电缆光纤（通用8篇）
电缆光纤 篇1
1 终端通信接入网技术的重要前提
在“十二五”通信规划中, 我国国家电网提出了一个极具创造性的概念, 那就是“终端通信接入网”。这个概念的提出一方面主要是为了能够更好的满足智能电网配用的需求;另一方面也能通过该技术将配电终端、用户电能表以及室内通讯终端等相关设施进行有效覆盖, 该技术主要分为三个层次, 分别是10 k V通信接入网、0.4 k V通信接入网和用户室内网。
通常, 根据不同的业务不同的需求, 我们将通信接入的方式自然也就不同。一般来讲, 我们将通信接入网通信方式主要分为两个大的方面:一个是10 k V通信接入网, 一个是0.4 k V的通信接入网。像是解决配电的自动化业务, 那么我们就需要利用到1 0 k V的电力线路杆, 采用光线专网、230 M电力无线通信等方式与之进行相对应的配合;而0.4 k V的通信接入网通常会处理一些电信息采集方面的业务。在智能电网发展的过程中, 我们对通信容量以及宽带也随之有了更为严格的要求。光纤到户 (Power Fiber to the Home简称PFTTH) 新技术就从各个方面满足了“三网融合”的需求, 使电力流、信息流和业务流得到了最大化的融合统一, 因此, 光纤复合低压电缆 (OPLC) 也成为了最优质的光传输媒介。
2 光纤复合低压电缆的诞生
2.1 光纤复合低压电缆的构成
在我国的电力通信领域, 光纤复合低压电缆是一项新型技术。它可以将低压电力电缆中的光单元充分融合, 成为一种具有双重传输能力的符合电缆。这里的双重传输主要是指低压电力和光通信。光纤复合低压电缆的应用十分广泛, 它是一种可以解决低压配电网和用户网的科学又耐用的电力通信复合介质, 不仅如此, 它还能提供高宽带、高容量的通道, 保证智能配电网、用户采集和智能建筑等业务正常运行, 据悉, 光纤复合低压电缆具有相当高的稳定性, 因此, 十分受人欢迎。
2.2 光单元的构造原理
为了让光纤复合低压电缆免受电磁的干扰, 形成电流回路, 以免在施工中考虑到单元接地的问题, 我们应当将所有光单元设计成非金属。而关于光单元的尺寸、余长以及综合成本等, 我们为了实现利益最大化, 于是进行了两组实验的对比:
(1) 松套光纤结构。
光纤余长基本被控制在1%~2%。我们可以加厚松套管以便将单元抗侧压能力进行优化, 再镀一层非金属的加强件将其抗拉能力充分提高, 这样就能够充分提高光单元的机械性能。
(2) 紧套光纤结构。
该结构属于全干式, 不仅便于其清洁, 而且还具有一定的抗拉能力, 但相对于松套光纤结构, 尺寸略微较大, 适用于室内的垂直布线或是水平布线。
通过对以上两组实验进行对比, 我们不难发现由于紧套光纤结构单元几乎没有光纤余长, 因此, 在光纤复合低压电缆进行拉伸时其应变能力有所欠佳, 因此, 在光纤复合低压电缆的光单元结构的设计上, 我们选用松套光纤结构。
2.3 光单元位置的设置
决定了光纤复合低压电缆的结构, 我们需要考虑光单元放置的位置。在放置之前, 我们有两种选择:一种是放在电缆中间的空隙中;另一种则是放置在电缆成缆的边缘空隙上。
据理论分析, 若是将电缆放置在缆芯中间, 电缆不仅可以得到充分的保护, 且电缆和电缆芯都可以保持在原来位置, 而成品电缆同时也会具有相对较强的抗压能力;若是将电缆芯放在电缆的边缘上, 那么光单元的分支相对就比较方便, 但其成品电缆的光单元一侧就会具有较差的抗压能力。因此, 我们也对这两种结构的光纤复合低压电缆进行了实验和对比。
由于光单元放置位置的不同, 光纤复合低压电缆的光线性能也随之发生了变化。当光线被放在电缆中心的时候, 我们发现, 光缆性能出现了异常, 也就是未合格。经过深入的分析和研究, 我们最终得出这样一个结论:电缆的缆芯由于受到压偏力的作用, 于是导致绝缘体的线心在位置上发生了变化, 中间的间隙受到了严重的压缩, 最终导致光线受力。
由此, 我们可以十分明显的看到, 将光单元放置在电缆成缆的边缘空隙上是最佳选择。
2.4 绞线的控制
光纤复合低压电缆的生产还有关键性的一步, 那就是控制好绞线的张力。若是在光纤复合低压电缆中张力过大, 那便会加重光线的受力, 浪费过多的光纤余长, 同时也会让光性能出现异样;若是绞线的张力过小, 那么就会引起光单元在成缆使发生变形, 导致光纤的性能恶化。于是, 我们通过对光单元的张力和应力进行及时的监控, 确定了绞线张力的控制范围, 与此同时, 我们更利用主动放线的手段来控制其张力, 促使光纤复合低压电缆的管线性能发挥出最大效益。
2.5 光纤复合低压电缆的耐热程度
为了保证光纤复合低压电缆在长期的工作中依然能够保持稳定, 我们对其耐热程度做一个大致了解。
我们不断对其施加电流, 将导体的温度维持在75~80摄氏度, 通过连续20天实验, 我们发现绝缘线中间的温度尚未达到70摄氏度, 这完全满足光纤复合低压电缆长期使用的条件, 同时也说明光纤复合低压电缆在电流的持续通过下其传输性能不会受到影响。
3 电力光纤到户技术的实现
国务院在2010年提出了“三网融合”的概念, 同时将其列入我国的国家战略。“十二五”期间, 光纤到户的建设受到政府的重视, 同时也得到国家的大力支持。我们想要实现智能电网, 首先就要加大对通信接入网的投入, 积极建设该项设施。其实我们不难发现, 电力网与电信网、电视网甚至是因特网等用户网都具有十分多的共性, 因此, 我们需要充分利用电网的“最后一公里”资源实现光纤到户的美好愿望。这样, 一方面能够满足各类业务的应用需求;另一方面也可以充分的支持“三网融合”。
为了充分实现低压电力与光纤同步到户, PFTTH在终端的通信接入网中采用了光纤复合低压电缆, 充分利用无源光网络技术, 同时承载了智能家居、点信息采集等业务。
PFTTH的组成主要包括两部分:一是电力专用网;一是公用网。而电力专用网通常承载电动汽车、自助缴费等业务;像是“三网融合”、用电信息互动等业务则由公用网承载。
4 结语
综上所述, 光纤复合低压电缆是一种新型的、科学的电力技术。它的成功研发不仅依靠专业的研究团队, 更离不开国家的高度重视。光纤复合低压电缆的开发实现了光纤到户的美好愿望, 不仅方便了大众, 为人民创造了更为舒适、方便、快捷、环保的生活环境, 更充分有效的利用了我国的电力资源。相信通过我们的不断努力, 电力技术一定越来越完善, 越来越先进。
摘要：所谓光纤复合低压电缆是一种十分优质的电力传输媒介, 它是实现光线到户技术的关键, 同时也是智能电网建设中的一项重要技术。出于对智能电网的终端配用以及“三网融合”战略具体需求的考虑, 在光纤复合低压电缆的终端与网络相联的情况下, 我们研发了光纤到户的新技术。本文对光纤到户这项新技术进行了详细的说明。
关键词：光纤符合低压电缆,光纤到户,新兴技术
参考文献
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电缆光纤 篇2
关键词： 分布式光纤传感； 后向散射； 电力电缆； 健康状态监测
中图分类号： TP 212文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.06.015
引言
电力电缆是电力传输的重要载体。但是人为因素（如：施工挖断、被盗等）和自然灾害（如：滑坡、塌方、地基沉降、洪水等）会造成电缆线路故障，影响电力电网建设效能的发挥。因此，如何应用科学手段实现对电力电缆的运行及环境状态的监控、预警和定位、以便及时提醒线路维护人员提前采取预防措施显得十分的紧迫和必要。
文中研究一种基于全光纤传感技术的智能监测系统，该系统利用光纤传感器对电网中的电力电缆线路的运行状况进行全方位实时智能监测。该智能监测系统不但可实现对电力电缆线路的温度、载流量、偷盗入侵等进行监测，确保电网安全、高效运行，而且还可综合分析处理各传感器信息，在出现异常情况时，通过控制相应的联动设备采取一定的措施来保障电网正常运行。
新型光纤电缆故障定位系统 篇3
发展全光纤电力电缆故障定点技术[1], 建设新型光纤传感监控网, 是保障我国电力安全的重要措施。全光纤电力电缆故障定位预警系统通过全面监测数千米光纤沿线上电缆周边环境的振动信号进行预警, 从而减小电缆故障事件的发生几率, 达到安全防范的作用。它具备传统电缆维护方式所不具备的一系列优势, 譬如隐蔽性强、智能化高、抗干扰能力强等, 解决了城市环网供电干线故障定位预警的行业性技术难题。
1 系统工作原理
全光纤电力电缆故障定位预警系统采用基于光时域反射计 (OTDR) 结构, 利用Φ-光时域反射计[2,3,4]的干涉机理, 外界扰动作用在光缆上面或附近产生的压力 (振动) 导致光纤中瑞利散射光相位[5]发生变化, 后向瑞利散射光经光学系统处理, 将微弱的相位变化转换为光强变化, 经光电转换和信号处理后, 进入计算机进行数据分析。系统通过分析电缆环境周围的振动波形, 判断偷盗事件的发生。
该系统的被测点距离是基于光时域反射技术 (OTDR) [6,7]实现的, 被测点定位精度[8,9]L由光源脉冲的宽度△T、光探测器的响应时间tp和A/D转换时间tad中的最大值直接确定。当这三个时间因素中△T远大于tp和tad时有
式 (1) 中, c为光纤中的光速;△T为注入光纤的光脉冲宽度。系统试验样机采用的光脉冲宽度△T为100 ns, 对应定位精度10 m。
2 系统的硬件设计
根据电力电缆险情定位与预警系统的功能, 选择合适的硬件, 包括主机和传感光缆。主机放置于机房中, 由主机引出传感光缆敷设至现场需要监测的位置。主机主要由光电接收模块、光纤干涉仪、数据采集器和计算机组成, 其硬件功能结构图如图1所示。当外界有振动发生时, 背向瑞利散射光的相位随之发生变化, 这些携带外界振动信息的信号光, 反射回系统主机时, 经光纤干涉仪处理, 将微弱的相位变化转换为光强变化, 经光电转换和数据采集处理后, 进入计算机进行数据分析, 经系统识别、处理后, 传给用户终端 (如数据分析终端) , 驱动其他辅助系统, 从而快速、高效地实现电力电缆防盗预警目的。
该系统通过采集光纤沿线的电力电缆振动信号分布, 对电力电缆进行实时监测, 并通过采集得到的数据对通信光缆的振动状态进行特性分析和诊断, 系统信号硬件处理流程如图2所示。
3 系统的软件设计
全光纤电力电缆故障定位预警系统能够测量光纤周围任何的振动、扰动、颤噪和声音信号, 而周界安全检测往往更关心的是人为的越界、破坏等现象, 因此如何在大量的振动信息中提取有用的信号数据是非常关键的技术。系统软件功能处理流程图如图3所示。
系统报警软件的目的是要实现实时自动报警和报警判断的功能, 故项目在软件设计上采用了目前最先进的模式识别算法[10], 完成对扰动特征信息的动态提取、分析和比较, 确定扰动的频率、幅度和类型等物理特征, 实时给出分析结果或对非正常扰动给出预警信号。系统软件的主要功能就是对振动信号检测、分类和报警, 同时对数据信息进行管理。主要报警功能如下。
(1) 侵入监测
该功能实质包括探测侵入行为和识别侵入行为两方面。如果有人企图偷盗或破坏电缆, 则将对电缆侧边的光缆内传输光束产生扰动, 扰动信号通过同一根光缆传输至位于控制中心的系统主机上, 系统软件对这些信号进行分析识别后, 判断为人员侵入则发出指令触发报警。该系统特点之一在于可在后端灵活调节系统灵敏度, 因此, 极大降低了侵入行为的漏报率。
(2) 防区定位功能
系统软件根据对各处环境状况、保安人员采取行动路径和侵入威胁发生可能性等级的判别, 自由设置报警防区。在判断有威胁侵入行为发生时, 该软件根据光信号调制分析, 可以实时对侵入行为发生点进行定位, 从而便于安保人员目标明确地及时采取有效措施, 制止侵入行为后续事件发生。
(3) 联动功能
根据客户的具体需要, 系统软件可与各种音响、声光报警装置实现联动, 在监测、识别、定位侵入行为后, 启动报警装置, 威慑、制止侵入行为。同时, 联动相应位置视频摄像头, 追踪侵入对象。
该软件可以把报警信息保存起来, 以便于用户对报警记录的查看。在查看报警记录时, 用户可以根据自己的需求, 把报警记录导出来以文件的形式保存, 同时还支持打印的功能。
4 试验结果
实验中电力电缆监测长度23.5 km, 传感光缆为GYTA53通信光缆。光缆敷设在电力电缆表面, 光缆外加硬硅胶护套管保护, 埋在沙下30 cm深处, 全光纤电力电缆故障定位预警系统主机放置在监控室内。在电力电缆沿线选取20 025 m处进行人员盗挖测试和电缆高压放电测试, 每组测试各采集10组信号。
根据用户选择可以显示瑞利散射后向曲线或者散射曲线相减后的波影。23 km通信光缆沿线探测的瑞利散射信号如图4所示。
在故障电缆上施加高压脉冲信号, 使电缆在放电时系统采集到的故障点的瑞利散射信号相减后的波形如图5所示, 图中横坐标表示振动信号周期时间t (单位s) , 纵坐标表示振幅A (单位V) 。
当有事件破坏电力电缆时, 软件电子地图界面可以及时发出报警信号, 并在下方的报警信息栏里显示具体的报警信息, 能准确定位事件发生地点, 显示定位精度在±10 m范围内系统报警信号指示如图5所示。
机械切割电力电缆时系统采集到的信号波形如图6所示。系统电子地图报警指示如图7所示。当有事件破坏电力电缆时, 软件电子地图界面可以及时发出报警信号, 并在下方的报警信息栏里显示具体的报警信息, 能准确定位事件发生地点, 同时报警的防区会以红色的点进行闪烁显示。实验结果表明, 系统能有效监测传感光缆周围外界振动事件的发生。
5 结束语
阐述了一种基于光纤振动技术的高压电缆智能故障定位系统的实现方法。系统通过敷设在电缆上方的光缆感应到路面施工产生的轻微振动, 进行电缆故障测寻, 实现了传感光纤沿途电缆的故障预警监控。研究了系统的工作原理, 搭建了实验样机, 并在故障电缆上施加高压脉冲信号, 使电缆在放电的时候形成振动, 从而快速地对电缆故障进行预定位, 节约电缆故障定位的时间, 可以尽快对故障点进行处理。实验证明, 系统能准确探测人员盗挖和机械切割等入侵事件, 测量距离大于20 km, 空间分辨率为±3 m。
参考文献
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对通信光纤和电缆光缆技术的探讨 篇4
1.1宽带的HYA通信电缆需要更好地为数字通信新业务服务原有的电缆网络虽然可以支持一些数字新业务,但是在实际使用中并不是特别理想,在通信距离、速率及质量上仍有一定的限制。对于新的网络当然是以光纤为主,对于光纤所不能达到的地方或因各种原因仍然要新建电缆网络的地区,应该考虑新型宽带结构的HYA电缆,以便更能符合新业务发展的需要。一些公司对现有的电缆高频特性作了测试,他们得到的结论是所研究的电缆不能达到5类电缆的技术要求,户外电缆要实现j类电缆的特性,必须通过特殊的设计和制造来达到。
12超5类及6类电缆将替代5类电缆成为布线系统发展的超蛰随着智能化大楼、智能化建筑小区对宽带布线的要求愈来愈高,超5类和6类电缆己逐渐成为布线系统中的主流。超5类电缆与5类电缆的频带都是100MHz,但其具有双向通信的能力,用户可以同时收发宽带信息。因此超5类电缆比5类电缆在电阻不平衡性、绝缘电阻、对地电容不平衡性、传输速度等指标上都有提高,并且增加了近端串音衰减功率和等电平远端串音功率等一些指标,因此在工艺和结构上要做一定的改进才能达到。6类电缆在超5类的基础上,又提高了传输频带,达到250MHz,其相应的指标也有较大的提高。
13物理发泡射频同轴电缆及漏泄同轴电缆将具有较好的发展前景由于移动通信的高速发展,无线电基路用物理发泡射频同轴电缆,特别是超柔形结构的室内电缆、路由连结电缆都有了较大的市场需求。同时,随着移动通信信号覆盖面的不断扩大,基站站数的增多,以及边缘地区对移动信号的要求不断提高,预计这类电缆将会有较好的发展前景。但对电缆指标的要求已明显提高,要求电缆的工艺及结构应不断改进,以与之适应。
2光纤技术发展的特点
2.1网络的发展对光纤提出新的要求下一代网络(NGN)引发了许多的观点和争论。有的专家预言,不管下一代网络如何发展,一定将要达到三个世界,即服务层面上的IP世界、传送层面上的光的世界和接人层面上的无线世界。下一代传送网要求更高的速率、更大的容量,这非光纤网莫属,但高速骨干传输的发展也对光纤提出了新的要求。目前,单一波长的传输容量已达到40 Gbit/s,并已开始进行160 Gbit/s的研究。40Gbit/s以上传输对光纤的PMD将提出一定的要求,2002年的ITU-TSG15会议上,美国已提出对40Gbit/s系统引入一个新的光纤类别(G.655.C)的提议,并建议对其PMD传输中的一些问题进行深入探讨,也许不久的将来就会出现一种专门的40Gbit/s光纤类型。
22光纤标准的细分促进了光纤的准确应用
2000年世界电信标准大会批准将原G.652光纤重新分为G.652.A、G.652.8和G.652C 3类光纤;将G.655光纤重新分为G.655A和G.655.B两类光纤。这种光纤标准的细分促进了光纤的准确使用,细化标准的同时也提高了一些光纤的指标要求,明确了对不同的网络层次和不同的传输系统中使用的光纤的不同指标要求,并提出了一些新的指标概念,对合理使用光纤取得了很好的作用。所有这些建议的修改、子建议的出现及新子建议的起草,都意味着光纤分类及指标、测试方法有某些改进,或有重要的提升;都标志着要求光纤质量的提高或运用方向上的调整,是值得注意的光纤技术新动向。
2.3新型光纤在不断出现为了适应市场的需要,光纤的技术指标在不断改进,各种新型光纤在不断涌现,同时各大公司正加紧开发新品种。
3光缆技术的发展特点
3.1光网络的发展使得光缆的新结构不断涌现光缆的结构总是随着光网络的发展、使用环境的要求而发展的。新一代的全光网络要求光缆提供更宽的带宽、容纳更多的波长、传送更高的速率、便于安装维护、使用寿命更长等。近年来,光缆结构的发展可归纳为以下一些特点。(1)光缆结构根据使用的网络环境有了明确的光纤类型的选择,如干线网光纤、城域网光纤、接入网光纤、局域网光纤等,这决定了大范围内光缆光纤传输特性的要求,具体运用的条件还有可依据的细分的标准及指标;(2)光缆结构除考虑光缆使用环境条件以外,越来越多的与其施工方法、维护方法有关,必须统一考虑,配套设计;(3)光缆新材料的出现,促进了光缆结构的改进,如干式阻水料、纳米材料、阻燃材料等的采用,使光缆性能有明显改进。不同的场合和不同的要求造成了光缆的多结构的发展趋势,新的光缆结构以及在现有结构上不断改进的各种结构也在不断涌现,出现了如下一些类型。
3.2光缆的自动维护、适时监测系统已逐渐完善,可保证大容量高速率的光缆不中断传输光缆的维护对于保证网络的可靠性是十分重要。在已开通的光网络中,光缆的维护和监测应该是在不中断通信的前提下进行的,一般通过监测空闲光纤的方式来检测在用光纤的状态,更有效的方式是直接监测正在通信的光纤。虽然ITU-T长时间收集和讨论了国际上的最新资料,于1996年发布了L25光缆网络维护的建议书,对光缆的预防性维护和故障后维护规定了详细的维护范围和功能,但已经不能满足当前的需要,目前最新的建议是2001年12月IUT-TSG16会议通过的”光缆网络的维护监测系统”。
4光纤光缆及通信电缆技术发展中的几个问题
4.1积极创新开发具有自主知识产权的新技术虽然这几年来,我国光缆电缆技术有很大发展,有一些具有自主知识产权的技术已在发挥作用,但是应该看到这种比例仍是很小的,国内有近200家光纤光缆厂,但大多产品单一,没有自主的知识产权,技术含量较低,竞争力不强。有资料统计,1997～1999年国内企业申请光通信专利的有132件,其中光纤38件,光缆只有19件,而同期外国公司在中国申请光通信专利达550件,其中光纤光缆37件。还有资料报道:从1997年以来,国内光通信核心技术专利是90件,我国自主申请的只有9件,仅占10%。实际上我国的光纤光缆技术应该说与国际水平己差距下大,因此我们作为世界第二的光缆大国,应该把开发具有自主知识产权的技术作为我们工作的重中之重,争取创造更多的光纤光缆专利。
4.2开发具有先进技术水平、与使用环境、施工技术相配套的新产品电信网络在不断发展的同时也对光缆电缆产品不断提出新的要求。不难发现,光缆的结构越来越依赖于使用的环境条件及施工的具体要求,在海底光缆、浅水光缆、ADSS及OPGW光缆的开发中,会对这一点有深刻的体会。而今后光缆建设的重点将会随着接入网、用户驻地网的建设不断展开,新一代的光缆结构和施工技术也会基于如微型光缆、吹入或漂浮安装及迷你型微管或小管系统的全套技术而有一系列新的变化,以便有限的敷设空间得到充分、灵活的利用。
4.3利用已有设备与技术,改善HYA市话电缆的相应将性,为数字业务提供更好的服务对于已经敷设的铜电缆,我们只能在现有条件下尽量利用其特性开通数字新业务。而现有的HYA电缆,虽然亦可开通ADSL等一些新业务,但是容量有限,当ADSL数量增大到一定限度后还是会出现干扰问题,而且还会影响以前开通的业务。因此,对新敷设的铜电缆,希望能提出一些新的宽带指标要求,为将来开通更多更好的新业务作好准备。
4.4改进光缆电缆的施工和维护方法目前,为了适应城市施工的特点,国际上较重视不挖沟的方式施工光、电缆,采用小地沟或微地沟技术安装光缆,同时对光缆网进行自动监测,保证光缆网络不中断通信维护。与此相适应的是需要开发相应的元器件、工具和设备,并且要在体制上作一些改进与之相适应。ITU对NH开发光缆用浸水传感器、光纤自动测试时的光纤选择器以及美国提出的1s告警、3min内定位的指标及意大利提出的光纤纤芯与光缆护套指标综合监测等方案都十分重视。在现代化的光网络中,这些方式已经起到明显的作用。
参考文献
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电缆光纤 篇5
★中国科技论文统计源期刊(中国科技核心期刊) 国际连续出版物号ISSN 1006-1908
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《光纤与电缆及其应用技术》杂志是国内较早创办发行的通信专业科技期刊之一,在光纤与电缆及光电子器件等领域享有很高的声誉,深受广大读者欢迎和好评。本杂志致力于为广大技术人员、科研人员、大专院校师生、厂商以及通信领域的爱好者提供有关光纤、光缆、光无源器件、光通信系统与网络、通信电缆、射频电缆、特种线缆和微波传输线及其连接器等研制和应用方面的论文和技术动态综述,介绍光缆、电缆和微波传输方面的新产品、新材料、新设备、新工艺与有关的测试方法。
电缆光纤 篇6
关键词：海底光纤复合电缆,金属护套光单元,感应电势,感应电流
0 引言
海底光纤复合单芯电力电缆与两条独立的单芯海底电缆和海底光缆(也可以将两者捆扎在一起敷设)相比,虽然具有敷设时间短、路由窄、总成本低等优势,但也存在制造复杂、维修不便、终端安装麻烦等劣势,可见海底光纤复合单芯电力电缆的优势并不明显。因此,单芯海底电缆一般不复合光纤单元。目前海底光纤复合电力电缆的电力线芯常用三芯结构。
敷设于海底的海底光纤复合电力电缆(即海底光电复合缆)有径向阻水的要求,但如果仅采用高分子聚合物护套,只能给海底光纤复合电力电缆提供短期有限的保护,而采用金属护套或金属阻水层,只要保持结构完好就能有效地阻止外部的水分和离子对海底光纤复合电力电缆的入侵,从而保证电缆的设计工作寿命[1]。因此,为满足长期浸泡在海水中的环境条件要求,海底光纤复合电力电缆常采用金属护套。随着使用的电压等级逐渐提高和导体截面的不断增大,在海底光纤复合三芯电力电缆中金属护套较少采用统包结构,更多地采用分相金属护套。与之复合的光单元也必须单独具有径向和纵向阻水功能。光单元的纵向阻水常采用填充阻水油膏或添加其它阻水材料的方式,一旦光单元破损可将进水阻止在较短的长度内,便于维修工作的进行;光单元的径向阻水就需要采用金属护套。这就是海底光纤复合三芯电力电缆中光单元几乎全是金属护套结构的原因,光单元金属护套结构中最简单又实用的是不锈钢束管结构。
光单元采用了金属护套,在电力线芯运行时金属护套上就会产生感应电势,本文将就海底光纤复合三芯电力电缆中金属护套光单元感应电势进行计算,以期从感应电势和感应电流方面探讨光单元金属护套结构的可行性。
1 金属护套光单元感应电势的计算
图1示出了海底光纤复合三芯电力电缆中金属护套光单元至各相线芯之间的中心距离,图中P为金属护套光单元,A、B、C分别为三相绝缘电力线芯,金属护套光单元P可以看成一根和三相绝缘电力线芯A、B、C平行的导体[2],三相绝缘电力线芯相互间的中心距离分别表示为S、mS、nS,光单元P与三相绝缘电力线芯之间的中心距离分别为D、βD和αD。
根据电工原理,金属护套光单元P与线芯电流IA、IB、IC间的磁通量ΦPA、ΦPB、ΦPC和磁通量总和ΦP可按下式计算:
式中RP,GM为光单元P的几何平均半径。
假定三相绝缘电力线芯电流是平衡的,线芯A通过的电流为I,则有:
将式(5)代入式(4),可得:
通常金属护套光单元是放置在海底光纤复合三芯电力电缆的边隙处[3],如图2所示。
假设成缆前绝缘电力线芯(包含可能有的屏蔽及分相护套等)直径为d,则金属护套光单元的允许最大直径为(实际上一般金属护套光单元的直径都小于dP),金属护套光单元中心距海底光纤复合三芯电力电缆中心的距离这样,图1中可得α≈1.907,β=1,式(6)可简化为:
当金属护套光单元只在一端接地时,海底光纤复合三芯电力电缆单位长度上金属护套光单元的感应电势为:
以上均以光单元金属护套采用非磁性材料(如非磁性不锈钢束管和铅、铝、铜管等)进行计算的,如果是磁性材料,则另当别论。
2 实例计算
现以型号规格ZS-YJQF41-26/35 3×150+12B1的海底光纤复合三芯电力电缆(如图3所示)为例,对金属护套光单元感应电势进行计算。该海底光纤复合三芯电力电缆金属护套光单元采用了不锈钢束管结构,内含12芯G.652D单模光纤,不锈钢束管外径为3.0mm。根据某海域的气象条件,用户规定该缆的最大持续载流量为350A,当金属护套光单元一端接地时,可计算得其感应电势UP=14.19V/km。
如果该海底光纤复合三芯电力电缆的长度为8km,金属护套光单元在一端接地时,其感应电势为113.5V;金属护套光单元两端接地,则其最大感应电势不大于60V,尚在安全范围内。并且,海底电缆或复合缆其金属护套在线路的两端都是直接互联并接地的。当然,当金属护套光单元两端接地时,金属护套光单元中有感应电流流过,但非磁性金属材料构成的光单元直流电阻一般都较大,外径3.0mm、管壁厚度为0.2 mm的不锈钢束管光单元20℃时的直流电阻约为399Ω/km,如再考虑接地电阻等,最终在该海底光纤复合三芯电力电缆系统中金属护套光单元的感应电流约为30mA,因此可忽略不计。
3 结论
综上所述,海底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,只要缆长不长(针对以上实例,≤8km),其感应电势在安全范围内,感应电流可忽略不计;当缆长太长(针对以上实例,>8km)时,应计算金属护套光单元上的感应电势,必要时可采取适当措施,以防感应电势和感应电流过大对人和设备造成伤害。如果海底光纤复合电力电缆中光单元使用磁性材料,且又在光单元外施加磁性的镀锌钢丝或磷化钢丝作加强件,此时应考虑涡流损耗等对复合缆及设备不利情况,最好尽量不予使用。
参考文献
[1]王国忠.中压电缆的防水综合护层[J].电线电缆,1996(6):9-13.
[2]郑肇骥,王琨明.高压电缆线路[M].北京:水利电力出版社,1983:239-241.
电缆光纤 篇7
《规划》建议国家主管部门在未来5年内, 通过国家立项、集中资金, 重点扶持2-3家适合批量做常规光纤预制棒企业。目前, 中天科技、亨通光电、烽火通信等上市公司已具有生产预制棒核心技术, 有望承担预制棒国产化的重要使命。
线缆行业维持稳定增长
协会起草的《电线电缆行业“十二五”发展规划》要求, “十二五”期间, 电线电缆行业的销售规模将年均增长约为4%-8%。
协会人士透露, 主管部门将鼓励企业通过收购、兼并、联合等活动, 争取到“十二五”末期在行业内形成3-5家销售额达数百亿元并且具有一定国际竞争能力的大型企业集团, 形成6-12家销售额达100亿元并且在专业产品领域具有较强国际竞争能力的专业化特色企业, 形成一批产品各具特色、专业制造能力强、配套较为齐全、差异化发展的区域线缆产业集群, 形成一批具有专业生产特色以及区域竞争优势的中小企业。
预制棒将超越行业平均增速
但是, 电线电缆行业长期以来高端产品缺失、核心技术匮乏等问题制约着行业本身的发展。
其中, 光纤预制棒就是行业发展“瓶颈”之一。预制棒是电缆生产最“源头”项目, 目前国内电缆生产厂家约200家, 大部分靠买进口光纤或光纤预制棒来生产光缆。
为此, 协会在《规划》中建议国家立项、集中资金, 重点扶持2-3家适合批量做常规光纤预制棒的企业, 发展和促进设备国产化, 特别是相关的配套设备的研发, 形成光纤预制棒制造设备的产业链, 迅速提高我国光纤预制棒生产能力。
业内人士认为, 相关上市公司最有希望成为批量做常规光纤预制棒的企业。亨通光电年产300吨预制棒制造项目已经在2010年投入使用, 中天科技, 烽火通信也有生产预制棒的核心技术。
《规划》还建议国家加大特种光纤预制棒的支持力度, 鼓励企业瞄准国际高技术前沿, 针对特殊领域需求开展应用基础研究、关键技术和共性技术研究, 提高自主创新能力。
电缆光纤 篇8
电力系统的高压电缆等高压电气设备,因其载流量过大或过载等原因导致过热,尤其是电缆连接处因为接触不良的原因,更容易发热,影响电缆等高压设备的使用寿命,甚至产生短路、火灾、爆炸等事故,极大地影响了电力系统的稳定、安全运行。传统的温度在线监测是将点式感温元件如热电偶,装在电缆或电力系统其它重要部位进行测温。此方法只能对电力系统局部位置进行测温,无法对整个电力系统实现温度在线监测,且在经济性和实用性方面都有一定的缺陷。分布式光纤测温系统(DTS)是近年来发展起来用于实时测量空间温度的系统。利用光纤即可感知温度信息又可传输温度信息的特性,能够实现多点、在线的分布式温度测量。它具有耐高温、防电磁辐射、高带宽等特点,大幅提升了温度分辨率和空间分辨率,有效地解决了高压电气设备的温度在线监测问题。
1 工作原理
DTS主要依据光纤时域反射原理(OTDR)和光纤背向拉曼散射的温度效应。系统中光纤即是传输媒体又是传感媒体,利用光纤背向拉曼散射的温度效应,光纤所处的空间温度场调制了光纤背向拉曼散射的强度,经波分复用器和光电检测器采集带有温度信息的背向拉曼散射光信号,经信号处理可以解调出实时的温度信息。在时域中,利用OTDR技术,根据光在光纤中的传输速率和背向拉曼散射光的回波时间,可以对温度点进行定位。图1为分布式光纤测温系统的原理图。
1.1 热传导原理
现阶段,普通光纤的耐温一般不超过125℃,利用热传导原理通过对电缆外皮或金属外套温度的监测,根据参考文献[1]中电缆的热路暂态模型反推出电缆导体的温度,这样可以摆脱外部环境的影响[2]。图2为热传导原理示意图。
1.2 光纤时域反射原理
当激光脉冲在光线中传输时,由于光线中存在折射率的微观不均匀性,会产生瑞利闪射,入射光经背向闪射返回到光纤入射端所需的时间为t,激光脉冲在光纤中所走过的路程为2L,2L=v·t,其中v为光在光纤中传播速度,v=c/n;c为真空中的光速;n为光纤的折射率。在t时刻测量到的是离光纤入射端距离为L处局部的背向瑞利闪射光。用OTDR技术[3]可以确定光纤处的损耗及光纤故障点、断点的位置,对测量点进行定位,因此也可称为光纤雷达。
1.3 光纤背向拉曼散射的温度效应
当激光脉冲在光纤中传播时,除了产生瑞利散射、布里渊散射外,还产生自发的拉曼散射,在频域里,拉曼散射光子分为斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光子,自发的拉曼散射光子强度依赖于光纤的温度状态[4],经过理论计算,在0~120℃温度范围内,平均温度灵敏度为1.65%/K。
为了消除激光管输出的不稳定、光纤弯曲、接头的损耗等影响,提高测温准确度,在系统设计中,采用双通道双波长比较的方法,即对斯托克斯光和反斯托克斯光分别进行采集,利用两者强度的比值解调温度信号。由于反斯托克斯光对温度更为灵敏,因此将反斯托克斯光作为信号通道,斯托克斯光作为比较通道,则两者之间的强度比如公式(2)所示:
变换后可得公式(3):
对于固定的温度(恒温槽标定温度)可以由公式(4)表示:
由两式计算可得公式(5):
式中,λs和λa分别为斯托克斯和反斯托克斯光波长;Is为斯托克斯光强度,Ia为反斯托克斯光强度;h为普朗克常数;c为真空中的光速;k为玻尔兹曼常数;Δγ为偏移波数;f0为伴随光的频率;Δf为拉曼光频率增量;T为绝对温度;T0恒温槽标定温度;R(T)为反斯托克斯光强度和斯托克斯光强度之比。
可见,在测温系统标定之后,通过测R(T)就可以确定沿光纤测量点的温度值。
2 系统的组成和机构
整个监控系统由基础硬件和监控软件组成,监控软件在系统硬件的基础上完成对整个系统的中枢控制。监控系统接入局域网或因特网,形成信息的互换和共享,系统组网图如图3所示。
2.1 系统硬件
光纤温度监测系统硬件部分包括测温光纤、光电监测及信号处理电路部分和主机。测温光纤既是传输媒体,又是探测器,光线铺设在待测空间,可连续准确的测量到整条光纤所处空间的温度值,最长达几十公里,真正做到了实时在线监测,由于光纤是由绝缘材料石英组成,它具有耐高温、防电磁辐射的特点,采用不同的外护套材料,DTS监测系统可以适应各种环境。光电监测及信号处理电路完成信号的采集。主机是监测系统的核心部分。主机主要用来完成对信息、数据的分析以达到对电缆温度的实时监测。
2.2 系统软件
DTS控制单元通过PC机在Windows环境下调试编程来完成。从被监控区域逐点实时采集温度值,形成实时数据库,通过实时数据库显示从当前区域采集所得到的温度;同时建立历史数据库,用户可以通过历史数据查询得到区域某时某刻某点的温度、某时段的温度、最高温度。监控程序通过对实时监控数据库和历史数据库的数据进行分析,通过因特网,可实现对现场设备的远程监控、诊断和维修等;根据不同的要求设置报警和预警温度,并可对被监控区域分段设置不同分区,每个分区可以任意设置报警值,对不同的部位进行不同标准的监控;根据设置的被监控区域温升速率预定值,可以报警、指出报警区域所处的位置并做数据储存和打印;根据数据值,还可以显示包括某时某刻温度分布曲线、某时段某点的温度变化曲线、某时段最高温度变化曲线特性曲线。软件系统结构框图如图4所示。
系统软件根据被监测对象的地理位置信息设计出用户编好的地图显示模式,实时反映出监测电缆线路的温度、运行状态等信息,图层功能实现由面到点、由大到小的分散/集中管理模式。
3 系统的性能
DTS系统为分布式测温,终端机内的激光发射装置每秒钟会发射上万次的光脉冲,并将取样温度的平均值输出到显示系统,这样连续的发射监测信号,可避免误报发生,在定温报警的同时,可以就温升速率进行测量,并提供相应多级报警信号输出,通过设置多个定温报警值,并且可以根据环境不同进行修正,从而实现任意温度点报警,即时显示数公里范围内每隔1 m各点的温度变化,同时报警控制区设置为编程的形式,可针对环境变化设置200个不同报警控制区域,进而达到对温度的实时监控,做到早期预警,报警准确率高;为增强系统的扩展性,可增设光路切换开关进行光路自动选择与测量,使之适用于多路光缆,通过RS232标准接口以及继电器输出把系统与其他控制设备进行互连,提高了系统的兼容性。如果光纤受损,DTS系统可以即时定位受损点,并通过光纤熔接机对其进行熔接,这对于有效实施在线监测极其重要,探测光缆采用光信号,不会与动力电缆之间产生相互电磁干扰。
4 实例应用
为了检验分布式光纤测温系统测量温度的准确性,将一段电缆放入一个带标准温度计的恒温装置中。改装置的利用性能稳定的材料制成,外界环境对装置内的温度影响极小,通过装置内的标准温度计和光纤测温系统对装置内的电缆温度进行测量,读取系统测量的电缆不同位置上的温度曲线图所对应的温度数值和标准温度计数值。多次对比的试验结果见表1。
℃
从表中可以看出光纤测温系统与标准温度计测量电缆温度的相差在±2℃之间,光纤测温系统测量温度的准确性较高。
分布式光纤测温系统是种新型的、技术优势明显的测温系统。它具有测量范围广和定位精度高、反应迅速的特点,综合利用设置多级温度报警、温度速率、温升趋势来进行连续测量,可在任何时间显示任一地点的温度状态,在火灾前早期预警,同时能智能判断温度变化的类型,显示事故点温度读数及位置。
当电缆将要出现故障时,常会出现一些征兆[5,6],如将要出现故障处或周围温度升高。探测光缆铺设在待监测的高压电缆上,即可实时监测由探测光缆所覆盖的高压电缆的温度分布情况及温度变化趋势。图5为某段高压电缆监测结果,显示330 m处有一个温度峰值,经查实为一电缆接头。
5 结语
本文设计了一套基于分布式光纤温度在线监测系统,系统集成分布式光纤技术、通信技术、计算机技术等先进技术与一体,以系统监测开发等软件为开发平台,在建立测温光纤、光电监测及信号处理电路部分和主机等硬件设施的基础上实现了对电缆局部温度过热的监测、定温报警、温升报警和特性曲线的显示等功能,达到了对电缆线路高压电缆等高压电气设备的实时在线监测的目的。
参考文献
[1]薛强,李华春,王立,等.电缆导体温度的推算方法及应用[J].电线电缆,2009(2):23-25.
[2]刘毅刚,罗俊华.电缆导体温度实时计算的数学方法[J].高电压技术,2005,31(5):52-54.
[3]彭超,赵健康,苗付贵.分布式光纤测温技术在线监测电缆温度[J].高电压技术,2006,32(8):43-45.
[4]薛强.电力电缆光纤测温及载流量监测的研究[D].北京:华北电力大学,2009.
[5]IEC60287:2002Electric cables-Calculation of the current rating[S].