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ADSS光缆的机械参数

2019-07-15 11:25:23200

  三、ADSS光缆的机械参数

  由于ADSS光缆工作在大跨度的架空状态下,光纤的安全成了问题的焦点。从结构设计、原材料的选择到工艺参数的设置、修正和改进等技术措施,无不为了增加光纤的“余长”,即开辟所谓的“光纤应变窗”。早期的松套层绞结构ADSS光缆注重和强调光纤的“零应力”状态,并设置了对应的机械参数。但是,“零应力”是一个相对模糊的概念,不能成为控制指标,与输电线路的相关规范产生了诸多矛盾。现代的ADSS光缆设计,其机械参数与输电线路的适用规范已经近似统一,可以用最经典的方法来设计和计算光缆线路。当然,由于光纤的存在,它仍具有一定的特殊性。

  1. ADSS光缆的应力应变特性

  众所周知,光缆的应变特性取决于光缆的弹性模量,弹性模量主要由光缆的加强件决定。就ADSS光缆而言,弹性模量主要取决于所用纺纶的模量和数量。ADSS光缆的设计负载分为光纤受力和不受力两种。光纤应变窗的定义为:对光纤不受力缆型,在光纤受力前或光纤在伸长前,光缆被允许拉伸的最大值及以下的区间。对光纤受力缆型,在光纤受力或拉伸达到预定限度的最大值及以下的区间。光纤应变窗在很大程度上与结构参数相关,以典型的松套管层绞设计为例,它主要取决于中心加强件FRP的尺寸,松套管尺寸(主要是内径),管内光纤束的直径(芯数)和管子的节距。目前较直观的方法是测量光缆应力应变特性。大量的测试数据告诉我们:在同一根光缆内,不同的管子(或槽)里的光纤甚至同一根管子(或槽)内的不同光纤,其曲线形状会有一些变化,即数据有一定的离散性。这就提示我们:对于多芯数的光缆必须小心从事,为了保证光纤安全,必须留有余地。应力应变曲线使模糊的“零应力”和不容易测量的“余长”或“光纤允许被拉伸的预定值”成为清晰直观的结果,从而得出明确的控制指标。ADSS光缆必须有合适的光纤余长,但过大的余长不仅无必要甚至是有害的。

  2. 极限抗拉强度 ----- UTS(Ultimate Tensile Strength)

  导线的计算拉断力称为UTS,也称破坏强度,综合破断力。以全截面计算,UTS是导线常用的重要技术参数。ADSS光缆的强度计算与金属导线不同,一般以承载元件截面而非全截面计算,因为除承载元件外其它元件对强度的贡献已微小到可忽略。ADSS光缆一般不强调UTS参数。

  3. 标称抗拉强度 ----- RTS(Rated Tensile Strength)

  金属线材在绞合以后,强度略有下降,光缆在成缆后,弹性模量也会下降,在扣除了下降部分后缆的计算强度称RTS。更由于纺纶这种特殊材料的抗拉强度有一定的离散性,所以ADSS光缆更偏重于RTS,可以通俗地将RTS理解为ADSS光缆的保证抗拉指标,即拉伸试验时必须达到或超过该标称值。ADSS光缆的RTS参数是金具配置(尤其指耐张金具)和安全系数计算控制的重要依据。

  4. 最大允许抗拉强度 ----- MOTS(Maximun Operating Tension Strength)或者最大允许工作应力MWS(Maximum Working Stress)

  该参数对应于导线的最大许用应力,导线的MOTS是指在设计的极端气候条件下发生最大应力时对应于UTS还留有一定的安全系数的值。MOTS(导线)=UTS(导线)/ K(安全系数)K≥2.5 (4)导线的MOTS是计算临界档距的依据之一。光缆的MOTS的意义是:光缆在被拉伸到MOTS值时,缆内的光纤开始伸长(光纤不受力缆型),或光纤开始达到预定受力限度值(光纤受力缆型),光纤衰耗变化在允许合理范围内,判据是光缆的应力应变特性。根据气象条件和弧垂,计算光缆的跨距,在此跨距下,光缆所受的综合负载应不大于MOTS。可见,光缆的MOTS强调的是光纤的安全。

  5。 ADSS光缆的安全系数

  虽然导线与ADSS光缆的MOTS有不同的含义,但使用的条件(气象条件、弧垂、跨距等)是相同的。所以,ADSS光缆的安全系数(K)是客观存在的。K(光缆)=RTS(光缆)/ MOTS(光缆)(5ADSS光缆的K系数不是随意制定的,也不能简单地套用电力规范。这是因为即使用了相同数量的纺纶,不同的工艺设计和不同的工艺实现能力,实际能达到的RTS和MOTS差异是相当大的。有时候,用户还会提出光缆工作时的安全系数,ADSS光缆在工作时的安全系数为:K(工作)=RTS(光缆)/G(工作)(6)G:光缆在设计气象条件下的综合负载

  6. 每日平均应力 ----- EDS(Everyday Stress)或者称为平均运行应力

  ADSS光缆与导线的EDS含义几乎完全一致。EDS是一个疲劳老化参数。所不同的是,导线疲劳后往往出现断股而光缆疲劳后多出现护套开裂,更严重的是光纤断裂。光缆应该常年工作在EDS值附近(不考虑外负载及在年平均气温下),相当于耐张段的代表应力(按代表档距和代表弧垂考虑)。EDS与RTS有一个适当的比值,各国有不同的标准,一般为(16%~25%)RTS,在给定的EDS(IEEE-P1222定义为最大安装张力)下按规范进行振动试验,光缆外护套应无损伤,光纤衰耗的变化应在控制指标内。

  7。 极限特殊应力 ----- UES(Ultimate Exceptional Stress)或极限特殊强度UETS(Ultimate Exceptional Tensile Strength)

  这是光纤不受力缆型(松套层绞结构)ADSS光缆特有的参数。一般UES应大于60%RTS。当光纤的余长释放完,即张力超过MOTS后的一定范围内,光纤开始受力的同时附加衰减也开始增加,但在张力解除后,光缆仍可恢复到初始状态。该范围的最大控制值即是UES。UES意味着该光缆可短时过载使用,比如偶然的大风或覆冰(超过设计条件),在消失以后,光缆可恢复正常运行且不影响使用寿命。可以理解为:假设使用的气象条件为30年一遇,用该条件以MOTS计算跨距、弧垂;而UES则对应于光缆在30年寿命期内经受可能发生的50年一遇的气象条件。通常,MOTS作为计算参数,UES作为校验参数。虽然容易混淆,但必须区分。

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