دانش

کابل فیبر نوری ADSS چیست؟

کابل فیبر نوری ADSS یک کابل هوایی خود{0} است که حاوی اجزای فلزی نیست و برای نصب بر روی تیرهای برق و دکل های خطوط برق بدون سیم پیام رسان اضافی یا سازه های پشتیبانی طراحی شده است. مخفف عبارت All-Dielectric Self-Supporting است، که در آن "همه-دی الکتریک" به معنای مواد کاملاً نارسانا است، و "Self-" نشان می‌دهد که کابل می‌تواند وزن خود را به اضافه بارهای محیطی بین نقاط پشتیبانی تحمل کند.

آشنایی با ساخت کابل فیبر نوری ADSS

معماری داخلی عملکرد را در سناریوهای مختلف استقرار تعیین می کند. برخلاف کابل‌های فیبری سنتی که به سیم‌های پیام‌رسان فولادی متکی هستند، ADSS از طریق مواد دی‌الکتریک مهندسی‌شده با دقت به استحکام مکانیکی دست می‌یابد.

در هسته کابل، فیبرهای نوری درون لوله‌های بافر شل پر از ترکیبات مسدودکننده-آب قرار دارند. این لوله ها به فیبرها اجازه می دهند که به طور مستقل در طول خم شدن کابل حرکت کنند و از تخریب سیگنال ناشی از استرس جلوگیری کنند. در اطراف این هسته، نخ آرامید-همان مواد با استحکام بالا-که در جلیقه‌های ضدگلوله استفاده می‌شود-بسته به نیاز دهانه، استحکام کششی از 6 کیلو نیوتن تا بیش از 20 کیلو نیوتن را فراهم می‌کند.

ژاکت بیرونی نشان دهنده یک چالش مهندسی حیاتی است. برای نصب های زیر 110 کیلو ولت، ژاکت های پلی اتیلن (PE) کافی است. بالاتر از این آستانه، ترکیبات تخصصی ضد ردیابی (AT) ضروری است. این مواد در برابر ردیابی الکتریکی-تشکیل مسیرهای کربن رسانا ناشی از قوس باند خشک-در محیط‌های با ولتاژ بالا مقاومت می‌کنند. یک مطالعه صنعتی در سال 2022 مستند کرد که 73٪ از خرابی های ADSS در خطوط انتقال بالاتر از 220 کیلو ولت ناشی از انتخاب ناکافی ژاکت است تا مشکلات اعضای فیبر یا استحکام.

دو نوع ساختاری بر بازار تسلط دارند. طرح‌های لوله مرکزی همه الیاف را در یک لوله بزرگ قرار می‌دهند و در نتیجه کابل‌های سبک‌تر و فشرده‌تر مناسب برای دهانه‌های زیر 300 متر می‌شوند. طرح‌های رشته‌ای، الیاف را در لوله‌های متعددی که در اطراف یک عضو استحکام مرکزی پیچیده شده‌اند، توزیع می‌کنند و دهانه‌های بیش از ۱۰۰۰ متر را پشتیبانی می‌کنند. این معاوضه شامل قطر و وزن کابل‌های رشته‌ای است که معمولاً 30 تا 40 درصد بزرگ‌تر هستند، اما استرس مکانیکی را به طور یکنواخت در فواصل طولانی کنترل می‌کنند.

ماتریس پیاده سازی ADSS

انتخاب کابل فیبر نوری ADSS مناسب نیاز به تطبیق عوامل محیطی با مشخصات دارد. این چارچوب فرآیند تصمیم گیری را سازماندهی می کند:

محیط ولتاژ (محور عمودی):

زیر 35 کیلو ولت: ژاکت استاندارد پلی اتیلن، حداقل ملاحظات الکتریکی

35-110 کیلوولت: ژاکت پلی اتیلن با مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش

110-220 کیلو ولت: ژاکت AT در مناطق-استرس بالا، پلی اتیلن قابل قبول در موقعیت های کم میدان

بالای 220 کیلو ولت: ژاکت AT اجباری، با فرمولاسیون خاص برای محدوده ولتاژ

الزامات دهانه (محور افقی):

دهانه کوچک (40-120 متر): لوله مرکزی، درجه کشش 6-9 کیلونیوتن

دهانه استاندارد (120-300 متر): لوله مرکزی یا رشته سبک، 9-12 کیلو نیوتن

دهانه بلند (300-600 متر): ساختار رشته ای، 12-18 کیلونیوتن

دهانه فوق العاده- (600-1800 متر): رشته سنگین با ژاکت تقویت شده، 18-24 کیلونیوتن

تقاطع نوع کابل را تعیین می کند. یک دهانه 150 متری که از خط توزیع 66 کیلوولت عبور می کند به مشخصات متفاوتی نسبت به دهانه 450 متری موازی با خط انتقال 500 کیلوولت نیاز دارد. بازار جهانی ADSS، با ارزش 1.42-2.5 میلیارد دلار در سال 2024 بسته به روش تقسیم بندی، سالانه بین 6.5-14.6٪ در حال گسترش است زیرا شرکت های برق زیرساخت های قدیمی را مدرن می کنند.

جایی که ADSS اکسل می کند و کجا با آن مبارزه می کند

ایمنی الکترومغناطیسی همه ساختارهای دی الکتریک{0}}این کابل ها را در امتداد راهروهای ولتاژ بالا که در آن کابل های فلزی جریان القایی را تجربه می کنند، بسیار ارزشمند می کند. تاسیسات برق تقریباً 45 تا 50 درصد مصرف جهانی را تشکیل می دهند و از آنها برای ساخت شبکه های SCADA، سیستم های اتوماسیون توزیع و زیرساخت نظارت بر شبکه بدون نیاز به زمین در هر قطب استفاده می کنند.

استقرار ارتباطات از راه دور از این رویکرد در مناطقی با زیرساخت‌های خدماتی موجود حمایت می‌کند. به‌جای ساخت خطوط قطب جدید، حامل‌ها فضای پیوست را در قطب‌های توزیع اجاره می‌کنند. ماهیت غیر رسانا هزینه های اتصال و اتصال به زمین را که کابل های فلزی تحمیل می کنند حذف می کند. نصب در طول پنجره‌های خاموش بدون{4}}خطوط برق‌زدایی، با استفاده از تکنیک‌های خط زنده- با ابزارهای عایق‌شده ادامه می‌یابد.

با این حال محدودیت های متمایز وجود دارد. در نقطه-به-فیبر چند نقطه-به--شبکه‌های محل، ناتوانی در زدن کابل‌های دراپ اضافی در وسط عرض، چالش‌هایی را ایجاد می‌کند. هر افت سرویس باید به یک قطب متصل شود، به طور بالقوه مشتریان را ملزم به اتصال از قطب های مجاور در صورتی که ساختمان آنها در وسط بلوک قرار دارد-. این محدودیت باعث شد که یکی از تولیدکنندگان بزرگ فیبر در ایالات متحده علیرغم هزینه‌های بالای مواد، ADSS را برای کابل‌های هوایی بسته‌شده در حومه شهر کنار بگذارد.

مشکل ردیابی الکتریکی در شرایط جغرافیایی خاص تشدید می شود. تاسیسات ساحلی با تسریع تخریب ژاکت در اثر پاشش نمک مواجه می شوند که مقاومت سطح را کاهش می دهد. مناطق صنعتی با آلاینده های موجود در هوا اثرات مشابهی را تجربه می کنند. یک حادثه در سال 2018 در چین شاهد شکستگی کابل فیبر نوری ADSS در عرض یک راه‌آهن پرسرعت-پس از عدم شناسایی آسیب ردیابی بود که باعث اختلال در خدمات دو ساعته-و ایجاد پروتکل‌های بازرسی گسترده در صنعت برای «سه‌-راه‌های عبوری، بزرگراه‌ها، بزرگراه) شد.

دمای شدید چالش های مکانیکی ایجاد می کند. کابل‌ها باید عملکرد نوری خود را از -40 درجه تا +70 درجه حفظ کنند، در حالی که چرخه‌های انقباض روزانه انبساط- را تجربه می‌کنند. بارگیری یخ در آب و هوای شمالی می تواند وزن کابل را به طور موقت سه برابر کند. ارتعاش ناشی از باد یا ارتعاش بادی زمانی اتفاق می‌افتد که بادهای متقابل ثابت امواجی را در کابل ایجاد کنند. بدون دمپرهای مناسب، این ارتعاش می تواند نقاط اتصال یا سخت افزار اتصال را در طول سال ها خسته کند.

واقعیت های نصب که مشخصات را از دست می دهند

نمودارهای دهانه منتشر شده شرایط ایده آل-زمین سطح، بدون مانع، باد و مناطق یخی استاندارد را در نظر می گیرند. تأسیسات میدانی به ندرت با این مفروضات مطابقت دارند. محاسبات فرورفتگی باید ارتفاع دیفرانسیل بین قطب ها را در نظر بگیرد، با دهانه های سربالایی که برای جلوگیری از کرنش بیش از حد الیاف به 15{5}}25% مسافت کمتر نیاز دارند. عبور از دره ها یا بدنه های آبی نیازمند تجزیه و تحلیل دقیق از بدترین شرایط بارگذاری است.

پدیده "خزش" بر نصب-طولانی اثر می گذارد. نخ های آرامید تحت کشش مداوم به آرامی دراز می شوند و باعث افزایش افتادگی در 2-3 سال اول کابل می شوند. خدمه باتجربه با 10-15 درصد کاهش کمتر از حد محاسبه شده نصب می کنند و این ته نشینی را پیش بینی می کنند. عدم در نظر گرفتن خزش منجر به افتادگی کابل ها از حداقل فاصله زمین می شود که مستلزم تنش مجدد پرهزینه است.

قرار دادن بسته شدن اسپلایس محدودیت های عملی ایجاد می کند. بر خلاف کابل های مدفون که در زیر زمین به هم متصل می شوند، اتصالات هوایی به محفظه های مقاوم در برابر آب و هوا نیاز دارند که روی تیرها یا برج ها محکم شوند. این محفظه ها بار باد و تنش لحظه ای را به اتصالات قطب اضافه می کنند. شرکت‌ها معمولاً حداکثر فواصل اتصال 2-4 کیلومتری را بر اساس الزامات آزمایش OTDR و تدارکات دسترسی تعمیر تعیین می‌کنند.

«ضریب نصب میدانی» که توسط پیمانکاران باتجربه اعمال می‌شود، رتبه‌بندی دامنه کاتالوگ را 20-30 درصد کاهش می‌دهد تا متغیرهای دنیای واقعی را در نظر بگیرد. کابلی که برای دهانه های 400 متری درجه بندی شده است، ممکن است در عمل به 300 متر محدود شود، زیرا تغییرات زمینی متوسط، تحمل های استاندارد ساخت و ساز و حاشیه های ایمنی در نظر گرفته می شود.

ADSS در مقابل OPGW: چارچوب تصمیم

سیم زمین نوری (OPGW) هم به عنوان هادی اتصال زمین و هم به عنوان کابل فیبر در بالای دکل های انتقال نصب می شود. این عملکرد دوگانه، OPGW را به انتخاب پیش‌فرض برای ساخت خط انتقال جدید بالای 110 کیلوولت تبدیل می‌کند-عملکرد زمین بدون توجه به استفاده از فیبر، ارزش ارائه می‌کند.

ADSS زمانی سودمند می‌شود که خطوط موجود را که جایگزینی سیم‌های زمین از نظر اقتصادی توجیه نمی‌کند، بازسازی کنیم. هزینه های نصب برای کابل فیبر نوری ADSS در پروژه های مقاوم سازی 30 تا 50 درصد کمتر است زیرا سیم های زمین موجود دست نخورده باقی می مانند. با این حال، OPGW حفاظت مکانیکی عالی را از طریق زره فلزی خود ارائه می دهد و توضیح می دهد که چرا در مناطق شدید آب و هوایی و طول دهانه بیش از 800 متر تسلط دارد.

تفاوت هزینه مواد بر خلاف هزینه نصب است. کابل‌های OPGW حاوی فولاد با روکش آلومینیوم{1} معمولاً 40 تا 60 درصد بیشتر از کابل‌های مشابه قیمت دارند. کل اقتصاد پروژه به این بستگی دارد که آیا خطوط نیاز به ساخت و ساز جدید (به نفع OPGW) یا استفاده از زیرساخت های موجود (به نفع ADSS) دارند.

فلسفه حفاظت از صاعقه اساساً متفاوت است. OPGW انرژی ضربه را از طریق سیستم اتصال به زمین پخش می کند. ADSS که رسانا نیست، اجازه می‌دهد ضربه‌ها از طریق ساختار برج یا سیم‌های زمین جداگانه به زمین منتقل شوند. هر دو روش زمانی که به درستی مهندسی شده باشند، موثر هستند، اگرچه ابزارهای برقی با شدت رعد و برق بالا گاهی اوقات زمین اضافی را فراتر از آنچه ADSS نیاز دارد مشخص می کنند.

معیارهای انتخاب برای سناریوهای خاص

وضعیت: استقرار پهنای باند روستایی در خطوط توزیع 69 کیلوولت با دهانه های 150 تا 200 متر

راه حل: ADSS لوله مرکزی، رتبه بندی 12 کیلونیوتن، ژاکت استاندارد پلی اتیلن، تعداد فیبر 24-48. این پیکربندی هزینه را در مقابل عملکرد برای محیط های معمولی توزیع روستایی متعادل می کند. طراحی تک ژاکت قطر و وزن را به حداقل می رساند.

موقعیت: شبکه اسکادا در امتداد خط انتقال 345 کیلوولت با دهانه های 400 تا 600 متری با عبور از زمین های متنوع

راه حل: ADSS رشته ای، رتبه بندی 18 کیلونیوتن، ژاکت AT دارای رتبه بندی برای 345 کیلوولت، 48- فیبرهای 96. میراگرهای ارتعاشی در دهانه های بیش از 500 متر را مشخص کنید. برای حداکثر حفاظت از محیط زیست، ساخت دولایه را در نظر بگیرید.

موقعیت: ستون فقرات پردیس ساختمان ها را با فاصله 80-120 متری با استفاده از قطب های تاسیسات موجود متصل می کند.

راه حل: Mini- ADSS دهانه، 6- 9 کیلو نیوتن رتبه، ژاکت PE ضد شعله، الیاف 12-24. دهانه های کوتاه اجازه ساخت سبک وزن را می دهد. کدهای آتش محلی را برای الزامات ژاکت در محیط های شهری تأیید کنید.

موقعیت: نصب ساحلی در 5 کیلومتری آب شور

راه‌حل: ژاکت AT بدون در نظر گرفتن ولتاژ، با فرمول‌بندی‌های خاص ردیابی-مقاوم برای محیط‌های شور. برای تشخیص علائم اولیه ردیابی، فرکانس بازرسی را افزایش دهید. برخی از مشخصات نیاز به پوشش های آبگریز روی ژاکت بیرونی دارند.

اشتباهات رایج در اجرا

نصب در موقعیت های عمودی نادرست بر روی برج ها باعث بیشتر خرابی های ردیابی الکتریکی می شود. شدت "E{1}}میدان" از صفر در برج (زمین دار) تا حداکثر در وسط فاصله متغیر است. مشخصات اغلب حداقل جداسازی عمودی از هادی های فاز را الزامی می کند-معمولاً 3-4 متر زیر پایین ترین هادی یا 2 متر بالاتر از بالاترین، بسته به هندسه برج.

استفاده از سخت افزار کم حجم نشان دهنده یک خطای مکرر دیگر است. گیره های تعلیق باید فشار کابل را به طور یکنواخت توزیع کنند. نقطه فشار بیش از حد- ژاکت و اعضای استحکام زیرین را بارگذاری می کند. گیره های بن بست در نقاط کرنش نیاز به تطبیق دقیق با قطر کابل و درجه کشش دارند. یکی از شرکت‌ها 60 درصد از خرابی‌های زودهنگام را به‌جای نقص کابل به دلیل انتخاب نادرست گیره بررسی کرد.

برنامه های بازرسی ناکافی باعث تشدید مشکلات جزئی می شود. ردیابی آسیب قابل مشاهده به صورت رگه های سیاه یا لکه های زبر روی سطح ژاکت نشان دهنده تخریب فعال است که نیاز به توجه فوری دارد. آسیب تفنگ ساچمه ای در مناطق روستایی، در حالی که به ظاهر جزئی است، اجازه نفوذ رطوبت را می دهد که باعث انتشار خرابی فیبر در سال های بعدی می شود.

انتظارات عملکرد در طول زمان

وقتی ولتاژ محیط و طول دهانه با مشخصات مطابقت داشته باشند،-نصب‌های کابل فیبر نوری ADSS که به خوبی مهندسی شده‌اند، 25-40 سال عمر می‌کنند. استقرارهای آسیا-اقیانوسیه از دهه 1990 به طور موثر به کار خود ادامه می دهند و پتانسیل طول عمر این فناوری را نشان می دهند.

تضعیف سیگنال معمولاً 0.3-0.4 dB/km در طول موج 1310 نانومتر در حالت جدید اندازه می‌گیرد، که پس از 15 تا 20 سال از خمش میکرو در چرخه‌های حرارتی به 0.4-0.6 dB/km افزایش می‌یابد. این تخریب برای اکثر کاربردها در محدوده قابل قبول باقی می ماند - گستره انتقال 100 کیلومتر بدون تکرار کننده با استفاده از طول موج 1550 نانومتر امکان پذیر است.

الزامات نگهداری در مقایسه با کابل مدفون حداقل است. بازرسی‌های بصری به‌صورت فصلی یا نیمه‌سالانه-90 درصد مشکلات در حال توسعه را شناسایی می‌کنند. تصویربرداری ترموگرافی نقاط داغی را شناسایی می کند که نشان دهنده خوردگی سخت افزار یا اتصالات شل است. تست OTDR سالانه عملکرد نوری را تایید می کند و هر بخش تخریب شده را مشخص می کند.

این فناوری به پیشرفت خود ادامه می دهد. فرمولاسیون جدید ژاکت مقاومت ردیابی را تا محدوده 500 کیلوولت گسترش می دهد. طرح‌های رایگان ژل-دسترسی متوسط-را برای تعمیرات ساده می‌کنند. الیاف غیر حساس خم-(ITU-T G.657) در موقعیت‌های مسیریابی تنگ در اطراف سخت‌افزار قطب، تلفات را کاهش می‌دهند.

تصمیم گیری

ADSS زمانی موفق می شود که نصب نیاز به:

استقرار هوایی در زیرساخت های موجود

ساختار غیرفلزی-برای ایمنی یا ایمنی EMI

دسترسی مقرون به صرفه-فیبر در فواصل متوسط

حداقل تضادهای فاصله از زمین

انعطاف‌پذیری نصب در شرایط خط زنده-

زمانی که پروژه ها شامل موارد زیر باشد با چالش هایی مواجه می شود:

شبکه‌های چند نقطه‌ای-به-با افت مکرر در وسط فاصله

دهانه های بسیار طولانی بیش از 800 متر

محیط های ولتاژ بالای 345 کیلو ولت بدون کابل تخصصی

اتمسفرهای خورنده بدون محافظ ژاکت مناسب

ساخت و ساز جدید که در آن OPGW عملکرد دوگانه را ارائه می دهد

تصمیم در نهایت بر تطبیق قابلیت های کابل با محیط استقرار از طریق تجزیه و تحلیل دقیق مهندسی است. ماتریس پیاده‌سازی ADSS یک چارچوب اولیه ارائه می‌کند، اما-عوامل خاص-زمین، الگوهای آب و هوا، پیکربندی ولتاژ، توزیع دهانه-به ارزیابی فردی نیاز دارند.

همانطور که شبکه‌های فیبر به مناطق محروم گسترش می‌یابند و سرویس‌ها شبکه‌های قدیمی را مدرن می‌کنند، کابل فیبر نوری ADSS یک راه‌حل اثبات شده برای استقرار هوایی ارائه می‌کند. درک قابلیت‌ها و محدودیت‌های آن به مهندسان اجازه می‌دهد تا از نقاط قوت آن استفاده کنند و در عین حال از مشکلاتی که تأسیسات نامناسب مشخص‌شده را دچار مشکل کرده‌اند اجتناب کنند.