ADSS光缆护套耐电痕性能研讨

1 前语
      在中国大面积推行运用ADSS光缆的进程中，无论是进口仍是国内生产的商品，在装置和运转中呈现了一些毛病事例乃至发作了断缆，难免令人担忧并发作了困惑和疑虑。大多数的ADSS光缆用于老线路通讯改造，装置在原有的电力杆塔上。ADSS光缆对原有的电力杆塔是一种“添加物”，而原有的杆塔在规划时并不思考有任何其他物体的添加。因而，ADSS光缆ADSS光缆的杆塔条件，尽量去寻觅有限的装置空间。这些“空间”首要包含：杆塔强度、空间电位强度（与导线的间隔和方位）和与地上或交越物的间隔。一旦这些相互联系失配，ADSS光缆就简略呈现各类毛病，其间最首要的是电腐蚀毛病。
2 电腐蚀原理和接地漏电流
2．1电腐蚀原理

      ADSS光缆虽然为全介质布局，可是光缆处于铁塔高压导线邻近，导线周围空间存在电场，光缆对导线和地之间的电容耦合使光缆处于一个空间电位的方位。在污秽地区，气候雾、露或下小雨时，湿润的污秽在光缆外表构成一个电阻层。在空间电位的效果下，光缆外表对铁塔上的光缆接地金具之间发作电流，称为接地漏电流。此刻，电流生热构成水份蒸发，水份蒸发到必定程度在光缆外表构成小段的枯燥带，阻断了电流。这枯燥带上承受了光缆外表对地的感应电压，这个感应电压值满足高，超越空气击穿场强时，便发作放电构成电弧。这即是大家常说的干带电弧。电弧放电，电流又发作，这样重复来回发作。干带电弧构成树枝状的碳化通道即电痕，可致使聚合物的损坏。干带电弧发作的热能够使交联聚合物的结合力渐渐的失掉构成腐蚀。假如电弧的热量满足，护套会熔成洞。这些进程称为护套电腐蚀或电痕。其表象是新护套资料开端外表失掉憎水性，接着外表呈现树枝状的刻痕，随后是资料损坏性的松懈和熔化进程。结尾护套被腐蚀暴显露纺纶层，不等光纤显露，光缆在机械应力的效果下便发作开裂。
2．2接地漏电流的核算办法

      假定导线未直接接地，因而杆塔上导线是否接地对ADSS装置方位的二维空间电势核算影响甚微。当然ADSS金具认为是接地的，所以杆塔上ADSS的电压为0。取：
（１）   空间（空气）的介质常数：
ε= 8.8541×10-12(F/m)
（２）   参数：（见表1）
表1：导线与ADSS光缆的参数

用直接电容耦合法核算接地漏电流：
假定条件：1、ADSS光缆的纵向电阻Rdx与源头处的电容C1dx为串联联系；
           2、ADSS光缆上的接地漏电流I1，与源头电容C1传向ADSS光缆的电流Ic1一样。
 
 
     将上述的数据代入Thevenin’s等式核算出导线与ADSS间的电容C1及ADSS对地电容C2，见图1：
 

 
     在湿润和污秽条件下，丈量得到的抗电腐蚀护套ADSS光缆线性电阻值为R＝9.9×106≈107［Ω∕m］，与其对应的阻抗为：

  
 

              其间：ω＝２πf；ｆ＝60（Hz）
电弧活动长度为：ζ＝{2/[ωR(C1+ C2)] }1/2＝4.02(m)
      在实习线路上，电场情况为直接耦合电容。ADSS电阻Rdx与ADSS对地电容C2dx为并联联系（对地电势差一样），ADSS上的接地漏电电流I1等于流过电容C1上的电流Ic1与电容C2上的电流Ic2的差。因而，Rdx发作的阻抗Zequiv与容抗
１/ωC２dx并联后再与容抗１/ωC1dx串联。
 
 I1=IC1+ IC2                       (4)
     取微分：         dI1=jwC1dx(VS-V)-jwC2dxV          (5)
     结尾得到：      dI1=jwC1V1VSdx-jw(C1+C2)Vdx         (6)
                     dV=-I1Rdx                         (7)
当R趋近于无穷大时，式(6)就变成：
I=0→C1VS=(C1+C2)V0                 (8)
当R趋近于无穷大时，式(7)就变成：
      V=0→dI1=jwC1VSdx                     (9)
运用极限条件和双曲线函数，间隔等于“电弧活动长度”х＝ζ，及
时刻常数R（C1+C2）X2/2等于三相频率的倒数１／ω，即接地漏电电流为：

     从上面的核算可知：VＳ，V分别为导线上和光缆外表的电压。在线路的某一个档距上，光缆外表各点对接地金具悬挂点的远近不同，距悬挂点远的充电时刻常数大（充电时刻常数为R（C1+C2）X2/2），充电电流就小。放电时，远处放电时刻善于沟通电源极性回转的间隔时刻。所以，挡距中心虽然感应电压很高，而光缆外表却无接地漏电流流过。可是，挨近接地悬挂点邻近接地漏电流最大。光缆污秽电阻巨细也有影响，电阻越高，沿光缆外表的电位梯度和接地漏电流在悬挂点邻近上升或降低越快，也即是说在悬挂点邻近干带电弧的活动越剧烈。这即是为何报导护套损坏大多数在悬挂点邻近发作的缘由。别的经过式(10)可知：影响I的重要参数是干带电弧上的电压和湿污秽光缆外表的电阻。它们与线路类型、污秽程度、光缆装置方位、线路相位摆放及几何尺度安置有关。构成护套损坏的稳定干带电弧最能够发作在线路感应电压高或感应电压中等的当地。接地漏电电流I与档距长度无关。
3 ADSS光缆挂点剖析
      因为ADSS光缆是运用现有架空输电线路架起，故必须在杆塔上挑选适宜的挂点，这就和电压、塔型、导线布局有联系。杆塔周围的电场场强散布剖析图通常可运用场强散布剖析软件来进行核算得出，关于110kV以上的线路装置ADSS光缆，该剖析核算显得更为重要，可用它的剖析成果来直接指导挑选光缆在杆塔上的最好安全挂点，当前该类软件中已有1024点的精度剖析软件呈现。但仅具有电场场强散布剖析软件是远远不够的，还必须正确、合理地来运用好该软件程序才行，在实习场强剖析进程中，应充沛思考影响场强散布的要素，例如：杆塔布局、绝缘子长度、金具尺度、相线截面、环境污秽等级等，以进步软件核算剖析成果的精度。关于多回路线路场合，还必须思考各回路相线相序摆放不同对周围场强散布的影响，思考到其间有某些回路停电情况下的场强散布改变情况等。例如，关于双回路同杆并架（并排架起）线路，能够经过倒换相序的摆放办法得到低的感应电压在杆塔上的方位。通常规划、装置ADSS光缆取10％ Uφ（Uφ－导线的相线对地线电压）作为光缆护套上感应电压的数值。可是，实习线路杆塔形状，尺度都不一样，也不必定都是并排的双回路。中国已有的线路大多数是水平单回路摆放，这些线路在铁塔中心不易找到10% Uφ的感应电压空间，那么只好在线路其它当地去找。这是一种停止的观念，光缆能够坚持这种方位联系的,也仅在距塔头两边不太远的一段规模内，例如50~100米。其它当地的光缆和架空导线之间的联系都处在一种改变傍边。这种改变，有的尚能坚持挂点邻近的场强联系，即光缆仍处于其所能承受的安全场强区域内，而适当一有些在线路档距中心邻近的光缆和导线的相对联系已发作了很大改变。导线周围的场强是沿导线轴线接连散布的，因为在挑选塔头挂点时对这一情况估计缺乏，致使光缆实习上长时刻处于超电场强度规模内运转。处于高电场下的ADSS光缆因为资料劣化而引发光缆结尾损坏的报导已不罕见。发作这一情况的底子缘由，是因为处在同一塔上的光缆和导线其弧垂特性的区别所导致的。ADSS光缆首要为人工组成资料，而其间纺纶的存在和它所具有的特性对ADSS光缆的物理参数发作严重影响。纺纶是一种很特别的资料，强度很高，其破断强度通常在170Kg左右，纺纶的弹性模量比铜小，但比铝和铝合金大，通常为115~120KN/mm2，在常温条件下（通常指小于100℃时），它的膨胀系数为–2 x 10-6/℃。破断伸长率挨近3％。当纺纶和其它资料一同成缆今后，缆的弹性模量降低不少，而膨胀系数却添加不多（有的乃至挨近为零）。归纳起来说。由ADSS光缆的力学特性所决议的弧垂情况对外负载改变的呼应比照灵敏，而对温度改变的呼应比照愚钝。这恰恰和金属导体绞合而成的架空导线所具有的对外负载改变比照愚钝而对温度改变比照灵敏的特性正巧相反。其底子的缘由，除了相对较小的弹性模量和膨胀系数，是外负载的单位比重通常为光缆自重的1~3倍。这种区别性使ADSS光缆和架空导线的弧垂在面对外负载和温度改变时，不能够同步呼应。以架起于220KV线路上的光缆为例，讨论两者之间比载和弧垂的改变。导线为LGJ—400/35。见下表2：
 
表2：导线与ADSS光缆的比载和弧垂

      通常架空导线的挂力分量比在8以下（特别规划的也可挑选15~17），而ADSS光缆遍及在20以上，到达30至40也并非难事，这是架空导线所望尘莫及的。对上述数据作一简略的剖析，就不难发现，当覆冰由零到5mm直至10mm时，导线的比载分别为31.11、41.969和55.709，增幅十分有限。而ADSS的比载则由11.174增至为28.055和50.574，相应的弧垂由2.64米增至6.01和9.54米，增幅达127%和261%。再来看一下温度改变的影响，当温度由–20℃到40℃时，导线的弧垂由9.29米到12.08米，添加2.79米，增幅达30%，而ADSS光缆的弧垂则由2.53米变为2.75米，仅添加0.02米，约为8.7％。
这种对温度和负载改变的呼应无穷区别在提醒咱们，假如你的ADSS光缆是挂在塔头上部（通常为地线和导线之间），就应该对负载（指风、覆冰等）情况下两者之间的弧垂改变予以重视；假如你的挂点挑选在塔头下部（通常为导线的下方），那么你就应该对高温情况下两者之间的弧垂改变予以重视。因为场强对光缆护套资料的电腐蚀效果具有累积效应，短时和数次影响并缺乏以使光缆护套遭到显着损伤，处于这一点，对由外负载改变（风、覆冰等）和高气温条件下两者弧垂呈现“错位”，从思考时刻效应方面予以“通融”的话，但对表征全年均匀运转水平的年均匀运转应力，这一代表性工况条件下的弧垂情况，确有需仔细剖析。应对档距中心，在年均匀运转应力（EDS）的条件下，对ADSS光缆和输电线路导线这两者弧垂的相对方位有清楚的知道。因为在全年绝大多数时刻内，两者的弧垂相对方位与此适当。假如此处的场强已超出光缆护套的耐受规模，则就能够断定光缆挂点的挑选是不适宜的；若挂点已无改变的能够，则可依据光缆在年均匀运转应力条件下实习所承受的场强，来挑选光缆外护套的抗电特性，使之契合运转的需求。
因而，在断定ADSS光缆的结尾挂点时，塔头处的场强核算和档距中心的校核（在年均匀气温条件下），是一个疑问的两个方面，不可偏废，在实习操作时，要注意挑选导线在笔直方向的方位改变后，光缆仍能处在安全场强区的那些区域，只要把光缆的挂点安置在这些区域内，光缆的安全运转，就到达咱们所希望的运转年限是有保证的。
 
4电腐蚀漏电实验办法

  能够评估资料耐电腐蚀能力的实验办法许多。当前大体上能够分红两类：一类为国际上有关塑料耐电腐蚀实验最早的公认威望标准实验办法----日本的工业标准JIS-C3005。其实验的原理如图2所示。



  这个标准是一种资料实验办法，首要查核资料的耐电腐蚀特性。在实验中，将4KV电压施加到100mm的光缆护套的外表，在通电的条件下，将浓度为每升含2克盐和1毫升硝酸纤维的溶液以雾状物喷撒到试样外表，盐雾溶液的导电率约为3000μΩ/cm ，经100次喷雾后，若在资料外表未构成碳化的放电痕迹通道者可判为合格。

  用通常含2.3%左右碳黑的防环境应力的聚乙烯护套资料做JIS-3005耐电腐蚀实验都无法经过，均匀失效的喷雾次数约为20-25次。由此可见该实验办法仍是比照苛刻和有用的。作为ADSS光缆外护套资料其仅有的电功能实验即是要能经过耐电腐蚀实验。

  另一类耐电腐蚀实验为浸涂耐电腐蚀实验法。其实验的原理如图3所示。

  在该实验办法中四根被试光缆是以相隔呈直角摆放状放置在实验轮上，每根光缆试样均被固定在玻璃钢的底板上，以便取得满足的刚度，试样内端牢靠接地，外端则包上铜带以便于施加电压。


 


  浸涂槽内装备有浓度为1.4±0.06g/L的食盐溶液。当轮子位于180°时，榜首根试样浸入盐溶液槽，而该根试样处于270°方位时，则盐溶液有些滴干，当试样转到0°方位则施加沟通电压持续时刻15秒。在这段15秒的间隔时刻内试样外表会构成激烈的闪络表象。在90°方位时，试样在外表放电后冷却预备再次浸入盐溶液槽。

  该浸涂实验需求试样能够饱尝起10000次循环（即40000个加压放电周期）而不损坏，均匀每个试样都要承受10000次闪络的检测。

  为了避免因为电腐蚀而损坏护套的完整性，ADSS光缆用于敷设在电场散布中其空间电势大于12KV的场合时必需选用抗电腐蚀专用资料，并需求光缆能经过IEEE-P1222标准附录A中的耐电腐蚀实验，以上的实验办法基本上是绝缘资料的耐电痕实验办法。通常运用小尺度实验来进行资料的配方研讨或改进，不必必定做成光缆。盐雾实验是知道护套资料在干带电弧下寿数的首要实验办法，曩昔，因为对光缆护套加快老化的机理知道缺乏，一些盐雾实验成果也呈现些难以解说的表象。例如，在Brighton绝缘子实验站的实验标明，当实验电源变压器直接接被试样时，大的电弧电流不导致光缆护套的损坏 ，反而小的电弧电流约1mA左右，在电源经过电容耦合接到试样上时，却导致了护套的损坏，实验中大多数护套损坏都发作在低于mA水平。这即是说，护套的电腐蚀不能简略的像组成绝缘子耐电痕实验那样，用大电流来加快老化。

5         ADSS光缆高压实验
  在220KV输电线路上敷设某种类型ADSS光缆的工程中，在保证各项安全间隔需求的前提下，输电线路不停电加挂光缆。其间一盘ADSS光缆，在已完成了光缆牵引放线，预备下一道工序，因为天色已晚，便放到第二天持续施工，在第二天装置光缆金具的进程中，发现光缆所感应的电压经过挂在塔上的滑轮对地放电，使光缆外护套外表破损，裂开了一个宽约5mm，长约30mm的缝，纺纶丝彻底外露，并有相似高温火热今后所呈现的黑痕，有些现已开裂，外护套裂缝邻近的边际，也有相似高温火热今后所呈现的黑痕，外表消融变形，高低不平。

呈现上述情况后，对现场运用的光缆进行了以下耐压实验。

1、 取500mm的光缆，在外护套两头外表加压，约在80KV时呈现外护套被击穿表象；

2、 取500mm的光缆，一端不剥开外表加压，另一端剥开外护套至纺纶，并在纺纶上加压，约在40KV时呈现被击穿表象；

3、 取500mm的光缆，两头剥开外护套至纺纶，在纺纶两头加压，约至10KV时呈现被击穿表象；

4、 独自对外护套、束管、油膏加压至10KV，未呈现被击穿表象。

后来，会同高压实验有些的专家对该光缆作了进一步的实验。

1、 直流电压击穿实验；取光缆500mm，在两头施加直流电压直到击穿，击穿电压为117KV，走漏电流为801μA，击穿点看不到痕迹，光缆加压有些也无发热。

2、 工频电压击穿实验；施加电压的光缆、长度及方法不变，改用工频实验电压直到击穿，击穿电压为44KV，光缆加压有些显着发热。

3、 光缆外护套对纺纶的电压实验；取光缆1200mm，两头剥开外护套至纺纶，光缆两头的纺纶接地，光缆中部接高压电极，当施加工频实验电压至44KV时击穿，击穿点在高压电极处，呈孔状且温度极高。

4、 丈量光缆内部纺纶的电阻；取光缆1300mm，两头剥开外护套至纺纶，在光缆两头的纺纶施加44KV工频实验电压，电流为40mA，由此推出其阻抗为0.8ΜΩ/m。

5、 比照实验；用另一种类型的光缆，重复相同的实验，当施加工频实验电压至44KV时，光缆未被击穿，并且不发热。

  依据实验的成果可知：榜首种类型的ADSS光缆，在同一条件下，纵向阻抗、击穿电压显着低于其他商品的光缆，温升大大高于其他商品的光缆。因而，这种类型的ADSS光缆不适宜在输电线路不停电的情况下施工。然后得出不是一切类型的ADSS光缆都适宜在输电线路不停电的情况下施工。

6 定论
  这篇文章首要论说了电腐蚀的原理及构成的进程，并对ADSS光缆进行了高压实验。经过对核算接地漏电流公式的推导，能够得出档距中心虽然感应电压很高，而光缆外表却无接地漏电流流过，可是，挨近接地悬挂点邻近接地漏电流最大。光缆污秽电阻巨细也有影响，电阻越高，沿光缆外表的电位梯度和接地漏电流在悬挂点邻近上升或降低越快，也即是说在悬挂点邻近干带电弧的活动越剧烈。然后找到了在现时ADSS光缆运转中经常呈现在悬挂点邻近护套损坏的缘由；经过ADSS光缆高压实验的成果，能够得出不是一切类型的ADSS光缆都适宜在输电线路不停电的情况下施工。经过对ADSS光缆挂点的剖析，能够得出不能简略地以体系电压等级和/或离相导线的间隔凭经历断定光缆的装置方位（常称为“挂点”），应依据每一塔型的具体情况核算挂点的空间电位。ADSS光缆在广东电网已运用多年，虽然屡有ADSS光缆电腐蚀毛病发作，但很多的实习已证明，ADSS光缆在110KV体系中能够持续推行运用，用于220KV体系的ADSS光缆在充沛保证ADSS光缆质量的前提下，标准工程规划、施工和运转条件，ADSS光缆的电腐蚀是能够操控的。也是能够持续推行运用的。

以上就是长亿光电通过实验做出的结论，大家如有其它问题或不同异议，可以在留言中提出，我一定尽力为大家解答。大家共同进步

本公司热销产品：ADSS光缆、OPGW光缆、矿用光缆

业务手机：18616683900
     业务QQ：281183277
     网址：www.changfeng021.com

公司地址：上海市嘉定区南翔工业园
         长亿光电科技(上海)有限公司