ADSS弧垂计算方式及24芯光缆参数

ADSS-AT-24B1-300结构示意图及性能参数表光缆结构示意图序号 项目 单位跨距(米)300 1 光缆芯数 24B1 2 光缆直径 mm 12.3 3 光缆重量 kg/km 131.1 4 承载面积 mm 28.35 AT 外护套厚度 mm 标称1.8 平均1.76 标称抗拉强度（RTS ）kN 22.8 7 杨氏模量 kN/mm 2 12.13 8 热膨胀系数 10-6/℃ 4.81 9 平均运行张力（EDS ） kN 5.7 10 最大允许工作张力（MAT ） kN 9.12 11 极限运行张力（UOS ） kN 13.68 12 最小动态弯曲半径 mm 308 13 最小静态弯曲半径 mm18514 最大抗压强度 （长期） N/10cm 1000 最大抗压强度（短期） N/10cm 2200 15 运行、储存、运输期间温度范围℃ -40～+70 16 安装期间温度范围℃ -20～+60 17 光缆运行温度范围内衰减变化量dB/km 0.05 18护套类型抗电痕护套光纤 纤膏 PBT FRP 缆膏 阻水层 PE 内护套 芳纶 AT 外护套ADSS光缆和导线的弧垂配合设计标签：摘要：根据ADSS光缆和导线具有不同的物理特性和在各种气象条件下的弧垂不同步变化的特点，提出ADSS光缆在新、旧线路上架设时和导线的弧垂配合设计思路。

关键词：ADSS光缆；导线；弧垂；挂点随着电力系统自动化程度的普遍提高，无人值守变电站的大量投运，变电站自动化程度不断增加，信息传输的通道需求大幅增加。

全介质自承式光缆，简称ADSS光缆，由于具有重量轻、外径小、跨距大、抗雷击、不受电磁干扰、易于施工等优点，适宜架设于运行和新建的输电线路上，被电力企业广泛采用。

1 ADSS光缆的特性ADSS光缆具有与架空导线不同的结构，其拉伸强度由芳纶绳来承受，芳纶绳的弹性模量比钢小一半多，热膨胀系数是钢的几分之一，这决定了ADSS光缆弧垂对外界负载变化比较敏感。

在覆冰状态下ADSS光缆伸长量可达到0.6%，而导线仅为0.1%；弧垂对温度变化比较迟钝，在温度变化时弧垂基本保持不变；在大风条件下其风偏角很大，在风速为30m/s 时，风偏角可达80°，而导线的风偏角仅为光缆的一半左右。

耐受极端恶劣气候（大风、覆冰等）的能力较强。

ADSS光缆外护层为AT或PE材料，运行于强电场中，存在电蚀问题。

ADSS光缆会发生风振动。

平滑稳定的横向风吹向光缆，会发生风振动，会在挂点处发生疲劳损坏。

ADSS光缆具有一定的抗压力，能承受耐张线夹较大的握力。

2 ADSS光缆使用的基本条件2.1 ADSS光缆架设应满足对地面及交叉跨越物的距离要求ADSS光缆与其他设施、树木、建筑物等的最小净距应满足电力行业的规定。

在光缆架线设计时，它与其他设施、树木、建筑物等的距离应根据最大弧垂和最大风偏角进行计算，并考虑架线后塑性伸长的影响和制造、设计、施工的误差。

重冰区的线路还应计算光缆在覆冰不均匀情况下的弧垂增大量。

表1为ADSS光缆对地面及交叉跨越物的距离。

表1 ADSS光缆对地面及交叉跨越物的距离2.2 ADSS光缆应运行在规定的安全电位区域中运行中的ADSS光缆，在雾天、下雨天或有露水时，光缆表面潮湿，会使污秽层形成电阻层，在感应电压的驱使下，光缆表面和同杆塔相连的光缆线夹之间形成接地电流。

电流生热形成水蒸气蒸发，在光缆的表面形成小段的干燥带，阻断电流。

这段干燥带承受了光缆表面对地的感应电压，当这个感应电压足够大时，便发生放电，形成电弧。

电弧放电，产生电流，这样反复多次会逐渐失去光缆护套的结合力，形成腐蚀。

若光缆长期运行在超过产品规定电位的区域，这种电蚀作用会急剧增加，从而大大缩减光缆的寿命，所以ADSS光缆必须运行在自身允许的电位区域。

ADSS光缆因外护层所用材料的不同，其敷设区允许电位也不同，对于PE护套允许电位不大于12kV/m，对于AT护套允许电位不大于20kV/m。

2.3 ADSS光缆不应与导线交叉、鞭击ADSS光缆在遇到强风时，会产生低阶固有频率的震动和较大的风偏，且振幅很大，振动时光缆沿水平、垂直方向运动，且有扭动。

另外，在重冰区或遇大雪时，光缆会积冰、积雪，形成冰筒，使每米光缆增加数千克重量，在光缆上的积冰崩落，光缆积蓄的弹性形变会突然释放。

所以ADSS光缆一定要保持在水平和垂直两个面的投影上，不应与导线和地线交叉，否则很容易造成两者的鞭击而损伤光缆。

3 ADSS光缆的弧垂计算3.1 ADSS光缆的机械特性ADSS光缆的机械特性主要与光缆所配芳纶绳的多少和外护层的结构有关，其张力主要由芳纶加强层承担。

GYFSTCY12B1-300型ADSS光缆的机械特性如表2所示。

表2 GYFSTCY12B1-300型ADSS光缆的机械特性3.2 ADSS光缆的比载比载为光缆上每米承受的荷载折算到其单位截面积上的数值。

计算公式如下：自重比载冰重比载自重加冰重比载γ3=γ1+γ2无冰风荷载比载γ4 = αKW02d×10-3覆冰风荷载比载γ5=αKW0(d+2b)×10-3无冰综合荷载比载覆冰综合荷载比载式中A——光缆的截面积，mm2；p1——光缆单位质量，kg/m；d——光缆直径，mm；b——光缆覆冰厚度，mm；W0——理论风压，N/m2；α——风速不均匀系数；K——空气动力系数。

3.3 ADSS光缆的弧垂同杆架设的ADSS光缆同钢芯铝绞线处于同一状态，即“悬链线”状态，同时适用平悬链线的状态方程和弧垂公式。

式中σm、σ──已知和待求情况下的光缆应力，N/mm2；γm、γ──已知和待求情况下的光缆比载，N/(m·mm2)；tm、t──已知和待求情况下的气温，℃；l──光缆档距，m；E──光缆的弹性系数，N/mm2；α──光缆的温度伸长系数，1/℃；f──光缆弧垂，m。

4 杆塔垂直面上空间电位的分布图绘制进行ADSS光缆架线设计时，先要计算出杆塔垂直面上空间的感应电位，绘出等电位图，通过比较找到最佳的挂点位置。

在ADSS光缆设计以前，杆塔型号已经确定。

根据线路的电压等级和杆塔的结构尺寸就可计算、绘制出杆塔垂直截面上的电位分布图。

电位分布图的绘制是ADSS光缆挂点选择的基础。

5 ADSS光缆同钢芯铝绞线的弧垂对比分析本文以110kV线路常用的LGJ-240/40导线和GYFSTCY12B1-300型ADSS光缆进行弧垂对比分析。

气象区取西北Ⅰ级气象区。

5.1 机械特性比较表3 ADSS光缆与钢芯铝绞线机械特性的比较5.2 比载的比较表4 比载对比表 (10-3×N/(m·mm2))5.3 弧垂的比较表5 弧垂对比表（m）5.4 对比分析由表3可以看出，ADSS光缆的弹性模量为钢芯铝绞线的1/6左右，而热膨胀系数为钢芯铝绞线的1/5左右，这决定了ADSS光缆的弧垂对外界荷载变化比较敏感，对温度变化比较迟钝。

钢芯铝绞线的弧垂变化与ADSS光缆正好相反，对温度变化比较敏感，对外界荷载变化比较迟钝。

由表4、表5可以看出导线随温度的增加弧垂增幅大；ADSS光缆在不同气象条件（低温、年均、高温）的弧垂随温度变化很小。

通过比较，在挂点设计时只按杆塔垂直截面的电位分布图选择挂点是不全面的。

也就是说，在杆塔头部依据电位分布图在某一场强以外选取合适的挂点，是一种静态的观点，光缆仅能在距塔头不太远的范围内保持处于小于预定电位的区域，而在档距中部很长一段距离，ADSS光缆和钢芯铝绞线的相对位置都处于一种动态变化过程。

例如最高气温气象条件时，导线弧垂增大，而ADSS光缆弧垂基本保持不变，这时光缆所处的场强随温度的逐渐升高而增大；在大风气象条件下，由于光缆的风偏角很大，它在风偏过程中，所处的电位也在不断变化中。

因此，在选择光缆挂点时要充分考虑杆塔头部的电位分布和档距中央的弧垂变化，始终使光缆处于安全的电位区域。

由表5可以看出不同档距时弧垂的变化规律，在档距加大时，ADSS光缆要比钢芯铝绞线的弧垂增加得快，这就要求在设计时要充分考虑ADSS光缆对跨越物及对地的安全距离。

6 ADSS光缆弧垂和挂点的确定ADSS光缆弧垂和挂点是依据线路所用杆塔型式、ADSS光缆和导线在不同气象条件的弧垂来确定。

ADSS光缆挂点有三种型式：上挂点（导地线之间）、中挂点（导线之间）和下挂点（塔头下部）。

以下就光缆下挂点的确定方法进行说明。

通过计算作出光缆在不同气象条件下的弧垂表和应力表。

根据杆塔电位分布图确定挂点。

首先列出线路所用杆塔的导地线布置型式，逐型计算杆塔垂直面上的电位分布，绘制电位分布图。

然后根据所选ADSS光缆的允许电位在电位分布图上找出光缆所能耐受电位的区域，充分考虑不同气象条件下ADSS光缆和导线不同的弧垂变化，找出合适的挂点。

由于一条线路中所用的杆塔型式有多种，且档距大小不一，在全线路挂点确定过程中，要根据每种杆塔的电位分布图和每一档的档距大小综合考虑，确定每个杆塔合适的挂点位置。

在已有线路平断面图的基础上，绘制ADSS光缆的平断面图。

在绘制ADSS光缆的平断面时，首先要作出ADSS光缆在不同K值时的模板。

模板的制作方法和钢芯铝绞线的线路模板相同，计算光缆在各种气象条件下的K值范围，然后在该范围内分段制作不同K值的模板。

在绘制光缆平断面图时，计算出最大弧垂时的K值，选择相应模板作图。

以年平均运行气温和最高气温时导线和光缆的弧垂校核各个档距中央导线和光缆的相对位置，如果电位超出光缆护套的耐受范围，则应重新选择挂点。

以大风时的弧垂校核ADSS光缆对交叉和跨越物的风偏距离。

以覆冰弧垂校核ADSS光缆对地面及跨越物的距离。

多数情况下，最大弧垂发生在大风条件下，但此时光缆已发生风偏，垂直弧垂没有覆冰时大。

7 对特殊情况的处理大档距时，可在档距中央适当增加小砼杆来支撑ADSS光缆。

某些特殊档中央相对位置不符合电位要求时，在ADSS运行应力和杆塔受力允许的范围内，改变ADSS光缆的运行应力，调整弧垂。

对于地面跨越物、10kV及以下线路跨越距离不够时，可增加砼杆支撑光缆。

某些档距中央导线和ADSS光缆的相对位置不满足电位要求，而又很难改变时，可在该段内采用护套耐受场强较大的光缆。

在遇到35kV及以上线路时，ADSS光缆线路宜穿越（在下方）而不是跨越（在上方）。

这样既保证电力线路的安全，又便于光缆的施工和检修。

在风速很大或经常有风的地段，ADSS光缆距导线距离较近，承受的电压高，该段在设计时电位选择要留一定的裕度。

在旧线路上加挂ADSS光缆时，首先要确保原线路的安全运行，校核杆塔强度，不满足时采取相应措施。

同一线路中，某段线路较大档距较多或大跨越时，采用大档距的ADSS光缆。

8 结束语以“悬链线”状态方程及“悬链线”弧垂方程，作为ADSS光缆设计的理论依据是可行的。