في بانوراما واسعة من البنية التحتية للاتصالات, تلعب الكابلات الضوئية OPGW دورًا حاسمًا في ضمان نقل البيانات بكفاءة. لكن, أدائها في الظروف القاسية, خاصة في البيئات شديدة البرودة, وهو الجانب الذي يستحق الاهتمام الدقيق.
جدول المحتويات
- دراسة أداء الكابلات الضوئية في الظروف شديدة البرودة التي تصل إلى -70 درجة مئوية
- تطبيق الكابلات الضوئية المقاومة لدرجات الحرارة المنخفضة في مشروع الربط البيني بين تشينغهاي والتبت
- خاتمة
دراسة أداء الكابلات الضوئية في الظروف شديدة البرودة التي تصل إلى -70 درجة مئوية
في 2016, بقيادة معلومات شبكة الدولة & شركة الاتصالات, المحدودة. من الصين, بالتعاون مع الشركات المصنعة الشهيرة والمنظمات البحثية, تم إجراء دراسة على أداء درجات الحرارة المنخفضة الكابلات الضوئية وملحقاتها المعدنية. تم إجراء الاختبارات المعملية في بيئات ذات درجات حرارة منخفضة, استكشاف مبدئي لتطبيقه الفني في الظروف القاسية التي تصل إلى -70 درجة مئوية, وتم اقتراح حل اتصالات أولي لبناء شبكة الطاقة العالمية.
تحليل أداء الألياف الضوئية والكابلات الضوئية عند -70 درجة مئوية
مواد الاختبار
ما مجموعه 8 أنواع الألياف الضوئية G.652 للتحليل, يتم استخدام الستة الأولى لقياس الخسارة في الألياف الضوئية والأخيرتين لقياس الخسارة في الكابلات الضوئية.
اختبارات الفقد على الألياف الضوئية عند درجات حرارة منخفضة
فيما يتعلق بخصائص درجة حرارة الخسارة المنخفضة للألياف الضوئية, ويركز هذا المشروع بشكل رئيسي على ثلاثة جوانب: خصائص فقدان درجة الحرارة المنخفضة أثناء التبريد المستمر, خصائص فقدان درجة الحرارة المنخفضة أثناء التسخين المستمر وخصائص فقدان درجة الحرارة المنخفضة المستمرة.
في اختبارات التبريد المستمر, أظهر رقم 1 تباينًا أعلى بكثير في الخسارة مقارنة بالألياف الضوئية الأخرى. شهد رقم 2 ورقم 5 زيادة مفاجئة في الخسارة في نطاق -50 درجة مئوية إلى 20.3 درجة مئوية. الباقى من الألياف الضوئية للإشارات أظهرت تغيرات خسارة مستقرة نسبيًا في نطاق -50 درجة مئوية إلى 20.3 درجة مئوية. عندما انخفضت درجة الحرارة إلى -55 درجة مئوية, شهدت جميع الألياف الضوئية زيادة في الخسارة. وعندما انخفضت درجة الحرارة إلى أقل من -60 درجة مئوية, زادت الخسارة بشكل ملحوظ. وهذا يعني أن معظم الألياف الضوئية لم تستوف متطلبات الاستخدام..
في اختبارات التدفئة المستمرة (-70درجه مئوية إلى -55 درجه مئوية), أظهرت جميع الألياف الضوئية الستة انخفاضًا عامًا في الخسارة النسبية, مما يشير إلى أن الخسارة الناجمة عن انخفاض درجة الحرارة قابلة للعكس وستنخفض بالمقابل عندما ترتفع درجة الحرارة مرة أخرى.
اختبار الخسارة على الكابلات الضوئية في الظروف شديدة البرودة
لخصائص فقدان درجة الحرارة المنخفضة لل كابل OPGW هوائي, تتضمن الاختبارات الأولية مقارنة خصائص فقدان درجات الحرارة المنخفضة بعد تشكيل السلك بمركبات هلامية مختلفة, مقارنة خصائص فقدان درجة الحرارة المنخفضة بعد تشكيل الكابل بمواد الأنابيب المعدنية المختلفة, ومقارنة خصائص فقدان درجة الحرارة المنخفضة بين الكابلات المملوءة بالهلام مع الألياف الضوئية والكابلات بدون الهلام المملوءة بالألياف الضوئية.
عند مقارنة خصائص الفقد للكابلات المملوءة بالهلام مع الألياف الضوئية والكابلات التي لا تحتوي على ألياف ضوئية مملوءة بالهلام, ويلاحظ أنه في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة للغاية, يؤدي استخدام مواد أخرى كارهة للماء بدلاً من المركبات الهلامية إلى تحسين خصائص فقد الكابل. ذلك بالقول, تتمتع الكابلات التي لا تحتوي على مركبات هلامية بأداء أفضل في مقاومة درجات الحرارة المنخفضة. وعند مقارنة خصائص الفقد للكابلات المصنوعة من مركبات هلامية مختلفة, ويلاحظ أنه عندما تكون درجة الحرارة أعلى من -50 درجة مئوية, أداء مركب الجل المحلي ومركب الجل المستورد متشابهان جدًا. لكن, عندما تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من -50 درجة مئوية, أداء مركب الجل المستورد أعلى بشكل ملحوظ من أداء مركب الجل المحلي. عند مقارنة خصائص الخسارة للكابلات المصنوعة من مواد أنبوبية مختلفة, تم اكتشاف ذلك في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة للغاية, أداء الكابلات المصنوعة من أنابيب الألومنيوم متفوقة على تلك المصنوعة من الأنابيب الفولاذية.
تحليل أداء الملحقات المعدنية للكابلات الضوئية في ظل الظروف القاسية التي تصل إلى -70 درجة مئوية
العوامل التي تحد من أداء ملحقات الكابلات الضوئية المعدنية في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة
حددت الأبحاث عوامل محددة تحد من أداء ملحقات الكابلات الضوئية المعدنية في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة., من خلال دراسة شاملة لأنواع مختلفة من الملحقات المعدنية.
تدابير لتحسين مقاومة درجات الحرارة المنخفضة للملحقات المعدنية للكابلات الضوئية
نظرًا لأنه لا توجد حتى الآن معايير لاختبار أداء درجات الحرارة المنخفضة الملحقات المعدنية للألياف الضوئية في الظروف شديدة البرودة, المشروع لم ينفذ الاختبارات. لكن, تم اقتراح بعض الحلول والتوصيات للبحث المستقبلي واختبار مقاومة درجات الحرارة المنخفضة للملحقات المعدنية للكابل البصري.. في المقام الأول, يُقترح إعادة تصميم وتحسين هيكل منتجات الكابلات الضوئية المعدنية واختيار عمليات التصنيع المناسبة.. في المركز الثاني, تم تسليط الضوء على الحاجة إلى دراسة الطرق والظروف لاختبار الملحقات المعدنية للكابل البصري في الظروف شديدة البرودة., نظرًا لأن ظروف اختبار درجات الحرارة الحالية وفقًا للمعايير الحالية لا تعالج درجات الحرارة المنخفضة للغاية المرتبطة بالمناخات الباردة.
تطبيق الكابلات الضوئية المقاومة لدرجات الحرارة المنخفضة في مشروع الربط البيني بين تشينغهاي والتبت
الكابلات الضوئية لخط OPGW لمشروع الربط البيني للتيار المستمر تشينغهاى-التبت ±400 كيلوفولت هو أول خط اتصالات جوي لمسافات طويلة في الصين يعمل على ارتفاعات عالية ومناطق ذات درجات حرارة منخفضة للغاية. تُعرف هضبة تشينغهاي-التبت باسم “سقف العالم” و ال “القطب الثالث للأرض”. يبلغ الطول الإجمالي لمشروع الربط المباشر بين تشينغهاي والتبت 1038 كم, مع متوسط ارتفاع 4500 م والحد الأقصى للارتفاع 5300 م. تتراوح درجة الحرارة بين -55 درجة مئوية و+60 درجة مئوية, مع تقلبات نهارية كبيرة وظروف عاصفة ورملية.
المتطلبات الفنية الرئيسية لـ OPGW في مشروع الربط المباشر الحالي بين تشينغهاي والتبت
يضع المشروع متطلبات صارمة لفقدان الألياف الضوئية والخسارة الإضافية بسبب التغيرات في درجات الحرارة في OPGW المستخدمة. هذه المتطلبات هي كما يلي:
- فقدان كابل الألياف الضوئية عند الطول الموجي 1550 يجب أن يكون نانومتر .180.18 ديسيبل / كم.
- يجب أن تكون درجة حرارة الاستخدام لبيئة OPGW قادرة على تلبية الحد الأدنى من -55 درجة مئوية.
- يجب أن يكون تباين فقدان الألياف الضوئية لـ OPGW في نطاق درجة الحرارة من -55 درجة مئوية إلى +65 درجة مئوية <0.01 ديسيبل / كم.
التقنيات الرئيسية التي تم تناولها في تطوير OPGW
اختيار الألياف الضوئية منخفض الفقد للغاية
- خسارة بصرية منخفضة للغاية
- قيمة PMD منخفضة للغاية (الاستقطاب مشروط التشتت)
اختيار الشحوم البصرية المقاومة لدرجات الحرارة المنخفضة
تعاون المشروع مع ثلاث شركات مصنعة للشحوم الضوئية لتطوير مادة شحم بصرية جديدة مقاومة لدرجات الحرارة المنخفضة للغاية. بعد الاختبار, تم أخيرًا اختيار الشحم البصري A2 باعتباره المنتج المستخدم فعليًا في المشروع..
التصميم الأمثل لطول الألياف الضوئية الإضافي
تم إنتاج سلسلة من الكابلات الضوئية OPGW باستخدام الشحم البصري A2 المقاوم لدرجات الحرارة المنخفضة بأقطار خارجية تبلغ 2.5 مم وأطوال إضافية مختلفة من الألياف الضوئية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. كان الطول الإجمالي للكابلات تقريبًا 3000 م. اتباع هيكل OPGW لمشروع الربط المباشر الحالي بين تشينغهاي والتبت واستخدام نفس عملية الالتواء, كانت الخسارة الإضافية في كل تمريرة من ألياف G.652D وULL أقل من 0.01 ديسيبل / كم. في نطاق -55 درجة مئوية إلى +65 درجة مئوية, كانت الخسارة الإضافية للألياف الضوئية أقل من 0.01 ديسيبل / كم, تلبية متطلبات استخدام الخط.
دراسة أداء الملحقات المعدنية التكميلية لـ OPGW عند -55 درجة مئوية
- اختبار قبضة درجة الحرارة المنخفضة لمشابك الشد ومشابك التعليق:
تم إجراء اختبارات القبضة ذات درجة الحرارة المنخفضة على مشابك الشد ومشابك التعليق لتقييم أدائها في الظروف القاسية التي تصل إلى -55 درجة مئوية.. - تباين الخسارة في مفاصل الألياف الضوئية OPGW عند -55 درجة مئوية:
تمت دراسة تباين الفقد في مفاصل الألياف الضوئية OPGW عند درجة حرارة -55 درجة مئوية..
الإنجازات التكنولوجية للمشروع
مشروع الربط المباشر بالتيار بين تشينغهاي والتبت, ± 400 كيلو فولت, دخلت حيز التنفيذ في نوفمبر 2011 وكانت تعمل بشكل مستقر ل 5 سنوات. من خلال البحث والتطبيق العملي في المشروع, تم تحقيق التقدم التكنولوجي التالي:
- فقدان كابل OPGW بمستوى خسارة منخفض جدًا:
يعد فقدان الكابلات الضوئية OPGW ذات الخسارة المنخفضة للغاية أقل بكثير من فقدان الألياف الضوئية التقليدية G.652D.. - تحكم إضافي في فقدان الألياف الضوئية عند -55 درجة مئوية:
بعد عمليات مثل التلوين, تشكيل الأنبوب وتشكيل الكابلات, يمكن التحكم في الزيادة في فقدان الألياف الضوئية بمستوى خسارة منخفض للغاية 0.01 ديسيبل / كم. يمكن التحكم في الخسارة النهائية للألياف الضوئية 0.18 ديسيبل / كم, وهو أمر مهم للاتصالات لمسافات طويلة. - اختيار دقيق للشحوم الضوئية المقاومة لـ -60 درجة مئوية:
يجب على الشركات المصنعة للكابلات الضوئية OPGW اختيار مقاومة الشحوم الضوئية لدرجات حرارة منخفضة تصل إلى -60 درجة مئوية والتحكم بشكل صحيح في الطول الإضافي للألياف الضوئية لضمان أن جميع خصائص أداء OPGW تلبي متطلبات الخط في ظل ظروف شديدة البرودة.. - فقدان إضافي للألياف الضوئية في بيئات درجات الحرارة القصوى:
لـ OPGW مع خسارة منخفضة للغاية ومقاومة لدرجات الحرارة المنخفضة للغاية, الخسارة الإضافية للألياف الضوئية عند درجات حرارة من -60 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية هي .010.01 ديسيبل / كم مقارنة بـ 20 درجة مئوية. - اعتبارات OPGW مع خسارة منخفضة للغاية:
يجب على الشركات المصنعة لـ OPGW أن تأخذ في الاعتبار الزيادة في نصف قطر الانحناء الديناميكي والثابت وتحسين تصميم عبوات OPGW عند استخدام الألياف الضوئية ذات الخسارة المنخفضة للغاية..
خاتمة
أدت النتائج التي تم الحصول عليها من هذه الدراسة إلى تقدم كبير في تكنولوجيا الكابلات الضوئية المقاومة لدرجات الحرارة المنخفضة OPGW.. التطبيق الناجح لهذه الكابلات في مشروع الربط المباشر للتيار بين تشينغهاي والتبت, التي تعمل في الظروف الجوية القاسية, يوضح جدوى وفعالية الحلول المقترحة. ولا تفيد هذه الإنجازات التكنولوجية البنية التحتية للطاقة فحسب, ولكن أيضًا يفتح إمكانيات جديدة للتطبيقات في مجالات أخرى تواجه تحديات مماثلة..