OPGW光缆与另侧分流地线的配合设计思路是从对侧地线的各项特性中提取关键信息,采用电线力学计算方法确定光缆的机械特性及比载,以此来检验与另侧地线的配合程度,主要可以从以下三个方面考虑:弧垂与应力配合、热稳定性能配合、耐雷性能配合。
一、弧垂与应力配合
第一种情况是所推荐的光缆与地线在截面、重量、拉断力等技术指标方面都比较相近。如果光缆与另侧分流地线截面相当,铝钢截面比又相近,在强度及弧垂~应力配合方面必定会有很大的相似性。比如配合GJ-50或GJ-70,一般采用截面接近 50mm2或70mm2左右的中心钢管式全铝包钢结构的OPGW光缆;配合良导体铝包钢绞线(例如LBJ40-120)或铝包钢芯铝绞线(例如JL/L B1A-95/55),一般采用 与地线铝钢截面比接近的层绞式结构的OPGW光缆,这种光缆内层为主要强度元件(一般为铝包钢线),外层为主要载流元件(一般为铝合金线)。
第二种情况,因承载故障短路电流的要求,光缆相对于地线截面有了较大偏差。此时取得另侧地线的“弧垂~应力特性”变得尤为重要。设计院一般能提供的是地线 “弧垂应力曲线表”或称“地线放线特性表”。根据线路条件及气象条件,计算光缆的“弧垂~应力特性”表,对比光缆与地线能否匹配。弧垂计算基准一般为温度15C℃,无风、无冰条件;检验依据为最低气温、最高气温、最大荷载等条件下,光缆与地线弧垂是否匹配。通常认为,在各个计算条件下,光缆与地线弧垂公差在一倍地线直径范围内,是可以接受的。
在弧垂匹配的过程中,应同时注意工作应力(安全系数)的控制。光缆“年平均应力”的控制主要在于减轻OPGW光缆微风振动及控制其长期(30年)的蠕变变化量,一般来说, 光缆年平均应力小于20%标称抗拉强度(以下简称RTS),不同于通常地线设计时所考虑的25%RTS;光缆“最大工作应力”是其在最大荷载情况下所受的应力值,应小于40%RTS(即安全系数大于2.5),如果安全系数要求大于3,则意味着最大工作应力应控制在小于33%RTS。
另外在处理这种情况(光缆与地线截面不太匹配)时,还需要注意光缆与地线对塔头的荷载是否相差较大。因为即使光缆与地线各自的安全系数都控制在合理范围内,可能由于光缆与地线的额定破断力的不同而对塔头存在比较大的不平衡负荷。当然,通过对“拉力重量比”的比较,也能大致了解光缆与地线弧垂应力的配合情况。
另外在处理这种情况(光缆与地线截面不太匹配)时,还需要注意光缆与地线对塔头的荷载是否相差较大。因为即使光缆与地线各自的安全系数都控制在合理范围内,可能由于光缆与地线的额定破断力的不同而对塔头存在比较大的不平衡负荷。当然,通过对“拉力重量比”的比较,也能大致了解光缆与地线弧垂应力的配合情况。
二、热稳定性能配合
当电力线路发生单相接地短路故障时,继电保护(主保护)均会迅速切断故障,以保证电力设备的完好,其动作时间一般为毫秒级,即使考虑系统的失灵保护(或后备保护)等二级保护动作时限,其时间通常不会超过秒级。线路短路电流一般依据电力系统设计提供的5~ 10年远景电力系统阻抗图,通过网络简化,计算零序电流,绘制成接地短路电流曲线,通过电力设计部提供的接地短路电流曲线图,可以很清楚地了解线路短路电流分布情况。这种情况下绝大部分短路电流会流过地线,因此对于双地线线路而言,OPGW光缆与地线将共同承担导流任务,热稳定性能的配合就显得尤为重要。
故障短路电流的分配,主要因素取决于地线阻抗的数值。简单地看,两根地线处于并联状态,阻抗越小分流的电流会越多。分流能力主要与交流电阻有关。交流电阻由直流电阻及其在交流作用下因磁滞和涡流、集肤效应和邻近效应而增大的部分组成,需要根据线路具体情况进行分析,因此相对光缆厂家来说较为复杂。光缆厂家提供的直流电阻指标是光缆或地线的固有的技术参数。
三、耐雷性能配合
OPGW光缆与地线的耐雷性能配合也是不可忽视的因素。由于OPGW光缆的广泛使用,雷击断股事件也越来越多的出现,因此,光缆结构的设计思路应该做如下改进:
(1)、外层股线材料尽量采用铝包钢线。铝包钢线具有良好的电导性能;而且钢的熔点较高,在电弧高温下不易出现熔断;更兼铝包钢线有较高的机械强度,即使形成一定程度的熔蚀,也不易在常规拉力下拉伸断股。
(2)、在不同导电率的铝包钢线选择中,尽量采用高电导率的铝包钢线,以加厚外层铝包钢线的铝层厚度,以使铝熔化时吸收更多的热量,保护内部钢线,维持股线所需的强度。这样可以尽量少采用铝合金,提高整个OPGW光缆的熔点。
(3)、在满足整个OPGW光缆外径要求下,尽可能采用更大直径的外层股线,通过增大股线截面来减少断股的概率。通过对雷击断股事故的分析,建议在强雷区考虑采用外径较大的铝合金线和/或铝包钢线单丝,在弱雷击区外层金属单丝的直径也不宜过小。


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