针对光纤复合低压电缆(OPLC)在运行状态下发生的短暂高温对电缆中光纤的传输性能造成影响的问题, 提出了耐热型OPLC结构优化方案。首先, 优化改进OPLC结构、研究OPLC材料选型；然后, 采用COMSOL多物理场仿真软件, 实现耐热型OPLC三维模型的仿真建模, 并根据电流热效应及温度对电阻的反作用原理对仿真模型进行修正, 探索优化结构下仿真状态的线缆三维热场分布情况；最后, 结合目前OPLC耐热试验要求, 研究适用于耐热型OPLC的耐热和超载试验的测试方案。测试结果表明,高于电缆工作最高标准温度10%且持续时间15 min时, OPLC的光纤衰减损耗变化不超过0.15 dB/km。

在电力系统中, 当受到强大的冲击电流时, 电力光缆将在高于导体最高工作温度10%的温度场环境下工作, 长时间的高温老化工况状态对光纤复合低压电缆(OPLC)光单元中的光纤造成极大的负效应, 严重地影响了整个电网的安全运行。针对上述问题, 为了研究单模光纤受热前后机械性能变化情况, 分析高温老化对光纤的损伤程度, 文章通过模拟高于以聚氯乙烯绝缘的OPLC导体温度10%的温度场环境, 测试了不同温度和老化时间段下单模光纤的断裂强度、断裂伸长率和光纤涂层剥离力等光纤机械性能, 基于测试数据, 运用线性拟合的统计方法, 研究了在该温度场环境下老化前后光纤机械特性的变化趋势。试验结果表明, OPLC中光纤的应力腐蚀敏感性参数比涂覆剥离力特性受热更敏感, 随着老化时间增长, 不同老化时长后涂覆剥离力比应力腐蚀敏感性参数的差值变化量更大, 耐热性能更差。基于机械性能的测试结果, 文章提出了增加光单元耐热层的优化意见。

研究光纤温度与传输特性之间的关系对光纤复合低压电缆(OPLC)的设计及应用非常重要。利用COMSOL 多物理场仿真软件建立了二维仿真模型,研究了光纤轴向应力随温度的变化情况,并通过与理论计算相对比验证了模型的合理性。其次,通过理论计算得到了石英光纤的应力弹光系数,并且基于弹光效应仿真分析了涂覆层材料为丙烯酸树脂和聚乙烯两种光纤的瞬态温升特性和热致应变损耗。结果表明,涂覆层材料为丙烯酸树脂的光纤在相同时间内温度上升幅度较小,在相同温度下的损耗也更低, 40°C到250°C范围内,其热致应变损耗随温度升高而线性增加,最大值为0.033 dB/km。从瞬态温升和热致应变损耗的角度出发,涂覆层材料为丙烯酸树脂的光纤在OPLC的应用中更具优势。

针对温度变化对光纤复合低压电缆(OPLC)传输性能的影响，综合考虑电缆温度场分布以及材料膨胀系数不同导致的应力差分布特性，建立了OPLC温度变化与传输损耗的数学模型。在此基础上，设计了基于电力场、光场、温度场和应力场等多物理场耦合的仿真模型，采用有限元分析方法，结合COMSOL Multiphysics仿真软件，分别模拟了OPLC在稳定运行状态和短路故障状态下的温度分布及光单元传输损耗特性。仿真结果表明，OPLC在稳定运行状态和短路故障状态下的温度分布及传输损耗与理论计算基本相符，由短路故障引起的光纤传输损耗呈平稳衰减趋势，在工程上可以忽略不计。

研究线缆发热与光单元传输特性变化之间的关系对光纤复合低压 电缆(OPLC)设计及应用十分重要。 用COMSOL软件模拟仿真光纤复合低压电缆的稳定运行和短路故障状态,得到其相应的电缆温度分布以及光 单元传输损耗特性。选取线缆上不同位置处的特征点进行仿真,结果表明:电缆故障时导体绝缘层内升温 较明显,外护套温度变化不明显；光纤温度变化很小,在5 s内只有0.2 °C的上升。 由热膨胀引起的位移很小,使得传输损耗在这两种情况下几乎一样,短路故障对光纤的温度影 响不大。设计光单元升温实验得到光缆传输损耗的数据,并与仿真数据进行对比分析。实测温度数据滞 后于仿真数据5 s, 但与仿真数据变化趋势一致,证明了仿真模型的可靠性和可行性。