杜柏林 李蘇明
[摘要] 本文提出了"ADSS光纜應用技術"這一概念，認為ADSS光纜的實用化與其他光纜略有不同，ADSS光纜的應用成功與否，不僅取決于光纜本身的制造品質，而且更大程序上依賴于ADSS光纜線路的架設設計和敷設方法、鐵塔場強分析和光纜最佳掛點選擇、光纜與全具的配用等應用技術，只有完善了應用技術，才能確保品質優良的ADSS光纜能在線路上更合理、經濟、安全、有效地長期可靠運行。
關鍵詞：ADSS光纜應用技術、鐵塔場強分析、線路架設設計和施工、ADSS金具配用。
一、前言
近年來，隨著我國電力網建設的迅猛發展，全介質自承式光纜（All－Diele Ctric Self Supporting Optic Fiber Cable，簡稱ADSS光纜）在電力通信系統中得到了廣泛的應用。ADSS光纜以其重量輕、價格適中和ADSS光纜在線路架設時不需停電等優點，受到了用戶的一致歡迎，但是就國內ADSS光纜應用的相關技術來看，目前還尚未完善，例如在護套耐電腐蝕、線路架設設計、敷設方法、金具配用等方面都還存在一定的問題。ADSS光纜的使用有著其特殊性，它與普通光纜不同，不能簡單地以規格型號光纜去配用在某線路上，而是應該根據使用線路的運行條件、線路電壓等級、當地氣象情況等來進行線路架設設計和光纜的設計及制造，并且光纜的敷設施工方法和與金具的配合情況也直接影響光纜的運行結果。因此，掌握和合理運用ADSS光纜應用技術，在用好、用活、用巧、用省光纜，如何最大程度地發揮ADSS光纜的最佳性能和確保光纜長期安全可靠運行等方面顯得格外重要。
本文針對ADSS光纜的諸多應用技術展開了研究討論，希望能以此來共同提高我們的ADSS光纜應用技術水平。
二、護套電腐蝕、鐵塔場強分布分析和光纜最佳掛設點選擇
在電力通信系統中，光纜常采用OPGW、ADSS和纏繞式光纜。一般在新建的電力線路或更換架空地線時采用OPGW，而老線路改造時考慮到OPGW架設時需線路停電等原因，則采用ADSS光纜作簡易替代方法。至今為止，全世界除英國和我國外，在歐美和日本，ADSS光纜用量都很少，但各類試驗卻頻繁。目前絕大多數的ADSS光纜都運行在220KV以下線路上，這是由于光纜護套受電腐蝕現象的限制。
光纜處于高壓導線和地線之間，光纜護套表面存在感應電壓。當光纜表面受污染且又遇潮濕時；光纜表面形成一電阻層，在感應電壓的作用下，通過光纜表面電阻向金具、鐵塔產生接地電流，在該電流的作用下，光纜表面局部受熱水份失去，形成干燥帶，阻礙了電流繼續流動。當干燥帶處的感應電場足夠強的情況下，電流擊穿周圍的空氣形成對地端的放電電弧，這樣反復放電，放電電弧產生的熱量使護套材料老化、燒焦形成炭化通道，出現腐蝕電痕。護套材料在電腐蝕的作用，開始變得表面粗糙，失去憎水性，以后由于電腐蝕作用的加強，接著護套出現樹狀電痕，更嚴重時，材料機械物理性能遭到破壞或熔化成洞狀，現露出光纜纜芯。
一般電腐蝕現象發生在線路場強分布變化最迅速處的光纜表面，即光纜鐵塔控設點附近。并且由實驗得知，當光纜表面的感應電壓小于15KV，接地漏電流小于0.5mA情況下幾乎不發生電痕腐蝕現象。為了保險起見，通常設計ADSS光纜運行在12KV以下的空間電視和0.3mA以下的接地漏電流情況下。一般在110KV以下線路，光纜表面所受的感應電壓設計在低于10KV，因此不會發生電痕腐蝕危害，所以通常采用HDPE護套即可。而運行在110KV或110KV以上的線路，由于光纜表面的感應電壓大約為12KV－30KV范圍，甚至更高，所以光纜的護會則必須采用耐電腐蝕材料。目前的耐電腐蝕材料大約有以下幾類：（1）以金屬水合物摻入HDPE的配方料（ATH）。（2）交聯HDPE料。（3）半導體護套料，其表面電阻控制在10（7）Ω／M左右，能有效防止電弧產生，又使光纜護套不嚴重發熱。（4）阻燃材料。阻燃材料的阻燃機理不外乎材料自身具備耐氧化性或破壞燃燒（劇列氧化）的條件等，例如：純PVC的自身阻燃；材料燃燒時釋放吸熱物質降低表面溫度；材料燃燒時形成表面膜隔絕氧氣或釋放不助燃氣體局部降低氧氣含量等。而電腐蝕機理實際上也是一個劇烈的電弧高溫氧化過程，因此阻燃與耐電腐蝕從原理上來看是有共性之處的。據報道，AT＆T Fitel公司從阻燃著手，已成功開發了通過IEEE P1222草案中建議的鹽霧情況下25KV、1000h耐電腐蝕試驗的護套材料。
為了進一步有效控制光纜表面電弧產生，還可采取以下一些別類措施：（1）在鐵塔安裝處附近的光纜上設置若干放電針。（2）對鐵塔安裝處附近的光纜設置防雨罩。（3）采用防塵絕緣子隔離金具與鐵塔（但必須解決接頭盒處和光纜終端的電弧放電問題）。
ADSS光纜護會耐電腐蝕試驗一般可按照IEEE P1222草案附錄A中規定的耐電腐蝕試驗進行。在該標準中明確規定ADSS光纜的護套應分成A、B二類，分別適用于光纜敷設在電場分布中其空間電勢小于12KV或大于12KV的場合。試驗時應將光纜試樣用張緊金具水平拉緊，并置于鹽霧箱中。施加的張緊力一般為光纜正常運行張力，施加的電壓、電極間距離應根據需要的試驗電場強度而定。試驗中采用的鹽霧液含NaC1濃度為10Kg／M3，鹽霧滴大小尺寸為5－20uM，試驗溫度為15－25℃，整個試驗時間規定為1000小時，試驗中允許有數次用于監視目的的間斷，但每次間斷的時間不得超過15分鐘，允許在100小時持續之后有一個間斷發生，但它不得計入持續時間。1000小時試驗完畢后，光纜護會不得擊穿，若有電腐蝕坑其深度不得超過護套厚度的50％。除此以外，關于塑料材料耐電腐蝕試驗，還有國際上最早公認的權威標準試驗方法JIS－C3005。在該試驗中，將4KV電壓施加到100毫米光纜護會的表面，在通電條件下將濃度為每升含2g鹽（NaC1）和1毫升硝酸纖維的溶液以霧狀物噴灑到試樣表面，鹽霧溶液的導電率約為300μΩ／CM，經100次噴霧后，若在材料表面未形成炭化的放電痕跡通道，即可判為合格。據報道，目前國內已有采用英國北歐化工生產的ME6080作外護套料的ADSS光纜，先按照ASTMG53－84的規定，經過2000小時加速老化后，再按照IEEE P1222草案附錄A的規定進行了空間電視為60KV，頻率為50HZ，時間為1000小時的鹽霧情況下的耐電腐蝕試驗，試驗結果完全符合該附錄的要求。
鐵塔周圍的電場場強分布分析圖～般可利用場強分布分析軟件來進行計算得出，對于110KV以上的線路安裝ADSS光纜，該分析計算顯得更為重要，可用它的分析結果來直接指導選取光纜在鐵塔上的最佳安全控設點，目前該類軟件中已有1024點的高精度分析軟件出現。但僅擁有電場場強分布分析軟件是遠遠不夠的，還必須正確、合理地來運用好該軟件程序才行，在實際場強分析過程中，應充分考慮影響場強分布的因素，例如：鐵塔結構、絕緣子長度、全具尺寸、相線截面、環境污穢等級等，以提高軟件計算分析結果的精度。對于多回路線路場合，還必須考慮各回路相線相序排列不同對周圍場強分布的影響，考慮到其中有某些回路停電情況下的場強分布變化情況等。根據我們的經驗，在做多回路線路鐵塔場強分布分析時，應首先作出各種部分回路停電情況下的場強分布分析圖，然后再按照最安全的場強分布參數來選取光纜的實際控設點。在實際選取光纜最佳掛設點過程中，除考慮了上述的鐵塔周圍電場場強分布外，還必須考慮線路場強的分布及變化情況，即必須考慮相線掛設弧垂與ADSS光纜弧垂間的距離關系、不同季節溫度變化所引起的相線弧垂變化、ADSS光纜發生舞動等因素，當光纜距相線距離過近，引起光纜表面感應電壓過高，若超出護套材料的耐受范圍，則會引起ADSS光纜遭受電腐蝕，相距距離更近時，甚至還會發生碰線事故。因此，在確定光纜掛點時，應充分全面考慮全線路的斷面情況，ADSS光纜與相線間距應留有足夠余度，確保在各種運行條件和環境條件下光纜長期安全、可靠運行。具體操作時可能會碰到一個與上述要求相矛盾的難題，那就是ADSS光纜控設距地面高度，我們通常的做法為把光纜掛設點設計在鐵塔內，盡管這樣做對光纜架設施工造成了一些麻煩，但卻可有效避免了光纜與相線處于同一個垂直平面，錯開了相線與光纜的弧垂，增加了它們的間距。在特殊情況下，有時還需要調整設計光纜的運行張力和弧垂或增設光纜架設桿塔來滿足要求。另外，由于種種原因，軟件程序計算出的場強分布分析結果并不是完全符合實際情況的。因此，為了安全穩妥起見，在實際光纜掛設施工中，我們通常采用便攜式電場場強計對ADSS光纜掛點處的場強強度進行再次實際測定，作一驗證。
三、ADSS光纜的線路架設設計和敷設施工
ADSS光纜線路架設設計不僅對光纜線路敷設施工具有指導意義，而且對ADSS光纜設計、制造也起著重要作用。ADSS光纜因是與輸電線路同桿架設，所以通常我們可根據架設線路的路由圖、輸電線路桿塔明細表、桿塔一覽表、線路斷面圖、特別跨越、當地氣象資料等來確定線路各耐張段的長度、代表跨距、掛設點高低差和當地最大風速及最大覆冰等多數。雖然一定規格型號的ADSS光纜對于一定代表跨距的線路存在其一定的張力、孤垂對應關系，但我們不主張對于各種不同的架設線路實情套用現成規格型號的ADSS光纜。為了更合理地用好、用巧ADSS光纜，我們建議應根據線路各耐張段的代表跨距、光纜掛點高低差、當地最大風速、最大覆冰時的光纜負荷，結合ADSS光纜纜徑、單位纜重，采用試差法來分別求得光纜的常年運行張力和弧垂關系、最大風載荷和最大覆冰載荷時的光纜最大運行張力和最大弧垂。根據我們的經驗，一般在最大風裁行情況下光纜承受的張力和弧垂最大，至于最高風溫度環境下的光纜運行張力和弧垂，因ADSS光纜的綜合熱膨脹系數非常小，從而顯得沒有實際意義。最后，還得把光纜的最大運行張力和最大弧垂返回到桿堪負荷、控設點高度、弧垂距地面高度等參數中去驗證，直至完全吻合，該項工作才算完成。在得知了光纜的最大行張力后，我們一般取3－4倍的安全系數來確定光纜的破斷強度，然后再進一步根據所要求的光纜斷裂強度、纜徑、纜重、耐電腐蝕要求來設計光纜的模量、光纜各元件的結構尺寸和選用護委材料等。
線路各耐張段光纜的運行張力和弧垂，可利用專門的光纜架設設計計算軟件來完成。該軟件的基本設計計算原理是以二掛設點不等高的一段懸掛光纜為代表設立光纜懸掛方程式，從而導出懸掛光纜上各點的內力水平分量和垂直分量，并解出懸掛光纜的長度、應力與弧垂關系，然后再根據光纜的模量，利用光纜各點應力應變的計算，求得光纜在風、覆冰載荷等環境條件下的拉伸伸長和最大弧垂。
ADSS光纜的生產盤長一般是根據耐張段線路杯搭檔距和光纜弧垂長度，光纜接頭余長，光纜施工余長來確定的。光纜的弧垂長度系數一般取線路桿塔檔距的4％，光纜接頭長度取光纜二端接頭桿塔的呼稱高，光纜的施工余量，考慮到架設時二端光纜的損失，一般取30米左右。
在ADSS光纜線路架設設計中，為了減小光纖熔接對光纜線路傳輸損耗的影響，可采取跨多個耐張段安裝～根大長度連續光纜的做法，安裝的單報光纜長度最大可達6KM左右，但在實際線路架設設計時應根據架設的路由情況、光纜安裝操作的難易程度來確定。
ADSS光纜的架設施工，一般采用張力放線機、多個滑輪、牽引機等工具來進行。放線機放纜時保持一定的張力，使光纜在架設施工過程中保持張力在3000N－5000N范圍和放線速度平穩。滑輪掛設在杯塔上今后光纜的安裝位置，二端耐張塔上二個滑輪的直徑應為500mm以上，中間直線搭上過渡滑輪的直徑可取250mm左右，避免光纜彎曲半徑過小。光纜牽引端以網套并通過萬向旋轉器連接牽引繩，讓光纜保持自然位置，防止光纜在牽引過程中過度被迫扭轉而造成內部光纖受損。牽引機則牽引牽引繩。牽弓噸工時，每個桿塔上都應有人照看好滑輪，防止光纜從滑輪槽里脫落出來，以致損壞光纜。光纜在架設施工過程中不允許光纜在地面、鐵塔等處拖曳磨擦，甚至要求所有滑輪的輪槽都具有橡膠內襯層，不產生對光纜的任何磨損，若光纜表面被磨損變得粗糙，失去了僧水性，那么事實上通過機械磨損途徑，相當于第一階段的電腐蝕效果已經發生。耐張段光纜被牽引到位后，可采用棘輪來仔細調節緊線。通過測量達到靜平衡后的觀察檔弧垂，就可誰知該耐張段光纜的運行張力。在滿足了線路架設設計要求后，再依次緊固安裝靜瑞金具、懸掛金具、引下線夾、消振器等。ADSS光纜架設施工中，光纜接續點一般設置在耐張塔處，光纖熔接和接頭盒裝配工作應在地面進行，光纜接續完成后再把接頭盒固定到塔桿構件較高處，使閑人接觸不到。ADSS光纜與普通架空光纜不同，因是與電力輸電線路同桿且不停電架設，所以特別要求注意不在雨雪中施工，確保施工安全。
在ADSS光纜架設線路中，當光纜跨越公路、鐵路及與輸電線路交叉等時，有時需要增設水泥桿對光纜作特殊的升降。當光纜穿越輸電線路時，應充分考慮輸電線路的弧垂隨溫度變化因素，因此對光纜與輸電線路之間的垂直凈距留有充分余度。當光纜跨越10KV以上輸電線路時，施工時應考慮被跨越輸電線路停電，以確保施工安全。另外，在光纜架設線路中還應注意架空光纜與建筑物、樹木等最小垂直凈距，例如：一般對居民區應有6米高度，對非居民區應有5米高度，越過房屋時應有1米高度，對10KV電力線交叉跨越應有2米，對35KV電力線交叉跨越應有3米，對鐵路跨越應有7.5米高度，對公路跨越應有6米高度等等，詳細可參見電力部頒發的電力系統光纖通信運行管理規程（DL／T547－94）。至于重大跨越，例如大跨度跨越河流等，應由設計人員赴現場進行測量，再提出架設設計方案和施工注意事項。
四、ADSS光纜的全具配用
光纜載荷是通過靜端金具或懸掛金具傳遞給塔桿的，光纜護會在強電場下的電腐蝕劣化也常常發生在全具與光纜的連接處，因此ADSS光纜金具的選擇配用和安裝非常重要。目前市售金具的型號很多，大多采用傳統的預絞式結構，其中以PLP公司和石家莊華能電氣公司的產品應用最廣泛。
ADSS光纜依靠各類金具支撐并安裝在杯塔上，常用的金具有靜端金具、懸垂金具、螺旋消振器、引下線夾等。一般情況下，靜端全具在每個終端桿搭配用一套，在每個轉角或俯仰角大于15的耐張塔配用二套，成套使用；懸掛金具用于直線搭上，每塔一套；螺旋消振器是根據線路檔距來配置的，一般100米以下檔距不用，100－300米檔距每端配置一根，300－600米檔距每端配置二根，600-800米檔距每端配置三根。引下線夾是在終端桿塔和光纜接續桿塔將光纜引下并固定在塔架上時使用，～般每隔2米左右一只。另外，當選用的金具與桿塔不能直接連接時，需采用過渡金具轉接，但應注意不要因此而改變光纜的安裝位置，從而改變光纜在電場中的感應電勢。
金具與光纜之間的握力取決于預絞絲的長度，預絞絲的直徑也必須精確以保證最大抗張強度。一般內，外預絞絲的長度與握力的關系表示如下：
握緊力（KN）30 41 50 65 80
內預絞絲長度（MM）2100 2400 2700 3000 3300
外預絞絲長度（MM）1500 1800 2000 2400 2700
金具握力與線路檔距配合關系表示如下：
檔距（M） 400 500 600 800 1000
金具緊握力（KN）30 41 50 65 80
五、結束語
ADSS光纜護套耐電腐蝕能力和機械強度的長期可靠性是我們共同關心的問題。最近一段時期先后在廣東、上海等地發生ADSS光纜運行斷裂事故，究其原因不外乎光纜護會遭電腐蝕擊穿和光纜受強臺風襲擊。對于防止光纜護套遭受電腐蝕，我們認為除了進行耐電腐蝕性能長期良好的護套材料研究之外，還可以通過選取光纜掛點和設計弧垂，確保光纜運行在低場強空間來解決。而對于ADSS光纜的機械特性，特別是關于風報和舞動方面的研究，國內以往開展得甚少，光纜在平滑微風中激勵諧振和在強風中由于光纜質量不均或覆冰產生的舞動都會引起光纜支承點（波節點）材料的疲勞受損。這些損傷將直接影響到光纜的機械強度。因此，我們認為在光纜抗張元件材料老化壽命足夠長的前提下，風振和舞動是影響光纜機械特性劣化的主要原因。當然，光纜中苦綸纖維和FRP抗張元件的材料老化壽命及材料蠕變對材料機械特性的影響也將是我們要研究的課題。
