光纤复合三芯电缆非磁性金属光单元感应电势的计算

王国忠

(江苏通光强能输电线科技有限公司，江苏 海门226100)

0 引言

随着光纤复合电缆的推广应用，复合缆的电压已从低压发展到中压、高压。日前，中国电力科学研究院组织起草《光纤复合中压电缆》企业标准的会议就能说明这一发展趋势。光纤复合电缆无非是在电力电缆内复合了光纤单元，使得实现电力传输的同时，还具有光通信的功能。在光纤复合电缆中，电力线芯的结构由于GB/T 12706标准已作了规定，基本不需考虑，而光单元的结构却有多种选择，一些用户从最初的只选用全介质光单元，现已根据使用条件，要求选用非磁性金属材料结构。在讨论光纤复合电缆中光单元结构时，常听到“光单元应选用非金属结构，否则，如果使用金属材料，由于交变电场作用，会产生感应电势”的说法。本文将通过光纤复合三芯电缆非磁性金属光单元感应电势的计算，说明这种说法不完全正确。光单元可以选用非磁性金属材料结构。

1 非磁性金属光单元感应电势的计算

图1为光纤复合三芯电缆非磁性金属光单元至各相线芯之间的中心距离。

图1 非磁性金属光单元至各相线芯之间的中心距离

在图1中，P表示含有非磁性金属材料的光单元，A、B、C是三相绝缘线芯。光单元可以看成一根和三相线芯A、B、C平行的导体。这四根导体相互间的中心距离以比率表示，即线芯AB、BC和CA之间的中心距离分别为S、mS、nS;光单元P与线芯A、B、C之间的中心距离分别为D、βD和αD。非磁性金属材料构成的光单元P与线芯电流间的磁通按电工原理为:

式中，GMRP为光单元P的几何平均半径，其单位和D相同。

因此，光单元P与A、B、C三相线芯间的磁通总和为:

将此三相电流代入式(1)，得:

根据参考文献［2］，光单元通常放置在复合缆内边隙处，见图2。

图2 光单元放置的位置

设成缆前绝缘线芯(含可能有的屏蔽及分相护套)直径为d，利用平面几何知识，不难推得，如果光单元放置在三相绝缘导体的任一边缘空隙处，则允许的最大直径为:

近似计算取dp≈0.48d。在光纤复合电缆中，光单元直径一般都小于dp值。现假定放置的光单元中心就在图2所示的允许最大直径的圆心处，光单元的中心距复合缆中心的距离为:

近似计算取r≈0.84d。这样，对于图1来说，βD=D，即β=1。式(2)可简化为:

式(7)除以式(6)，得:

将式(8)数值代入式(5)得:

当光单元只在一端接地时，复合缆单位长度上光单元的感应电势为:

2 计算实例

复合缆的型号规格为OPMC－YJV－8.7/10 3×150+12B1，光单元采用12芯G 652D单模光纤的 3.0不锈钢束管。如果电缆的持续载流量为400 A，当光单元一端接地时，其感应电势 UP为0.0 148 V/m。

计算结果表明，电流为400 A时，光单元中感应电势仅为14.8 V/km。一般来说，光纤复合电缆的单根长度小于1 km，电缆载流量不大于1 000 A，这样，光单元的感应电势均在安全范围内。如果光单元两端接地，则有感应电流流过。由于非磁性金属材料构成的光单元直流电阻一般都较大，以外径 3.0、管壁厚度0.2 mm的不锈钢束管为例，测得其20℃时直流电阻约为399Ω/km。再考虑到接地电阻，光单元中的感应电流不大于35 mA。这样，感应电势和电流都可忽略不计。

3 结束语

光纤复合电力电缆中，光单元使用非磁性金属材料结构，如不锈钢束管或纵包铝塑复合带，其感应电势较小，影响可忽略。因此，在光纤复合电力电缆结构设计时，“光单元应选用非金属结构，否则，如果使用金属材料，由于交变电场作用，会产生感应电势”的说法不完全正确。光单元除可以使用全介质结构外，也可以使用非磁性金属材料结构，可根据具体的应用场合选用。当然，如果光单元选择磁性材料，如在光单元外施加磁性的镀锌钢丝作加强件，由于涡流损耗等原因，应慎用。

［1］郑肇骥，王琨明，高压电缆线路［M］.北京:水利电力出版社，1983.

［2］王国忠.海底光纤复合电力电缆的开发［J］.电线电缆，2005(6):12-14.