光纤复合低压电缆生产的关键工艺

摘要：本文叙述了光纤复合低压电缆的产品特点，对其中光传输单元主要性能参数和产品关键工艺进行了分析，结合生产实践提出了光传输单元的抗张强度指标和成缆工艺装备要求，并对关键成缆工序给出了工艺解决方法。

关键词：OPLC光单元应变成缆工艺

1.概述

　　光纤以其卓越的抗电磁干扰能力，已经成为世界上最主要的有线信号传输媒介。在电力传输网络中，已经大量应用了全介质自承式光缆（ADSS）、光纤复合架空地线（OPGW）等光缆产品。光纤复合低压电缆（OPLC）可谓是配电网络中的光纤到户（FTTH）产品。

　　光纤复合低压电缆在GB/T 29839-2013《额定电压1KV（Um=1.2KV）及以下光纤复合低压电缆》中定义为：一种由绝缘线芯和光传输单元复合而成的具有输送电能和光通信能力的线缆，适用于额定电压0.6/1（1.2）KV及以下的电力工程。OPLC实质是低压电缆和光缆的产品组合，由于其中的光传输单元通常都是非金属材料，所以其中的光传输单元（下简称光单元）与全介质自承式光缆（ADSS）结构非常相近。OPLC中的光单元一般放置在低压电缆绝缘线芯绞合成缆的间隙中，所以结构尺寸一般较小。低压电缆绝缘线芯间的电场强度低，且光单元在电缆缆芯里面，不受电缆敷设外部环境的直接影响，所以其护套性能的要求要比ADSS光缆低得多。

2.OPLC产品主要性能

　　低压电缆的工艺无论是圆形导体还是扇形导体都十分成熟，OPLC除了要保证电缆电气性能的要求外，重点要考虑的就是如何保障光单元中的光纤不受损害以及传输性能的稳定。通常，光单元填充在绝缘线芯绞合的空隙中，其受到侧压的力不会很大。而电缆缆芯成缆过程中，光单元放线张力引起的拉伸以及在成品电缆施工敷设时受到拉伸而产生的应变量则是光单元结构工艺参数考虑的重点。光纤的主要成分是二氧化硅，外层用丙烯酸树脂涂覆后可承受1%的筛选应变。设计光单元时，只要保证其中的光纤应变不大于0.1%则预期使用寿命不小于30年。在GB/T 29839-2013《额定电压1KV（Um=1.2KV）及以下光纤复合低压电缆》中，对于OPLC拉伸性能的规定如下：在长期允许拉伸负荷下，光纤应无明显附加衰减和应变；在短暂拉伸负荷下，光纤附加衰减不大于0.2dB，应变不大于0.3%，在去除此拉力后，光纤应无明显残余附加衰减和应变。所以，光纤拥有足够的余长是保证OPLC拉伸性能和使用寿命的关键。但光纤的余长并不是越大越好，过大的余长会导致光纤在OPLC中的空间曲率半径过小，会使光纤产生宏弯衰减，导致光纤衰减系数增加，尤其是在1550nm波长衰减急剧增加。

　　OPLC的短暂拉伸负荷是依据GB50168-2006《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》中5.1.10条款的规定制定的。对于导体为铜的OPLC，标准规定的短暂拉伸负荷为70MPa×S铜截面积，长期拉伸负荷为20MPa×S铜截面积；对于导体为铝或铝合金的OPLC，标准规定的短暂拉伸负荷为40MPa×S铝截面积，长期拉伸负荷为10MPa×S铝截面积。

3.OPLC产品关键工艺分析

3.1 OPLC生产工艺流程

　　光纤复合低压电缆的生成工艺流程如图1所示：

图1.光纤复合低压电缆的生成工艺流程

3.2工艺要点分析

　　从上述生产流程看，光单元的生产与普通光缆没有太大区别。对于光缆厂家来说，工艺控制一点都不难。在多芯成缆工序，电力电缆的绝缘线芯导体有圆形结构也有扇形结构，对于电缆工艺而言，圆形结构的绝缘线芯成缆绞合时要进行退扭，而扇形结构的绝缘线芯成缆绞合时是不退扭的。不论是圆形结构的绝缘线芯，还是扇形结构的绝缘线芯，光单元与绝缘线芯成缆绞合时工艺要求必须进行退扭。

　　光单元放线张力的大小将直接影响其中光纤的应变，绝缘线芯放线张力的大小将影响成品电缆拉伸时光单元的应变。而成缆绞合节距则对光单元的应变基本没影响，因为光单元与绝缘线芯绞合节距相同。OPLC受到拉伸时，因缆芯绞合产生的结构伸长对于光单元中的光纤应变可以忽略。

3.3关键工艺参数的确定

　　通过对工艺要点的分析，我们可以看出多芯电缆绝缘线芯与光单元绞合成缆是OPLC生产过程中的关键工序。而该工序的关键工艺参数是光单元的放线张力和绝缘线芯的放线张力。确保光单元在放线张力影响下产生的应变值不大于绝缘线芯在其放线张力影响下产生的应变值。

　　另一个重要的参数就是光单元中光纤的余长，光单元中光纤余长主要由光纤松套和光单元结构产生。有关光纤余长方面的文章很多，这里不再赘述。光纤余长参数是通过满足OPLC拉伸性能来确定的，即在长期允许拉伸负荷下，光纤无应变；在短暂拉伸负荷下，光纤应变不大于0.3%。铜的弹性模量120*103N/mm2，受到70 N/mm2的短暂拉伸负荷时，应变约为0.06%；受到20 N/mm2的长期拉伸负荷时，应变约为0.017%。铝的弹性模量70*103N/mm2，受到40 N/mm2的短暂拉伸负荷时，应变约为0.06%；受到10 N/mm2的长期拉伸负荷时，应变约为0.015%。如果是多股绞合导体，还会有相应的结构伸长。要精确掌握绝缘线芯的拉伸应变特性，可以通过拉伸试验确定导体在承受长期允许拉伸负荷和短暂拉伸负荷时的应变值，再确定光纤的余长值。

　　对于小规格的OPLC成缆，可以把绝缘线芯的放线张力设定到敷设张力值的50%，对应光单元的放线张力宜设定到使其应变不大于0.05%即可。

4.OPLC产品成缆工艺质量控制

　　由于OPLC中光单元的存在，所以在成缆工序对绝缘线芯和光单元放线张力都有更严格的要求。传统电缆成缆设备的张力控制误差较大，有的甚至绝缘线芯放出时松时紧，对于电力电缆的质量来说或许影响不大，但对于OPLC的性能却是影响极大，严重的可能导致光纤断裂。所以用于生产OPLC的成缆机，对于放线头的张力控制要求是很高的，尤其是光单元的放线必须采用主动放线方式才能保证产品的质量。

　　前面提到过，不论是圆形导体还是扇形导体的OPLC，光单元都必须退扭绞合成缆。摇篮式成缆机的放线单元不能单独设定退扭或是不退扭，所以不适合扇形导体结构的OPLC成缆工艺要求。我们一般在盘绞式成缆生产线上进行OPLC的成缆，同时专门设计加装了图2所示的光单元恒张力主动放线装置，确保光单元应变稳定并退扭进入缆芯。

图2.光单元恒张力主动放线装置

5.结束语

　　OPLC作为电力电缆和通信光缆的复合产品，在不增大电缆外径尺寸的情况下兼具电力配送和通信的功能。对于城市建设而言，节省了宝贵的管线路由资源，同时也给国家宽带战略提供了又一FTTX的通道。当前OPLC产品中的光纤主要用于通信和数据传输，利用光纤的分布式传感测温功能实时监测电缆实际运行状态的OPLC也已在某些工程中得到应用。传感类光纤复合进电缆的结构和工艺参数与通信类光纤是不同的，期待与光纤传感设备厂家共同探讨相关的电缆工艺。相信随着我国智能电网的建设和发展，未来既可实现数据传输又能监测自身运行状态的光纤复合电力电缆将会得到更广泛的应用。

参考文献

　　GB/T 29839-2013《额定电压1KV（Um=1.2KV）及以下光纤复合低压电缆》

作者简介

　　王绍刚（1971-），男，副总工程师，主要研究电缆装备工艺及应用