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浅析OPGW耐雷击试验及选型措施

时间:2017-12-28 09:53:14

        摘要:针对我国光纤复合架空地线(Optical fiber composite overhead ground wire,OPGW)断股事故进行研究分析,通过雷击试验,研究分析,OPGW外层单丝直径、绞线材料、绞线覆盖率、转移电荷库仑数、张力、雷击参数等因素对OPGW雷击断股的影响,根据雷击试验结果提出耐雷击OPGW结构设计。

关键词:光纤复合架空地线;雷击;断股;防治措施

  0 引言 

  随着我国电网建设,光纤复合架空地线(Optical fiber composite overhead ground wireOPGW)的应用,日益广泛,在电力通信方面所发挥的作用越来越来重要。OPGW遭雷击断股影响电力系统的安全运行和可靠通信,因此分析OPGW的雷击断股及相应的防治措施十分必要。

1  试验光缆结构设计

  光缆设计参数,以产品需求,现已对试验缆结构进行设计,下面为结构实例参数(见表1)。

表1 OPGW结构参数

序号

结构图

外径
/mm

外层绞线

材料

铝管外径/mm

根数

单丝直径/mm

覆盖率/%

A

图片1.png

12.1

铝包钢

6.4

10

2.8

96.8

B

图片2.png

12.1

铝包钢

6.8

11

2.6

96.5

 2   雷击试验要求

   2.1 等级要求

   本试验依据IEEE 1138 、GB/T 7424、DL/T 832标准,拟定试样溶化效应的模拟雷击等级,对两盘试验缆按照1级标准进行雷击试验(见表2)

表2雷击保护等级

 

0级

1级

2级

3级

允许误差

电流

100A

200A

300A

400A

持续时间

0.5s

0.5s

0.5s

0.5s

转移电荷

50C

100C

150C

200C

±10%

    2.2 试验温度要求

    OPGW初始温度应设置在23℃±5℃之间。在同一试样的不同点上模拟重复试验6次。

    2.3 试验拉力要求

   国家标准对施加 在OPGW试样上的拉力进行了明确,15%RTS~20%RTS,对试验缆进行使用不同张力条件下进行试验长度10m。

 3  雷击试验设备

  雷击试验装置分别由拉力机、绝缘子、拉力计、金属保险丝、固定夹具等组成;

图片3.png

 4  雷击缆实物分析

4.1 结构A试验实物,从同一根缆上分别截取10m雷击试验图片如下:




1.png

 4.2 结构B试验实物,从同一根缆上分别截取10m雷击试验图片如下:




2.png



  4.3 试验现象分析

  通过不同结构参数、不同施加拉力,相同施力长度、相同雷电流及冲击时间的情况下,外层单丝外径大的雷击通过率较高,同样结构下雷击试验施力小的通过率高,由此可见在雷暴频发地区,选用外层单丝较高的缆。

表3试验现象分析

结构A

现象

断股

试验拉力

残余占据

判定

试验1

颜色发黑,3处蛹状

无断股

15%RTS

77%

合格

试验2

颜色金黄,1处轻微蛹状

无断股

83%

合格

试验3

颜色金黄,1处严重腐蚀,1处蛹状

无断股

80.4%

合格

试验4

颜色微黄,2处腐蚀,3处蛹状

无断股

20%RTS

66.9%

不合格

试验5

颜色发黑,3处严重腐蚀,1处蛹状

无断股

76.5%

合格

试验6

颜色发黑,4处严重腐蚀,2处蛹状

断1股

55.8%

不合格

结构B

现象

断股

试验拉力

残余占据

判定

试验1

颜色金黄冲击处发黑,6处蛹状

无断股

15%RTS

85.3%

合格

试验2

颜色金黄冲击处发黑,5处蛹状

断1股

83.6%

合格

试验3

颜色金黄,2处严重蛹状

无断股

87%

合格

试验4

颜色金黄,2处严重腐蚀,1处严重蛹状

断1股

20%RTS

75.2%

合格

试验5

颜色金黄,3处严重腐蚀,2处严重蛹状

断2股

69%

不合格

试验6

边缘发黑,3处严重腐蚀,3处严重蛹状

断1股

63.5%

不合格

 4.4 断面分析

  对雷击试验绞线单丝进行统计分析,就下面检测结果发现除6号试样头外所有组织均正常,为冷变形后的索氏体+珠光体组织,6号试样头部全部为马氏体组织,从金相来看属于针状马氏体,而且在整个截面均匀分布。从6号试样头部断口形貌判断,进行雷击试验,形成马氏体组织,试验后冷速快有关,取6个样端头分析如下:

表4 断头分析

序号

单丝外径/mm

断点描述

残余拉断力/N

标准拉力/N

残余占据/%

样品 1

2.6

断口为三角口,断面无延伸

4970

7110

69.90%

样品 2

2.6

断口处外径变细,呈现锥形体

7020

7110

98.73%

样品 3

2.6

断面为斜口

5100

7110

71.73%

样品 4

2.6

断面为斜口,表面铝层熔坏

5050

7110

71.03%

样品 5

2.6

断面平齐

6106

7110

85.88%

样品 6

2.6

雷击时熔断

-

7110

-

 1号样:试样断口形貌(图1)、头部金相组织(图2)、尾部金相组织(图3)



3.png

 2号样:试样断口形貌(图4)、头部金相组织(图5)、尾部金相组织(图6)

4.png

 
3号样:试样断口形貌(图7)、头部金相组织(图8)、尾部金相组织(图9)

5.png




4号样:试样断口形貌(图10)、头部金相组织(图11)、尾部金相组织(图12)

6.png

 


5号样:试样断口形貌(图13)、头部金相组织(图14)、尾部金相组织(图15)

7.png

 6号样:试样断口形貌(图16)、头部金相组织(图17)、尾部金相组织(图18)



8.png

 通过对比分析,雷击点受瞬间高温冲击,钢材组织发生变化 ,样品6最为典型,雷击瞬间击断,检测断点为针状马氏体;从断口方面分析,正常断口为延伸缩颈圆平茬,斜口、三角口均为有害断口, 通过做单根残余拉力试验,雷击后拉力大幅度降低,由此可见遭受雷击后的光缆性能严重损坏,合理的选择光缆架空尤为重要。

 5  近年本公司雷击试验数据

 试验数据统计,如表5中序号1、2、3、4外层单丝3.2mm,第4组外层单丝使用AA线,断3股,其次第1组外层使用LB40铝包钢,断1股,第2、3组数据外层单丝外径同样为3.2mm,无任何断股,并且残余拉力最大,第5、 6组结构为中心铝管式,同样单丝外径3.2mm,断股分别3股和4股,通过试验分析,可得出外层单丝含钢量多的耐雷击性能较好,层绞式比中心铝管式的耐雷击要好。

表5 雷击试验统计

序号

型号规格

结构

单丝型号

外层单丝/mm

含钢丝外径/mm

雷击级别/C

断股/股

%RTS

1

OPGW-48B1-155[95;249.1]

1+6+12

L40

3.2

1.971

150

1

80

2

OPGW-24B1-50[58;11.5]

1+6

LB20

3.2

2.771

150

0

89

3

OPGW-12B1+6B4-110[130;60]

1+6+10

LB20

3.2

2.771

150

0

90

4

OPGW-24B1-145[86;170]

1+6+12

AA

3.2

2.771

150

3

79

5

OPGW-24B1-78[69.38;36]

1+9

LB40

3.2

1.971

150

3

63

6

OPGW-24B1-78[69.38;36]

1+9

LB20

3.2

2.771

150

4

71

 6  耐雷击光缆措施

  6.1选型

  优先选外层单丝铝包钢等级较低,含钢量多的,且单丝直径不小于φ2.8mm;其次结构方面选择层绞结构。 

  6.2 工艺控制

 内部工艺控制外层排列要紧凑,覆盖率控制在97%左右,放线张力均匀,已达到OPGW光缆表面平整的目的,外层绞线单丝表面保持干净,并且铝层表面无划伤。

 7  结论

 本文分析了OPGW在雷击试验冲击下受到的损害,证明绞线外层单丝的外径越大,档距内受力越小,铝包钢等级越低,耐雷击性能越好。在设计OPGW光缆时,实际设计与使用商,综合考虑OPGW光缆安全性和经济性,对于雷暴日较多的地区优先选用外层单丝外径较大的结构。

 

参考文献

[1] IEEE 1138-2009光纤复合架空地线

[2] GB/T 7424.4 光纤复合架空地线

[3] DL/T 832  光纤复合架空地线



  山东太平洋光纤光缆有限公司   周文 李广省 齐 伟 郭俊国 冯建达
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