Was ist ein OPGW-Kabel und welche Hauptmerkmale hat es?
Optische Erdungsdrähte, allgemein bekannt als OPGW-Kabel , sind multifunktionale Kabel, die im modernen Stromnetzbau eingesetzt werden. Sie dienen als herkömmliche Erdungsdrähte und bieten gleichzeitig eine Glasfaser-Kommunikationsverbindung. Um die Funktionsweise von OPGW-Glasfasersystemen zu verstehen , muss man ihre einzigartige Fähigkeit erkennen, den Schutz des Stromnetzes mit der Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung zu kombinieren.
Zu den wichtigsten Merkmalen eines hochwertigen OPGW-Kabels gehören:
- Überlegene mechanische Festigkeit: Die Panzerschicht bietet eine ausgezeichnete Zugfestigkeit und mindert Verschleiß, Zugspannungen und seitlichen Druck, um die inneren optischen Fasern vor äußeren Kräften zu schützen.
- Hervorragende elektrische Leistung: Es zeichnet sich durch eine bemerkenswerte Blitzentladungsbeständigkeit und Kurzschlussstrom-Überlastfähigkeit aus und gewährleistet so einen stabilen Betrieb bei Netzfehlern.
- Direkte Ersatzfähigkeit: Es kann herkömmliche Erdseile an bestehenden Hochspannungsleitungen direkt ersetzen, ohne dass die ursprünglichen Turmstrukturen verändert werden müssen.
- Kosteneffizienz: Durch die Kombination von Kommunikationsinfrastruktur und Stromleitungen lassen sich die Bau- und Ingenieurkosten von Übertragungsnetzen deutlich senken.
- Leichtes Design: Optimierte Kabeldurchmesser und ein geringes Stückgewicht vermeiden die Belastung der Strommasten mit hohen externen Lasten.
- Breiter Betriebstemperaturbereich: Entwickelt für einen zuverlässigen Betrieb unter extremen Wetterbedingungen im Bereich von -40 °C bis +70 °C.
Wichtige technische Überlegungen zur OPGW-Auswahl
Auswahl von Außenmantelmaterialien für Glasfasern
Die Wahl des geeigneten Außenmantels ist entscheidend für die Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen und die thermische Stabilität. Die folgende Tabelle verdeutlicht die Vor- und Nachteile der drei Hauptoptionen:
| Material | Kosten | Voraussetzungen: | Kurzfristige Temperaturanstiegsfähigkeit (Kurzschluss) |
|---|---|---|---|
| Kunststoffrohr (organisch-synthetisch) | Niedrig | Um den Anforderungen an den UV-Schutz gerecht zu werden, sind mindestens zwei Schutzschichten erforderlich. | \(<180^{\circ }\text{C}\) |
| Aluminiumrohr | Senken | Niedrige Impedanz; erhöht die Kurzschlussstromfestigkeit der Panzerschicht. | \(<300^{\circ }\text{C}\) |
| Rostfreies Stahlrohr | Hoch | Die dünnen Wände ermöglichen es, mehr Faserkerne sicher im Inneren zu verpacken, wodurch die Kosten pro Faserkern bei Systemen mit hoher Packungsdichte gesenkt werden. | \(450^{\circ }\text{C}\) |
Mechanische und elektrische Äquivalenz bei der Linienmodernisierung
Beim Austausch eines alten Erdungskabels durch ein OPGW-Kabel müssen Ingenieure das Prinzip der elektrischen und mechanischen Äquivalenz beachten. Die Parameter des neuen Kabels – einschließlich Außendurchmesser, spezifisches Gewicht, Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul, Längenausdehnungskoeffizient und Kurzschlussstromfestigkeit – müssen genau mit denen der ursprünglichen Freileitung übereinstimmen. Dies gewährleistet einen sicheren Abstand zwischen dem OPGW-Kabel und den Phasenleitern und minimiert den Aufwand für Nachrüstungen an bestehenden Mastköpfen.
Kern-OPGW-Kabelspezifikationen und Bündeladerstrukturen
Bei der Prüfung eines Datenblatts für OPGW-Kabel ist die innere Geometrie des Kerns ebenso wichtig wie die äußere Armierung. Ingenieure müssen Bündeladerstrukturen anstelle von eng gepufferten Varianten spezifizieren.
Die Installation und der Aufbau von OPGW-Glasfaserkabeln ähneln denen von ADSS-Glasfaserkabeln, und die verwendeten Armaturen sind nahezu identisch; lediglich die Aufhängepunkte unterscheiden sich. OPGW-Glasfaserkabel werden entlang der Erdungsseile verlegt. Die Zwischenverbindungsstelle der Glasfaserleitung wird über eine Verteilerplatte am Spannmast angebracht.
Bei den oben genannten Anwendungen zur Auswahl mehrerer Glasfaserkabel ist es auch wichtig, auf eine Gemeinsamkeit zu achten: Wählen Sie Glasfaserkabel mit loser Hülsenstruktur anstelle von Glasfaserkabeln mit enger Hülsenstruktur. Da Glasfasern innerhalb des losen Schlauchs eine gewisse Überlänge aufweisen können, liegt der Kontrollbereich zwischen 0.0 % und 1.0 %, und der klassische Wert liegt bei 0.5 % bis 0.7 %. Wenn das Glasfaserkabel während des Baus oder unter Einwirkung von Schwerkraft und Wind gedehnt wird, hat die Glasfaser eine Dehnungskapazität und trägt keine Spannung, solange die Dehnungslänge des Glasfaserkabels innerhalb des verbleibenden Längenbereichs liegt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Übertragungsqualität der Glasfaser nicht durch äußere Kräfte beeinträchtigt wird.
OPGW-Bauverfahren
Obwohl es zwischen OPGW und Erdungskabeln keine wesentlichen Unterschiede in den Konstruktionsmethoden und -anforderungen gibt, werden bei OPGW auch Glasfasern in voller Länge transportiert, sodass besondere Anforderungen an das Falten, Biegen und Verlegen bestehen. Die derzeit außerhalb Chinas am häufigsten verwendete Konstruktionsmethode ist die Spannungsabwickelmethode.
Neue Leitung: Bereiten Sie während der Installation von Leitungen und Erdungskabeln Vorrichtungen wie Spann- und Zugvorrichtungen, Kreuzungsrahmen, Zugseile, Führungsrollen usw. vor, um eine maximale Ressourceneffizienz zu erreichen. Bei der herkömmlichen Installationsmethode werden Spann- und Zugmaschinen verwendet, um Haupt- und Hilfszugkräfte aufzubringen. Unter der Überwachung und Anleitung des Steuerungssystems wird die OPGW reibungslos ausgelegt und mit einer relativ stabilen Geschwindigkeit von 10–20 m/s auf jedem Mast installiert. Die Installateure spannen die Spannabschnitte sorgfältig und beobachten die Skala im Beobachtungsgerät. Nach Überprüfung der Durchhangspannungsdaten werden die Spannklemme und anschließend die Aufhängeklemme installiert. Nach der Durchgangsprüfung sind die Installationsarbeiten der OPGW abgeschlossen. Es ist zu beachten, dass beim Spannen des Kabels, insbesondere bei großen Höhenunterschieden, das Kabel mit einem Seil gespannt werden muss, um es beim Anheben vor einer Kollision mit der Rolle zu schützen.
OPGW-Kabelspleißen
Das Spleißen von Glasfaserkabeln ist ein Schlüsselprozess beim Aufbau von OPGW-Glasfaserkabeln, und seine Qualität beeinflusst direkt die Übertragungsqualität der Leitung. Bei den bisher aufgetretenen OPGW-Fehlern ist die Ausfallrate der Verbindungen sehr hoch. Das Auftreten von Fehlern hängt nicht nur von der Methode und Qualität des Glasfaserkabel-Verbindungsmantels ab, sondern auch von der internen Verstärkungsmethode und Materialqualität der Glasfaserverbindung sowie vom Spleißvorgang und dem Verantwortungsbewusstsein des Spleißers. Die grundlegende Methode des Spleißens von OPGW-Glasfaserkabeln ist dieselbe wie beim Spleißen allgemeiner Glasfaserkabel, es gibt jedoch auch Unterschiede, und die Anforderungen sind zunehmend strenger. Qualitätsanforderungen an Spleißmaterialien: OPGW-Glasfaserkabel werden am selben Mast wie Hochspannungsleitungen verlegt und bestehen selbst aus korrosionsbeständigen Materialien. Daher müssen auch ihre Spleißmäntel sorgfältig geprüft werden. productDie Anschlussdose sollte nicht nur über gute Wasser- und Feuchtigkeitsbeständigkeit sowie bestimmte mechanische Eigenschaften verfügen, sondern auch eine gewisse Beständigkeit gegen elektrische Korrosion aufweisen. Ihre Lebensdauer sollte die Lebensdauer des OPGW übersteigen.
Installationsanforderungen : Um Beschädigungen zu vermeiden, muss die Glasfaser-Spleißbox in einer Höhe von mindestens 6 Metern über dem Boden installiert werden. Aufgrund der besonderen Eigenschaften von OPGW-Glasfaserkabeln ist es erforderlich, zusätzliche Kabel vorzuhalten. Diese Reservekabel und Spleißboxen sollten an leicht zugänglichen Stellen, wie z. B. dem horizontalen Gitter des Mastes, verlegt werden. Die Spleißbox muss eine bohrfreie Montage und Befestigung am Mast ermöglichen. Die Befestigung muss optisch ansprechend und zuverlässig sein.
Anforderungen an die Verbindungsdämpfung : Die Verbindungsdämpfung von Glasfaserverbindern muss unterhalb des internen Kontrollwertes liegen. Um sicherzustellen, dass die Verbindungsdämpfung jedes Glasfaserkanals den Designvorgaben entspricht, sollten während des Verbindungsvorgangs möglichst viele Tests durchgeführt werden. Zur effektiven Qualitätskontrolle von Glasfaser-Spleißverbindungen weist der Spleißer darauf hin, dass die Spleißdämpfung lediglich als Referenzwert dient. Die Messung sollte mittels optischer Zeitbereichsreflektometrie (OTDR) aus zwei Richtungen erfolgen, und die Verbindungsdämpfung sollte als Mittelwert ermittelt werden.
Auswahlkriterien für OPGW-Kabel
- Es ist notwendig, die Anforderungen der meteorologischen Bedingungen, die eigenen Zugfestigkeitsanforderungen und die zulässigen Auslegungslastanforderungen des Eisenturms zu erfüllen.
- Zu den wichtigsten technischen Daten, die bei der Konstruktion von OPGW-Kabeln berücksichtigt werden müssen, gehören Fasertyp, Anzahl der Faserkerne, Kabeldurchmesser, Kabelquerschnittsfläche, Kabelmasse pro Einheit, Zugfestigkeit, Kurzschlussstrom, Gleichstromwiderstand, Elastizitätsmodul, Wärmeausdehnungskoeffizient, durchschnittliche jährliche Betriebsspannung, minimaler Biegedurchmesser, maximale Spulenlänge usw.
- Bei einer Umgebungstemperatur von +15 ℃, ohne Eis, ohne Wind und mit gleichmäßigem Durchhang zu einem anderen Erdungsdraht kann ein OPGW-Glasfaserkabel ausgewählt werden.
- OPGW ermöglicht die Bestimmung des Kurzschlussstroms. Zunächst wird die äquivalente Zeitdauer des Kurzschlussstroms ermittelt. Typischerweise kann bei einer 220-kV-Leitung mit hohem Kurzschlussstrom die äquivalente Zeitdauer des Fehlerstroms mit 0.3 Sekunden angenommen werden. Basierend auf dem vom System bereitgestellten Kurzschlussstrom wird der gesamte Kurzschlussstrom der in die Erde mündenden Leitung berechnet, auf OPGW und einen weiteren Erdungsleiter verteilt und die thermische Stabilität des Kurzschlusses zwischen OPGW und dem weiteren Erdungsleiter am Ausgang des Umspannwerks überprüft. Tritt ein einzelner Kurzschluss in der Leitung auf, fließt kurzzeitig ein hoher Strom im Freileitungs-Erdungsleiter, der Wärme erzeugt und die Temperatur des Glasfaserkabels und der Shuntleitung erhöht. Aufgrund der kurzen Stromdauer kann die Wärme nicht an die Umgebung abgegeben werden, was zu einem Anstieg der Leitertemperatur führt. Überschreitet die Leitertemperatur den zulässigen Wert, ist der sichere Betrieb ernsthaft gefährdet. Daher ist die Einhaltung der Anforderungen an die thermische Stabilität eine entscheidende Voraussetzung für die Auslegung von OPGW und Splitterleitungen.
Bei OPGW gibt der Hersteller in der Regel den zulässigen Kurzschlussstrom und die zulässige Temperatur an, wir überprüfen diese nur. OPGW kann den geeigneten Abschnitt basierend auf der Kurzschlussstromsituation an jedem Punkt der Leitung auswählen.
- OPGW sollte über einen hohen Blitzschutz verfügen. Bei einem Blitzeinschlag in das OPGW sollte die Kommunikationsqualität nicht beeinträchtigt und Metallteile sollten nicht beschädigt werden.
Wichtige Probleme im Zusammenhang mit OPGW-Kabeln
Partition und reservierte Länge
Da Glasfasersignale nach dem Durchgang durch jede Verbindung eine gewisse Dämpfung erfahren, wird OPGW in der praktischen Konstruktion normalerweise mit einer festen Länge hergestellt und kann nicht in der Mitte gespleißt werden. Für die Verbindung muss eine spezielle Spleißbox verwendet werden. Daher sollte die Segmentierung von OPGW umfassend anhand von Faktoren wie den Streckenbedingungen der Hauptleitung, der Baustelle, dem Turmtyp sowie den Herstellungs- und Transportbedingungen berücksichtigt werden.
Bei der Planung müssen Anzahl, Modell und Länge der Glasfaserkabelrollen im OPGW-Bauplan angegeben werden. Bei der Länge jedes Glasfaserkabels müssen die Auswirkungen des Kabeldurchhangs sowie die reservierte Länge für Spleißboxen und Eintrittspunkte berücksichtigt werden. Normalerweise werden bei einer Spleißbox-Polposition zusätzliche 60 m berücksichtigt, während beim Eintritt in die Umspannstation eine reservierte Länge von 150 m berücksichtigt wird.
Während des Wartungsprozesses von OPGW ist es erforderlich, das optische Kabel beim erneuten Anschließen und Verschieben vor Ort zu verlängern. Daher sollten in der OPGW-Entwurfslänge an Verbindungsstellen, komplexen Abschnitten und kritischen Kreuzungen entsprechende Reservelängen vorgesehen werden.
Mechanische Berechnung
Gemäß den tatsächlichen technischen Wetterbedingungen müssen optische OPGW-Kabel die elektrischen und mechanischen Nutzungsanforderungen erfüllen: ① Der Konstruktionssicherheitsfaktor des OPGW ist größer als der Leitersicherheitsfaktor; ② Der Abstand zwischen dem Mittelleiter und dem OPGW in der Spannweite erfüllt die Anforderung von S ≥ 0.012L+1 in den Vorschriften bei einer Temperatur von 15 ℃ und windstillen Bedingungen; ③ Es ist angebracht, unter den oben genannten Bedingungen zu erwägen, mit einem anderen Erdungskabel den gleichen Durchhang wie möglich beizubehalten. Berechnen Sie auf Grundlage der oben genannten Anforderungen die Kennlinie und die Installationskurve des optischen OPGW-Kabels [2,3].
Anfängliche Vorteile und Gründe
Nachdem das optische OPGW-Kabel unter Spannung gesetzt wurde, erfährt es eine plastische Dehnung, was zu einer größeren Durchbiegung im Kabel führt und den Sicherheitsabstand zwischen dem optischen OPGW-Kabel und dem Leiter verringert. Daher muss während des Bauprozesses eine Kompensation berücksichtigt werden.
Die Auswirkung der plastischen Dehnung eines OPGW-Glasfaserkabels auf den Durchhang kann dem Artikel 7.0.6 des technischen Codes für die Konstruktion von 110–500-kV-Freileitungen entnommen werden. Eine Kühlungskompensationsbehandlung kann entsprechend den Anforderungen des Herstellers durchgeführt werden.
Anti-Vibration
Windvibrationen sind ein häufiges Phänomen von Wirbelstromrückfluss in Freileitungen, Erdungskabeln und Freileitungskabeln. Das mechanische Prinzip sanfter Windvibrationen besteht darin, dass beim Durchqueren zylindrischer Objekte (wie z. B. Glasfaserkabel) ein stabiler geschichteter Wind entsteht. Wenn der Wind auf ein zylindrisches Objekt bläst, erzeugen geschichtete und versetzte Wirbel dahinter einen bestimmten Druckunterschied, der dazu führt, dass sich das zylindrische Objekt in eine Richtung senkrecht zur Windrichtung bewegt. Wenn die Wirbelstromfrequenz mit der Eigenfrequenz des Glasfaserkabels übereinstimmt, erfährt das Kabel leichte Windvibrationen. Diese Art sanfter Windvibrationen stellt eine Ermüdungsgefahr für Glasfaserkabel dar.
Zu üblichen OPGW-Isolatoren gehören Antivibrationshämmer, Antivibrationspeitschen, Antivibrationskugeln für Dämpfungsleitungen und Antivibrationsringe. Vorhandenen Daten zufolge sind Schwingungsdämpfer und Schwingungspeitschen die wichtigsten Komponenten für Schwingungsisolatoren für Glasfaserkabel außerhalb Chinas. Der Antivibrationshammer ist ein frequenzeinstellbarer Stoßdämpfer, der bei Kabeln mit großem Durchmesser sehr effektiv gegen Vibrationen wirkt. Sein Prinzip besteht darin, Energie dynamisch zu absorbieren. Antivibrationspeitschen sind heutzutage übliche Stoßdämpfer, die hochfrequente Vibrationen von Kabeln mit kleinem Durchmesser sehr effektiv reduzieren. Die Antivibrationspeitsche leitet die Vibrationsenergie durch Kollision mit dem Kabel ab und reduziert so die windinduzierten Vibrationen der Übertragungsleitung. Mittlerweile werden bei OPGW-Glasfaserkabeln sowohl Antivibrationshämmer als auch Antivibrationspeitschen verwendet.
Hardware und Zubehör
Die wichtigsten Stützhardware für OPGW umfasst Aufhängeklemmen, Spannklemmen, spezielle Erdungsdrähte, Schwingungsdämpfer, Ableiterklemmen, Klemmen, Spleißboxen, thermoplastische Hülsen usw., die normalerweise von Herstellern oder Lieferanten von Glasfaserkabeln bereitgestellt werden. Um das zuverlässige Aufhängen von OPGW-Glasfaserkabeln am Turm zu gewährleisten, werden diese normalerweise entsprechend der tatsächlichen Situation der Turmaufhängelöcher mit entsprechenden Beschlägen entworfen und montiert.
Erdung
Die OPGW-Erdung ist ein kleiner, aber entscheidender Teil, und viele Designer übersehen dieses Problem häufig. OPGW wird auf jedem Turm durch ein spezielles Erdungskabel zuverlässig geerdet. Die Hardware-String ist über eine parallele Nutklemme mit einem speziellen Erdungskabel verbunden, und das andere Ende des Erdungskabels ist mit Bolzen an der dafür vorgesehenen Öffnung des Turmerdungsrahmens befestigt. Normalerweise ist ein Erdungskabel für hängende Metallbeschläge konfiguriert, und zwei Erdungskabel sind für zugfeste Durchgangs- und Trennverbindungen konfiguriert.
FAQ
Wie wählt man ein anderes Erdungskabel passend zum OPGW-Kabel aus?
Den Querschnitt des OPGW einfach zu vergrößern, um den Kurzschlussstrombedarf zu decken, ist nicht nur unwirtschaftlich, sondern auch höchst inkompatibel und passt nicht zu einem anderen Erdungskabel. Die Lösung besteht darin, ein anderes Erdungskabel mit guter Leitfähigkeit und gutem Leiter zu verwenden, da dessen Widerstand und Eigenimpedanz gering sind, sodass mehr Strom auf dieses Erdungskabel verteilt werden kann, wodurch der durch das OPGW fließende Strom reduziert wird und es eine gute Rolle bei der Umleitung spielt. Auch wenn der Widerstand der Shuntleitung sehr weit reduziert werden kann, nimmt ihre Induktivität langsam ab, sodass die Wirkung der Shuntleitung etwas eingeschränkt ist. Wie bei OPGW können Shuntleitungen abschnittsweise basierend auf der Kurzschlussstromsituation an jedem Punkt der Leitung ausgewählt werden. Es ist zu beachten, dass beim Ändern des Modells der Shuntleitung dem OPGW aufgrund der Ausdünnung der Shuntleitung mehr Strom zugewiesen wird, was zu einem plötzlichen Anstieg des OPGW-Stroms führt. Daher muss die Auswahl der Shuntleitungen wiederholt berechnet werden.
