تستخدم اتصالات الألياف الضوئية موجات الضوء كحاملات والألياف الضوئية كوسيلة نقل لإرسال الإشارات من مكان إلى آخر.. استخدام الكابلات الضوئية مع الألياف الضوئية في خطوط نقل الطاقة الكهربائية, من الخطوط الهوائية 35 ك.ف إلى خطوط الجهد العالي, يعد اتجاهًا مهمًا في تطوير كابلات الطاقة الضوئية المتخصصة. مع التوسع في شبكات اتصالات النظام الكهربائي, أصبح استخدام كابلات الألياف الضوئية OPGW في خطوط نقل الطاقة أمرًا شائعًا.
جدول المحتويات
- ما هو الكابل البصري OPGW?
- تصميم خطوط الاتصال OPGW
- الحماية من الصواعق لكابلات OPGW
- ميكانيكا الألياف الضوئية OPGW
- تدابير منع الاهتزاز لكابلات OPGW
- تخطيط الكابلات العلوية OPGW
- نصائح تثبيت OPGW
- خاتمة
ما هو الكابل البصري OPGW?
الألياف الضوئية OPGW عبارة عن هيكل كابل أرضي من الجيل الجديد يجمع بين الألياف الضوئية المركبة وكابلات نقل الجهد العالي.. لديه وظيفة مزدوجة لسلك أرضي تقليدي وكابل اتصال.
إن OPGW هي قناة نقل معلومات ناشئة شهدت تطورًا سريعًا في السنوات الأخيرة.. ويتميز بمهاراته في التواصل, مقاومة التدخل, الأمن والموثوقية, ولا يأخذ مساحة في ممر الخط. بجانب, يجمع بمهارة كابلات اتصالات الألياف الضوئية مع كابلات نقل الجهد العالي في هيكل واحد. خصائصه الميكانيكية والموصلية الممتازة لا تلبي فقط متطلبات الحماية من الصواعق للكابل الأرضي التقليدي, لكن أيضا, بسبب الموصلية الممتازة وتأثير التدريع, تقليل المخاطر الكهرومغناطيسية بشكل كبير على خطوط الكهرباء القريبة.
هيكل OPGW
يتم تصنيف كابل OPGW وفقًا لمكونات وهيكل كابلات OPGW., على النحو التالي:
- اعتمادا على مادة أنبوب الحماية لوحدات الألياف الضوئية, ينقسم OPGW إلى OPGW بأنبوب فولاذي مقاوم للصدأ وOPGW بأنبوب ألومنيوم.
- اعتمادًا على موضع وحدات الألياف الضوئية في هيكل OPGW, انها مقسمة في هيكل الأنبوب المركزي OPGW وبنية الطبقة المتداخلة OPGW.
- لـ OPGW مع أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ, يتم تصنيفها إلى OPGW من وحدة ألياف بصرية واحدة, OPGW لوحدتين من الألياف الضوئية و OPGW لوحدات ألياف ضوئية متعددة حسب عدد وحدات الألياف الضوئية.
- حسب مادة الطبقات المتشابكة وخطوط الطبقات المتشابكة, ينقسم هيكل OPGW إلى هيكل من الألومنيوم بالكامل مع الفولاذ (جميع خطوط الرقائق المتشابكة مصنوعة من الألومنيوم مع الفولاذ) والبنية المختلطة (تشمل خطوط الطبقات المتشابكة الألومنيوم مع الفولاذ وسبائك الألومنيوم).
معايير OPGW
تشمل المعايير الحالية للألياف الضوئية OPGW في الخطوط الهوائية:
IEEE 1138-2009: معيار بناء كابلات الألياف الضوئية المركبة لخطوط الكهرباء العلوية.
IEC 60794-4-2003: جزء 4-1 اللجنة الانتخابية المستقلة 60794: المواصفات المجمعة لكابلات الألياف الضوئية لخطوط النقل الكهربائية.
جيجابايت/ت 7424.4-2003: جزء 4 من جيجابايت/ت 7424: مواصفات الكابلات الضوئية ذات الألياف الضوئية المركبة للخطوط الهوائية.
دي إل/تي 832-2016: كابل بصري مع ألياف بصرية مركبة.
جي بي/تي 8999-2014: كابل بصري مع ألياف بصرية مركبة.
تصميم خطوط الاتصال OPGW
كل عادة, يتم اقتراح نماذج كابل OPGW من قبل محترفين كهربائيين متخصصين في خطوط النقل. في مجال حماية خطوط الاتصالات, يُقترح استخدام الكابلات الأرضية ذات القسم الأكبر والمقاومة الأقل لتحسين قدرة تبديد تيار الدائرة القصيرة للكابل الأرضي., وبالتالي منع OPGW من التلف بسبب تيارات الدائرة القصيرة. عندما ماس كهربائى إلى الأرض في مرحلة من الخط, يجب أن يتحمل السلك الأرضي تيار ماس كهربائى كبير, مما يسبب زيادة في درجة حرارة الكابل. لتجنب انخفاض كبير في المقاومة الميكانيكية للسلك الأرضي, يجب ألا يتجاوز ارتفاع درجة الحرارة القيم المسموح بها.
يتم ضبط درجة الحرارة المسموح بها للتحقق من الاستقرار الحراري للكابلات الأرضية عند 200 درجة مئوية للكابلات المجدولة من الألومنيوم ذات القلب الفولاذي والكابلات المجدولة من سبائك الفولاذ ذات القلب الفولاذي., 300درجة مئوية للكابلات المجدولة المصنوعة من الألومنيوم المطلي بالفولاذ, 400درجة مئوية للكابلات المجدولة من الصلب المجلفن و, بشكل عام, 200درجة مئوية للكابلات الهوائية OPGW. عند حدوث ماس كهربائي بالقرب من برج المحطة, تيار الدائرة القصيرة المتدفق عبر السلك الأرضي هو الحد الأقصى.
بناء على تجربة التصميم, عادةً ما يمثل تيار الدائرة القصيرة الذي يتدفق عبر السلك الأرضي من برج المدخل إلى الأرض حوالي 15-20%, في حين أن تيار الدائرة القصيرة يتدفق عبر السلك الأرضي عادة 80-85%. في الحسابات المحافظة, ويمكن اعتبار أن 90%-95% من تيار الدائرة القصيرة يتدفق عبر السلك الأرضي للحساب.
الحماية من الصواعق لكابلات OPGW
الأضرار التي يسببها البرق للألياف الضوئية OPGW مماثلة للأضرار التي لحقت بالألياف الضوئية الموصلات العلوية. خاصة, تظهر على شكل نقاط انصهار أو انكسار في الطبقات الخارجية للكابلات بعد تعرضها للصاعقة. في اللحظة, تحدث معظم حالات كسر كابل OPGW في الطبقات الخارجية من سبائك الألومنيوم و, وإلى حد أقل, في الكابلات الفولاذية المكسوة بالألمنيوم بسبب ضربات البرق. يمكن تصنيف ظاهرة كسر كابلات OPGW بسبب ضربات البرق إلى فئتين.:
(1) الدمج المباشر للكابلات أثناء عملية القوس الكهربائي ذات درجة الحرارة العالية, مما أدى إلى كسر على شكل كرة في الكابل.
(2) بعد ارتفاع درجة حرارة القوس الكهربائي, الكابلات في حالة منصهرة, مما يقلل بشكل كبير من خواصه الميكانيكية, وتنكسر بشكل غير منتظم تحت تأثير القوى الخارجية.
لتحسين مقاومة البرق لكابلات OPGW, يمكن اتخاذ التدابير التالية:
تركيب كابلات الألياف الضوئية OPGW
عند اختيار طريق خطوط نقل الجهد العالي, وينبغي تجنب المناطق الجبلية المحيطة ذات النشاط الكهربائي المتكرر, المناطق ذات التغيرات الواضحة في المنحدر, المناطق التي تحتوي على رواسب معدنية أساسية والمناطق القريبة من البرك. سيؤدي ذلك إلى تقليل احتمالية حدوث ضربات البرق على خطوط النقل..
تقليل المقاومة الأرضية لأبراج نقل الجهد العالي لزيادة مقاومة الصواعق لخطوط النقل. في مجموعة من 1-2 كم من محطات الإدخال والإخراج لخطوط النقل, يجب ألا تتجاوز المقاومة الأرضية للأبراج 10 أوم, بينما في أقسام أخرى من الخط يجب ألا يتجاوز 30Ω. يسعى هذا النهج الأساسي إلى تقليل تيار الدائرة القصيرة الذي يمر عبر كابل OPGW., وفي بعض الحالات, يتم توصيل الاتصال الأرضي للبرج الأول بالشبكة الأرضية للمحطة الفرعية.
اختيار منتج OPGW
استخدم أسلاكًا أرضية عالية الموصلية تتوافق مع كابلات OPGW أو قم بزيادة المقطع العرضي للأسلاك الأرضية لتحسين معامل التبديد للأسلاك الأرضية عالية الموصلية وتقليل تيار البرق الذي يمر عبر كابلات OPGW..
وفقًا لمتطلبات التنسيق للأسلاك الأرضية عالية المقاومة بقيمة S≥0.012L+1 وظروف تحميل الأبراج, اختر كابلات OPGW كبيرة المقطع ذات بنية متعددة الطبقات قدر الإمكان, تجنب كابلات OPGW ذات الهيكل الواحد.
تصميم كابلات OPGW
صمم فجوة هوائية بين الخيوط الخارجية والداخلية لكابلات OPGW للسماح بالتشتت السريع للحرارة الناتجة عن ضربات البرق, تأخير انتشار الحرارة إلى الخيوط الداخلية والألياف الضوئية, تجنب ارتفاع درجة الحرارة وكسر الألياف المركزية.
تتكون الطبقة الخارجية لكابلات OPGW بشكل أساسي من أسلاك سبائك الألومنيوم (أأ) والكابلات الفولاذية المكسوة بالألمنيوم (مثل). لوس الكابلات الفولاذية المغطاة بالألمنيوم لديهم خصائص الموصلية الجيدة, مع نقاط انصهار ومقاومة ميكانيكية أعلى من أسلاك سبائك الألومنيوم. لذلك, إن استخدام الكابلات الفولاذية المكسوة بالألمنيوم في الطبقة الخارجية لكابلات OPGW يساهم عمومًا في تحسين مقاومة الصواعق لـ OPGW ويقلل من احتمالية الكسر بسبب ضربات البرق..
للكابلات الأرضية المركبة OPGW لخطوط الكهرباء 110 كيلو فولت أو أقل, أسلاك فولاذية مغطاة بالألمنيوم بقطر واحد 2.8 مم أو أكثر. لخطوط 220 كيلو فولت أو أعلى, أسلاك فولاذية مغطاة بالألمنيوم بقطر واحد 3.0 مم أو أكثر. ويجب اتباع تنظيم صارم لعملية البناء.
ميكانيكا الألياف الضوئية OPGW
حسابات الخواص الميكانيكية للكابلات الأرضية المركبة مع الألياف الضوئية (OPGW) تشبه حسابات الكابلات العامة والأرضية. يجب أن تتطابق خصائص انحراف القوس للأسلاك الأرضية وOPGW مع خصائص تصميم OPGW. على الرغم من عدم تحديد حالة العمل, يتم أخذ متوسط سيناريو التشغيل السنوي بعين الاعتبار بشكل عام (+15 درجة مئوية, لا رياح) أثناء التصميم.
عامل أمان التصميم لكابل OPGW الألياف الضوئية للتركيب الجوي يجب أن يكون أكبر من 2.5 ويجب ألا يقل عن عامل الأمان التصميمي للموصل. يجب أن يكون عامل الأمان عند نقاط التعليق أكبر من 2.25. في الظروف الجوية العاصفة أو الجليدية النادرة, يجب ألا يتجاوز الحد الأقصى للتوتر عند نقاط تعليق OPGW 66% قوة الكسر الاسمية.
تدابير منع الاهتزاز لكابلات OPGW
يجب ألا يتجاوز متوسط جهد التشغيل لـ OPGW 20% قوة الكسر الاسمية, ويجب اتخاذ التدابير المناسبة لمنع الاهتزاز وفقًا للحد الأعلى لمتوسط جهد التشغيل السنوي. في خطوط بأقطار 20 مم أو أكثر, وكذلك على الخطوط ذات المسافات الكبيرة, ويجب اتخاذ تدابير لمنع الاهتزاز, مثل استخدام ممتصات الصدمات, على أساس الخبرة التشغيلية.
تخطيط الكابلات العلوية OPGW
يجب أن يأخذ طول تخطيط كابل OPGW في الاعتبار عوامل البناء, التشغيل والصيانة. يجب أن يأخذ حساب طول التخطيط في الاعتبار الطول الفعلي لـ OPGW, طول الكابل المستخدم في البناء, طول كابل المصب على كلا الجانبين وطول اندماج كابل الألياف الضوئية. كل عادة, طول الترتيب 3 أ 4 كم. في حساب طول التخطيط, يتم تحديد طول الكابل النازل من الجانبين حسب ارتفاع البرج عند نقطة ربط كابل الألياف الضوئية. وعادة ما يكون طول اندماج كابل الألياف الضوئية 10 م.
نصائح تثبيت OPGW
يجب أن يكون ترتيب كابلات OPGW مستقيمًا وممتعًا من الناحية الجمالية, مع دعم ثابت مثبت لكل منهما 1.5 م أ 2 م لمنع الكابل من التلامس مع الأبراج والتسبب في الاحتكاك. يجب تثبيت الكابل السفلي بين الهياكل في المحطة بمشابك مناسبة وعوازل مطاطية, الحفاظ على مسافة لا تقل عن 20 مم بين المكونات القابلة للأسفل والهيكلية.
لاس صناديق توصيل الكابلات OPGW يجب تركيب كابلات الألياف الضوئية على ارتفاع لا يقل عن 5 م فوق الارض. لكابلات الألياف الضوئية الخاصة, فمن المستحسن تثبيت المشبك كل 2 م لإصلاح الكابل الهابط, ويجب أن يفي الحد الأدنى المسموح به من نصف قطر الانحناء لكابل الإسقاط بمتطلبات المنتج.
يمكن أن يؤدي استخدام التأريض الموضعي أو نظام العزل الكامل لـ OPGW إلى تقليل فقد الطاقة بشكل كبير.. على الرغم من أن استخدام الخطوط الأرضية المعزولة كليًا أو جزئيًا أو OPGW مع الخطوط الأرضية عالية الموصلية يقلل من التيار المستحث في الخطوط الأرضية أو OPGW, يمكن أن يزيد بشكل كبير من الجهد الناجم في الخطوط, مما يترتب عليه مخاطر في تشغيل وصيانة الخط.
خاتمة
يعد الكابل البصري OPGW مثالًا رائعًا على تقارب التقنيات لتلبية المتطلبات المتزايدة للاتصالات ونقل الطاقة. تصميمها وميزاتها المتقدمة تجعلها فعالة وموثوقة للغاية. تضمن تدابير الحماية من الصواعق ومنع الاهتزاز الأداء الأمثل, ومن الضروري تركيبه بعناية على خطوط الجهد العالي. أصبح OPGW مكونًا أساسيًا في البنية التحتية لنقل الكهرباء والبيانات, تلعب دورا رئيسيا في تحديث شبكات الطاقة والاتصالات.