相关标准的差异和讨论：OPGW的应力应变特性和光纤余长均匀性
作者：江苏通光电子线缆股份有限公司时间：2016-08-10 我要发布
| 摘要：根据IEEE1138、IEC60794和DL/T832标准对OPGW典型的应力应变特性作了评估，可看出这些标准之间的差异。提出：只有当OPGW中的光纤余长是均匀时，应力应变测试结果才有实际意义。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 关键词：标准 应力应变特性 光纤余长 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 0. 前言 在OPGW的设计、制造和应用中，在国内主要使用IEEE 1138-1994《电力输电线用光纤复合架空地线（OPGW）》、IEC 60794-4（第2版）《光缆--第4部分：分规范--电力输电线用架空光缆》和DL/T 832--2003《中华人民共和国电力行业标准 光纤复合架空地线》。 |
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| 1．光纤余长和应力应变特性 众所周知:光纤的允许抗拉伸形变量比OPGW中的金属线材小得多，因而要求光纤的长度相对缆长有适当的“余长” ，以克服OPGW在初伸长、最大气象负荷、蠕变等各种原因造成的缆体伸长时对光纤造成的过度应变。 OPGW大跨度（相对于普通）架空工作在野外，缆内光纤的性能应在四季温度变化乃至昼夜温度时保持稳定。该温度特性不但取决于光单元中光纤的最小余长（主要是高温特性），还取决于光单元中余长最大的光纤（主要是低温特性）。 因此，OPGW中的光纤必须要有余长。余长过小的危害毋庸置疑，过大的余长也是无益甚至是有害的。 除了在架设、紧线过程受到的安装张力外，OPGW在工作时受到的张力主要随气象条件而变，如覆冰、风速、温度和它们之间的组合。 OPGW的拉伸过程，也就是光纤余长释放的过程，直至余长用尽光纤开始受力引起附加衰减并可能断裂。 随施加张力时OPGW的缆体应变量、缆内光纤应变量、缆内光纤衰减变化量称为OPGW的应力应变特性。在某种程度上，应力应变特性综合反应了OPGW的设计、工艺水平并决定了安装和运行（工作）性能。 2. 典型的应力应变特性 |
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图1典型的两根OPGW光缆的应力应变特性 |
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| 3. 对两个试样的评价 3.1 根据IEEE P1338-1994 IEEE P1138（以下简称IEEE）对有关应力应变特性的规定有三项试验，分别是光纤应变和应变极限及应力--应变试验。规定试验用光缆试样长度至少为10m同时处于应变状态的光纤试样长度至少100m，允许光纤头尾串联。 （1）光纤应变试验 IEEE规定：试验过程中光纤断裂构成失效。两个试样在试验过程中均未发生断裂。 （2）应变极限试验 IEEE应变极限定义为光纤无应变时光缆的承力，判据是：单模光纤在1550nm波长、多模光纤在1310nm波长光纤达到应变极限时永久或短暂的光衰减大于0.1dB/km构成失效。 据此规定，1号缆的应变极限为42%RTS，2号缆的应变极限为70%RTS。 （3）应力--应变试验 IEEE规定：绞合线材的任何可见损伤或单模光纤在1550 nm波长、多模光纤在1310nm波长永久或短暂的光衰减分别大于0.2dB/km和大于0.5dB/km构成失效。 据此规定，两个试样均合格。 3.2 根据IEC 60794-4 第2版（2000）的IEC60794-4复盖了目前所有的电力架空光缆。对有关应力应变特性的试验有拉伸性能和金属光缆的应力应变试验两项。引用的试验条件与IEEE P1138类似，即试样长度不小于10m, 受试光纤长度不小于100m，允许光纤头尾串联。 （1）拉伸性能 第2版IEC60794-4规定了试验方法，参照第1版（1999）之规定为：OPGW在MAT负载下，光纤衰减发生永久性或暂时性的增加值大于指定值时，视为试验失败，但未规定指定值。MAT（最大允许张力）定义为：可以施加到光缆上而不有损张力性能要求（光学性能、光纤应变）的最大张力负荷。同样未规定最大张力负荷值。 据此规定，只要该值是“指定”或“商定的”，这两根光缆均合格。 （2）金属光缆的应力-应变试验 第2版IEC60794-4规定了试验方法，规定：应记录试验期间获得的以及用户与供应商意见一致的所有应力和应变值。但同时规定：若要求进行OPGW断裂强度试验时，OPGW应经受至少95%RTS而无任何单线断裂。参照第1版之规定为：光纤的应变限量小于MAT所指定的值时视为试验失败。 应变限量定义为：光缆可以承受的应变总和，未由于光缆伸长而对光纤产生应变。在光缆伸长时光纤无应变时光缆能承受的最大应变量。 据此规定，只要该值是“用户与供应商意见一致的” ，这两根光缆均合格。 3.3 根据 DL/T832-2003 DL/T832-2003（以下简称DL）对有关应力应变的试验有OPGW的抗拉性能和OPGW的应力-应变两项。规定的试验条件也是试样长度不小于10m，光纤长度不小于100m，允许光纤头尾串联。 （1）OPGW的抗拉性能 DL抗拉性能规定为：OPGW应经得起不小于95%RTS的拉力而无任何单线断裂。 DL对RTS（额定拉断力）定义为：按OPGW结构计算出来的拉断负荷。 DL对MAT（最大允许拉力）定义为：在预期的最恶劣运行条件下的最大水平拉力。 DL对EDS（年平均运行张力）定义为：无风无冰年平均气温下OPGW所受张力。 （2）OPGW的应力应变性能 DL规定为：OPGW应力--应变试验用以确定其在给定负荷情况下的机械性能。拉力负荷和光纤性能应符合表2规定。 DL应变限量的定义为：光纤在无纵向应变时OPGW能承受的最大应变量，即光纤开始应变时光缆的应变量 |
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| 根据DL/T832-2003的规定， 1号缆试样因以下原因被判为不合格： --40%RTS时，光纤应变0.18%，附加衰减 0.09dB； --60%RTS时，光纤应变0.34%，附加衰减0.14 dB。 根据DL/T832-2003的规定，2号缆试样判为合格，表现在： --40%RTS时，光纤应变为零，附加衰减为零； --60%RTS时，光纤应变0.05%，附加衰减0.05 dB。 |
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| 4. 光纤余长均匀（一致）性 根据对所有相关标准定义的理介：OPGW在拉伸时，缆内光纤的“余长” 释放至“零” 时的缆体伸长量称为“应变限量”。 根据DL/T832-2003的规定:应变限量应大于60%RTS.通常把对应的拉伸力称为“极限运行张力”（UOS），在工程上有时要求更高。显而易见，该应变特性应取决于光单元中某一根（或数根）余长最小的光纤。 所有的相关标准在检测应力--应变包括温度循环时允许缆内光纤串接主要是为了获得测试精度，但其结果实际上是缆内光纤的平均效应，只有当缆内所有光纤的余长在一定的范围内是均匀（或一致）时才有代表意义。 以1号光缆样品为例，它在承受小于施工张力的10%RTS时光纤即产生应变，该应变由缆内余长最小的光纤产生，当继续加大张力，小余长光纤的应变继续增大，但附加衰减得到了大余长光纤的补偿，平均化后的结果会满足IEEE1138的要求。1号缆光单元中光纤余长分布通常是表3和表4所示的结果，图2和图3分别是它们的直方排列图。 |
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图2 某A公司光单元光纤余长直方排列图 |
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图3 某B公司光单元光纤余长直方排列图 |
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| 要得到2号缆试样的应力应变性能合格或更好性能的OPGW，应控制光纤余长的离散性在一定的范围内。如表3所示的通光生产的光单元典型数据，结构设计余长2.1‰，实测最大差异值为0.6‰（+0.3/-0。3），图4是它的直方排列图。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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图4 通光某光单元光纤余长直方排列图 |
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| 5. 结论 在我国蓬勃发展的OPGW应用中, 大量采用了IEEE P1338和IEC 60794-4标准，2003年颁布了电力行业标准DL/T 832。就本文给出的典型试样而言, 在OPGW应力应变特性的评价上这些标准之间有一定的差异。 （1）IEEE P1338偏重于用光纤附加衰减来评判；IEC 60794-4偏重于用户与供应商意见一致的指定值；DL/T 832根据国情和工程应用制订了较严格、较明确的评判标准。 （2）1号缆样品在承受施工张力时光纤就产生应变，在EDS和MAT工况下，光纤将承受长期应变。按DL/T 832判为不合格是正确的。 （3）相关的标准为了提高测量精度，允许被测光纤的头尾相串接。在一定程度上是平均化的结果。只有光纤余长的离散在一定范围内才有代表意义。 （4）建议关注光纤余长的均匀（一致）性。 |
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| 参考文献 （1） IEEE 1138-1994 电力输电线用光纤复合架空地线（OPGW） （2） IEC 60794—4第2版（2000） 光缆--第4部分：分规范--电力输电线用架空光缆 （3） IEC 60794—4第1版（1999） 光缆--第4部分：分规范--电力输电线用架空光缆 （4） DL/T 832—2003 中华人民共和国电力行业标准 光纤复合架空地线 （5） 黄俊华，张森明，徐军， OPGW在500KV线路中应用的思考，国电通信中心电力特种光缆应用研讨会（2003）论文集，P169~172, ：北京 |
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| 作者简介 黄俊华 通光集团有限公司副总经理 |
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