光缆线路设计

光缆线路设计

OPGW及ADSS

光缆线路设计

李叔昆编

2012年12月

目录

一、光纤通信基本概念

1.基本概念

2.光纤通信系统的基本组成

3.光纤类型

4.光纤的传输特性

5.光纤的标准

二、OPGW-光缆复合架空地线设计

1.特点

2.结构及分类

3.地线与OPGW的分流

4.OPGW的力学计算

5.OPGW的防震设计

6.OPGW的配盘计算

7.OPGW的金具

8.进入机房导引光缆

9.OPGW的造价

三、ADSS全介质自承式光缆线路设计

1.特点

2.结构

3.应用中的注意问题

4.标准及设计技术规定

5.Adss光缆设计要点附表

一、光纤通信基本概念

1. 基本概念

光纤通信是以光为载波，以光纤为传输介质的通信方式。波长约0.8～1.8μm,频率约300 THz。（T－1012）

光纤的材料：绝缘的石英（SiO2)

光纤通信的优点：

a) 频带宽，传输容量大；

b) 损耗小，中继距离长；

c) 质量轻，体积小；

d) 不受各种电磁场的干扰；

e) 保密性能好，无法窃听；

f) 节约金属材料，石英（SiO2)地球上广泛分布，用不完。

2. 光纤通信系统的基本组成

光纤通信在通信网、广播电视网、计算机网络中得到广泛的应用。

3. 光纤的类型

光纤类型分多膜光纤和单模光纤。

多膜光纤：容量小，适用于短距离系统。

单模光纤：容量大，适用于长距离系统。工程中基本上用单模光纤。

4. 光纤的传输特性

1）光信号经过光纤传输后，要产生损耗和畸变（失真）。 2）产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散。（由于不同成分光的时间延迟不同，而产生的一种物理效应）。

3）损耗和色散是光纤最重要的传输特性。损耗限制了系统传输的距离，色散限制了系统传输的容量。

4）损耗的最低理论极限为0.149db/km 。 5. 光纤的标准

信号

电发射

光发射

光接收

电接收

信宿电信

光信号输出

光信号输入

电信

光缆

1) 制定光纤标准的国际组织有：

国际电信联盟（ITU－T）

国际电工委员会（IEC）

2) 主要的标准有

a)G.652:单模光纤，波长1.31μm,衰耗为0.35，用于一般长度的线路，价格低。目前，世界上已敷设的光纤中，有90％采用这种光纤。

对于要求速率很高，距离很长的系统，采用G652B光纤的光缆。

b)G.655: 单模光纤，色散低，衰耗为0.22，频带宽，传输距离大于400km，有利于发展。但价格贵1/3。

c)设计规程

(a)中华人民共和国电力行业标准

《电力系统同步数字系列（SDH）光缆通信工程设计技术规定》

(b)中华人民共和国电力行业标准

《光纤复合架空地线》DL/T 832-2003

(c)中华人民共和国电力行业标准

《全介质自承式光缆》DL/T 788-2001

二、OPGW-光缆复合架空地线设计

(Optical fiber composite overhead ground wires)

1.特点

（1）防雷与通信（信号）合一；

（2）可靠性高；

（3）节省施工费；

（4）不易被盗。

2.结构及分类

OPGW光缆是将光纤置于架空地线中，防雷和通信功能合二为一的复合地线。

OPGW的基本结构由含光纤的缆芯（光单元）和绞合的金属线材（铝包钢线ACS或铝合金线AA）组成。其中，光纤提供了传输通道，钢成分主要提供了机械强度，铝成分则主要承载短路电流。

OPGW的外层为铝包钢或铝合金线，要求单股直径不小于3.0mm，以减少雷击断股。

OPGW最外层绞向采用右旋。

型号表示：OPGW－C－12B1－50[67；20.8]

符号说明： C-中心管式，S-层绞式；

12-光缆芯数；

B1-非零色散位移光纤；

50-光缆总截面（mm2）;

67-额定拉断力（kN）;

20.8-短路容量（kA2S）.

OPGW 的结构型式见下图：

图1 铝管+层绞塑管的OPGW 结构 图2 中心铝管的OPGW 结构

图3 层绞不锈钢管的OPGW 结构 图4 中心不

锈钢管的OPGW 结构

图5 内螺旋塑料管的OPGW 结构 图6 骨架槽的OPGW 结构

光单元

铝包钢线

光单元 铝包钢线

铝合金线 中心加强件

铝包钢线 铝管

铝合金线 铝包钢线 铝管

光单元

铝合金线 铝包钢线

铝合金线 铝包钢线

铝骨架

分类

一般分松套合紧套两种类型。

松套：松套型是将光纤放入充满油膏的松套管内形成一定的余长，余长一般控制在光缆总长的0.7%左右，光纤以自身余长来满足整个地线初伸长和运行过程中所产生的变形，以保证光缆中光纤不受力，但结构松散。

紧套：紧套型是在其中的光纤可以受力的基础上，为满足光纤受力的要求，生产中对光纤施加约1%伸长对应的外力进行筛选，即对光纤施加了“预应力”。通过筛选的光纤，其抗拉强度比起外层绞线的抗拉强度还高，能在外层绞线之后破坏。

由于上述设计上的差异，当金属截面及破坏力相同时，松套结构的设计安全系数为紧套结构的70%～75%。由于结构特点，松套型价格低，适用于外界负荷条件较轻，地形变化不剧烈的线路；紧套型价格较贵，适用于外界负荷条件较恶劣，地形变化较大及地线受力较复杂的线路。因此在设计选择光缆型式时，不能简单地把两种不同结构的OPGW光缆相提并论，应根据其特定的长处和短处，结合具体条件和性能价格比来选定结构。

重冰区送电线路OPGW的结构型式，应结合线路覆冰情况，通过技术经济比较确定。

在松套型和紧套型均能满足要求的线路，以选择松套型为宜。重冰区线路以选用紧套型为宜。

3.地线与OPGW的分流

（1）、分流计算公式

为了保证OPGW的安全运行，OPGW的设计还要求另一根地线有较强的分流能力，在电力系统单相接地短路及雷击事故时，能有效地分流。OPGW与另一根地线的电流分配可近似按下列公式计算： Iopgw/Id＝（Zd- Zk）/（Zopgw-Zk）

式中

Iopgw－OPGW中的电流比值；

Id－地线中电流的比值；

Zd－地线的自阻抗（Ω/km）；

Zopgw－OPGW的阻抗（Ω/km）；

Zk－两平行地线（OPGW与另一根地线）间的互感阻抗

（Ω/km）；

（2）原始数据参考表

1.OPGW阻抗见表四。

2.镀锌钢绞线阻抗见表三。

3.铝包钢绞线阻抗见表二。

4.良导体地线的阻抗见表一。

5.两平行地线（OPGW与另一根地线）间的互感阻抗见后。

（3）单相接地短路电流的分配

在一般计算中，常把母线短路电流视作终端塔上第一档

地线的短路电流。实际上在终端塔的第一档线路地线中，仍有少部分电流流经大地回到变压器的中性点。根据清华大学软件计算的成果，流经第一档地线的电流仅占短路电流的70％（线路长度为25km时），如果将线路视为无限长时，流经第一档地线的短路电流将占绝大部分。线路长度从0-200km时，流经第一档地线的短路电流在70～90％之间。

我们在计算中，为了留有足够的余地，建议取流经第一档地线的短路电流占短路电流的95％。即有5％的短路电流经大地回到变压器的中性点。

（4）OPGW的短路容量

《电力系统光纤通信工程设计技术规定》（讨论稿）中规定：OPGW 的短路容量为：流过OPGW短路电流的平方乘以短路电流持续时间。

对于高可靠线路短路电流持续时间取0.26～0.3秒；一般线路取0.5秒。

广东电网公司《光纤符合架空地线设计深度和技术规定》中建议：500kV线路取0.25秒；

220kV线路取0.30秒；

110kV线路按两端变电所保护切除时间来校验。

本文建议220～110kV线路应根据系统短路电流大小、工程的重要性，在0.25～0.30秒中选择。

短路容量：一般

另一根地线为GJ-35～GJ-50者，短路容量在30kA2S以下；

另一根地线为GJ-70～GJ-80/GJ-100者，短路容量在30kA2S

以上。

不同材料地线与OPGW配合时分流系数（供参考）：

钢绞线27-20％铝包钢（40-20％导电率）49-45％良导体52-63％OPGW 73-80％OPGW 51-55％OPGW 48-37％

(5 ) OPGW分流地线的热稳定

a) 分流地线应满足机械强度和热稳定的要求。

热稳定按《交流电气装置的接地》规程计算。

地线最小截面Sg≥Ig√te /c

式中

Ig－流过接地线的短路电流，安；

Te－短路电流持续时间，秒；

C－常数。取值如下：

钢芯铝线－120

钢绞线－70

铝包钢绞线：

20％IACS 73

27%IACS 80

30%IACS 83

35%IACS 89

40%IACS 95

b) 计算OPGW与分流地线中的单相接地短路电流时，要

考虑流经大地中的分流。一般按5～10％估计。

c) 从抗雷击的观点选择OPGW的分流地线

雷击对OPGW的影响

（1）热效应引起的断芯：雷电流通过地线引起瞬间发热，雷电流很大，达120～200kA, 但通过时

间很短，几十微秒内，雷电冲击电压波波头时间1.2

微秒，波尾50微秒，当雷电流幅值取200kA时，

热容量仅为2 kA2S。故雷电流虽大，但持续时间很

短，对OPGW的热稳定不造成影响。

（2）雷击冲击断芯：由于雷电流大，作用时间短，它具有强大的电磁冲击效应，致使OPGW或

分流地线发生断股、断芯。

在目前OPGW的运行记录中，雷击断股的事故发生得最多，而由短路电流造成OPGW事故却

尚无报道。

试验和运行经验证明：材料股径的抗雷击性能与其直径成正比与其导电率成反比。故应尽量选用

20％IACS的铝包钢线，少用或不用30％IACS及

以上的铝包钢线。

必须说明，为了增加OPGW抗短路电流的能力，要求有较大的铝截面；为了抗雷击又要求不能

有较大的铝截面，这是相互矛盾的。因此，在工程

中应因地制宜选择一个合适的平衡点（短路电流与

雷击）。

(6) OPGW及分流地线的接地

OPGW及分流地线在杆塔上都应可靠接地，不能利用连接金具作接地。

（5）计算举例

1）已知参数：以前短路电流计算为例，选择地线及OPGW型号如下：

OPGW型号：初选OPGW-C-12B1-65（53.9，35.1）由表四查得OPGW的交流电阻为0.99x1.25=1.24（Ω/km）。电抗与铝包钢接近，查表二得电抗为0.763+0.43＝1.193（Ω/km）。故opgw的阻抗为：1.24+j1.193（Ω/km）。

铝包钢地线：JLB30A-55

由表二查得铝包钢的交流电阻为1.34（Ω/km）。电抗为0.769+0.58＝1.349（Ω/km）。故铝包钢的阻抗为：1.34+j1.349（Ω/km）。

两平行地线间的互感阻抗查得为0.05+j0.328（Ω/km）。

2）分流系数计算：

将已知数代人下公式

Iopgw/Id＝（Zd- Zk）/（Zopgw-Zk）

＝（1.34+j1.349-0.05-j0.328）/

（1.24+j1.193-0.05-j0.328）

＝（1.29+j1.021）/（1.19+j0.865）

＝1.645∠38.4°/1.471∠36°

将1.645+1.471＝3.116作分母，得

OPGW中的电流占% 1.645/3.116＝0.528 铝包钢地线中的电流占% 1.471/3.116＝0.472

3）单相接地短路电流的分配:

如前所述，流经第一档地线的短路电流占短路电流的95％

流经两根地线（一根地线 + 一根OPGW）的单相接地短路电流为

21.64x0.95＝20.558 kA

按上述分流系数，则

地线中单相接地短路电流为20.558x0.472＝9.7kA；

OPGW中单相接地短路电流为20.558x0.528＝10.85 kA。

4）OPGW的短路容量

10.852x0.3＝35.3 kA2S 与选择的OPGW短路容量35.1接近。

5）地线的热稳定校验（DL/T621－1997交流电气装置的接地P.21）

热稳定要求的截面＝（9700/100）x√0.3＝53.1 mm2

选用导电率为30％（标准铜）截面为55mm2的铝包钢绞线。

4.OPGW的力学计算

1、对OPGW的要求

a) OPGW的弧垂应尽量与另一根地线一致；

b) OPGW的最大拉力，不能超过杆塔设计地线支架的最大拉力；

c) OPGW在档距中间、在15°无风时与导线间的距离应满足S＝

0.012L+1。

2、OPGW的安全系数和平均应力

a) 安全系数宜取3.2～4.0，应大于导线；

b) 平均应力按破坏应力的16～25％，一般20％。

3、OPGW的拉力弧垂计算

OPGW的拉力弧垂计算与架空线路相同。

OPGW的塑性伸长的处理，也可用降温法，降低10°℃

OPGW的设计气象条件与线路本体相同。

5.OPGW的防震设计

1、OPGW防震原理与必要性与架空地线相同。

2、光缆的防震措施有防震锤及螺旋阻尼器（防震鞭）。

a) 防震锤：防振锤是一种调节频率减振器，对于大直径导线，具有非常有效的防振效果。其基本原理是动态吸收能量。通常情况下，调频率减振器都有一个特定的频率特征范围。常用用于轻冰区，安装必须配予护线条。

防震锤安装个数：

个数

档距

1 2 3

光缆直径

<12mm ≤300 300～600 600～900

≤350 351～700 701～1000 12≤d≤

22

防振锤安装距离可按如下公式计算：

L1=0.4×D×（T/M）1/2（mm）；

L2=0.7L1；

L3=L4=L5=…=0.6L1

其中：D―――光缆外径（mm）；

T―――年平均运行张力（N）；

M―――光缆的单位重量（g/mm）；

注意事项：

（1）根据计算，若防振锤计算安装位置落在内绞丝上，则不必加装护线条，直接安装即可。

（2）如果防振锤计算安装位置落在OPGW光缆上，则需加装护线条，且注意护线条末端距离内绞丝末端至少50-80mm。

（3）如果防振锤计算安装位置落在外绞丝上，则直接安装在内绞丝上，且防振锤中心距离外绞丝末端为50-80mm。