La comunicación por fibra óptica utiliza ondas de luz como portadoras y fibras ópticas como medios de transmisión para enviar señales de un lugar a otro. El uso de cables ópticos con fibra óptica en líneas de transmisión de energía, desde líneas aéreas de 35kV hasta líneas de alta tensión, es una dirección importante en el desarrollo de cables ópticos de potencia especializados. Con la expansión de las redes de comunicación de sistemas eléctricos, el uso de los cables de OPGW fibra óptica en líneas de transmisión de energía se ha vuelto común.
Tabla de contenidos
- ¿Qué Es el OPGW Cable Óptico?
- Diseño de OPGW Líneas de Comunicación
- Protección contra Rayos para OPGW Cables
- Mecánica de las OPGW Fibras Ópticas
- Medidas de Prevención de Vibraciones para Cables OPGW
- Disposición de los OPGW Cables Aéreos
- Consejos de Instalación de OPGW
- Conclusión
¿Qué Es el OPGW Cable Óptico?
La OPGW fibra óptica es una estructura de cable de tierra de nueva generación que combina fibras ópticas compuestas con cables de transmisión de alta tensión. Tiene la función dual de un cable de tierra convencional y un cable de comunicación.
El OPGW es un canal de transmisión de información emergente que ha experimentado un rápido desarrollo en los últimos años. Se caracteriza por su capacidad de comunicación, resistencia a interferencias, seguridad y confiabilidad, y no ocupa espacio en el corredor de la línea. Además, combina hábilmente cables de comunicación de fibra óptica con cables de transmisión de alta tensión en una sola estructura. Sus excelentes propiedades mecánicas y de conductividad no solo cumplen con los requisitos de protección contra rayos de un cable de tierra convencional, sino que también, debido a su excelente conductividad y efecto de apantallamiento, reducen significativamente los riesgos electromagnéticos para líneas eléctricas cercanas.
Estructura de OPGW
El OPGW cable se clasifica de acuerdo con los componentes y la estructura de los cables OPGW, como sigue:
- Según el material del tubo de protección de unidades de fibra óptica, el OPGW se divide en OPGW con tubo de acero inoxidable y OPGW con tubo de aluminio.
- Según la posición de las unidades de fibra óptica en la estructura del OPGW, se divide en OPGW de estructura de tubo central y OPGW de estructura de capas entrelazadas.
- Para OPGW con tubo de acero inoxidable, se clasifica en OPGW de una sola unidad de fibra óptica, OPGW de dos unidades de fibra óptica y OPGW de múltiples unidades de fibra óptica según la cantidad de unidades de fibra óptica.
- Según el material de las capas entrelazadas y las líneas de capas entrelazadas, la estructura del OPGW se divide en estructura de aluminio completo con acero (todas las líneas de capas entrelazadas son de aluminio con acero) y estructura mixta (las líneas de capas entrelazadas incluyen aluminio con acero y aluminio aleado).
Estándares de OPGW
Los estándares vigentes para OPGW fibras ópticas en líneas aéreas incluyen:
IEEE 1138-2009: Estándar de construcción de cables de fibra óptica compuesta para líneas aéreas eléctricas.
IEC 60794-4-2003: Parte 4-1 de IEC 60794: Especificaciones combinadas para cables de fibra óptica para líneas de transmisión eléctrica.
GB/T 7424.4-2003: Parte 4 de GB/T 7424: Especificaciones para cables ópticos con fibras ópticas compuestas para líneas aéreas.
DL/T 832-2016: Cable óptico con fibra óptica compuesta.
JB/T 8999-2014: Cable óptico con fibra óptica compuesta.
Diseño de OPGW Líneas de Comunicación
Por lo general, los modelos de cables OPGW son propuestos por profesionales eléctricos especializados en líneas de transmisión. En el ámbito de la protección de comunicaciones de líneas, se propone el uso de cables de tierra de mayor sección y menor resistencia para mejorar la capacidad de disipación de corriente de cortocircuito del cable de tierra, evitando así que el OPGW se dañe por corrientes de cortocircuito. Cuando ocurre un cortocircuito a tierra en una fase de la línea, el cable de tierra debe soportar una corriente de cortocircuito significativa, lo que provoca un aumento de la temperatura en el cable. Para evitar una disminución significativa de la resistencia mecánica del cable de tierra, la elevación de temperatura no debe superar los valores permitidos.
La temperatura permitida para la verificación de estabilidad térmica de los cables de tierra se establece en 200°C para cables trenzados de aluminio con núcleo de acero y cables trenzados de aleación de acero con núcleo de acero, 300°C para cables trenzados de aluminio recubierto de acero, 400°C para cables trenzados de acero galvanizado y, en general, 200°C para OPGW cables aéreos. Cuando ocurre un cortocircuito cerca de una torre terminal, la corriente de cortocircuito que circula por el cable de tierra es máxima.
Según la experiencia de diseño, la corriente de cortocircuito que fluye a través del cable de tierra desde la torre de entrada al suelo suele representar alrededor del 15-20%, mientras que la corriente de cortocircuito que fluye a través del cable de tierra suele ser del 80-85%. En cálculos conservadores, se puede considerar que el 90%-95% de la corriente de cortocircuito fluye a través del cable de tierra para su cálculo.
Protección contra Rayos para OPGW Cables
Los daños causados por los rayos en las OPGW fibras ópticas son similares a los daños causados en los conductores aéreos. Principalmente, se manifiestan como puntos de fusión o roturas por fusión en las capas exteriores de los cables después de ser alcanzados por un rayo. Actualmente, la mayoría de los casos de rotura de cables OPGW se producen en las capas exteriores de aleación de aluminio y, en menor medida, en cables de acero revestido de aluminio debido a impactos de rayos. Los fenómenos de rotura de cables OPGW por impactos de rayos se pueden clasificar en dos categorías:
(1) Fusión directa de los cables durante el proceso de alta temperatura del arco eléctrico, lo que resulta en una rotura en forma de bola en el cable.
(2) Después de la alta temperatura del arco eléctrico, los cables se encuentran en estado fundido, lo que disminuye significativamente sus propiedades mecánicas, y se rompen de manera irregular bajo la influencia de fuerzas externas.
Para mejorar la resistencia al rayo de los OPGW cables, se pueden tomar las siguientes medidas:
Instalación de cables de fibra óptica OPGW
En la selección de la ruta de las líneas de transmisión de alta tensión, se debe evitar áreas montañosas circundantes con actividad eléctrica frecuente, áreas con cambios de pendiente pronunciados, zonas con depósitos minerales metálicos subyacentes y áreas cercanas a estanques. Esto reducirá la probabilidad de impactos de rayos en las líneas de transmisión.
Reduzca la resistencia a tierra de las torres de transmisión de alta tensión para aumentar la resistencia al rayo de las líneas de transmisión. En un rango de 1-2 km desde las subestaciones de entrada y salida de las líneas de transmisión, la resistencia a tierra de las torres no debe superar los 10Ω, mientras que en otros tramos de la línea no debe superar los 30Ω. Este enfoque principal busca reducir la corriente de cortocircuito que pasa a través del cable OPGW, y en algunos casos, se conecta la conexión a tierra de la primera torre con la red de tierra de la subestación.
Selección de productos OPGW
Utilice cables de tierra de alta conductividad que coincidan con los cables OPGW o aumente la sección transversal de los cables de tierra para mejorar el coeficiente de disipación de los cables de tierra de alta conductividad y reducir la corriente de rayo que atraviesa los cables OPGW.
En cumplimiento con los requisitos de coordinación de cables de tierra de alta resistencia con un valor de S≥0.012L+1 y las condiciones de carga de las torres, elija cables OPGW de gran sección transversal con estructura de múltiples capas en la medida de lo posible, evitando cables OPGW de estructura de una sola capa.
Diseño de OPGW cables
Diseñe un espacio de aire entre los hilos trenzados exteriores e interiores de los cables OPGW para permitir una rápida dispersión del calor generado por los impactos de rayos, retrasando la propagación del calor hacia los hilos internos y las fibras ópticas, evitando el sobrecalentamiento y la rotura de la fibra central.
La capa exterior de los cables OPGW está compuesta principalmente por hilos de aleación de aluminio (AA) y cables de acero revestido de aluminio (AS). Los cables de acero revestido de aluminio tienen buenas propiedades de conductividad, con puntos de fusión y resistencia mecánica superiores a los de los hilos de aleación de aluminio. Por lo tanto, utilizar cables de acero revestido de aluminio en la capa exterior de los cables OPGW contribuye en general a mejorar la resistencia al rayo de OPGW y reduce la probabilidad de rotura por impacto de rayos.
Para cables de tierra compuestos OPGW de líneas de 110 kV o inferiores, se deben seleccionar hilos de acero revestido de aluminio con un diámetro único de 2.8 mm o más. Para líneas de 220 kV o superiores, se deben seleccionar hilos de acero revestido de aluminio con un diámetro único de 3.0 mm o más. Y se debe seguir una estricta regulación del proceso de construcción.
Mecánica de las OPGW Fibras Ópticas
Los cálculos de las propiedades mecánicas de los cables de tierra compuestos con fibras ópticas (OPGW) son similares a los cálculos de cables aéreos y de tierra. Las características de deflexión de arco de los cables de tierra y OPGW deben coincidir con las características de diseño del OPGW. Aunque no se especifica una condición de trabajo, generalmente se considera un escenario de operación promedio anual (a +15°C, sin viento) durante el diseño.
El factor de seguridad de diseño del OPGW cable de fibra óptica para tendido aéreo debe ser mayor que 2.5 y no debe ser menor que el factor de seguridad de diseño del conductor. El factor de seguridad en los puntos de suspensión debe ser mayor que 2.25. En condiciones meteorológicas raras de viento o con hielo, la tensión máxima en los puntos de suspensión del OPGW no debe superar el 66% de la resistencia nominal a la rotura.
Medidas de Prevención de Vibraciones para Cables OPGW
La tensión media de funcionamiento del OPGW no debe superar el 20% de la resistencia nominal a la rotura, y se deben tomar medidas adecuadas de prevención de vibraciones según el límite superior de tensión promedio anual de funcionamiento. En líneas con diámetros de 20 mm o más, así como en líneas con grandes vanos, se deben tomar medidas de prevención de vibraciones, como el uso de amortiguadores, basadas en la experiencia operativa.
Disposición de los OPGW Cables Aéreos
La longitud de disposición del cable OPGW debe considerar factores de construcción, operación y mantenimiento. El cálculo de la longitud de disposición debe tener en cuenta la longitud real del OPGW, la longitud de cable utilizada en la construcción, la longitud de cable descendente en ambos lados y la longitud de fusión del cable de fibra óptica. Por lo general, se recomienda una longitud de disposición de 3 a 4 km. En el cálculo de la longitud de disposición, la longitud de cable descendente en ambos lados se determina según la altura de la torre en el punto de empalme del cable de fibra óptica. Y la longitud de fusión del cable de fibra óptica suele ser de 10 m.
Consejos de Instalación de OPGW
La disposición de los cables OPGW debe ser recta y estéticamente agradable, con un soporte fijo instalado cada 1.5 m a 2 m para evitar que el cable entre en contacto con las torres y se produzca fricción. El cable descendente entre las estructuras en la estación debe fijarse con abrazaderas adecuadas y aislantes de goma, manteniendo una distancia de al menos 20 mm entre el cable descendente y los componentes estructurales.
Las cajas de empalme de OPGW cables de fibra óptica deben instalarse a una altura mínima de 5 m sobre el suelo. Para cables de fibra óptica especiales, se recomienda instalar una abrazadera cada 2 m para fijar el cable descendente, y el radio de curvatura mínimo permitido del cable descendente debe cumplir con los requisitos del producto.
La utilización de una puesta a tierra puntual o un sistema de aislamiento completo para el OPGW puede reducir significativamente las pérdidas de energía. Aunque el uso de líneas de tierra o OPGW aislados por completo o por segmentos en combinación con líneas de tierra de alta conductividad reduce la corriente inducida en las líneas de tierra o el OPGW, puede aumentar significativamente la tensión inducida en las líneas, lo que conlleva riesgos en la operación y el mantenimiento de la línea.
Conclusión
El cable óptico OPGW es un ejemplo impresionante de la convergencia de tecnologías para satisfacer las crecientes demandas de comunicación y transmisión de energía. Su diseño y características avanzadas lo hacen altamente eficiente y confiable. La protección contra rayos y las medidas de prevención de vibraciones garantizan su rendimiento óptimo, y su instalación cuidadosa en líneas de alta tensión es esencial. El OPGW se ha convertido en un componente esencial en la infraestructura de transmisión eléctrica y de datos, desempeñando un papel clave en la modernización de las redes de energía y comunicación.