增强型ADSS光缆

摘要:ADSS光缆在电力通信系统中应用已有多年，其应用数量估计有数十万公里。ADSS光缆在实际运用中，光缆受到电腐蚀的侵蚀、动物对光缆护套的伤害以及施工中光缆护套的可能破损等现象时有发生，由于光缆护套的破损而使光缆的抗拉元件受到水的侵蚀，光缆机械性能下降以致出现断缆现象。

关键词:ADSS光缆，铠装层保护，拉力检测，弧垂

1.前言

　　ADSS光缆在电力通信系统中应用已有多年，其应用数量估计有数十万公里。由于ADSS光缆在现有电力线路上作为通信的补充而架设在原本杆塔设计时并没有考虑的安装位置上。ADSS光缆在实际运用中不但时刻经受空间电位而可能引起的电腐蚀，同时啮齿类动物或鸟啄对ADSS光缆的损害也时常发生，光缆护套的破损使水（或水分）侵蚀到光缆的抗拉元件芳纶材料，芳纶材料是一种高强度的纤维材料，在ADSS光缆中被广泛应用，但芳纶材料在受到水（或水分）侵蚀后，芳纶的机械强度急剧下降，以致光缆的机械强度随之下降，从而出现断缆现象时有发生。增强型ADSS光缆其在芳纶材料与外护套之间增加了隔水铠装层，铠装层并与外护套紧密粘合成一体，外护套在受到外界条件下的破损，铠装层能有效阻挡水（或水分）对芳纶材料的侵蚀，同时铠装层材料本身也是高强度抗拉元件，从而保障了光缆机械强度的稳定。

2.常规ADSS光缆的结构：

　　1）常规ADSS光缆的结构方式

　　目前，全国各地应用的ADSS光缆均为常规结构的ADSS光缆，在220kV及以下电压等级的电力线路上得到了广泛应用，为电力通信发挥着积极作用。图1为常规ADSS光缆的结构方式

　　在常规ADSS光缆的结构中，主要的抗拉材料为芳纶材料。芳纶材料的形状为纤维状，通常为黄色。芳纶的单位规格通常用dtex表示。ADSS光缆的抗拉强度主要有不同规格的芳纶（dtex）有数十根以缆芯（光纤单元+内护套）为轴心方式均匀地缠绕在缆芯上而得到。光缆的机械强度越大，缠绕的芳纶数量就越多。

　　光缆的外护套主要有PE和AT二种材料。根据相应标准和规范，ADSS光缆外护套能承受的空间电位分两档。

　　A级：PE护套≤12KV；

　　B级：AT护套≥12KV。

　　2）常规ADSS光缆的断缆现象

　　常规ADSS光缆，在外护套受损后，光缆的抗拉元件（芳纶材料）受到水或潮气的侵蚀，机械强度出现急剧下降，当光缆剩余的强度承受不起运行荷载时，光缆就出现断缆现象，这种现象各地时有发生。图2所示，ADSS光缆护套受损后的断缆现象。

　　ADSS光缆出现的断缆事故，主要是光缆护套受损后雨水或空气中潮气侵入光缆内部，使承担光缆抗拉元件的芳纶受潮，芳纶的机械性能下降所导致。光缆护套受损主要有二大因素：

　　（1）护套受到电腐蚀的侵害（图2a）：由于光缆的安装位置不当或防震器件安装位置不当，使光缆处在高空间电位场所，光缆的护套材料被电腐蚀，光缆表面出现了烧焦现象。

　　（2）护套受到外力而受损（图2b）：光缆施工不当或金具安装不当造成护套破损、鸟啄或啮齿类动物的啃咬使光缆护套破损。

　　上述二类光缆护套受损现象，其结果使光缆的芳纶材料受到雨水或空气中的潮气侵蚀，从而出现光缆的断缆现象。

3.增强型ADSS光缆的结构方式

　　为了避免光缆外护套因外界各种条件下的损坏，使雨水或空气潮气对缆内抗拉元件芳纶材料的侵蚀，增强型ADSS光缆结构中增加了芳纶纤维材料的保护铠装层。铠装层具有强度高，耐潮气并与外护套组合成一体，不但提高了外护套耐破损性，同时保证了光缆整体机械性能的稳定性。图3为增强型ADSS光缆的结构示意图。

　　增强型ADSS光缆结构中所采用的铠装层材料为FRP带，FRP材料是ADSS光缆中心加强件采用的材料，FRP带依据ADSS光缆的缆芯直径采用数十根直径为0.2mm~0.6mm一字排列，并用树脂在高温高压条件下形成FRP带，为使FRP带能与光缆的外护套紧密粘合，在FRP带的双面涂覆粘合胶，以致ADSS光缆的铠装层与外护套形成一体，提高了ADSS光缆的整体机械性能。图4：FRP带的结构组成示意图

4.增强型ADSS光缆与常规ADSS光缆的技术参数比较：

　　为使增强型ADSS光缆与常规ADSS光缆技术参数的对比有效性，选择光缆机械强度基本相同的光缆技术参数进行综合比较，分析二种结构光缆的技术性能差异性。

　　表1：某一规格的增强型ADSS光缆、常规ADSS光缆的主要技术参数：

　　表1：

光缆	单位	常规ADSS光缆	增强型ADSS光缆
		(ADSS-AT24 M7.9)	(ADSS-AT24 M7.9)
结构示意图
光缆直径	mm	12.3	12.8
光缆重量	kg/km	116	140
标称抗拉强度(RTS)	kN	19.8	19.9
最大允许张力(40%RTS)	kN	7.9	7.9
杨氏模量	kN/mm2	15.5	14.6
热膨胀系数	10-6/℃	3.1	7.76

　　从表1的参数可以看出：

　　1）增强型ADSS光缆的外径比常规ADSS光缆大了0.5 mm。

　　2）增强型ADSS光缆的重量比常规ADSS光缆重了24 kg/km。

　　3）增强型ADSS光缆的RTS强度与常规ADSS光缆基本相同。

　　4）增强型ADSS光缆的杨氏模量比常规ADSS光缆小了1.1 kN/mm2。

　　5）增强型ADSS光缆的热膨胀系数比常规ADSS光缆大了4.66×10-6/℃。

5.常规ADSS光缆与增强型ADSS光缆的“弧垂”比较：

　　1）假定气象条件：表2

　　表2

	气温(℃)	风速(m/s)	冰厚(mm)
最高气温	40	0	0
最低气温	-30	5	0
平均气温	15	5	0
最大风速	15	30	0
覆冰	-5	10	10

　　2）“应力~弧垂”计算：

　　本体技术分析的ADSS光缆为较小规格，所以“应力~弧垂”的计算档距为：200m和400m为分析条件。架线张力为ADSS光缆的20%RTS。分别计算光缆在架线时的“弧垂”和运行时的“弧垂”。

　　（1）架线时的“应力~弧垂”计算值。(以气温40℃为架线条件)

　　从架线“应力~弧垂”计算值可以看出，由于增强型ADSS光缆的外径、重量、热膨胀系数均比常规ADSS光缆略大一些，所以计算的“弧垂”值相应也大一些。

　　（2）运行时的“弧垂”计算值。

　　从运行“应力~弧垂”计算值可以看出，增强型ADSS光缆对应常规ADSS光缆在相同气候条件下，计算的“弧垂”值相应也大一些。

　　3）“应力~弧垂”技术分析：

　　（1）常规ADSS光缆，其抗拉元件以芳纶为主要元件。由于芳纶的热膨胀系数通常为-4.7×10-6/℃，因此较大规格的ADSS光缆本体热膨胀系数时常出现负值，在计算ADSS光缆架线“应力~弧垂”时，难以与对应杆塔导线的弧垂相对应，特别是在盛夏季节，导线的弧垂增量很大，而ADSS光缆的弧垂变化很少，ADSS光缆架线弧垂偏小时，容易与导线出现鞭击现象，ADSS光缆架线弧垂偏大时，重量轻的ADSS光缆又可能出现大幅度风摆现象，这是常规ADSS光缆所固有的物理特性。

　　（2）增强型ADSS光缆，其抗拉元件主要有二部分组成，即芳纶和FRP带。虽然在增强型ADSS光缆结构中仍采用芳纶材料，但由于采用了FRP带作为铠装层，FRP带本体承担了较大部分的机械力，且FRP带的热膨胀系数为正值，一般为8.0×10-6/℃。所以增强型ADSS光缆与对应杆塔导线的“弧垂”匹配将有所改善。

6.增强型ADSS光缆的渗水机械性能：

　　在ADSS光缆的结构中，增加了芳纶纤维保护铠装层，起到在光缆外护套受损时，阻止雨水或潮气对缆芯芳纶材料的侵蚀。为了验证铠装层功能是否达到预先的技术性能要求，采用了光缆渗水后机械强度试验的验证。光缆渗水后的机械性能试验方法为：在光缆外护套上用手枪钻钻一个直径约5mm的孔，孔的深度为外护套的厚度（模拟光缆外护套电腐蚀、被鸟啄或啮齿类动物的嚼咬而损坏），并在有孔处加上1m高度的水柱（参照渗水试验方法、模拟雨水或潮气的侵入），24小时后进行光缆的拉力试验，验证光缆机械强度的变化量。图5所示钻孔渗水的方法。

　　为了验证常规ADSS光缆与增强型ADSS光缆在光缆表面钻孔渗水后机械强度变化的对比。我们分别生产了表1所示的二种结构的ADSS光缆，设计的机械强度基本一致，以利对比分析。

　　上述二种光缆打孔渗水并经过24小时后，按照我国电力行业标准（DL/T 788）进行了最终拉断力的检测。检测结果如下：

　　1）常规ADSS光缆的拉力试验：

　　从检测的拉力曲线可以看出，常规ADSS光缆的拉力在约14.8kN时，光缆出现了断裂。说明外护套内的渗水，使抗拉元件的芳纶机械强度急剧下降，光缆机械强度从19.8kN下降到了14.8kN，下降了约34%。

　　2）增强型ADSS光缆的拉力试验：

　　从检测的拉力曲线可以看出，增强型ADSS光缆的拉力在约19.2kN时，光缆出现了断裂。说明铠装层与外护套紧密粘合的同时，FRP带铠装层有效阻止了水的渗透。铠装层的机械强度叠加芳纶机械强度的有效组合，使光缆机械强度的损耗极为有限，从拉力曲线可以看出，光缆的机械强度仅下降了约3.5%。

　　从增强型ADSS光缆的检测，充分说明了在ADSS光缆结构中增加了铠装保护层后，光缆抵御外来受损的能力有了很大的提高，光缆的机械性能稳定性得到了有效保障。

7.结束语

　　增强型ADSS光缆的应用，将大大提高ADSS光缆抵御外力的能力。不仅如此，光缆外护套在施工中的微小损坏或运行中的微量电腐蚀，雨水或空气中的潮气因有光缆铠装层的保护，不会侵蚀到光缆的内部，提高了光缆机械强度的稳定性。增强型ADSS光缆具有优良的抵御外来损害的综合性能，有助于提高ADSS光缆在电力通信系统的运行稳定性，有效保障电力通信系统的安全运行。

参考文献：

　　1）IEEE P1222标准

　　2）杨承矩，“断缆事故现场ADSS光缆耐电腐蚀试验研究”《光纤与电缆及其应用技术》,2015(3)

　　3）许峻青，“电力通信ADSS光缆电腐蚀效应分析及其治理”《信息通信》-2013

作者简介：

　　张建明，男，上海人，高级工程师，82年大学毕业后长期从事光缆产品的研发和产品的制造工艺，对光缆的制造和应用有着丰富的知识和经验，并从事企业的管理工作。