(1)、OPGW光缆的结构设计方面
传统的架空地线(LGJ,LHBGJ,GJ),是由直径相同和同层材料的金属单线,以同心绞制成的对称结构,断面均匀、均质、应力封闭的管式结构。层间单丝根数按每层增加6根的规律。缆体中任意相邻3根单丝组成1个等边三角形的结构,这应该是最稳定的对称结构。而目前国内各个光缆制造厂家,在材料选用、单丝直径和单丝根数的配置上的不对称结构,是普遍存在的问题。
层问留有空隙的设计,在雷电流由落雷点注入层间向纵深扩散时,间隙间较小处电压就能形成稳定燃烧的电弧,长时间自持放电电弧产生的高温热量深入金属材料内部,深层金属熔化,导致OPGW光缆的外层绞丝熔化断裂。
就国内生产情况看,松套结构的OPGW光缆较多,在松套光纤基础上,根据光纤单元和铠装单元的绞合情况,总体划分为中心管结构和层绞不锈钢管结构,中心管结构OPGW光缆又分为中心铝管结构、中心铝骨架结构和中心不锈钢管结构。
中心管结构的直径较大,拉断力较小,余长比层绞式小等缺点,故推荐采用结构类似与常规地线,余长、抗拉强度较大,易满足各种短路电流容量的要求,结构紧凑,抗侧压性能好的层绞式不锈钢管结构的OPGW光缆。
同时,由于导体的集肤效应,导体的电流流动主要在导体的表面。因此对于OPGW光缆而言,在受到感应电流或短路电流时,其电流的流动主要体现在光缆的表面(外层),由于光缆的外层导体承担较多的电流,为提高导体的耐电流能力,在选择光缆外层的线径时,应尽量考虑线径较大的导体。外层断股数与外层绞线单丝直径直接相关,直径越大则断股数越少。
(2)、OPGW光缆的选材方面
同层单丝的参数都应相同,单丝紧密相接构成均匀、均质、应力封闭的管式断面,有利于热量散发和缆体膨胀、减小外层对内层的侧压力,保护光单元和线股磨损。故而同层不宜采用铝包钢、铝合金混绞结构。
另外,外层铝合金线的断股几率要高于外层铝包钢线。连续电流较大的雷电冲击下铝合金外层单纯增大单丝直径无法完全防止断股;而铝包钢外层采用较大单丝直径则可有效防止断股。从断面应力分析,铝包钢的允许应力为铝合金的2.2~5倍。
而目前OPGW光缆中的铝包钢分配的应力为铝合金的1.57~2.59倍,铝包钢受力虽大,但应力远低于允许值。而铝合金受力超过允许值的35%~90%,使铝合金始终在疲劳状态下运行,随着雷击瞬间温度上升,铝合金的强度不论是抗拉强度还是屈服点,都急剧下降,随之出现蠕变现象,甚至造成断股发生。
同时,雷击过程的发生,大体上可分为主放电阶段和余光阶段两个过程。主放电阶段时间极短,放电速度极快,放电时间极短的放电,将引发电弧,其温度高达600C。这种高温接近铝合金丝的熔点,可将OPGW光缆外层铝合金丝烧蚀、熔化或最后烧断。


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