光缆接头盒在“耐电压强度”测试中的质量问题分析及解决方案

恋々风

光缆接头盒是光缆通信线路中不可缺少的重要组成部分。它的主要功能是实现光缆光纤的接续，同时为保证光缆接头盒的接地功能，其内部的接地装置与光缆接地部位要进行电气连通，并保证光缆接头盒的金属构件与接地装置、光缆加强芯之间相互绝缘，以避免来自环境对光缆接头盒的不利影响。光缆接头盒与光缆一样，它们本身的质量对通信传输都起着至关重要的作用。
    信息产业部自1999年开始对光缆接头盒进行进网质量检验以来，对我国通信用光缆接头盒的质量控制起到了重要的作用。通过对该产品的检验反映出该产品所存在的一些质量问题，本文就电气性能中的“耐电压强度”检验项目不合格所出现的质量问题进行分析与讨论，希翼能为厂家在今后产品质量提高方面提供一定的参考。
    根据YD/T 814-1996《光缆接头盒》行业标准要求，光缆接头盒的电气性能中“耐电压强度”的试验方法及技术要求为：将光缆接头盒按规定的操作程序封装，沉入1.5米深的水中浸泡24小时后，对光缆接头盒金属构件之间、金属构件与地之间施加15千伏直流电压，1分钟内无击穿、无飞弧现象。
    这个项目在光缆接头盒进网质量检验中是必须检验的项目，也是出现问题频率最高的项目之一。出现这个问题的原因有主观方面的，也有客观方面的。具体表现在：
    主观方面的原因主要是有不少厂家没有透彻了解标准，误认为这项要求与普通的光通信用室内光纤配线架一样，都是要求施加直流3千伏电压，1分钟内无击穿，无飞弧。按此要求设计和生产的产品，势必导致产品无法通过施加直流15千伏电压的“耐电压强度”试验。另一方面在检验样品制备的时候，使用了不符合标准要求的光缆。如果光缆的耐电压性能不行，用它制备的光缆接头盒样品是肯定无法通过检验的。出现这种情况的生产厂家一定要认真研究标准，按照标准的要求制备样品，避免或少走弯路。
    在客观方面。由于光缆接头盒的使用环境基本上是在室外，它们的使用环境可能是地埋、架空或管道。为了防止雷击或其它因素的影响，要求光缆接头盒的“耐电压强度”必须符合标准中施加15千伏直流电压后，1分钟内无击穿，无飞弧现象的要求。所以，对光缆接头盒的固定与接地装置的设计以及使用的绝缘材料方面都提出了较高的要求。为保证此项指标检验合格，厂家在产品设计与生产过程中应重点考虑以下几方面的问题：
    1．选用合理过硬的绝缘材料。
    合理过硬的绝缘材料是承受高压直流击穿的根本保证。目前市场上可选的绝缘材料很多，但大家要根据标准要求，结合材料本身的介电性能和可塑程度来作出合适的选择。
    2．保证一定的空间距离
    在光缆接头盒中最容易引起“耐电压强度”不合格的关键问题是光缆接头盒两极之间或极与地之间暴露处空间距离过小。常温下均匀空气的介电强度为3兆伏/米，因此，要满足直流15千伏下无击穿的要求，两极之间或极与地之间空间距离至少应不小于5毫米。
    另一方面，光缆接头盒的极与极之间和极与地之间不可避免存在两种绝缘体：绝缘材料本身和周围气体，根据高压下介质放电特性，在不同介质的表面上都存在放电现象，称为沿面放电（discharge along surface）。沿面放电发展成为贯穿性的击穿从而成为闪络。沿面闪络电压比气体和固体单独存在时的击穿电压都低。闪络电压还受介质种类，绝缘结构的电场分布和表面状态（如湿度、沾染脏物等）等因素的影响。因此绝缘的结构和材料及表面状况的好坏对光缆接头盒的耐电压强度性能也有较大影响。如果要提高光缆接头盒的耐电压性能，则必须选用较好的绝缘材料如聚四氟乙烯，增加表面的光洁度，减小绝缘体以及极与极之间和极与地之间的曲率。
    综上所述，两极之间保守距离应不小于10毫米才能保证较高概率的安全性。当然这个距离应该是光缆接头盒接上光缆以后的距离。
    3．设计合理的绝缘接地结构
    传统上用在光缆接头盒的绝缘垫片一般由上下两个垫片组成。上垫片为凹进的垫片，而下垫片为凸出的垫片。由于固定螺栓与光缆的加强芯相连，所以上下绝缘垫片组合起来可以使光缆接头盒的金属构件与光缆加强芯（即固定螺栓）之间形成绝缘。在耐压强度试验中，将会在固定螺栓与金属构件之间施加15千伏的直流电压。绝缘垫片使用的材料大部分为高分子聚合物。这类材料的介电强度较高，一般为500～1000兆伏/米，因此理论上讲，两极之间只要0.1毫米的聚合物类绝缘片就可起到15千伏下的防护作用。
    然而事实上，用在光缆接头盒里的绝缘片不可能是完整的，由于结构决定于它必须是由两部分叠加起来使用的，所以必然存在有缝隙，在这种情况下因为缝隙之间必然存在空气，因此同时必须考虑到空气的介电强度和可能发生的空气击穿和沿面放电。但由于存在于缝隙中的空气通道并非是直线，而是折线或曲线的，最短的两极之间的空气管道的距离为最危险的距离。因此，当存在聚合物绝缘材料时考验的绝缘性能实际上是考验两片绝缘片中缝隙管道的最短距离。
    这是因为，根据上面分析有：
                      D1＝R1+H1-R0
                      D2＝R2+H2-R0
                      D3＝R3+H3-R0
    一般情况下，D1在上述3个参数中后两个较容易满足要求，第一个参数是生产厂家容易忽略的问题，但这正是很多光缆接头盒在15千伏下容易被击穿的原因所在。即使了解这种情况，如果简单地增加其高度，就会使整个绝缘片体积变大，而在光缆接头盒内空间有限，这样做是不现实的。此办法主要特点是改进了上垫片与下垫片的结合方式。通过在上下垫片的结合部位增加螺纹，可以达到以下两个目的：一是增加D1的长度。因为D1的长度是不容易加长的，所以我考虑用螺纹的折线来加长空气管道的长度。在其它参数都相同的情况下，这种情况可以增加至少100％以上的长度。第二，它可以密闭空气。如果该螺纹加工精密，完全可以达到隔断该管道内两极之间的空气，从而避免了在该处空气击穿。
    4．注意盒体的密封问题。
    根据标准，接头盒在进行耐电压强度测试前必须在1.5米深水中浸泡24小时，因此如果密封不好，导致水蒸气渗入，将不可避免地影响耐电压强度性能。但这种情况与上述几种情况比较起来出现的概率较小，因此适当加以注意即可。