摘要：针对我国光纤复合架空地线（Optical fiber composite overhead ground wire,OPGW）断股事故进行研究分析，通过雷击试验，研究分析，OPGW外层单丝直径、绞线材料、绞线覆盖率、转移电荷库仑数、张力、雷击参数等因素对OPGW雷击断股的影响，根据雷击试验结果提出耐雷击OPGW结构设计。

关键词：光纤复合架空地线；雷击；断股；防治措施

  0 引言 

  随着我国电网建设，光纤复合架空地线（Optical fiber composite overhead ground wire，OPGW）的应用，日益广泛，在电力通信方面所发挥的作用越来越来重要。OPGW遭雷击断股影响电力系统的安全运行和可靠通信，因此分析OPGW的雷击断股及相应的防治措施十分必要。

1  试验光缆结构设计

  光缆设计参数，以产品需求，现已对试验缆结构进行设计，下面为结构实例参数（见表1）。

表1 OPGW结构参数
序号	结构图	外径 /mm	外层绞线
			材料	铝管外径/mm	根数	单丝直径/mm	覆盖率/％
A		12.1	铝包钢	6.4	10	2.8	96.8
B		12.1	铝包钢	6.8	11	2.6	96.5

 2   雷击试验要求

   2.1 等级要求

   本试验依据IEEE 1138 、GB/T 7424、DL/T 832标准，拟定试样溶化效应的模拟雷击等级，对两盘试验缆按照1级标准进行雷击试验（见表2）

表2雷击保护等级
	0级	1级	2级	3级	允许误差
电流	100A	200A	300A	400A
持续时间	0.5s	0.5s	0.5s	0.5s
转移电荷	50C	100C	150C	200C	±10％

    2.2 试验温度要求

    OPGW初始温度应设置在23℃±5℃之间。在同一试样的不同点上模拟重复试验6次。

    2.3 试验拉力要求

   国家标准对施加 在OPGW试样上的拉力进行了明确，15％RTS～20％RTS，对试验缆进行使用不同张力条件下进行试验长度10m。

 3  雷击试验设备

  雷击试验装置分别由拉力机、绝缘子、拉力计、金属保险丝、固定夹具等组成；

 4  雷击缆实物分析

4.1 结构A试验实物，从同一根缆上分别截取10m雷击试验图片如下：

 4.2 结构B试验实物，从同一根缆上分别截取10m雷击试验图片如下：

  4.3 试验现象分析

  通过不同结构参数、不同施加拉力，相同施力长度、相同雷电流及冲击时间的情况下，外层单丝外径大的雷击通过率较高，同样结构下雷击试验施力小的通过率高，由此可见在雷暴频发地区，选用外层单丝较高的缆。

表3试验现象分析
结构A	现象	断股	试验拉力	残余占据	判定
试验1	颜色发黑，3处蛹状	无断股	15％RTS	77%	合格
试验2	颜色金黄，1处轻微蛹状	无断股		83%	合格
试验3	颜色金黄，1处严重腐蚀，1处蛹状	无断股		80.4%	合格
试验4	颜色微黄，2处腐蚀,3处蛹状	无断股	20％RTS	66.9%	不合格
试验5	颜色发黑，3处严重腐蚀，1处蛹状	无断股		76.5%	合格
试验6	颜色发黑，4处严重腐蚀，2处蛹状	断1股		55.8%	不合格
结构B	现象	断股	试验拉力	残余占据	判定
试验1	颜色金黄冲击处发黑，6处蛹状	无断股	15％RTS	85.3%	合格
试验2	颜色金黄冲击处发黑，5处蛹状	断1股		83.6%	合格
试验3	颜色金黄，2处严重蛹状	无断股		87%	合格
试验4	颜色金黄，2处严重腐蚀，1处严重蛹状	断1股	20％RTS	75.2%	合格
试验5	颜色金黄，3处严重腐蚀，2处严重蛹状	断2股		69%	不合格
试验6	边缘发黑，3处严重腐蚀，3处严重蛹状	断1股		63.5%	不合格

 4.4 断面分析

  对雷击试验绞线单丝进行统计分析，就下面检测结果发现除6号试样头外所有组织均正常，为冷变形后的索氏体+珠光体组织，6号试样头部全部为马氏体组织，从金相来看属于针状马氏体，而且在整个截面均匀分布。从6号试样头部断口形貌判断，进行雷击试验，形成马氏体组织，试验后冷速快有关，取6个样端头分析如下：

表4 断头分析
序号	单丝外径/mm	断点描述	残余拉断力/N	标准拉力/N	残余占据/％
样品 1	2.6	断口为三角口，断面无延伸	4970	7110	69.90%
样品 2	2.6	断口处外径变细，呈现锥形体	7020	7110	98.73%
样品 3	2.6	断面为斜口	5100	7110	71.73%
样品 4	2.6	断面为斜口，表面铝层熔坏	5050	7110	71.03%
样品 5	2.6	断面平齐	6106	7110	85.88%
样品 6	2.6	雷击时熔断	-	7110	-

 1号样：试样断口形貌（图1）、头部金相组织（图2）、尾部金相组织（图3）

 2号样：试样断口形貌（图4）、头部金相组织（图5）、尾部金相组织（图6）

 
3号样：试样断口形貌（图7）、头部金相组织（图8）、尾部金相组织（图9）

4号样：试样断口形貌（图10）、头部金相组织（图11）、尾部金相组织（图12）

 


5号样：试样断口形貌（图13）、头部金相组织（图14）、尾部金相组织（图15）

 6号样：试样断口形貌（图16）、头部金相组织（图17）、尾部金相组织（图18）

 通过对比分析，雷击点受瞬间高温冲击，钢材组织发生变化 ，样品6最为典型，雷击瞬间击断，检测断点为针状马氏体；从断口方面分析，正常断口为延伸缩颈圆平茬，斜口、三角口均为有害断口， 通过做单根残余拉力试验，雷击后拉力大幅度降低，由此可见遭受雷击后的光缆性能严重损坏，合理的选择光缆架空尤为重要。

 5  近年本公司雷击试验数据

 试验数据统计，如表5中序号1、2、3、4外层单丝3.2mm，第4组外层单丝使用AA线，断3股，其次第1组外层使用LB40铝包钢，断1股，第2、3组数据外层单丝外径同样为3.2mm，无任何断股，并且残余拉力最大，第5、 6组结构为中心铝管式，同样单丝外径3.2mm，断股分别3股和4股，通过试验分析，可得出外层单丝含钢量多的耐雷击性能较好，层绞式比中心铝管式的耐雷击要好。

表5 雷击试验统计
序号	型号规格	结构	单丝型号	外层单丝/mm	含钢丝外径/mm	雷击级别/C	断股/股	％RTS
1	OPGW-48B1-155[95；249.1]	1+6+12	L40	3.2	1.971	150	1	80
2	OPGW-24B1-50[58;11.5]	1+6	LB20	3.2	2.771	150	0	89
3	OPGW-12B1+6B4-110[130;60]	1+6+10	LB20	3.2	2.771	150	0	90
4	OPGW-24B1-145[86;170]	1+6+12	AA	3.2	2.771	150	3	79
5	OPGW-24B1-78[69.38;36]	1+9	LB40	3.2	1.971	150	3	63
6	OPGW-24B1-78[69.38;36]	1+9	LB20	3.2	2.771	150	4	71

 6  耐雷击光缆措施

  6.1选型

  优先选外层单丝铝包钢等级较低，含钢量多的，且单丝直径不小于φ2.8mm；其次结构方面选择层绞结构。 

  6.2 工艺控制

 内部工艺控制外层排列要紧凑，覆盖率控制在97％左右，放线张力均匀，已达到OPGW光缆表面平整的目的，外层绞线单丝表面保持干净，并且铝层表面无划伤。

 7  结论

 本文分析了OPGW在雷击试验冲击下受到的损害，证明绞线外层单丝的外径越大，档距内受力越小，铝包钢等级越低，耐雷击性能越好。在设计OPGW光缆时，实际设计与使用商，综合考虑OPGW光缆安全性和经济性,对于雷暴日较多的地区优先选用外层单丝外径较大的结构。

 

参考文献

[1] IEEE 1138-2009光纤复合架空地线

[2] GB/T 7424.4 光纤复合架空地线

[3] DL/T 832  光纤复合架空地线

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