10.6.3.1 保护金具
本节论述的保护金具主要指防振金具。
微风振动和舞动是架空线缆长期运行的最大安全隐患，特别是大跨距线路和一些自承式光缆线路，为消除或减轻线路的振动及舞动，需要有保护金具。
舞动是线缆覆冰形成非圆截面后所产生的一种低频、大振幅的自激振动，振幅一般在12m以下，会造成金具损坏和断线，严重的会发生线路倒塌事故。一般在线缆表面有覆冰的情况下，线缆外径明显增大，加上受自然地理环境等因素影响，就极易受间歇性横向风的吹袭而产生舞动现象。电力线路跨距大，且有较大弧垂，相对来说容易引起舞动，普通架空通信光缆产生舞动的现象很少。舞动情况比较复杂，需做专门的研究。
线路振动产生的机理：当线缆受到稳定的横向风作用时，将形成一定频率上下交替出现的气流漩涡，从而使线缆受到同一频率的上下交替冲击力，形成微风振动。线缆的微风振动是驻波振动型式，可以看成是两端固定的弦线振动型式。长期的振动，将导致受力部件和金具内部隐藏的裂纹扩大，连接螺帽松动，连接件之间摩擦频繁，容易引起线路断线事故。长时间和周期性的振动，还将造成线缆疲劳损坏，使线缆发生断股、断线，所以必须要对微风振动做出防护。
为使线缆的振动降低到允许限度内，电力线路或大跨越光缆线路上一般都会安装防振锤、防振鞭或采用其他的阻尼装置来消振。
1）防振锤
图10.6.22 “狗骨头”型防振锤
防振锤为电力部门最常用的一种减振、消振金具。电力线路常用的防振锤为斯托克布里奇（Stockbridge）型和音叉式防振锤。有人根据Stockbridge防振锤锤头形状称其为“狗骨头”型防振锤（图10.6.22）。音叉式防振锤又延伸出FR、FRD、FDZ等型式，锤头型式多种多样（图10.6.23）。不管哪一种类型的防振锤，其原理大同小异。当线缆发生振动时，防振锤也上下运动，两个不同质量的锤头振动带动其联结的钢绞线股间滑移而产生摩擦阻尼力，最终产生一个与线缆振动不同步甚至相反的作用力，以减少线缆的振幅，消除线缆的振动。锤头的振动有回转型和摆动型两种，所以有两个共振频率。
图10.6.23 FD型音叉式防振锤
防振锤的防振特性与锤头的质量、偏心距、钢绞线粗细、长短有关，故应根据线缆的不同规格选配、设计不同的防振锤。
我国防振锤的总重量按下式确定：
式中：M——防振锤总重量（kg）；
d——线缆直径（mm）。
在导线上，应用较多的是Stockbridge型，即FD型和FG型，这些都是属于螺栓型结构。而对光缆，近年则主要采用四频率的4D系列防振锤和防滑型的预绞式防振锤。
（1）螺栓型线夹防振锤
这是传统型的防振锤，各种防振锤的区别在于锤头形状不同，线夹采用的都是螺栓型，在导、地线上使用较多。这种防振锤结构简单，安装方便，但是经过长时间的风振后，防振锤夹紧线缆的线夹螺栓很容易松动，最后会滑移，偏离原来的位置，从而失去了防振的效果，必须经过检修人员重新安装。与预绞丝防振锤相比，这是最令人头疼的问题。
（2）预绞式线夹4D防振锤
为避免螺栓式防振锤经常性的滑移，人们逐渐采用预绞式线夹，预绞丝牢牢缠绕在线缆上，在极其有限的轴向拉力下，预绞丝不会滑动，这样完全避免了防振锤的滑移。这些防振锤与光缆也不再是“硬”接触，有效利用了预绞丝的弹性和强的握着力。
图10.6.24 预绞式线夹4D防振锤
4D系列防振锤，锤头采用音叉式结构（图10.6.24），在国内基本为电力光缆专用。技术从国外引进而来，设计有4个谐振频率，防振锤钢绞线与锤头不允许采用焊接的方式进行连接。根据光缆重量、外径等性能参数，可选用4D－10，4D－20或4D－30等型号。
防振锤的安装应尽量接近振动波幅，以最大限度消耗振动能量。安装时一般锤头的大头朝向杆塔，当悬挂点每侧只装一个防振锤时，防振锤的安装位置应在线夹出口第一个半波之内。当杆塔两侧各安装两个防振锤，则防振锤最好不等距离安装，以免防振效果不好。一般第二个防振锤安装距离（距线夹出口）为第一个防振锤安装距离的1.75倍。当线路档距在120m以下时，只有在平坦开阔地带才需要加防振锤。
我国防振锤数量较国外配置多，一般配置的数量见表10.6.3。
表10.6.3 我国4D防振锤数量配置
上述的实物图片只是展示了电力系统实际应用中的很小一部分防振锤，还有大量各种形态的防振锤，因大部分与光缆无关，故略去。
2）螺旋防振鞭
防振鞭是一种新型的光缆防振金具，如图10.6.25所示，多用于ADSS光缆，也有用于OPGW的。它由一段较短的握紧段和一段较长的减振段组成：握紧段能有效握紧光缆，使得螺旋形防振鞭牢固地缠绕在线缆上；减振段设计成不同的节距长度和不同的螺旋高度，通过其与振动光缆之间的相互碰撞，消耗光缆振动能量，消减振动波幅，使光缆上的微风振动得到减弱。
图10.6.25 螺旋形防振鞭示意图
防振鞭为高分子工程塑料制成，根据电力线路的要求，防振鞭材料应具备抗老化、抗紫外线及必要的电气性能等特性，比较好的材料还应耐电痕。
防振鞭的配置见表10.6.4。
表10.6.4 螺旋防振鞭的配置建议
3）阻尼线
均匀的风速和风向是引起线缆振动的基本因素，防振消振最好的办法就是设法降低或消除线缆振动的波峰，阻尼线也是利用这种原理的一种防振措施，通过其自阻尼对高频率振动发挥防振作用。
阻尼线防振措施在大跨越线路上应用较多，特别是跨越大江大河。阻尼线取材方便，就是截取一段富余的需要防振的光缆或导线（也就是规格相同），通过平行或稍带弧垂地悬挂在该段光缆或导线上，如图10.6.26所示。线夹的位置需要事先计算好，以便达到最佳的防振效果。OPGW线路目前应用较多，小直径的OPGW比大直径的OPGW在同一风速下有较高振动频率，大跨越OPGW因悬挂点高，振动上限风速大，故振动频率高，这两种皆适宜于阻尼线防振。
图10.6.26 阻尼线示意图
10.6.3.2 其他保护金具(www.xing528.com)
1）防晕环
除了以上传统防振金具外，在日常电力线路上，还有一些其他的保护金具，如防晕环、均压环等。防晕环（图10.6.27）主要安装于ADSS光缆预绞丝线夹末端，用于降低预绞丝末端的电场强度，抑制金属绞丝末端产生电弧，防止电弧损坏ADSS光缆的外护套。根据设计需要，ADSS耐张线夹末端可加一套防电晕线圈，悬垂线夹则需要两套。
图10.6.27 防晕环
2）预绞式接续条或修补条
按分类，接续条和修补条不应列入保护金具类，但在实际应用时，起到的却是保护作用。预绞式接续条或修补条就是与光缆相匹配的预绞丝，依光缆单丝直径和光缆结构进行设计，可做线路断线的储备用。
一般导线或地线（含OPGW）在运行中会因某种原因出现断丝，传统的导地线断线处理方法是只能在断丝附近进行重新接头。OPGW也可以通过释放余缆进行串线，以便在最近的耐张塔做接头，或直接更换两耐张塔之间的光缆。如果采用预绞式接续条或修补条，将断丝部位外层单丝替换成预绞丝修补条或接续条，然后再线缆外面增加一层保护条，其抗拉强度将达到或超过正常抗拉力的95%以上。
10.6.3.3 光缆接头盒
一条光缆线路几十、上百，甚至上千公里，中间需要做很多的接头和分支。光缆经过接头后，其性能应基本维持不变，特别是光纤的各项特性，并且需保证接头盒内部光纤性能的长期稳定。结合光纤的特性，接头盒应满足最基本的要求：驻留的光纤有足够的弯曲半径；接头空间不得有水或潮气侵入；有一定的物理机械性能，抗冲击，抗压；耐候性较好等。
光缆接头盒也称光缆接续盒。接头盒有多种型式，主要跟缆型和安装方法等有关。常规的有架空、管道和直埋用的普通中间接头盒以及终端盒；电力线路用的有OPGW，OPPC和ADSS等专用接头盒；用于海底光缆的有海缆接头盒；用于室内用的有室内光缆简易接头盒等等。普通接头盒从外观看，有卧式和立式两种。按外壳材质分，有金属和塑料两种。
海缆接头盒在本书第7章海底光缆部分已经单独做了介绍，室内光缆接头盒相对比较简单，没有防水防潮等要求，所以本节均不做介绍。只是介绍常见的通信光缆接头盒和电力光缆用接头盒。
1）普通接头盒
通信光缆的接头盒一般为非金属结构。有中间接头盒和终端盒两种，非金属中间接头盒还有立式（帽式）和卧式两种基本形状，如图10.6.28（a）及图10.6.28（b）所示，终端盒如图10.6.28（c）所示。
图10.6.28 普通光缆接头盒
卧式接头盒内部结构及光纤的盘绕如图10.6.29所示。
图10.6.29 接头盒内部光纤盘绕示意图
管道和直埋光缆用接头盒最需要密封好，特别是在人（手）孔季节性有水，或者排水不畅时，要防止水、泥沙进入接头盒。接头盒部位也是线路存在质量问题的最明显薄弱点。密封性能的提高，不仅仅需要制造环节采用耐老化、有弹性的密封材料，还需要施工环节的认真、负责，按要求和规范上紧螺丝，做好光缆进出端口的密封。
接头盒外壳密封材料一般有硅橡胶和聚酯弹性体，不管是哪一种型式接头盒，盒盖和盒座（体）之间都应该压实，密封好。
接头盒外壳材料有PC、ABS以及PC／ABS混合的“合金”料等，目前也有一些玻纤增强的改性PP料和SMC材料。这些材料各有优劣，主要表现如下。
（1）聚碳酸酯（PC）是在分子链中含有碳酸酯的一类高分子化合物的总称，热塑性塑料，透明度达90%，被誉为透明金属，刚硬而有韧性，具有高抗冲击性，高度的尺寸稳定性和范围很宽的使用温度，良好的绝缘性及耐热性和无毒性，聚碳酸酯燃烧特性为慢燃，离火后慢熄，火焰呈黄色，黑烟碳束。缺点是PC比较脆。
（2）ABS塑料为丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物，综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性，电性能良好。ABS韧性也好，但感觉偏软。ABS抗磨损能力非常差。
（3）聚碳酸酯与20%～40%的ABS树脂共混后的“合金”料，具有优良的综合性能，它既有聚碳酸酯树脂的高机械强度和耐热性，又具有ABS的流动性好、便于加工的特点，各项性能指标大都介于聚碳酸酯和ABS之间。
（4）PP塑料（聚丙烯）拉伸强度和刚性都比较好，但冲击强度较差，特别是低温时耐冲击性差。表面硬度在五类通用塑料中属低等，仅比PE好一些。尺寸精度低、刚性不足、耐候性差、易产生“铜害”，它具有后收缩现象，脱模后，易老化、变脆、易变形，基本不能用于制作接头盒的材料。但经过玻纤增强改性后，综合性能得到了很大的提高。收缩率及PP的燃烧性能下降很多，刚性得到了大大提高，不会应力开裂，抗冲性能，耐热温度，强度（拉伸强度，压缩强度，弯曲强度）等都提高了很多。但玻纤增强后，PP的韧性降低，而脆性增加，玻纤进入塑料制品的表面，使得制品表面变得很粗糙，也容易产生内部应力问题，在设计的时候和制作过程中都需要经过严格的工序，否则质量和性能就会大打折扣。
目前性价比最高的接头盒外壳材料为玻纤增强改性的PP塑料。
2）电力光缆接头盒
图10.6.30 金属接头盒
电力光缆接头盒主要分两类，带电的OPPC接头盒和不带电的OPGW、ADSS接头盒。
ADSS与OPGW两种电力光缆既可以用金属接头盒（图10.6.30），也可以用非金属接头盒，两种接头盒内部结构大同小异，其作用是一样的。但由于电力线路的特殊性，日常检修、维护不便，并且线路为自承式，无法在档距中间做接头，接头盒也不像普通架空光缆一样随意固定在吊线上，而需牢牢地固定在杆塔上，所以一般会采用帽式（炮弹式）非金属接头盒或金属接头盒。炮弹形状的接头盒主要是利于防水和防止灰尘等的堆积而引起腐蚀。
电力架空光缆接头盒安装时要特别注意密封性，一旦水汽进入，内外温差很容易在内部产生冷凝水，影响光纤的特性和寿命。
带电的OPPC接头盒和终端盒起光电分离的作用，特别是终端接头盒。接头盒壳体为良导体，应用时会导电。内部置放光纤的要求与普通接头盒相同。
随着技术的成熟，并参考导线的接头方法，OPPC接头盒型式多种多样，如图10.6.31所示。带绝缘子的OPPC接头盒，绝缘子的长度、材料和形状等根据电压等级确定。OPPC最大的难题是处理好光和电的分离，特别是终端。为解决该问题，并减少现场施工的难度和避免绝缘质量问题，OPPC终端接头盒在工厂需完成中空的绝缘子中预埋要求芯数的“过桥”光纤或光缆，然后用胶水、石油膏或其他绝缘物质充填。施工时“过桥”光纤的一端与OPPC中的光纤熔接，另一端与进入机房的非金属光缆连接。
OPPC质量控制的关键就是在高压情况下，中空的绝缘子内部不被击穿或爆裂而短路。除选取的材料必须具有良好的绝缘性能外，填充物内部不应该有水分或气泡以及杂质，充填填充物时，应尽量选择空气干燥的环境，以及保持负压状态。
图10.6.31 OPPC接头盒
10.6.3.4 光缆余缆架
为防止光缆线路局部断纤或在接头部位出现断纤的现象，并减少光纤接头的数量，在杆塔上会储备一段备用光缆。一旦需要，可以释放预留的光缆，在断点处将光缆截断重新熔接。为安全和美观起见，并为保护好预留的光缆，一般采用余缆架的形式加以盘留和固定。市场上有两种型式的余缆架，即内扣式［图10.6.32（a）］和外盘式［图10.6.32（b）］。内扣式余缆架需事先将光缆按余缆架尺寸盘好，并捆扎，然后整体放进去，再与余缆架固定；外盘式则需要一圈圈盘绕在余缆架的支撑杆上，然后固定住缆端头即可。具体选用哪一种，看用户的喜好。只是ADSS光缆比较柔软，如余缆没有捆扎固定好，用内盘式余缆架有可能导致光缆变成椭圆，两侧光缆的弯曲半径减小，甚至断纤。
图10.6.32 光缆余缆架示意图
除以上与光缆关联度较大的金具品种外，光缆线路上还有大量的金具，并且很多是标准件，如连接金具和紧固金具，本书无法一一列出。但万变不离其宗，所有的金具都是为了更好的保护光缆。为保证光缆性能的长期稳定，降低成本，提高施工效率，减少线路维护频次和难度，科学、合理的设计至关重要，并将一劳永逸。
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