سیم گارد یا OPGW؟ راهنمای انتخاب سیم محافظ خطوط انتقال

سیمی که در رأس برج کشیده می‌شود، مستقل از جنس آن، سه وظیفهٔ اصلی دارد و هر گزینه‌ای — فولاد گالوانیزه، ACS، ACSR سبک یا OPGW — پیش از هر چیز باید از پس همین سه وظیفه برآید:

قابلیت مخابراتی OPGW همیشه لایه‌ای است که روی این سه وظیفه افزوده می‌شود و هیچ‌گاه نباید به بهای تضعیف آن‌ها انتخاب شود.

• جذب صاعقه: سیم گارد با زاویهٔ حفاظتی مناسب بالای هادی‌های فاز قرار می‌گیرد تا تخلیهٔ صاعقه به‌جای برخورد مستقیم با فاز، روی سیم گارد فرود آید و از طریق بدنهٔ برج و سیستم زمین تخلیه شود. در برج‌های بلند EHV، مدل‌های الکتروژئومتریک معمولاً طراح را به زوایای حفاظتی کوچک و حتی منفی سوق می‌دهند.
• بازگرداندن جریان خطای زمین: در خطای تک‌فاز به زمین، سیم گارد مسیری فلزی موازی با مسیر بازگشت از خاک فراهم می‌کند؛ نتیجه، کاهش افزایش پتانسیل پای برج، بهبود ولتاژ گام و تماس در محل خطا و کاهش امپدانس توالی صفر خط است.
• کاهش ولتاژهای القایی: سیم گارد پیوسته، ولتاژ القاشده روی مدارهای مخابراتی، خطوط لوله و حصارهای موازی با مسیر خط را به‌طور محسوسی کم می‌کند.

پیش از ورود OPGW، سه خانوادهٔ اصلی برای سیم گارد به کار می‌رفت و همچنان در بسیاری از خطوط انتخاب می‌شود:

• مفتول تابیدهٔ فولادی گالوانیزه: ارزان‌ترین و از نظر مکانیکی مقاوم‌ترین گزینه؛ اما هدایت الکتریکی آن بسیار پایین است و سهم کوچکی از جریان خطا را برمی‌گرداند. عمر آن را ضخامت روکش روی تعیین می‌کند و در اقلیم‌های ساحلی و صنعتی زودتر دچار خوردگی می‌شود.
• فولاد با روکش آلومینیوم (ACS یا آلوموِلد): مفتول فولادی با روکش نسبتاً ضخیم آلومینیوم که بسته به گرید، هدایتی در حدود ۲۰ تا ۴۰ %IACS و مقاومت خوردگی به‌مراتب بهتر از گالوانیزه دارد؛ در محیط‌های خورنده یا خطوطی با سطح اتصال کوتاه بالا انتخاب رایجی است.
• ACSR سبک: در عملِ شبکهٔ ایران، هادی‌های ردهٔ Fox (مطابق BS 215) بارها به‌عنوان سیم گارد به کار رفته‌اند. لایهٔ آلومینیومی هدایت مناسبی فراهم می‌کند، ساخت این هادی‌ها تحت IEC 61089، EN 50182، ASTM B232 و DIN 48204 کاملاً استاندارد است و گروه‌های اجرایی با یراق‌آلات و سیم‌کشی آن آشنا هستند.

OPGW (سیم محافظ حاوی فیبر نوری) در اصل همان سیم گارد است، با این تفاوت که یک واحد نوری — معمولاً لوله‌ای از فولاد زنگ‌نزن یا آلومینیوم حاوی فیبرها — در ساختار آن جاسازی شده و لایه‌های بیرونی از مفتول‌های فولادِ با روکش آلومینیوم و آلیاژ آلومینیوم تشکیل می‌شود. طراحی و آزمون آن را استاندارد IEEE 1138 و سری IEC 60794 پوشش می‌دهند و فیبرها معمولاً تک‌مد از نوع ITU-T G.652 هستند؛ برای مسیرهای طولانی با سامانه‌های DWDM ممکن است فیبر G.655 انتخاب شود.

با OPGW، بهره‌بردار علاوه بر حفاظت خط، بستری مطمئن برای حفاظت از راه دور (تله‌پروتکشن)، SCADA و ارتباط پست‌ها و حتی فیبر مازادِ قابل واگذاری به دست می‌آورد. با این حال OPGW پیش از هر چیز یک سیم گارد است: باید همهٔ الزامات مکانیکی و الکتریکی سیم محافظ را برآورده کند، با این قید اضافه که وجود فیبر، دمای مجاز در اتصال کوتاه را محدودتر و ملاحظات حمل، شعاع خمش و سیم‌کشی را سخت‌گیرانه‌تر می‌کند.

تصمیم نهایی حاصل هم‌سنجی چند عامل است که بهتر است از همان مرحلهٔ طراحی مفهومی روی کاغذ بیاید:

• نیاز به فیبر: اگر خط بخشی از شبکهٔ حفاظت از راه دور یا مخابرات بهره‌بردار خواهد بود، OPGW تقریباً بی‌رقیب است؛ اگر فیبر از مسیر دیگری تأمین می‌شود، سیم گارد متعارف کفایت می‌کند.
• سطح اتصال کوتاه: ظرفیت حرارتی سیم بر مبنای I²t (برحسب kA²·s) و با فرض گرمایش بی‌دررو کنترل می‌شود؛ در OPGW حد دما را واحد نوری تعیین می‌کند و معمولاً از سیم تمام‌فلزی سخت‌گیرانه‌تر است.
• هماهنگی فلش و اسپن: فلش سیم گارد معمولاً در حدود ۹۰٪ فلش هادی فاز تنظیم می‌شود تا فاصلهٔ میانی اسپن حفظ شود؛ کشش روزمره، خزش و بارهای باد و یخ باید برای کل عمر خط کنترل شود.
• ارتعاش آئولین: سیم‌های گارد سبک‌اند و با کشش نسبی بالا کشیده می‌شوند؛ بنابراین مستعد ارتعاش بادی‌اند و انتخاب و جانمایی دمپر برای هر دو گزینه ضروری است.
• بودجه: OPGW علاوه بر قیمت بالاتر کابل، هزینهٔ مفصل و جعبهٔ اسپلایس، کابل فرود در پست و تجهیزات پایانهٔ نوری را نیز به پروژه اضافه می‌کند.
• خط جدید یا بهسازی: در خط جدید، افزودن OPGW کم‌هزینه‌ترین راه رساندن فیبر به مسیر است؛ در بهسازی، تعویض سیم گارد موجود با OPGW نیازمند خاموشی و سیم‌کشی مجدد است.
• محیط خوردگی: در نواحی ساحلی و صنعتی، گزینه‌های با سطح آلومینیومی (ACS، ACSR، OPGW) بر فولاد گالوانیزهٔ ساده برتری دارند.

در خطوط ۲۳۰ و ۴۰۰ کیلوولت که برج‌ها دو نقطهٔ آویز برای سیم محافظ دارند، رویّهٔ رایج و اقتصادی، نصب یک رشته OPGW در یک سمت و یک سیم گارد متعارف (گالوانیزه، ACS یا ACSR سبک) در سمت دیگر است. جریان خطا میان دو سیم تقسیم می‌شود و می‌توان سیم متعارف را چنان انتخاب کرد که سهم بزرگ‌تری از جریان را بر عهده بگیرد؛ در نتیجه OPGW کوچک‌تر و ارزان‌تری کفایت می‌کند و وظیفهٔ حفاظت صاعقه نیز برای هر دو قله برقرار می‌ماند. تنها باید عدم تقارن فلش، وزن و امپدانس دو سیم در محاسبات کنترل شود.

تجربه نشان داده نیاز به پهنای باند در شبکه‌های برق تقریباً هیچ‌گاه کاهش نمی‌یابد. افزودن فیبر به خطی که با سیم گارد متعارف ساخته شده، به معنی خاموشی، سیم‌کشی مجدد و گاه تقویت سربرج است؛ بنابراین در احداث خطوط جدید انتقال، نصب OPGW از همان ابتدا معمولاً بسیار ارزان‌تر از افزودن فیبر در آینده تمام می‌شود.

در مقابل، سیم گارد متعارف سخت‌افزار ساده‌تری دارد: تعمیر آن به تجهیزات و مهارت نوری نیاز ندارد، قطعات یدکی آن ساده است و هر گروه خط می‌تواند آن را ترمیم کند. برای خطوط کوتاه صنعتی یا مسیرهایی که فیبر از پیش در دسترس است، انتخاب سیم گارد متعارف کاملاً قابل دفاع باقی می‌ماند.