光纖復(fù)合三芯電纜非磁性金屬光單元感應(yīng)電勢(shì)的計(jì)算

王國(guó)忠

(江蘇通光強(qiáng)能輸電線科技有限公司，江蘇 海門(mén)226100)

0 引言

隨著光纖復(fù)合電纜的推廣應(yīng)用，復(fù)合纜的電壓已從低壓發(fā)展到中壓、高壓。日前，中國(guó)電力科學(xué)研究院組織起草《光纖復(fù)合中壓電纜》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的會(huì)議就能說(shuō)明這一發(fā)展趨勢(shì)。光纖復(fù)合電纜無(wú)非是在電力電纜內(nèi)復(fù)合了光纖單元，使得實(shí)現(xiàn)電力傳輸?shù)耐瑫r(shí)，還具有光通信的功能。在光纖復(fù)合電纜中，電力線芯的結(jié)構(gòu)由于GB/T 12706標(biāo)準(zhǔn)已作了規(guī)定，基本不需考慮，而光單元的結(jié)構(gòu)卻有多種選擇，一些用戶(hù)從最初的只選用全介質(zhì)光單元，現(xiàn)已根據(jù)使用條件，要求選用非磁性金屬材料結(jié)構(gòu)。在討論光纖復(fù)合電纜中光單元結(jié)構(gòu)時(shí)，常聽(tīng)到“光單元應(yīng)選用非金屬結(jié)構(gòu)，否則，如果使用金屬材料，由于交變電場(chǎng)作用，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)”的說(shuō)法。本文將通過(guò)光纖復(fù)合三芯電纜非磁性金屬光單元感應(yīng)電勢(shì)的計(jì)算，說(shuō)明這種說(shuō)法不完全正確。光單元可以選用非磁性金屬材料結(jié)構(gòu)。

1 非磁性金屬光單元感應(yīng)電勢(shì)的計(jì)算

圖1為光纖復(fù)合三芯電纜非磁性金屬光單元至各相線芯之間的中心距離。

圖1 非磁性金屬光單元至各相線芯之間的中心距離

在圖1中，P表示含有非磁性金屬材料的光單元，A、B、C是三相絕緣線芯。光單元可以看成一根和三相線芯A、B、C平行的導(dǎo)體。這四根導(dǎo)體相互間的中心距離以比率表示，即線芯AB、BC和CA之間的中心距離分別為S、mS、nS;光單元P與線芯A、B、C之間的中心距離分別為D、βD和αD。非磁性金屬材料構(gòu)成的光單元P與線芯電流間的磁通按電工原理為:

式中，GMRP為光單元P的幾何平均半徑，其單位和D相同。

因此，光單元P與A、B、C三相線芯間的磁通總和為:

將此三相電流代入式(1)，得:

根據(jù)參考文獻(xiàn)［2］，光單元通常放置在復(fù)合纜內(nèi)邊隙處，見(jiàn)圖2。

圖2 光單元放置的位置

設(shè)成纜前絕緣線芯(含可能有的屏蔽及分相護(hù)套)直徑為d，利用平面幾何知識(shí)，不難推得，如果光單元放置在三相絕緣導(dǎo)體的任一邊緣空隙處，則允許的最大直徑為:

近似計(jì)算取dp≈0.48d。在光纖復(fù)合電纜中，光單元直徑一般都小于dp值。現(xiàn)假定放置的光單元中心就在圖2所示的允許最大直徑的圓心處，光單元的中心距復(fù)合纜中心的距離為:

近似計(jì)算取r≈0.84d。這樣，對(duì)于圖1來(lái)說(shuō)，βD=D，即β=1。式(2)可簡(jiǎn)化為:

式(7)除以式(6)，得:

將式(8)數(shù)值代入式(5)得:

當(dāng)光單元只在一端接地時(shí)，復(fù)合纜單位長(zhǎng)度上光單元的感應(yīng)電勢(shì)為:

2 計(jì)算實(shí)例

復(fù)合纜的型號(hào)規(guī)格為OPMC－YJV－8.7/10 3×150+12B1，光單元采用12芯G 652D單模光纖的 3.0不銹鋼束管。如果電纜的持續(xù)載流量為400 A，當(dāng)光單元一端接地時(shí)，其感應(yīng)電勢(shì) UP為0.0 148 V/m。

計(jì)算結(jié)果表明，電流為400 A時(shí)，光單元中感應(yīng)電勢(shì)僅為14.8 V/km。一般來(lái)說(shuō)，光纖復(fù)合電纜的單根長(zhǎng)度小于1 km，電纜載流量不大于1 000 A，這樣，光單元的感應(yīng)電勢(shì)均在安全范圍內(nèi)。如果光單元兩端接地，則有感應(yīng)電流流過(guò)。由于非磁性金屬材料構(gòu)成的光單元直流電阻一般都較大，以外徑 3.0、管壁厚度0.2 mm的不銹鋼束管為例，測(cè)得其20℃時(shí)直流電阻約為399Ω/km。再考慮到接地電阻，光單元中的感應(yīng)電流不大于35 mA。這樣，感應(yīng)電勢(shì)和電流都可忽略不計(jì)。

3 結(jié)束語(yǔ)

光纖復(fù)合電力電纜中，光單元使用非磁性金屬材料結(jié)構(gòu)，如不銹鋼束管或縱包鋁塑復(fù)合帶，其感應(yīng)電勢(shì)較小，影響可忽略。因此，在光纖復(fù)合電力電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，“光單元應(yīng)選用非金屬結(jié)構(gòu)，否則，如果使用金屬材料，由于交變電場(chǎng)作用，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)”的說(shuō)法不完全正確。光單元除可以使用全介質(zhì)結(jié)構(gòu)外，也可以使用非磁性金屬材料結(jié)構(gòu)，可根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合選用。當(dāng)然，如果光單元選擇磁性材料，如在光單元外施加磁性的鍍鋅鋼絲作加強(qiáng)件，由于渦流損耗等原因，應(yīng)慎用。

［1］鄭肇驥，王琨明，高壓電纜線路［M］.北京:水利電力出版社，1983.

［2］王國(guó)忠.海底光纖復(fù)合電力電纜的開(kāi)發(fā)［J］.電線電纜，2005(6):12-14.