光纖復合低壓電纜前景展望與工藝結構探討

陸春校，徐 眉，魏學志

(1.浙江富春江通信集團，浙江 富陽311400;2.浙江工商大學國民經濟學系，浙江杭州310018;3.浙江杭州電纜有限公司，浙江富陽311400)

0 引言

光纖復合低壓電纜(Optical Fiber Composite Low-voltage Cable，簡稱OPLC))是一種將光單元復合在低壓電力電纜內，具有電力傳輸和光通信傳輸組合的電纜，也可稱為“電力-光纖”電纜，其適用于額定電壓0.6/1 kV及以下電壓等級。

2010年初，溫家寶總理在政府工作報告中提出建設“物聯網”、“智能電網”，加快推進“三網融合”等要求。國家電網提供的資料顯示，“電力-光纖”入戶可解決信息高速公路的末端接入問題，也可滿足智能電網用電環節信息化、自動化、互動化的需求。即在提供電能的同時，可實現電信網、廣播網、互聯網等三網融合的要求，為用戶提供更加便利和現代化的生活方式。“電力-光纖”到戶能夠實現網絡基礎設施的共建共享，大幅降低“三網融合”實施成本，提高網絡的綜合運營效率，在節能環保方面有著明顯的優勢。

1 光纖復合低壓電纜發展前景及市場預期

1.1 光纖復合低壓電纜將成為智能電網用戶接入端的首選方案

光纖入戶是發展智能電網的內在要求，目前電網用戶端光纖化率幾乎為零。光纖復合低壓電纜(OPLC)是將光纖和電纜復合制造，在敷設電纜的同時完成了光纖入戶，產品毛利率高于普通光纜。基于使用OPLC方案與傳統的低壓電力電纜+光纜組合方案相比，只增加不到10%的材料成本，即可使綜合成本降低40%左右。同時，光纖復合低壓電纜的“電力-光纖”到戶在技術上實現了只需一次施工、一個通道、一次性解決線纜入戶的問題，可取代以往電線、網線、電話線、有線電視線等多條線路的多次施工，大大節約線纜資源和管道資源。

1.2 國家電網正在快速推進“電力-光纖”入戶

國家電網已與中國電信簽署戰略合作，選定10個網省公司啟動首批試點小區，規劃2010年內覆蓋4.7萬戶。電網以“只服務不競爭”的低姿態有利于獲得三網相關方的支持。預計在電網“十二五”規劃方案最終確定后，“電力-光纖”入戶將迎來爆發性增長。智能電網和傳統三網也將開始在用戶端走向融合，中國即將進入多網融合(四網合一)的時代。

1.3 國家電網的積極推進將催生OPLC新市場，提升OPLC需求

保守預測僅新建住宅對OPLC的年均潛在需求就超過350億元(64萬km/年)，預計2015年市場規模可達到70億元，復合增速65%。預期未來10至15年，OPLC的研發將有助于確保國家發展四網合一，光纖到戶的政策執行，同樣有利于相關企業的發展與壯大。

2 光電復合低壓電纜的結構探討

光電復合低壓電纜(以下簡稱光電復合纜)因其功能的多樣，決定了電纜結構的復雜性，但是合理的結構設計可以更好地實現和滿足纜的各項功能及其技術要求，并在符合性能要求的同時降低制造成本，實現效益最大化。

結合光電復合纜的實際應用，其結構通常由層絞式結構的纜芯和護層兩大部分構成，結構如圖1所示，其中，護層又包括護套和外護層，后者按需要可有可無。

圖1 光電復合纜結構示意圖

2.1 纜芯結構

纜芯是光電復合纜的主要功能部件，通常包括中心加強構件、含松套光纖的光單元、饋電線、填充繩，可能有的扎紗、包帶、內墊層及非金屬輔助加強構件等部分組成。各主要部件的組成及功能如下:

(1)中心加強件。在纜芯中間添加一根高強度單圓不銹鋼絲或磷化鋼絲，也可為其它不易腐蝕或有保護層的鋼材構成的鋼絲繩，以增強纜的強度，尤其適用架空敷設方式。作為纜的單圓鋼絲的楊氏模量應不低于190 GPa;鋼絲繩的有效楊氏模量應不低于170 GPa。如有必要，可在金屬加強構件外擠制一層塑料護層。塑料的絕緣電阻和電壓擊穿強度等應滿足設計的要求。當光電復合纜作為直接接入用戶端時，應考慮到使用環境的因素，中間加強件宜為由無金屬材料組成。

(2)饋電線。作為光電復合纜的電單元，饋電線導體截面的設計選用應根據供電電壓、傳送距離和被供電設備所消耗的功率等三者合理選取。目前城鎮居民區的低壓電網供電電壓通常為直流48 V或交流220 V，輸送電能的距離均不大于2000 m，一般采用三相四線制。在低壓電網中用的四芯電纜，除三相導體之外的一根線芯稱中性線，其作用是通過三相交流電的不平衡電流，降低金屬保護層受熱，增加電纜的載流能力，保證電纜的安全使用。并且饋電線導體載流能力應滿足在正常工作條件下，不會產生明顯溫升，以保證光纖傳輸性能不受影響。

另外，由于光纖復合纜內含光纖單元，又是直接進入戶內，所以低壓電纜的饋電線載流量設計較為關鍵。

(3)光纖。因光電復合纜中引入了光單元，實現了電力傳輸與光通信有效的復合。通常，光纖的核心部分為纖芯和包層，二者共同構成介質光波導，形成對光信號的傳導和約束，實現光的傳輸。為保護裸光纖，提高光纖的機械強度和抗微彎強度并降低衰減，光纖應有涂覆層。

光電復合纜宜選用彎曲不敏感單模光纖(G657A)，用于成纜的單模光纖的涂覆層結構及其剝除力、光纖強度篩選水平及其動態疲勞參數值、翹曲度、模場直徑、尺寸參數、截止波長、衰減系數和衰減不均勻性等均應符合相關標準的規定。

纜芯的成纜，需由高控制精度成纜設備完成，將饋電線、光纖，以及為滿足纜芯圓整度和成纜工藝而選取的填充繩等，按照合理的絞合節距絞合在中間加強構件外層。

(4)阻水結構。按標準規定［1］，目前我公司尚存在一定的技術工藝問題，例如，按照我公司現設備功能狀況，半干式填充工藝可經過設備的局部改造后，達到半干式的工藝要求，但全干式填充工藝，我公司目前在工藝技術、填充設備等方面均不具備生產條件，但全干式是發展的方向。

電纜內的所有間隙均應有有效的阻水措施，考慮到入戶纜的敷設及維護等特性，阻水填充方式應采用半干式和全干式(首選推薦方式)。特別是將來智能電網光纖到戶，全干式光纜結構是唯一必選方式。具體工藝如下:包帶(或內襯套)及以內的各絞合單元之間的間隙，應連續放置阻水帶或阻水紗;在填充式纜中應連續充滿阻水性復合物;包帶(或內襯套)和護套之間的間隙，宜連續放置阻水帶或阻水紗，也可間隔設置阻水環。

2.2 護層結構

電纜的外層由縱包搭接的皺紋鋼塑復合帶擋潮層和黑色聚乙烯護套組成，復合帶兩邊緣搭接處及聚乙烯套與復合帶之間應相互粘結為一體，復合帶縱包后的皺紋應軋制成環狀。護層也可根據纜敷設環境的不同，選擇不同的護層結構，例如防蟻、防水、阻燃、低煙無鹵型護套等。

3 結束語

本文僅對光電復合低壓電纜結構進行探討，對該纜主要功能部件進行分析論述，但是，由于光電復合纜功能的多樣性，纜的結構也具有一定的復雜性和特殊性，因此，在纜結構設計過程中，可根據實際運行需求對結構進行適當更改或調整，以此來滿足對纜的性能需求及實際運行的要求。

智能用電技術是建設堅強智能電網的重要技術手段之一。隨著國家電網公司智能電網建設工作的推進，首批智能用電小區正在逐步開展建設，智能電網、智能用電將迅速進入尋常百姓家。智能用電技術的發展和智能小區范圍的拓展不僅能為百姓打造更為安全、舒適、節能的生活環境，推進分布式能源的應用，同時也必將對上、下游產業鏈起到巨大的帶動作用。鑒于當前“電力-光纖”技術即將登上電力建設舞臺，發展機遇時不我待，對于電纜制造企業來說是一次大踏步發展的良好機遇，尤其對于一些已經同時涉足電力電纜和光纜產品制造的大綜企業，更是有著產品優勢整合、研發等方面的巨大優勢。

［1］YD/T xxxx—201x(報批稿) 接入網用光電混合纜［S］.

［2］沈昌國，李 斌，高宇亮，等.智能電網下的用電服務新技術［J］.電氣技術，2010(8):11-15.

［3］劉 恒，劉偉平，黃紅斌，等.一種新型光電復合纜在接入網中的應用［J］.光纖與電纜及其應用技術，2005(1):23-25.