光纖復合三芯電纜非磁性金屬光單元感應電勢的計算

王國忠

(江蘇通光強能輸電線科技有限公司，江蘇 海門226100)

0 引言

隨著光纖復合電纜的推廣應用，復合纜的電壓已從低壓發展到中壓、高壓。日前，中國電力科學研究院組織起草《光纖復合中壓電纜》企業標準的會議就能說明這一發展趨勢。光纖復合電纜無非是在電力電纜內復合了光纖單元，使得實現電力傳輸的同時，還具有光通信的功能。在光纖復合電纜中，電力線芯的結構由于GB/T 12706標準已作了規定，基本不需考慮，而光單元的結構卻有多種選擇，一些用戶從最初的只選用全介質光單元，現已根據使用條件，要求選用非磁性金屬材料結構。在討論光纖復合電纜中光單元結構時，常聽到“光單元應選用非金屬結構，否則，如果使用金屬材料，由于交變電場作用，會產生感應電勢”的說法。本文將通過光纖復合三芯電纜非磁性金屬光單元感應電勢的計算，說明這種說法不完全正確。光單元可以選用非磁性金屬材料結構。

1 非磁性金屬光單元感應電勢的計算

圖1為光纖復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平行的導體。這四根導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:

根據參考文獻［2］，光單元通常放置在復合纜內邊隙處，見圖2。

圖2 光單元放置的位置

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

近似計算取dp≈0.48d。在光纖復合電纜中，光單元直徑一般都小于dp值?，F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，光單元的中心距復合纜中心的距離為:

近似計算取r≈0.84d。這樣，對于圖1來說，βD=D，即β=1。式(2)可簡化為:

式(7)除以式(6)，得:

將式(8)數值代入式(5)得:

當光單元只在一端接地時，復合纜單位長度上光單元的感應電勢為:

2 計算實例

復合纜的型號規格為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。如果電纜的持續載流量為400 A，當光單元一端接地時，其感應電勢 UP為0.0 148 V/m。

計算結果表明，電流為400 A時，光單元中感應電勢僅為14.8 V/km。一般來說，光纖復合電纜的單根長度小于1 km，電纜載流量不大于1 000 A，這樣，光單元的感應電勢均在安全范圍內。如果光單元兩端接地，則有感應電流流過。由于非磁性金屬材料構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，測得其20℃時直流電阻約為399Ω/km。再考慮到接地電阻，光單元中的感應電流不大于35 mA。這樣，感應電勢和電流都可忽略不計。

3 結束語

光纖復合電力電纜中，光單元使用非磁性金屬材料結構，如不銹鋼束管或縱包鋁塑復合帶，其感應電勢較小，影響可忽略。因此，在光纖復合電力電纜結構設計時，“光單元應選用非金屬結構，否則，如果使用金屬材料，由于交變電場作用，會產生感應電勢”的說法不完全正確。光單元除可以使用全介質結構外，也可以使用非磁性金屬材料結構，可根據具體的應用場合選用。當然，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件，由于渦流損耗等原因，應慎用。

［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］王國忠.海底光纖復合電力電纜的開發［J］.電線電纜，2005(6):12-14.