專利名稱：光電混合傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種架空光纜，這些光纜沿著輸電系統(tǒng)的線路架設(shè)在鐵塔、線桿或其他用于支撐電力電纜的聳立的支撐物上。
在一般的傳輸系統(tǒng)中，光纜地下敷設(shè)或架設(shè)在鐵塔、線桿或其他支撐物(以下簡(jiǎn)稱為桿塔)上。當(dāng)電力線路加載運(yùn)行時(shí)，由于在光纜和電力線之間存在著分布電容，在該光纜上會(huì)感應(yīng)容性電流。當(dāng)沿光纜流動(dòng)的電流在桿塔的區(qū)域內(nèi)達(dá)到最大時(shí)，光纜上感生的電壓在桿塔之間的桿檔中部將達(dá)到最大值。在干燥的氣候條件下，由于光纜具有較高的縱向電阻，例如1012Ω/m感應(yīng)電流比較小，但是在潮濕的氣候條件下，該光纜的表面電阻很小，大約10MΩ/m，于是會(huì)流過(guò)很大的感應(yīng)電流。這個(gè)感應(yīng)電流在光纜表面產(chǎn)生的焦耳熱可以使一小段光纜表面變干，一般是指電流最大的那部分桿塔區(qū)附近。如果出現(xiàn)上述現(xiàn)象，光纜上的感應(yīng)電壓的大部分在這個(gè)小段干燥的光纜兩端下降，原因是這段光纜具有較高的電阻，于是導(dǎo)致所謂的“干飛弧”(dry-band arcing)現(xiàn)象、這可能會(huì)造成光纜的損壞。
通過(guò)為光纜提供一條縱向延伸的導(dǎo)電通路來(lái)消除上述干飛弧的缺陷。不過(guò)，增加這樣一個(gè)導(dǎo)電通路的光纜的缺點(diǎn)在于如果它被安裝在架空輸電線路的支撐桿塔之間，則必須考慮由于這個(gè)導(dǎo)電通路碰觸帶電的傳輸線之一所帶來(lái)的安全問(wèn)題；此外，為安裝這種光纜必須使架空輸電線有足夠的停電時(shí)間，而并不是一直可能和希望中斷電力傳輸。
有人建議，例如214480號(hào)歐洲專利申請(qǐng)文件中提供一種帶電阻元件和線性電阻值為107～1012Ω/米的光纜，然而這種系統(tǒng)的不足之處在于由于存在老化、污染、電纜張力變形等等現(xiàn)象，電阻元件的電特性會(huì)逐漸變化，其效率降低。
還有人建議，例如403285號(hào)歐洲專利申請(qǐng)文件中的光纜上靠近桿塔處安裝有一電阻性附件，以降低光纜的電弧和減小焦耳熱。不過(guò)，這種附件并未消除光纜的干飛弧現(xiàn)象。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種架空的光電混合傳輸系統(tǒng)，它包括多個(gè)架設(shè)在桿塔之上并在其間延伸的架空電力相導(dǎo)線，和至少一根架設(shè)在桿塔上并在其間延伸的光纜，該光纜或每個(gè)光纜帶有一個(gè)可移動(dòng)支撐的電阻附件，它從一桿塔的接地部分伸出，沿著光纜的走向延伸，這個(gè)電阻附件的長(zhǎng)度和導(dǎo)電性應(yīng)設(shè)計(jì)得使干飛弧發(fā)生在其端部上，而且?guī)чg的電位差應(yīng)不足以形成電弧，和/或使感生電流不足以維持任何可能發(fā)生的干帶間的飛弧。
本發(fā)明的這種系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)，它能基本上消除干飛弧現(xiàn)象。這一方面是由于電阻附件使可能發(fā)生在光纜上的干飛弧點(diǎn)轉(zhuǎn)移了，即從桿塔移到某個(gè)容性感生電流較小之處；另一方面是由于在電阻附件端部的電壓升高(由于與相導(dǎo)線的容性耦合和由于其上流過(guò)感生電流)能充分阻止任何干飛弧的發(fā)生，這個(gè)電阻附件相當(dāng)于在電弧和大地之間的一個(gè)電阻器，從而對(duì)電弧電流起到限流作用，使其不能維持電弧。此外如果需要時(shí)可拆下這個(gè)電阻附件，例如其電特性由于老化和/或污染而變劣時(shí)，很容易被更換。這種電阻附件最好安裝在光纜上，其一端可安在該光纜上，并且從桿塔沿著光纜滑動(dòng)安裝。這種附件和安裝方法為其拆除和更換操作提供了方便，即使輸電線路帶電，也能從桿塔上安全地完成更換操作。因此，當(dāng)電阻附件放到桿塔上時(shí)，可以靈活地卷上去，但其端部是剛性固定在塔上的，其中間部分可滑動(dòng)地附裝在光纜上，能很容易地沿光纜的全長(zhǎng)推動(dòng)。這種附件為棒狀，直徑可為2～10毫米，優(yōu)選為4～6毫米，特別是5毫米(例如玻璃增強(qiáng)塑料)，棒體的撓曲系數(shù)為20～50GPa，優(yōu)選為30～45GPa，特別為40GPa。
這種電阻附件優(yōu)選具有足夠的長(zhǎng)度，如果在該附件端部的光纜上形成干節(jié)區(qū)，附件端部的電壓上升(由于該附件與相導(dǎo)體的容性耦合和流過(guò)該附件的電流的作用)，于是有效地阻止了在干帶區(qū)形成持續(xù)的電弧。因此通過(guò)適當(dāng)選擇電阻附件的導(dǎo)電性及其長(zhǎng)度，可以減小導(dǎo)致干飛弧的電壓值，使其不能維持穩(wěn)定的電弧，并且可降低電弧電流，使其難以維持。實(shí)際上，該附件長(zhǎng)度至少應(yīng)取20米，優(yōu)選是至少40米，但不能超過(guò)100米，尤其是不要長(zhǎng)于60米。
電阻附件的長(zhǎng)度應(yīng)掌握在這樣的程度，它沿著光纜延伸到光纜擋距間隔的一定比例，例如為擋距間隔的10％～30％，但不能超過(guò)光纜桿擋的中部部分。
由于光纜比相導(dǎo)線具有更低的模數(shù)和重量，因此在大風(fēng)條件下，它們比相導(dǎo)體會(huì)出現(xiàn)更大的橫向偏移，有可能會(huì)移入高電場(chǎng)的區(qū)域。如果光纜上配有沿其全長(zhǎng)敷設(shè)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體，則會(huì)與兩桿塔之間的相導(dǎo)體的全長(zhǎng)度上的電位出現(xiàn)明顯的電位差，其結(jié)果是在刮大風(fēng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)電暈放電。甚至光纜會(huì)晃動(dòng)過(guò)于靠近相導(dǎo)體，造成相導(dǎo)體與光纜之間發(fā)生閃絡(luò)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致電源跳閘斷電。
根據(jù)本發(fā)明，由于光纜的桿擋中部區(qū)域在系統(tǒng)中是絕緣的，感應(yīng)電壓可以升高接近相導(dǎo)體電位，于是減少了光纜中檔區(qū)域處的電暈放電。而且，光纜與任一相導(dǎo)體在桿擋中間區(qū)的碰撞將不會(huì)產(chǎn)生破壞性電流。
電阻附件應(yīng)具有線性導(dǎo)電性，在干燥條件下，應(yīng)明顯大于光纜的縱向?qū)щ娦?，最好其?dǎo)電率至少大于光纜的100倍，于是容性感應(yīng)電流將通過(guò)這個(gè)電阻附件而不是通過(guò)光纜外殼入地。一般來(lái)說(shuō)，電阻附件的線性電阻不會(huì)大于2MΩ/m優(yōu)選不大于500KΩ/m，最小不低于200KΩ/m，特別不低于300KΩ/m。
用于制作電阻附件的材料是一般制造半導(dǎo)體器件的材料，例如加碳的塑性材料或加碳的無(wú)紡帶料。制作電阻附件的有利材料是與導(dǎo)電的碳化纖維合成的塑料。這種纖維由聚合物制成，其中部分經(jīng)過(guò)高溫分解作用。例如聚丙烯腈或丙烯腈共聚物，其中丙烯腈成分至少為85克分子％，共聚物最多至15克分子％(PAN)。這種纖維中的碳含量為65％～92％，最好少于85％，氮含量為5～20％，優(yōu)選在16～20％之間。市場(chǎng)上流通的由英國(guó)的Heaton Norris，stockport，cheshire的R.K技術(shù)工程有限公司出品的碳化纖維束很適用于本發(fā)明中的電阻附件。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，所提供的電阻附件可移動(dòng)地安裝在光纜上，并在桿塔之間自由地延伸，光纜與電力線組合構(gòu)成混合光電傳輸系統(tǒng)，這種電阻附件包括多個(gè)位于光纜上用于支撐的部件，使電阻附件可沿光纜滑動(dòng)，該電阻附件的長(zhǎng)度和其導(dǎo)電率應(yīng)設(shè)計(jì)滿足如下條件，即如果干帶現(xiàn)象出現(xiàn)在處于電阻附件端部的光纜上，這段干帶上的電位差應(yīng)不足以形成電弧，和/或在這段干帶上出現(xiàn)電弧時(shí)，感生電流不足以維持電弧。
下面將參照附圖以舉例形式說(shuō)明本發(fā)明的一種傳輸系統(tǒng)。


圖1是表示常規(guī)的存在分布電容的全絕緣光纜和電力輸電線路的示意圖；圖2是在干燥條件下光纜上感應(yīng)電壓和電流的圖示法曲線；圖3是在潮濕條件下光纜上無(wú)干帶時(shí)的感應(yīng)電壓和電流的圖示法曲線；
圖4是已形成一干帶時(shí)常規(guī)的光纜的示意圖；圖5是本發(fā)明的配裝有適當(dāng)?shù)碾娮韪郊墓饫|的局部示意圖；圖6表示本發(fā)明的輸電系統(tǒng)的感應(yīng)電壓和電流曲線。
參見相關(guān)的附圖，圖1表示常規(guī)的“全絕緣自支撐(ADSS)”式光纜1，它架設(shè)在一對(duì)桿塔之間，在這對(duì)桿塔上還架設(shè)有電力電纜2。這種ADSS光纜1通過(guò)金屬接頭或配件4架設(shè)于桿塔上，并經(jīng)過(guò)桿塔接地。在這種系統(tǒng)中，光纜1和只示出了一導(dǎo)體2的相導(dǎo)線之間存在分布電容，圖中以集總電容C1表示，而且光纜1和地之間存在分布電容，圖中以集總電容C2表示。此外，光纜具有較大的電阻，但其縱向電阻值是有限的，圖中用R表示。
在干燥條件下，光纜上出現(xiàn)的感應(yīng)電壓(Vd)和電流(Id)的曲線示于圖2中。感應(yīng)電壓在桿擋中部區(qū)域達(dá)到最大值，一般在400KV的輸電線路上感應(yīng)電壓最高可達(dá)30KV，而在桿塔處的地電位處，感應(yīng)電流顯然達(dá)到最大值，例如可達(dá)100微安。但在潮濕條件下，光纜的縱向電阻明顯減小，于是如圖3所示，光纜上出現(xiàn)的最大感應(yīng)電壓(Vw)變低，而感應(yīng)電流(Iw)明顯變大，一般可達(dá)0.1～10毫安。
在這些條件下，如圖4所示，在桿塔上接頭4附近的光纜1上可能會(huì)形成一般為50毫米長(zhǎng)的干帶段6，這是由于光纜表面上的水因焦耳熱而蒸發(fā)所形成。于是幾乎全部感應(yīng)電壓在這段光纜兩段突然下降，導(dǎo)致電弧在此段上出現(xiàn)，極有可能損壞電纜套。要激發(fā)電弧必須具備足夠大的電位差，其前提是要有足夠大的電流維持這個(gè)電弧(0.5毫安數(shù)量級(jí))。
圖5表示本發(fā)明的光電混合傳輸系統(tǒng)中桿塔10的局部的示意圖，其中包含一條全絕緣光纜1，它架設(shè)在桿塔上的光纜接頭4上。沿著光纜每400毫米設(shè)置一個(gè)線夾14，多個(gè)線夾將一根半剛性的棒狀電阻附件12固定到光纜上。這根棒一直貼到桿塔10上，沿垂直方向延伸，到達(dá)桿塔某處后彎曲到平行于光纜1的方向，這個(gè)附件是靠線夾14固定到光纜上的。電阻件棒體應(yīng)具有足夠的柔韌性，以便能在桿塔上彎曲，而且它還應(yīng)具有一定的剛度，以使其能沿圖中箭頭所示方向沿光纜全長(zhǎng)從桿塔拉伸，當(dāng)每個(gè)線夾14在光纜上大致就位后，電阻附件應(yīng)完全沿光纜相應(yīng)架設(shè)。這些線夾可以是導(dǎo)電體或半導(dǎo)體，也可是絕緣體，因?yàn)殡娮韪郊?2與光纜1電容耦合的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)與相導(dǎo)體電容耦合的程度。電阻附件12全部展開敷設(shè)完后，它實(shí)際上與光纜接頭4是相連接的，以使其鄰近端部接地。如果要拆除上述電阻附件，步驟只需與上述相反即可。
當(dāng)電阻附件敷設(shè)到桿擋中，其內(nèi)流過(guò)的電流將流入地下，為此要求在該附件和地之間存在接地通路，它位于桿塔上附件的某點(diǎn)處，但應(yīng)位于安裝人員在桿塔上操作時(shí)接觸不到的位置。
圖6表示本發(fā)明的系統(tǒng)的桿塔10，光纜1的一部分從桿塔10向桿擋的中點(diǎn)延伸。為使說(shuō)明清楚簡(jiǎn)要，省略了該系統(tǒng)中的其它部件，例如相導(dǎo)線等。另外，圖中還以相同的水平標(biāo)尺圖示了本發(fā)明的和已有系統(tǒng)的容性感應(yīng)電壓和電流。
在潮濕條件下，感應(yīng)電壓Vw朝著桿塔的方向下降，而感應(yīng)電流朝著桿塔的方向上升，作用方式與圖3相同，于是在已有系統(tǒng)中鄰近桿塔處的光纜上產(chǎn)生焦耳熱和形成干帶現(xiàn)象(圖中點(diǎn)A)。一旦干帶已形成，全部感應(yīng)電壓Vb都下降到這段干帶兩端上，于是感應(yīng)電壓具有形式Vwband′，它促使電弧生成。一旦已形成電弧，電壓分布回到曲線Vw，而且在A點(diǎn)的較大的感應(yīng)電流值(曲線Iw)使該電弧得以維持。
在潮濕條件下，本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的感應(yīng)電壓和電流具有相同的形式(Vw和Iw)。如果在鄰近桿塔的光纜上形成干帶現(xiàn)象，電阻附件的存在限制了干帶兩端的壓降，使其低于形成電弧所需的值(1mA，500KΩ/米，壓降僅為50毫米兩端25伏)。但是，在超出電阻附件端(點(diǎn)B)的地方可能還會(huì)出現(xiàn)干帶現(xiàn)象， 因此感應(yīng)電壓分布變?yōu)榍€Vwband′。在這種情況下，這個(gè)在電阻附件的端部之外的干帶區(qū)兩端的壓降Vb′明顯地小于Vb，原因在于，由于電阻附件和相導(dǎo)體之間存在著電容耦合和感應(yīng)電流流過(guò)該電阻附件，使電阻件端部的電壓VSE明顯增大(例如10KV)。不僅超出電阻附件端的干帶上的壓降變小，而且點(diǎn)B處的感應(yīng)電流Iw明顯小于點(diǎn)A處的值，于是該電流難以維持電弧。如果合理選擇電阻件單位長(zhǎng)度的電阻值，能夠避免產(chǎn)生焦耳熱。例如500KΩ/m和1mA所提供的0.5瓦/米的功率不能使電阻件發(fā)熱或使光纜的溫度變干。于是形成了干帶現(xiàn)象的正反饋，當(dāng)干燥過(guò)程中阻抗增大，避免了干帶的形成。這是本發(fā)明的一個(gè)附帶的優(yōu)點(diǎn)。
電阻附件是與光纜分開架設(shè)的，并且不在光纜護(hù)套下面，這樣以利其散熱。如此分開布置可減小焦耳熱的影響，并且允許流過(guò)大電流，而不會(huì)產(chǎn)生有害的熱效應(yīng)。
舉例說(shuō)明，在一條400KV電力輸配電系統(tǒng)中，使用L6桿塔，其上分ABCABC各相對(duì)稱地架設(shè)雙回路，電纜推薦架設(shè)ADSS電纜，在底部四個(gè)相導(dǎo)體之間的中間，ADSS電纜在桿擋中點(diǎn)的電壓可達(dá)35KV，這個(gè)電壓可用于形成干飛弧?？紤]環(huán)境污染因素的存在，電纜的表面電阻取500KΩ/米，其中流過(guò)2.5mA的感應(yīng)電流，足以形成穩(wěn)定的干飛弧和使電纜劣化。然而，本傳輸系統(tǒng)還包含一條50米長(zhǎng)的電阻附線，具有300KΩ/m的線性電阻，在電阻附件端部處用于形成干飛弧的電壓(Vb′)已降至19KV，電流為0.8mA。如果電阻附件的線性電阻值取為400KΩ/m，壓降Vb′則變?yōu)?6KV，感應(yīng)電流為0.6mA。如果電阻附件的線性電阻值取為500KΩ/m，則電壓降變?yōu)?3KV，感應(yīng)電流為0.5mA。
權(quán)利要求
1.光電混合架空傳輸系統(tǒng)，包括多根由桿塔(10)支撐和在桿塔間敷設(shè)的架空電力相導(dǎo)體(2)，和至少一根由桿塔支撐和在桿塔間敷設(shè)的光纜(1)，該或每根光纜上配裝有可移動(dòng)地安裝的電阻附件(12)，它連接到桿塔的接地部分上，并從桿塔(10)伸出，沿光纜的線路敷設(shè)，這個(gè)電阻附件的長(zhǎng)度和導(dǎo)電性應(yīng)滿足如下要求如果干帶現(xiàn)象出現(xiàn)在處于電阻附件末端部處的光纜上，干帶段上的電位差(Vb′)應(yīng)不足以形成電弧，和/或在干帶上若出現(xiàn)電弧時(shí)，感應(yīng)電流不足以維持任何電弧的穩(wěn)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，電阻附件(12)具有足夠的長(zhǎng)度，當(dāng)在電阻附件的末端部以外的光纜上形成一干帶段(6)時(shí)，在電阻附件的末端處的電壓(VSE)明顯上升，足以防止電弧的產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其中，電阻附件(12)的長(zhǎng)度至少為20米。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中，電阻附件(12)的長(zhǎng)度至少為30米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一個(gè)的系統(tǒng)，其中，電阻附件(12)的長(zhǎng)度不大于60米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的系統(tǒng)，其中，電阻附件(12)可以這樣安裝將其一端裝到光纜上，然后從桿塔上沿著光纜線路滑動(dòng)推動(dòng)電阻線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中，電阻附件包括多個(gè)將電阻線配裝到光纜上的裝置(14)，這些裝置能使電阻線沿光纜滑動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的系統(tǒng)，其中，電阻附件(12)為線性電阻，在潮濕條件下，其電阻值小于光纜的線性電阻值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的系統(tǒng)，其中，電阻附件(12)的線性電阻值為200KΩ/m～10MΩ/m。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中，電阻附件的線性電阻值為300～500KΩ/m。
11.一種電阻附件(12)，它可移動(dòng)地安裝在光電混合傳輸系統(tǒng)的光纜(1)上，由桿塔(10)支撐，并在桿塔間自由伸展架設(shè)，這個(gè)電阻附件包括多個(gè)將其配裝到光纜上的裝置(14)，這些裝置使電阻附件可沿光纜滑動(dòng)，電阻附件應(yīng)具有如下長(zhǎng)度和導(dǎo)電性，即如果在電阻附件末端處的光纜上出現(xiàn)干帶(6)時(shí)，干帶段上的電位差(Vb′)不足以形成電弧，和/或在干帶上若出現(xiàn)電弧時(shí)，感應(yīng)電流不足以維持任何電弧的穩(wěn)定。
全文摘要
一種光電混合傳輸系統(tǒng)，包括由桿塔支撐和在桿塔之間架設(shè)的架空電力相導(dǎo)體，和至少一根由桿塔支撐和在桿塔之間架設(shè)的光纜，該或每根光纜附裝有一可移動(dòng)地安裝的電阻附件，它連接到桿塔的接地部分，從桿塔沿光纜線路延伸，該電阻件的長(zhǎng)度和導(dǎo)電性應(yīng)滿足下列要求如果在電阻件末端處的潮濕的光纜上出現(xiàn)干帶現(xiàn)象，在這段干帶上的電壓差(Vb′)應(yīng)不足以產(chǎn)生電弧，和/或感應(yīng)電流應(yīng)不足以維持干帶上可能出現(xiàn)的電弧的穩(wěn)定。
文檔編號(hào)G02B6/44GK1167531SQ9419521
公開日1997年12月10日 申請(qǐng)日期1994年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月28日
發(fā)明者S·M·羅蘭, I·V·尼科爾斯 申請(qǐng)人:比克有限公司