En el vasto panorama de las infraestructuras de comunicación, los OPGW cables ópticos desempeñan un papel crucial al garantizar la transmisión eficiente de datos. Sin embargo, su desempeño en condiciones extremas, particularmente en entornos de frío severo, es un aspecto que merece una atención minuciosa.
Tabla de contenidos
- Estudio de rendimiento del cable óptico en condiciones de frío extremo de -70℃
- Aplicación de cables ópticos resistentes a bajas temperaturas en el Proyecto de Interconexión de Corriente Continua Qinghai-Tíbet
- Conclusión
Estudio de rendimiento del cable óptico en condiciones de frío extremo de -70℃
En 2016, liderado por la State Grid Information & Telecommunication Co., Ltd. de China, en colaboración con fabricantes de renombre y organismos de investigación, se llevó a cabo un estudio sobre el rendimiento a baja temperatura de los cables ópticos y sus accesorios metálicos. Se realizaron pruebas de laboratorio en entornos de baja temperatura, explorando de manera preliminar su aplicación técnica en condiciones extremas de -70℃, y se propuso una solución de comunicación inicial para la construcción de la red global de energía.
Análisis del rendimiento de las fibras ópticas y cables ópticos a -70℃
Materiales de prueba
Se seleccionaron un total de 8 tipos de fibras ópticas G.652 para el análisis, siendo las primeras seis utilizadas para medir la pérdida en las fibras ópticas y las últimas dos para medir la pérdida en los cables ópticos.
Pruebas de pérdida en fibras ópticas a bajas temperaturas
En cuanto a las características de baja temperatura de pérdida de las fibras ópticas, este proyecto se centró principalmente en tres aspectos: las características de pérdida a baja temperatura durante el enfriamiento continuo, las características de pérdida a baja temperatura durante el calentamiento continuo y las características de pérdida sostenida a baja temperatura.
En las pruebas de enfriamiento continuo, el No.1 mostró una variación de pérdida significativamente mayor en comparación con otras fibras ópticas. El No.2 y el No.5 experimentaron un aumento abrupto en la pérdida en el rango de -50℃ a 20.3℃. El resto de las fibras ópticas para señales mostraron cambios de pérdida relativamente estables en el rango de -50℃ a 20.3℃. Cuando la temperatura descendió a -55℃, todas las fibras ópticas experimentaron un aumento en la pérdida. Y cuando la temperatura bajó de -60℃, la pérdida aumentó significativamente. Esto hizo que la mayoría de las fibras ópticas no cumplieran con los requisitos de uso.
En las pruebas de calentamiento continuo (-70℃ a -55℃), las seis fibras ópticas mostraron una disminución general en la pérdida relativa, indicando que la pérdida causada por la disminución de la temperatura es reversible y disminuirá correspondientemente cuando la temperatura vuelva a subir.
Pruebas de pérdida en cables ópticos en condiciones de frío extremo
Para las características de pérdida a baja temperatura del cable OPGW aéreo, las pruebas principales incluyen la comparación de las características de pérdida a baja temperatura después de la formación del cable con diferentes compuestos de gel, la comparación de las características de pérdida a baja temperatura después de la formación del cable con diferentes materiales de tubo metálico, y la comparación de las características de pérdida a baja temperatura entre cables rellenos de gel con fibras ópticas y cables sin relleno de gel con fibras ópticas.
Al comparar las características de pérdida de cables rellenos de gel con fibras ópticas y cables sin relleno de gel con fibras ópticas, se observa que en entornos de baja temperatura extrema, el uso de otros materiales hidrofóbicos en lugar de compuestos de gel mejora las características de pérdida del cable. Es decir, los cables sin compuestos de gel tienen un mejor rendimiento en resistencia a bajas temperaturas. Y al comparar las características de pérdida de cables fabricados con diferentes compuestos de gel, se observa que cuando la temperatura es superior a -50℃, el rendimiento del compuesto de gel nacional y el compuesto de gel importado son muy similares. Sin embargo, cuando la temperatura desciende por debajo de -50℃, el rendimiento del compuesto de gel importado es notablemente superior al del compuesto de gel nacional. Al comparar las características de pérdida de cables fabricados con diferentes materiales de tubo, se descubre que en entornos de baja temperatura extrema, el rendimiento de los cables fabricados con tubos de aluminio es superior a los fabricados con tubos de acero.
Análisis del rendimiento de los accesorios metálicos del cable óptico en condiciones extremas de -70℃
Factores que limitan el rendimiento de los accesorios metálicos del cable óptico en entornos de baja temperatura
La investigación ha identificado los factores específicos que limitan el rendimiento de los accesorios metálicos del cable óptico en condiciones de baja temperatura, mediante un estudio exhaustivo de diversos tipos de accesorios metálicos.
Medidas para mejorar la resistencia a bajas temperaturas de los accesorios metálicos del cable óptico
Dado que aún no existen estándares para las pruebas de rendimiento a bajas temperaturas de los accesorios metálicos para fibras ópticas en condiciones extremas de frío, el proyecto no ha realizado pruebas. Sin embargo, se han propuesto algunas soluciones y recomendaciones para futuras investigaciones y pruebas de resistencia a bajas temperaturas de los accesorios metálicos del cable óptico. En primer lugar, se sugiere rediseñar y optimizar la estructura de los productos metálicos del cable óptico y seleccionar procesos de fabricación adecuados. En segundo lugar, se destaca la necesidad de investigar métodos y condiciones para probar los accesorios metálicos del cable óptico en condiciones de frío extremo, ya que las condiciones actuales de las pruebas de ciclos de temperatura bajo los estándares existentes no abarcan las temperaturas extremadamente bajas asociadas a climas gélidos.
Aplicación de cables ópticos resistentes a bajas temperaturas en el Proyecto de Interconexión de Corriente Continua Qinghai-Tíbet
La línea de OPGW cables ópticos del Proyecto de Interconexión de Corriente Continua Qinghai-Tíbet de ±400 kV es la primera línea de comunicación aérea de larga distancia en China que opera en altitudes elevadas y en regiones de temperatura extremadamente baja. La meseta de Qinghai-Tíbet es conocida como el «techo del mundo» y el «tercer polo de la Tierra». La longitud total de la línea del Proyecto de Interconexión de Corriente Continua Qinghai-Tíbet es de 1038 km, con una altitud promedio de 4500 m y una altitud máxima de 5300 m. La temperatura varía entre -55℃ y +60℃, con grandes fluctuaciones diurnas y condiciones de viento y arena.
Requisitos técnicos principales para el OPGW en el Proyecto de Interconexión de Corriente Continua Qinghai-Tíbet
El proyecto establece estrictos requisitos para la pérdida de fibra óptica y la pérdida adicional debida a cambios de temperatura en el OPGW utilizado. Estos requisitos son los siguientes:
- La pérdida de fibra óptica del cable a una longitud de onda de 1550 nm debe ser ≤0.18 dB/km.
- La temperatura de uso del entorno del OPGW debe ser capaz de satisfacer un mínimo de -55℃.
- La variación de la pérdida de fibra óptica del OPGW en el rango de temperatura de -55℃ a +65℃ debe ser <0.01 dB/km.
Tecnologías clave abordadas en el desarrollo del OPGW
Selección de fibra óptica de ultra bajo nivel de pérdida
- Pérdida óptica ultra baja
- Valor ultra bajo de PMD (Dispersión Modal de Polarización)
Selección de grasa óptica resistente a bajas temperaturas
El proyecto colaboró con tres fabricantes de grasa óptica para desarrollar un nuevo material de grasa óptica resistente a temperaturas extremadamente bajas. Después de pruebas, se eligió finalmente la grasa óptica A2 como el producto de uso real en el proyecto.
Diseño optimizado de la longitud adicional de la fibra óptica
Se produjo una serie de OPGW cables ópticos utilizando la grasa óptica A2 resistente a bajas temperaturas con diámetros exteriores de 2.5 mm y diferentes longitudes adicionales de fibra óptica de acero inoxidable. La longitud total de los cables fue de aproximadamente 3000 m. Siguiendo la estructura del OPGW del Proyecto de Interconexión de Corriente Continua Qinghai-Tíbet y utilizando el mismo proceso de torsión, la pérdida adicional en cada paso de la fibra G.652D y ULL fue inferior a 0.01 dB/km. En el rango de -55℃ a +65℃, la pérdida adicional de la fibra óptica fue inferior a 0.01 dB/km, cumpliendo con los requisitos de uso de la línea.
Estudio del rendimiento de los accesorios metálicos complementarios del OPGW a -55℃
- Ensayo de agarre a baja temperatura de abrazaderas de tensión y abrazaderas de suspensión:
Se realizaron pruebas de agarre a baja temperatura en abrazaderas de tensión y abrazaderas de suspensión para evaluar su desempeño en condiciones extremas de -55℃. - Variación de pérdida en las juntas de fibra óptica OPGW a -55℃:
Se estudió la variación de la pérdida en las juntas de fibra óptica OPGW a una temperatura de -55℃.
Logros tecnológicos del proyecto
El Proyecto de Interconexión de Corriente Continua Qinghai-Tíbet, de ±400 kV, se puso en funcionamiento en noviembre de 2011 y ha estado operando de manera estable durante 5 años. A través de la investigación y aplicación práctica en el proyecto, se han logrado los siguientes avances tecnológicos:
- Pérdida de cable OPGW con ultra bajo nivel de pérdida:
La pérdida del OPGW cables ópticos con ultra bajo nivel de pérdida es significativamente menor que la de las fibras ópticas convencionales G.652D. - Control de pérdida adicional de fibra óptica a -55℃:
Después de procesos como coloreado, formación de tubo y formación de cable, el aumento en la pérdida de la fibra óptica con ultra bajo nivel de pérdida se puede controlar en 0.01 dB/km. La pérdida final de la fibra óptica se puede controlar en 0.18 dB/km, lo cual es significativo para las comunicaciones a larga distancia. - Selección cuidadosa de grasa óptica resistente a -60℃:
Los fabricantes de OPGW cables ópticos deben elegir grasa óptica resistente a temperaturas tan bajas como -60℃ y controlar adecuadamente la longitud adicional de la fibra óptica para garantizar que todas las características de rendimiento del OPGW cumplan con los requisitos de la línea en condiciones extremadamente frías. - Pérdida adicional de fibra óptica en entornos extremos de temperatura:
Para OPGW con ultra bajo nivel de pérdida y resistencia a temperaturas extremadamente bajas, la pérdida adicional de fibra óptica a temperaturas de -60℃ a +80℃ es ≤0.01 dB/km en comparación con 20℃. - Consideraciones para OPGW con ultra bajo nivel de pérdida:
Los fabricantes de OPGW deben tener en cuenta el aumento en los radios de curvatura dinámicos y estáticos y optimizar el diseño del embalaje del OPGW cuando se utiliza fibra óptica con ultra bajo nivel de pérdida.
Conclusión
Los resultados obtenidos de este estudio han llevado a avances significativos en la tecnología de OPGW cables ópticos resistentes a bajas temperaturas. La aplicación exitosa de estos cables en el Proyecto de Interconexión de Corriente Continua Qinghai-Tíbet, que opera en condiciones climáticas extremas, demuestra la viabilidad y eficacia de las soluciones propuestas. Estos logros tecnológicos no solo benefician a la infraestructura energética, sino que también abren nuevas posibilidades para aplicaciones en otras áreas que enfrentan desafíos similares.