光纖復(fù)合低壓電纜的研制與制造

高振軍　喬月純

摘要：光纖復(fù)合低壓電纜是智能電網(wǎng)建設(shè)中的重要線纜產(chǎn)品之一。隨著國家智能電網(wǎng)的迅猛發(fā)展，OPLC將在智能電網(wǎng)建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。文章介紹了光纖復(fù)合低壓電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝，并對生產(chǎn)過程的關(guān)鍵工序的制造技術(shù)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：光纖復(fù)合低壓電纜；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；光單元；電力電纜

中圖分類號：TM247 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）10-0013-02

1 概述

光纖復(fù)合低壓電纜（OpticalFiberCompositeLow-VoltageCable，簡稱OPLC）是一種同時具有電能傳輸與光通信傳輸?shù)膹?fù)合電纜，通過電纜絕緣單線與光單元的不同組合，實(shí)現(xiàn)了智能電表到戶，配合無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，承載用電信息采集、智能用電雙向交互、多網(wǎng)融合等業(yè)務(wù)。

隨著國家電網(wǎng)“三網(wǎng)融合”工程項(xiàng)目的不斷推進(jìn)。將通過實(shí)施電力光纖等智能電網(wǎng)工程，使電網(wǎng)與電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等進(jìn)行有機(jī)融合。

2 光纖復(fù)合低壓電纜的主要特性和用途

2.1 產(chǎn)品特點(diǎn)

OPLC是將電力電纜和光纜通過工藝的手段結(jié)合在一起，其最大的特點(diǎn)是融合了光纖通信和電力傳輸?shù)墓δ埽俣瓤?、傳輸容量大、衰減小，具有優(yōu)良的傳輸性能、優(yōu)異的機(jī)械性能和電氣性能。

OPLC是在通信接入網(wǎng)中將光纖隨低壓電力線進(jìn)行集成敷設(shè)，融合了光纖通信與電力傳輸?shù)墓δ?，集光纖和電力輸配電纜于一身，避免二次布線，節(jié)約大量的金屬、管道、塑料等資源，可有效降低施工、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等費(fèi)用，是目前性價比最高的“最后一公里”接入方案。

OPLC產(chǎn)品具有多路光纖，除了電網(wǎng)光通信自身需求外，還能分別為電信和廣電運(yùn)營商提供用戶通路，相互獨(dú)立、互不干擾。其衰減系數(shù)在使用波長為1310nm時，衰減系數(shù)不大于0.36dB/km；使用波長為1550nm時，衰減系數(shù)不大于0.22dB/km。

2.2 主要用途

本產(chǎn)品適用于額定電壓0.6/1kV及以下線路中，供輸配電能與光通信之用，可以廣泛應(yīng)用在智能社區(qū)、智能建筑、智能交通、智能家庭等各個領(lǐng)域。

3 光纖復(fù)合低壓電纜的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

OPLC是將光單元和電力電纜絕緣線芯通過工藝的手段絞合成纜在一起的過程，電纜的導(dǎo)體和絕緣的優(yōu)劣等對性能的影響是很嚴(yán)重的，而光單元的傳輸特性主要是衰減特性，它直接影響光單元的中繼距離和傳輸容量，光單元的使用壽命與其機(jī)械性能密切相關(guān)。光單元的衰減包括彎曲損耗，微彎損耗和吸收損耗所產(chǎn)生的衰減。彎曲損耗是因?yàn)楣饫w彎曲產(chǎn)生的損耗，光纖的彎曲曲率半徑小到一定程度時纖芯內(nèi)光射線不能滿足全內(nèi)反射條件，使光功率由傳輸模式轉(zhuǎn)為輻射模式而造成損耗；而微彎損耗是在光纖復(fù)合低壓電纜成纜過程中，光單元中的軸線發(fā)生隨機(jī)的微小變化，由此而引起的損耗稱之為微彎損耗；光纖的衰減是衰減系數(shù)來表示的。另外，溫度對光單元的衰減有一定的影響。

目前，OPLC電纜結(jié)構(gòu)形式主要有三大類：

一類是光單元位于絕緣單線中心，并進(jìn)行成纜絞合繞包，這時，光單元位置于多個絕緣單線的中間，優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省了成纜時的光纖冗長，缺點(diǎn)是在產(chǎn)品敷設(shè)運(yùn)行過程中，不利于光單元的散熱和彎曲，影響光單元的使用壽命和增大了光單元衰減性能。

另一類是光單元位于絕緣單線的外側(cè)，優(yōu)點(diǎn)是光單元散熱性能好，節(jié)約了部分填充材料，并且在彎曲的過程中，光纖衰減系數(shù)最小。

最后一類是光單元位于護(hù)套的內(nèi)側(cè)，優(yōu)點(diǎn)是散熱性能優(yōu)越，但易影響成品的外觀與不圓度。產(chǎn)品表示過程中，主要是絕緣材料、護(hù)套材料選用不用，而表示類型不同，適用的場合也不相同。

光單元的組合結(jié)構(gòu)形式主要有五種：非金屬層絞全干式、非金屬中心管全干式、非金屬層絞油膏填充式、非金屬中心管油膏填充式和蝶形光單元。目前，由于受到加工技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備的限制，在實(shí)際應(yīng)用中光纖復(fù)合低壓電纜的光纖單元形式主要是其中的兩種：非金屬中心管全干式光單元和非金屬中心管油膏填充式光單元。

我公司生產(chǎn)的光纖復(fù)合低壓電纜，采用的結(jié)構(gòu)形式為光單元位于絕緣單線的外側(cè)，然后進(jìn)行成纜繞包。在低壓電網(wǎng)中，一般采用三相四線制進(jìn)行輸電傳送，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已申報兩項(xiàng)國家專利，專利分別為ZL-201020571319.7《光纖復(fù)合低壓電纜》、ZL-201020571316.3《預(yù)制光纖復(fù)合低壓電纜》。

4 產(chǎn)品制造過程中主要工藝探討

OPLC電纜的制造工藝與常規(guī)硅烷交聯(lián)聚乙烯電纜相同，并無特殊之處，具體過程不再贅述。但對光纖復(fù)合低壓電纜來講，制造過程中關(guān)鍵工序?yàn)椋撼衫|繞包工序，如果生產(chǎn)過程中，控制不當(dāng)，極易影響光單元的質(zhì)量與性能。成纜繞包過程即是電力電纜和光纜通過工藝的手段將二者組合在一起的過程，生產(chǎn)過程中需要注意并解決以下兩點(diǎn)問題：

4.1 避免光纖受壓拉伸問題

光單元的主要材料是石英玻璃，在生產(chǎn)過程中如果受到較大的壓力和拉力將會嚴(yán)重影響對光纖的性能。我公司主要是通過生產(chǎn)工藝技術(shù)控制與設(shè)備局部進(jìn)行改造兩個途徑來解決光纜在成纜過程中受壓和拉伸的問題，確保了產(chǎn)品的質(zhì)量。

4.1.1 對光單元的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)規(guī)定，減少了生產(chǎn)過程中光單元的各種損耗。

4.1.2 為了防止光纖單元在生產(chǎn)過程中受到較大的牽引拉力，我公司對成纜設(shè)備中的放線架進(jìn)行了局部改進(jìn)，將被動放線改為主動放線，并增加了2臺11kW小型電動機(jī)。改進(jìn)后放線裝置主要組成部分：放線張力控制器（用于放線盤的驅(qū)動）、導(dǎo)輥支架、夾緊放松電機(jī)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，讓光纖單元放線盤以適當(dāng)?shù)乃俣认蚯斑\(yùn)動或放線架伴隨著放線速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，較好地解決了光單元受拉伸這一技術(shù)問題。

4.1.3 為了防止光纖單元在成纜絞合過程中受到較大的壓力，通過對成纜壓模內(nèi)徑的合理設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)過程運(yùn)用工藝技術(shù)手段嚴(yán)格控制電纜絕緣線芯和光纜的外徑，較好地避免了光纖單元在成纜過程中引起的光纖衰減。

4.2 光單元和電力電纜的溫度相兼容問題

光纖復(fù)合低壓電纜敷設(shè)運(yùn)行之后，一般使用年限均在30年以上，光單元與電力電纜長期工作溫度相兼容性是非常重要的問題，因此，在成纜過程中選用散熱性能好的非吸濕性填充物填充，并將光纖單元放置在絕緣單線的周邊，減少對電纜絕緣線芯的接觸，從而減少了溫度對光纖的影響。

通過以上方法與措施，可有效避免光纖單元在生產(chǎn)過程中因受擠壓、拉伸變形等因素所引發(fā)的附加衰減。

5 結(jié)語

本文主要對光纖復(fù)合低壓電纜的結(jié)構(gòu)、工藝以及實(shí)際制造過程關(guān)鍵點(diǎn)控制進(jìn)行了探討，由于電力電纜與光纖單元結(jié)構(gòu)的多樣性、復(fù)雜性。因此，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、光單元類型的選擇、成纜過程中工藝技術(shù)的控制都需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與改進(jìn)，以便生產(chǎn)出性能優(yōu)異的光纖復(fù)合低壓電纜產(chǎn)品。

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作者簡介：高振軍（1983-），男，浙江萬馬電纜股份有限公司技術(shù)部助理工程師。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）