电力光缆

摘要 在简要分析了ADSS光缆电腐蚀故障的现象和机理后，提出了用静态和动态的概念来控制电腐蚀的条件及相应措施。
  关键词 ADSS光缆 电腐蚀

1. 前言
  在我国大面积推广应用ADSS光缆的过程中，无论是进口还是国内生产的产品，在安装和运行中出现了一些故障案例甚至发生了断缆，不免令人担忧并产生了困惑和疑虑。
  大部分的ADSS光缆用于老线路通信改造，安装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”，而原有的杆塔在设计时并不考虑有任何其他物体的添加。因此，ADSS光缆只能适应原有的杆塔条件，尽量去寻找有限的安装空间。
  这些“空间”主要包括：杆塔强度、空间电位强度（与导线的间距和位置）和与地面或交越物的间距。
  一旦这些相互关系失配，ADSS光缆就容易出现各类故障，其中最主要的是电腐蚀故障。

2.电腐蚀的主要模式
  统称为电腐蚀的现象主要包含三种基本模式，分别为击穿、电痕和腐蚀。这三种模式往往与金具同时发生综合故障，要严格区分有时候是不容易的。
2.1击穿
  由于各种原因，在ADSS光缆表面发生了足够能量的电弧、产生了足够大的热量，使光缆护套发生击穿。产生的击穿通常有熔融状边缘的穿孔，常伴有同时烧断纺纶而使光缆强度急剧下降，到维持不了张力的那一刻致使断缆。击穿是一种故障，在安装后发生的时间较短。
2.2 电痕
  电弧在护套表面形成放射（电树枝）状碳化通道称为电痕，然后不断加深，在张力的作用下开裂并露出纺纶，有时转换成击穿模式。电痕也是一种故障，在安装后发生的时间比击穿模式要长。
2.3 腐蚀
  由于通过护套的泄漏电流产生了热量，使聚合物慢慢失去结合力并最终失效。表现在表面粗糙、护套减薄，这种现象称为腐蚀。腐蚀是缓慢发生的，在光缆寿命期间是必然要发生的正常现象。
3. 形成电腐蚀故障的主要因素
   在工作时受到张力的ADSS光缆处于导线周围空间存在的强大电磁场中，光缆对导线和大地之间的电容耦合使之处于一个空间电位的位置。在空间电位的作用下，潮湿或污秽（不可避免）的光缆表面对接地的金具产生一个接地漏电流并发热，热量使光缆表面水份蒸发，随机（不可控）地形成干燥带，阻断了表面漏电流。当干燥带两端的电位足够高时就产生了放电形成电弧（称为“干带电弧”）。
  电腐蚀发生的基本条件是要有一定的漏电流和足够高的空间电位。
3.1 接地漏电流
   根据苏格兰Hanterstor西海岸的数据：接地漏电流小于0.3mA时不发生电弧。因此0.3mA被公认是不发生电弧的门槛值；当接地漏电流超过门槛约0.5mA时，将产生电弧；随着接地漏电流超过1mA，电孤随之严重；但当接地漏电流更大（约超过5mA）时，电弧活动将停止，即大电流不产生电弧。
  试验结果还表明：电腐蚀的程度与光缆承受的张力有关。
3.2光缆承受空间电位的标准
  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级。
  A级：PE护套≤12KV；
  B级：AT护套≥12KV。
  B级护套的上限在相关标准和规范中未作规定，通常的提法为20~25KV。
3.3 活动长度
  接地漏电流是由空间电位驱动的。
   在输电线路的某一档距上，假设光缆与导线间距不变（弧垂一致）并与大地间距不变（事实上不可能、仅是假设），光缆表面各个点与接地的金具末端距离变化很大，在档距中央的感应电压虽然很高，但充电常数很大，充电电流极小，光缆表面无漏电流；随着接近安装在杆塔的金具末端，感应电压急剧趋于零同时接地漏电流变大，在接地的金具末端接地漏电流达到最大值， 如满足起弧条件，电腐蚀就发生了。从接地漏电流开始变大的某一点到金具末端的距离称为“活动长度”，也即电腐蚀最易发生的危险区域。
因此，在一个档距内存在两个活动长度。
3.4 双回路相位的影响
  光缆悬挂点上的空间电位受三相导线相位排列的影响，单回路相位变化几乎无影响，双回路导线的相位变化影响很大。
  在双回路系统中，就ADSS的安装“空间”而言：ABC-ABC相位是最小的，其他相位均有不同程度的扩大，尤以ABC-CBA相位的“空间”为最大。
  对某一悬挂点而言：双回线因一侧停电而单回运行时较复杂，空间电位有可能变小，也可能变大。
3.5 其他影响
  除了相位影响，当某光缆的悬挂点一定，其空间电位还会受导线和地线的直径、导线的分裂、金具和光缆的风摆等情况的影响
4. 案例
4.1 故障案例
  某ADSS光缆，工作在220KV双回路系统中约1年，发生断缆事故。经检查，断缆处AT
  外护套明显呈融溶状，纺纶外露有明火痕迹，防振鞭明显龟裂炭化。再检查未断缆处，多处发现孔洞和防振鞭对光缆造成的烫伤压痕并己碳化。 经核对，光缆悬挂点的空间电位较高，静态设计挂点约23KV, 动态挂点超过了30KV，防振鞭离金具予绞丝末端约10Cm。
4.2 成功案例
   某ADSS光缆，工作在220KV双回路垂直分裂系统中近5年，静态设计挂点的空间电位约15-18KV。经历了多次台风袭击，工作始终正常。在例行检查中，打开防振鞭，对防振鞭和光缆进行仔细检查。结果表明：防振鞭表面光洁如新，厂家商品号清晰可见。光缆表面光滑，除防振鞭夹紧处光缆外护套颜色稍深（原始色）外，无电腐蚀故障痕迹。防振鞭离金具予绞丝末端约50 Cm。
  又如某工作在110KV系统中己超过6年的ADSS光缆，防振鞭离金具予绞丝仅为10-20cm，至今工作正常，没有发生任何电腐蚀故障。
5.电腐蚀的控制
  就目前所知，所有的电蚀故障都发生在“活动长度”区内，因此，要控制的范围也集中在活动长度区间。
5.1静态控制
  在静态条件下，工作在220KV系统中的AT护套ADSS光缆，其挂点的空间电位应控制在不大于20KV（双回和多回共架线路应更低）；工作在110KV及以下系统中的PE护套ADSS光缆，其挂点的空间电位应控制在不大干8KV。静态挂点的空间电位设计应考虑到：
  （1）系统电压和相位排列（双回路及多回路很重要）。
  （2）杆塔型状（包括塔头和呼称高）。
  （3）绝缘子串的长度（根据污移等级其长度有变化）。
  （4）导/地线的直径和导线的分裂。
  （5）与导线和地面及交越物的安全限距。
  （6）张力/弧垂/跨距的控制（在无风、无冰及在年平均气温条件下，其负荷不大于光缆的ES即25%RTS；在设计气象条件下，其负荷不大于光缆的MAT即40%RTS）。
  （7）应对跳线（耐张杆塔）和接地体（如水泥杆拉线）加以研究并考虑其影响。
5.2动态控制
  在动态条件，工作在220KV系统中的AT护套ADSS光缆，其挂点的空间电位应控制在不大于25KV；工作在110KV及以下系统中的PE护套ADSS光缆，其挂点的空间电位应控制在不大于12KV。动态条件至少应考虑到：
  （1）系统电压是标称电压，在某种情况下会有+/-（10～15）%的误差，取正公差；
  （2）金具串（主要是悬垂串）和光缆的风摆；
  （3）原相位换位的可能性；
  （4）双回路系统单回路运行的可能性；
  （5）本地区的污移实际情况；
  （6）可能会有的新的交越线和物；
  （7）沿线的市政建设和开发计划状况（有可能垫高地面）；
  （8）其他对光缆会发生影响的情况。
6. 结论
   （1）运行中受到张力的ADSS光缆护套的电腐蚀是由通过电容耦合的空间电位（或电场强度）造成大致为0.5～5mA的接地漏电流和干带电弧引起。如果采取措施使接地漏电流控制在0.3mA以下，形不成连续电弧，则护套的电腐蚀原则上不会发生，目前最现实有效的方法仍是控制光缆的张力和空间电位。
  （2）AT或PE护套ADSS光缆的静态空间电位设计应分别不大于20KV或8KV，在最恶劣的动态条件下应分别不大于25KV或12KV。光缆是可以安全运行的。
   （3）静态空间电位为20KV（多为220KV系统）或8KV（多为110KV系统）系统中的防振鞭离金具予绞丝末端分别为不小于（1～3）m或 0.5m是改善ADSS光缆电腐蚀的有效措施之一。同时应对ADSS光缆的振动损害和其他防振方法（如适用的防振锤）进行研究。
  （4）不能简单地以系统电压等级和/或离相导线的距离凭经验确定光缆的安装位置（常称为“挂点”），应根据每一塔型的具体情况计算挂点的空间电位。
  （5）尽管近几年屡有ADSS光缆电腐蚀故障发生，但大量的实践己证明，ADSS光缆在110KV系统中可以继续推广应用；用于220KV系统的ADSS光缆在充分考虑到静态和动态工况后，也可以继续推广应用。
  （6）在确保ADSS光缆质量的前提下，规范工程设计、施工和运行条件，ADSS光缆的电腐蚀是可以控制的。建议抓紧制订和实施相应规范/规程。