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ADSS电缆的抗腐蚀性能优化方法

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】: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。可见,ADSS光缆发生电腐蚀的罪魁祸首就是这个干带电弧。目前110kV线路大都采用AT抗电腐蚀护套光缆,同时采用耐电腐蚀防振鞭。采用AT料的ADSS光缆可在不大于25kV感应电动势环境中运行。

ADSS电缆的抗腐蚀性能优化方法

大部分的ADSS用于老线路的通信改造,安装在原有的电力杆塔上,因此ADSS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。

1.ADSS电腐蚀机理

在潮湿条件下,强电场会使光缆表面漏电流增加(0.5~5mA),使得光缆表面局部受热,导致光缆表面失去水分,形成干燥带,阻碍接地电流的继续流动,当干燥带附近的电荷积累到一定程度时,即两端的场强足够高,超过介质(空气)的绝缘强度时,将产生拉弧放电,这就是我们常说的电弧,电弧瞬间温度可高达500℃甚至更高,电弧现象重复发生导致光缆表面熔化形成电灼伤痕迹。一般电痕现实体现为材料表面的“树枝化”、灼伤、炭化、熔化等。由此可知,电腐蚀发生的基本条件是要有一定的漏电流和足够高的电位。

一般来讲,随着光缆运行时间的推移,受到各种环境因素影响(如环境污染、覆冰、覆雪等)及通过护套的泄漏电流产生的热量等,使光缆表面聚合物慢慢失去结合力并最终失效,表现在光缆表面粗糙、护套减薄致使光缆腐蚀,这种腐蚀在光缆寿命期间是正常现象不会对光缆造成故障,但是在光缆金具出口处,由于存在巨大的电位差,加上粗糙的光缆表面及交变感应电压的影响,就再次为干弧放电创造了条件,形成恶性循环,从而加剧了放电。以后由于电腐蚀作用的加强加深,在张力的作用下开裂并露出纺纶纱,最终使得光缆材料的物理性能遭到破坏或熔化形成空洞状,使光缆护套发生击穿,直到维持不了张力的那一刻,造成光缆断缆故障。

2.ADSS耐电腐蚀标准

根据DL/T 788—2016的规定,ADSS光缆外护套能承受的空间电位分为两级。

A级:PE护套 承受空间电位≤12kV;

B级:AT护套 承受空间电位≥12kV。

B级护套的上限在相关标准和规范中未做规定,通常的提法为20~25kV≥12kV。

3.ADSS电腐蚀影响因素

(1)干带电弧引起的电腐蚀 在110~220kV高压电网中,光缆长时间运行在高电场及污秽环境中,光缆的表面带有高电位,其表面受污秽环境影响而形成半导电层。这样,ADSS光缆和接地的金具产生一定漏电电流,并从每档光缆的中部流向两端电流产生的热量使表面的水分蒸发形成局部干燥区域,当这个电位积累到足够高时,ADSS光缆放电形成电弧,随着放电次数的增加光缆外护套发生破裂甚至断缆。可见,ADSS光缆发生电腐蚀的罪魁祸首就是这个干带电弧。

(2)电晕放电引起的电腐蚀 ADSS光缆由于其为非金属材料,并且线径较小,虽然光缆施工时在预绞丝的外侧15~20cm加防振鞭,但是微风振动频率和振动幅度均比直径较大的金属导线要高出很多。因此预绞丝的末端和防振鞭或者防振锤的末端接触面小造成电场分布不均;其次,感应电压顺着光缆方向变化比其他地方快得多;当场强达到一定高度时预绞丝的末端和防振鞭的末端成为放电电极产生电晕放电。电晕放电造成的电腐蚀会使光缆外护套开裂,内部芳纶纱炭化变质,光缆抗拉强度降低,最终造成断缆现象。

(3)光缆的设计施工

1)挂点的设计位置方面:通过计算场强,选择在场强较小的地方设置挂点。目前基本都是采用场强计算软件,一种静态的数学模型。计算几种极端状态下的场强,选择合适的光缆挂点,这些软件都没有考虑铁塔进行计算,实际上铁塔作为一个地电极,对计算结果会产生很大的影响,因此还应该结合现场的实际情况谨慎处理。(www.xing528.com)

2)施工方面:相对其他因素来说,光缆的施工引起电腐蚀影响较小,但同样存在。施工过程中,可能对光缆外护套造成损伤或磨损的原因主要有三:

a)没有按照电力光纤通信工程施工规范采用张力放线,使光缆遭地面石头或树枝等划伤;

b)放缆时,滑轮与光缆外径不匹配;

c)金具划伤光缆外护套。光缆外皮一旦被划破,随时间将极有可能出现电的通道,发生电腐蚀。

(4)防护措施

1)提高外护套材料的耐电痕水平:设法降低材料吸收电场能量的速率,提高材料散发能量的速率。

a)降低材料实际承受的电场强度:由于材料本身不均匀,使得材料实际承受的电场强度是不均匀的,许多局部区域的电场强度可以远高于外施平均场强,破坏将首先从这些地方开始,而此时外施平均场强可能远低于材料的击穿场强。因此为了使材料充分均匀化,最大程度地减少由于不均匀造成的局部场强过高,聚乙烯护套的结晶度、结晶尺寸、结晶数目都必须要得到适当的控制,非结晶区的结构要比较紧密。另外还要减少炭黑的用量以增加导电炭黑颗粒之间的距离,从而减少炭黑颗粒之间的电场强度,避免材料的损坏。

b)提高材料发散能量的速率:这种方法主要靠在材料中添加AL(OH)3、Mg(OH)2等金属氧化物的水合物,利用高温下结晶水的释放,带走大量的热能、转移材料由电场吸收的能量,使得材料中能量积累达不到使材料遭到破坏的水平,同时产生的水蒸气还可以稀释、冲刷因破坏而形成的碳化物,避免造成电场集中而加剧破坏的过程。

目前110kV线路大都采用AT抗电腐蚀护套光缆,同时采用耐电腐蚀防振鞭。220kV以上的电力线路不宜采用ADSS光缆。采用AT料的ADSS光缆可在不大于25kV感应电动势环境中运行。

2)关于防振鞭:根据对ADSS光缆电腐蚀现象的分析可以认为光缆电腐蚀与防振鞭有关,防振鞭如果仅仅是普通的PVC材料加工制成,并且加工过程中没有任何去除气泡、水分以及杂质的工序,特别是金属杂质,就难以保证它的性能。在高压环境中,一旦被击穿形成树枝,防振鞭将构成一个电导体。电流流过时产生极高的热量,该热量将导致光缆护套融化、变形。同时在靠近金具的尾端,由于与金具(接地)距离太近,形成电弧放电烧坏光缆。

3)挂点的选择:通过计算场强,选择在场强较小的地方设置挂点。现在不管是国内还是国外,采用的场强计算软件考虑的都是一种静态的数学模型。通过计算几种极端状态下的场强,然后选定光缆的挂点,这些软件都没有考虑铁塔进行计算,实际上铁塔作为一个地电极,对计算结果会产生很大的影响,因此还应该结合具体情况谨慎处理。此外对于双回路线路要考虑只有一路供电时的场强影响。

4)光缆的施工:对于电腐蚀来说,光缆的施工因素影响相对较小,只要严格按照ADSS光缆的施工规范进行施工,不破坏光缆的外护套,一般不会存在问题。

a)施工时注意防止工具或金具划破光缆表皮;

b)施工时采用张力放线,防止光缆表皮拖地刮伤;

c)张力放线时注意滑轮与光缆外径匹配,防止光缆滑出轮外而刮伤。

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