光纜所能承受的極限張力，即當光纖的余長釋放完，張力超過MAT后的一定范圍內(nèi)，光纖開始受力，附加衰減開始增加，但在張力解除后，光纜仍可恢復到初始狀態(tài)，該范圍的最大控制值就是UOS，它意味著光纜可短時過載使用，如當偶然遭遇超過設(shè)計條件的大風或覆冰以后，光纜仍可恢復正常運行且不影響使用壽命，一般UOS應大于60%RTS。

四、纜芯結(jié)構(gòu)選型

全介質(zhì)自承式光纜從纜芯結(jié)構(gòu)上主要分為中心管式結(jié)構(gòu)和層絞式結(jié)構(gòu)，中心管式結(jié)構(gòu)的光纖以一定的余長置于松套管內(nèi)，松套管一般采用高聚物，然后根據(jù)所需要的抗拉強度繞包合適的芳綸紗束，再擠制PE或AT材料作為外護套；層絞式結(jié)構(gòu)的光纖同樣以一定的余長置于松套管內(nèi)，光纖松套管以一定的節(jié)距繞制在非金屬加強件上，再擠制內(nèi)墊層，然后根據(jù)所需要的抗拉強度繞包合適的芳綸紗束，再擠制PE或AT材料作為外護套。

中心管式光纜具有外徑小、重量輕的優(yōu)點，但光纖余長較小，同時光纜的彎曲性能稍差，而層絞式光纜除了在光纖套塑時可輸入余長外，由于松套管層絞著中心加強件，因此在光纜伸長時還可產(chǎn)生二次余長，因此盡管層絞式光纜稍貴于中心管式光纜，我們?nèi)圆捎昧藢咏g式光纜。

五、光纜外護套選用

由于帶電導線和大地之間的電容耦合使光纜處于一個不均勻電場中，光纜表面的污層在不均勻電場中會產(chǎn)生泄漏電流，在電流密度最大且污層最薄的地方，水分迅速蒸發(fā)、變干，電阻增大，大部分電壓降落在該部分，結(jié)果這部分將出現(xiàn)放電電弧，使光纜外護套燒傷、炭化，進而損壞光纖。

在光纜靠近電力塔的連接處，電場強度分布變化最大，又由于重力和弧垂的作用，使該處污層分布最不均勻，因此是最容易發(fā)生電腐蝕的部位，實驗證明若光纜所處空間電位不大于12kV，可選用黑色聚乙烯（PE）護套料，若空間電位大于12kV，則須用耐電痕（AT）黑色聚烯烴護套料，因此合理的光纜掛點可以避免光纜受更強的電腐蝕。

我們通過計算可知，在每根相線處電場強度較強，在相線的對稱中心處電場強度較低，一般離開相線1.5m，電場強度即有較大的衰減。本次工程中光纜所處的空間電位不大于12kV，所以選用黑色聚乙烯（PE）護套料。

結(jié)束語

遼河油田電力通信網(wǎng)正經(jīng)歷著由載波通信向光纖通信的升級改造，光纜線路部分的安全可靠意義重大，目前新建的全介質(zhì)自承式光纜線路均運行良好，為遼河油田電力通信網(wǎng)的現(xiàn)代化發(fā)揮了重要作用。

[1]GB/T 18899-2002.全介質(zhì)自承式光纜[S].

[2]YD 5102-2010.通信線路工程設(shè)計規(guī)范[S]