光纤复合低压电缆几个问题的探讨

周礼文

(江苏宏图高科技股份有限公司，江苏无锡214092)

0 引言

光纤复合低压电缆(Optical fiber composite lowvoltage cable，简称OPLC)，是一种将光单元复合在低压电力电缆内具有电力传输和光通信传输能力的电缆，主要适用于额定电压0.6/1 kV及以下电压等级。

虽然我国拥有了世界最大的电力光纤通信网络，但是从总体来看，整体网络布局呈现出“骨干网强、接入网弱”、“高端强、低端弱”的态势。据了解，我国电力网中，110 kV及以上骨干网基本实现100%光纤化，而35 kV及10 kV中压配电网仅50%光纤化，特别是电网“最后一公里”的380 V及220 V用户接入网光纤化率极低，光纤接入只有占0.14%。电网“最后一公里”用户接入网光纤工程其实就是通常所说的电力光纤到户。电力光纤到户是指在低压通信接入网中采用光纤复合低压电缆，将光纤随低压电力线敷设，实现到表到户，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、“三网融合”等业务。通俗地说，电力光纤到户就是将一根光纤与接入家中的普通低压线结合在一起接入用户家中。未来通过这条光纤可将家里的电力信息、用水、用煤气等信息进行收集，可以省去很多人工抄表的流程。目前兴建智能电网的一般都是新建小区，未来将会在其他旧城区推广应用。由于光纤的传输信道最宽，这条光纤完全可与目前政府计划试点的“三网融合”战略相融，降低“三网融合”的实施成本。

为了全面加强智能电网的建设，推动最后一公里的电网智能化建设。2010年，在国家电网公司的组织下，光纤复合低压电缆已在国内多个试点城市进行电力光纤到户试点建设。到2011年，智能电网的电力光纤到户(PFTTH)试点结束之后，电网企业将逐步推广使用，除了新建住宅之外，加上部分原有小区的改造，预计到2015年，需求量将超过20万km，光纤复合低压电缆的推广应用前景看好。

该产品正处于边研制边试用的阶段，无正式审批公布的国家标准和行业标准，许多方面还不成熟，需要摸索总结提高。本文针对产品选型、制造、检验、安装等方面应注意的一些问题进行探讨，并提出一些看法和应对解决措施。

1 产品的选型

光纤复合低压电缆结构包含两大部分，一是低压电力电缆，二是光单元。低压电力电缆结构和性能要求应符合GB/T 12706.1标准中相应的规定。光单元由光纤保护套管、阻水结构、加强元件、护套等四个结构单元组成，其实质就是一根微型非金属光缆，光单元典型结构如图1所示。光纤复合低压电缆实质就是将一根微型非金属光缆嵌入到低压电力电缆缆芯间隙中组合成缆，复合缆既具有低压电力电缆的性能又具有通信光缆的性能，复合缆的选型主要根据不同使用场合考虑。

图1 光单元的典型结构示意图

目前，光纤复合低压电缆产品根据使用场合分主要有三种:

第一种从智能小区或办公楼区域的变电箱连接到各住宅楼或办公楼的配电房区域，是每一幢住宅楼或办公楼的主线路，要满足整幢住宅楼或办公楼供电和通信要求。电缆的载流量和光纤通信容量较大，电缆规格截面较大，光单元中光纤芯数也较多。该种结构复合缆规格大，一般都是采用室外直埋或管道敷设。在选用导体规格时，要充分考虑电缆在最大工作电流下，缆芯的最高温度不超过70℃，该温度为光单元正常运行的最高温度，绝缘材料最好采用绝缘性能好的交联聚乙烯，护套材料要考虑电缆具有良好阻水性能，最好采用防水性较好的聚乙烯护套料，电缆最好有铠装外护层。考虑到电缆规格大，施工过程中电缆要承受较大的拉力，光单元中光纤芯数多，光单元的结构选用GT1或G1结构较合适，光单元加强件采用外置芳纶纱加强，护套采用聚乙烯。这种结构的光单元光纤芯数大，且具有良好的抗拉性能。

第二种是从每一幢住宅楼或办公楼配电房到各个单元的配电柜区域，该区域使用的复合电缆相对第一种规格要小很多，但产品需要具有一定的阻燃性能。低压电缆导体的选用要综合考虑设计最大工作电流时，电缆缆芯最高工作温度不超过70℃;绝缘采用交联聚乙烯，缆芯填充应采用阻燃聚烯烃或玻璃丝带填充，护套采用阻燃聚烯烃护套;选择光单元结构时，考虑到电缆规格相对较少和光纤芯较小，可选用G2或GT2结构，光单元的加强件可采用玻璃丝带或玻璃丝带和芳纶的组合;护套采用阻燃聚烯烃护套料。

第三种是从配电柜到每一个用户的控制盒之间使用，因为在楼洞和室内使用，复合缆的选型重点考虑产品具有良好的弯曲性能和阻燃环保性能。低压电缆导体的选用除了考虑载流量的要求外，还要考虑导体的柔软性，最好采用5类导体结构;绝缘采用交联聚乙烯，缆芯填充应采用无机纸绳填充，护套采用低烟无卤聚烯烃护套;选择光单元结构时，考虑到电缆规格相对较少和光纤芯较小，可选用G2、GT2、G3结构，光单元的加强件可采用玻璃丝带;护套采用低烟无卤聚烯烃护套料，光纤宜选用弯曲不敏感的单模光纤G657A，也可以采用G652等单模光纤。

总之，在复合缆选型时，对于导体规格选择要慎重，一定要确保电缆在最大工作电流下正常运行时，复合缆缆芯工作温度不超过70℃，以保证光单元能正常使用。对于加强元件的选用，既要考虑光单元能承受一定拉力，在后续生产过程中不被拉长，也要考虑成本。另外产品材料选择上，要考虑光单元和低压电缆所用材料满足产品在一些特定场合下使用的特殊要求，如阻燃、低烟无卤等。

2 关键制造工艺及注意事项

虽然低压电力电缆生产工艺已经很成熟，但光纤复合低压电缆因为光单元的复合，产品生产过程中要充分考虑对光单元的控制和保护，以保证产品电性能和光学性能满足要求，产品光学性能好坏除了跟光单元自身质量有关外，还和后续各道工序生产时对光单元的保护密切相关，尤其是成缆工序，所以生产光纤复合低压电缆的制造工艺重点是光单元挤塑和复合成缆，另外考虑到产品各道工序检测、开盘测试、终端接续的处理需要一定量产品消耗，产品生产过程中光单元的生产配长的预留也是一个重点考虑的问题。

2.1 光单元挤塑工艺

光单元护套挤塑同光纤单元外置加强元件同步完成，外置加强元件为纵包非金属FRP带或绞合缠绕芳纶纱、聚酯扎纱、阻水纱、玻璃纱等方式，护套一般为普通聚烯烃、阻燃聚烯烃或低烟无卤聚烯烃材料。光单元护套挤塑和同步外置加强元件时主要是解决光纤余长问题，要控制好光单元挤塑时的收缩，尤其是中心管式光单元结构型式。因光纤松套管结构小，挤塑后光单元外径也小，承受拉力小，在生产过程中如果光纤单元的放线张力、加强件纵包或缠绕工艺、模具选用、挤塑后冷却等工艺控制不好很容易将光纤松套管拉长，造成光单元中的余长损失掉;又因光单元护套一般都采用聚烯烃材料，挤塑冷却时收缩比较大，在收缩过程中带动松套管后移造成松套管成蛇形，此时，光单元中松套管的长度要比光单元长一些，这样单位长度光单元中光纤的长度比光单元也长一些。如果在光单元余长控制测试中，不扣除因光单元弯曲对余长的影响，很容易造成成品时因为余长不够导致产品拉伸性能不合格。

表1为 OPLC-YJV-0.6/1 kV 3×25+GT2-12B1的光单元护套挤塑时两种不同生产工艺测试余长情况，光单元规格为3.0/2.0-12B1。

表1 光单元护套挤塑时两种不同生产工艺光纤余长对比

从表1可以看出，1#样品光单元在挤塑过程中控制比较正常，挤塑后松套管中光纤余长未损失掉，而2#样品光单元在挤塑过程中因控制不当，挤塑后松套管中的光纤余长变小很多，假如用于后道工序的生产，其成品拉伸性能肯定不能满足要求。

2.2 复合成缆工艺

光纤复合低压电缆成缆是在低压电力电缆成缆的基础上，将光单元随绝缘线芯、填充条一起绞合成缆，成缆工艺重点是控制好光单元位置、控制好光单元放线张力、避免光单元在成缆过程中受挤、受压、受拉。

为了减小复合缆正常运行时电缆升温后对光单元的影响，尽量将光单元置于电缆缆芯靠近绕包带的间隙中，离主线芯导体的距离越远越好，光单元周围的间隙中应充分填充合适的填充材料以保证光单元位置固定和电缆缆芯圆整。

光单元放线张力应保持恒定且越小越好，以减小成缆过程中对光单元余长的影响。光纤复合低压电缆成缆都是在常规电力电缆成缆用笼绞或盘绞机上进行，放线架上一般无主动放线装置，都是采用被动放线装置。为了减小光单元的放线张力，要减轻光单元周转盘重量，最好采用塑料盘具，盘具应光滑圆整，放线架顶针要灵活，放线阻力要小，光单元排线整齐则有利于放线，在光单元护套挤出时注意生产长度的配制，避免在成缆前对光单元进行复绕处理，造成光单元余长的损失。在大批量生产时，最好对成缆机上光单元的放线张力装置进行改进，将被动放线改为主动放线。

光单元的抗拉和抗侧压的强度相对于电缆的绝缘线芯要脆弱很多。在生产过程中各绝缘线芯张力不均匀、填充不充分、电缆缆芯结构不稳定，则很容易造成绝缘线芯对光单元的挤压，造成光单元变形受损，发生光纤损耗变大或断纤等情况。

2.3 光单元生产配长预留量

光纤复合低压电缆因为缆的复合性结构，其性能相对单一电缆和光缆而言要求更多，更应加强在生产过程中每道工序的质量检验。每检测一次就要消耗一定量的长度，尤其是随着光单元的加入，长度消耗相对单一传统电缆会更多。按照每一次检测消耗1 m计算，一盘复合缆到成品的整个生产过程需要消耗产品长度3～4 m，再考虑产品交付后开盘测试和产品接续时光单元的预留长度，总长度将达到10 m左右。按照每盘平均长度300 m计算，总消耗将达到3%，这样大大增加了产品制造成本，降低了光纤复合低压电缆的成本优势。

但这主要是为了对光单元进行检测和产品接续时所消耗的光单元长度，电力电缆部分检测和产品接续时所消耗的长度要少得多。假如在产品制造过程中提前预留光单元长度，每盘产品两端各预留几米，这样就大大降低了产品成本，因为光单元成本相对于电力电缆部分来说要低得多，但在产品生产中要注意端部光单元的保护，避免预留光单元受损而失去预留目的。

3 产品的拉伸试验

光纤复合低压电缆在制造和安装过程中都要承受一定拉力。为了验证产品在正常制造和安装过程中光单元的受力状态，进行产品的拉伸试验是一项最好的验证手段。在标准草案中对该项试验也有具体要求，但只对25 mm2及以下规格做该项试验，其试验方法是按照GB/T 7424—2008中方法E1“拉伸性能”进行。拉伸负荷初定:短暂拉伸力为140 MPa×S铜截面积，长期拉伸力为100 m缆自重。对于拉伸负荷定为多大较为合适和大规格产品需不需要做该项试验一直是讨论的焦点。

光纤复合低压电缆敷设方法基本上是参照低压电力电缆敷设方法进行。为了避免产品在施工中受损，现在一般都采用机械牵引方法放缆。对于牵引力大小在GB 50168—2006《电气装置安装工程电缆线路施工及规范》中5.1.10条有明确规定，最大牵引强度铜芯导体电缆不大于70 MPa，铝芯导体电缆应不大于40 MPa，换算到牵引力，铜芯导体电缆为70 MPa × S铜截面积，铝芯导体电 缆为 40 MPa ×S铝截面积，拉伸试验拉伸负荷应充分考虑到上述要求，短暂拉伸力定为140 MPa×S铜截面积还是比较合适。对于长期拉伸力为100 m缆的自重，因为一般施工放缆单位长度不可能只有100 m，应该适当加长。

大规格产品一般都是主干线，产品投入运行后出现问题影响更大，而且在施工放缆中对缆施加的拉力更大，更加考验产品性能，更应该加强产品拉伸性能等各个性能的检测，所以建议在标准中增加对大规格产品拉伸性能的要求。在制定标准草案时，可能考虑到大规格产品做该项试验时，产品承受拉力大，拉伸时产品的两端采用什么方法，采用怎样的拉力机进行试验都需要研究，且国内具有该项试验条件的厂家不多。

4 产品的安装

产品安装质量的好坏直接影响到产品的正常运行，在产品安装时应考虑以下几个方面:

(1)产品安装方法应参照GB 50168—2006的规定，产品在放缆过程中应避免打扭、弯折，受过大的拉力和压力。为了以后维护方便，建议采用桥架敷设方式。

(2)该产品因为光单元的存在，安装好投入运行后，如出现电缆故障维护起来有一定难度，建议在施工线路上预留一定量电缆，作为故障处理时需要中间接续所用长度。

(3)施工完后要有明确警示标志，避免其它工程施工时将缆损坏。

(4)产品放缆前后，应做好产品的光性能和电性能的常规检测，产品投入运行前应做好最大工作电流的通电试验运行检测，投入运行后定期做产品的光性能常规检测，以保证产品能正常运行。

5 结束语

光纤复合低压电缆是电力部门2010年来努力推广应用的一个新产品，各个生产厂家都在积极配合该产品的推广，但该产品离大批量生产应用阶段还有一个过程，仍有许多问题有待改进，需要制造厂家和使用单位共同努力。

［1］GB/T XXXX—201X 光纤复合低压绝缘电缆(标准草案)［S］.

［2］GB/T 12706.1—2008 额定电压1 kV(Um=1.2 kV)到35 kV(Um=40.5 kV)挤包绝缘电力电缆及附件［S］.

［3］GB/T 7424—2008 光缆总规范［S］.

［4］GB 50168—2006 电气装置安装工程 电缆线路施工及验收规范［S］.

［5］陆春校，徐 眉，魏学志，等.光纤复合低压电缆市场前景展望与工艺结构探讨［N］.电线电缆报，总第1045期.