光纤复合低压电缆的研制与制造

2013-04-29高振军乔月纯

中国高新技术企业 2013年7期

关键词：电力电缆结构设计

高振军　乔月纯

摘要：光纤复合低压电缆是智能电网建设中的重要线缆产品之一。随着国家智能电网的迅猛发展，OPLC将在智能电网建设中得到广泛的应用。文章介绍了光纤复合低压电缆的结构设计、工艺，并对生产过程的关键工序的制造技术进行了探讨。

关键词：光纤复合低压电缆；结构设计；光单元；电力电缆

中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）10-0013-02

1 概述

光纤复合低压电缆（OpticalFiberCompositeLow-VoltageCable，简称OPLC）是一种同时具有电能传输与光通信传输的复合电缆，通过电缆绝缘单线与光单元的不同组合，实现了智能电表到户，配合无源光网络技术，承载用电信息采集、智能用电双向交互、多网融合等业务。

随着国家电网“三网融合”工程项目的不断推进。将通过实施电力光纤等智能电网工程，使电网与电信网、广播电视网、互联网等进行有机融合。

2 光纤复合低压电缆的主要特性和用途

2.1 产品特点

OPLC是将电力电缆和光缆通过工艺的手段结合在一起，其最大的特点是融合了光纤通信和电力传输的功能，速度快、传输容量大、衰减小，具有优良的传输性能、优异的机械性能和电气性能。

OPLC是在通信接入网中将光纤随低压电力线进行集成敷设，融合了光纤通信与电力传输的功能，集光纤和电力输配电缆于一身，避免二次布线，节约大量的金属、管道、塑料等资源，可有效降低施工、网络建设等费用，是目前性价比最高的“最后一公里”接入方案。

OPLC产品具有多路光纤，除了电网光通信自身需求外，还能分别为电信和广电运营商提供用户通路，相互独立、互不干扰。其衰减系数在使用波长为1310nm时，衰减系数不大于0.36dB/km；使用波长为1550nm时，衰减系数不大于0.22dB/km。

2.2 主要用途

本产品适用于额定电压0.6/1kV及以下线路中，供输配电能与光通信之用，可以广泛应用在智能社区、智能建筑、智能交通、智能家庭等各个领域。

3 光纤复合低压电缆的结构与设计

OPLC是将光单元和电力电缆绝缘线芯通过工艺的手段绞合成缆在一起的过程，电缆的导体和绝缘的优劣等对性能的影响是很严重的，而光单元的传输特性主要是衰减特性，它直接影响光单元的中继距离和传输容量，光单元的使用寿命与其机械性能密切相关。光单元的衰减包括弯曲损耗，微弯损耗和吸收损耗所产生的衰减。弯曲损耗是因为光纤弯曲产生的损耗，光纤的弯曲曲率半径小到一定程度时纤芯内光射线不能满足全内反射条件，使光功率由传输模式转为辐射模式而造成损耗；而微弯损耗是在光纤复合低压电缆成缆过程中，光单元中的轴线发生随机的微小变化，由此而引起的损耗称之为微弯损耗；光纤的衰减是衰减系数来表示的。另外，温度对光单元的衰减有一定的影响。

目前，OPLC电缆结构形式主要有三大类：

一类是光单元位于绝缘单线中心，并进行成缆绞合绕包，这时，光单元位置于多个绝缘单线的中间，优点是节省了成缆时的光纤冗长，缺点是在产品敷设运行过程中，不利于光单元的散热和弯曲，影响光单元的使用寿命和增大了光单元衰减性能。

另一类是光单元位于绝缘单线的外侧，优点是光单元散热性能好，节约了部分填充材料，并且在弯曲的过程中，光纤衰减系数最小。

最后一类是光单元位于护套的内侧，优点是散热性能优越，但易影响成品的外观与不圆度。产品表示过程中，主要是绝缘材料、护套材料选用不用，而表示类型不同，适用的场合也不相同。

光单元的组合结构形式主要有五种：非金属层绞全干式、非金属中心管全干式、非金属层绞油膏填充式、非金属中心管油膏填充式和蝶形光单元。目前，由于受到加工技术、生产设备的限制，在实际应用中光纤复合低压电缆的光纤单元形式主要是其中的两种：非金属中心管全干式光单元和非金属中心管油膏填充式光单元。

我公司生产的光纤复合低压电缆，采用的结构形式为光单元位于绝缘单线的外侧，然后进行成缆绕包。在低压电网中，一般采用三相四线制进行输电传送，其产品结构设计已申报两项国家专利，专利分别为ZL-201020571319.7《光纤复合低压电缆》、ZL-201020571316.3《预制光纤复合低压电缆》。

4 产品制造过程中主要工艺探讨

OPLC电缆的制造工艺与常规硅烷交联聚乙烯电缆相同，并无特殊之处，具体过程不再赘述。但对光纤复合低压电缆来讲，制造过程中关键工序为：成缆绕包工序，如果生产过程中，控制不当，极易影响光单元的质量与性能。成缆绕包过程即是电力电缆和光缆通过工艺的手段将二者组合在一起的过程，生产过程中需要注意并解决以下两点问题：

4.1 避免光纤受压拉伸问题

光单元的主要材料是石英玻璃，在生产过程中如果受到较大的压力和拉力将会严重影响对光纤的性能。我公司主要是通过生产工艺技术控制与设备局部进行改造两个途径来解决光缆在成缆过程中受压和拉伸的问题，确保了产品的质量。

4.1.1 对光单元的结构进行了设计规定，减少了生产过程中光单元的各种损耗。

4.1.2 为了防止光纤单元在生产过程中受到较大的牵引拉力，我公司对成缆设备中的放线架进行了局部改进，将被动放线改为主动放线，并增加了2台11kW小型电动机。改进后放线装置主要组成部分：放线张力控制器（用于放线盘的驱动）、导辊支架、夹紧放松电机。在实际生产过程中，让光纤单元放线盘以适当的速度向前运动或放线架伴随着放线速度进行旋转，较好地解决了光单元受拉伸这一技术问题。

4.1.3 为了防止光纤单元在成缆绞合过程中受到较大的压力，通过对成缆压模内径的合理设计以及生产过程运用工艺技术手段严格控制电缆绝缘线芯和光缆的外径，较好地避免了光纤单元在成缆过程中引起的光纤衰减。

4.2 光单元和电力电缆的温度相兼容问题

光纤复合低压电缆敷设运行之后，一般使用年限均在30年以上，光单元与电力电缆长期工作温度相兼容性是非常重要的问题，因此，在成缆过程中选用散热性能好的非吸湿性填充物填充，并将光纤单元放置在绝缘单线的周边，减少对电缆绝缘线芯的接触，从而减少了温度对光纤的影响。

通过以上方法与措施，可有效避免光纤单元在生产过程中因受挤压、拉伸变形等因素所引发的附加衰减。

5 结语

本文主要对光纤复合低压电缆的结构、工艺以及实际制造过程关键点控制进行了探讨，由于电力电缆与光纤单元结构的多样性、复杂性。因此，在产品结构设计、光单元类型的选择、成缆过程中工艺技术的控制都需要进行适当的调整与改进，以便生产出性能优异的光纤复合低压电缆产品。

参考文献

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[2] 胡东升，陈晓燕.新型光纤组件——复合松套管[J].光纤光缆传输技术，1999，（4）.

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