کابل OPGW چیست و کجا به کار می‌رود؟

در نقش سیم محافظ، OPGW بالاتر از هادی‌های فاز کشیده می‌شود و در هر دکل به زمین متصل است. برخورد مستقیم صاعقه را پیش از رسیدن به فازها به خود جذب می‌کند، مسیر برگشت کم‌امپدانسی برای جریان خطای فاز به زمین فراهم می‌سازد و ولتاژهای القایی روی مدارهای موازی را کاهش می‌دهد. از نظر مکانیکی و الکتریکی نیز درست مانند یک سیم گارد معمولی مشخصه‌گذاری می‌شود: استحکام کششی، رفتار فلش–کشش، هدایت الکتریکی و ظرفیت اتصال کوتاه.

در نقش مخابراتی، فیبرهای درون هسته ترافیک بهره‌برداری شبکه — سیگنال‌های حفاظت از راه دور، SCADA، اتوماسیون پست، صوت و دیتای سازمانی — و اغلب ظرفیت مازادی را که به اپراتورهای مخابراتی واگذار می‌شود حمل می‌کنند. چون فیبر شیشه‌ای در برابر تداخل الکترومغناطیسی مصون است، مجاورت با میدان‌های شدید خط فشار قوی هیچ اثری بر کیفیت سیگنال ندارد.

کابل OPGW یک سازه‌ی مرکب لایه‌لایه است. جزئیات طرح‌ها متفاوت است، اما آناتومی همه‌ی آن‌ها مشترک است:

مرجع اصلی آزمون‌های OPGW استاندارد IEEE 1138 است و مجموعه‌ی IEC 60794 روش‌های آزمون کابل نوری را پوشش می‌دهد؛ مشخصات انتقال فیبرها نیز از توصیه‌نامه‌های ITU-T تبعیت می‌کند.

• واحد نوری: فیبرها با طول اضافه‌ی کنترل‌شده، به‌صورت آزاد درون یک یا چند لوله‌ی فولادی زنگ‌نزن پر از ژل (یا لوله‌ی آلومینیومی یا هسته‌ی شیاردار) قرار می‌گیرند تا کشش، بار یخ و تغییرات دما کرنشی به شیشه وارد نکند.
• لایه‌های فلزی: یک یا دو لایه‌ی هم‌مرکز از مفتول‌های فولادی با روکش آلومینیوم (ACS) برای استحکام کششی و مقاومت در برابر خوردگی، که معمولاً با مفتول‌های آلیاژ آلومینیوم ترکیب می‌شوند تا هدایت الکتریکی بالا برود.
• موازنه‌ی طراحی: آلومینیوم بیشتر یعنی ظرفیت اتصال کوتاه (I²t) بالاتر؛ فولاد بیشتر یعنی استحکام بیشتر و فلش کمتر. این ترکیب بر اساس سطح خطای شبکه، طول اسپن‌ها و بارهای اقلیمی تنظیم می‌شود.

OPGW در همان موقعیت سیم زمین، یعنی نوک دکل و بالاتر از هادی‌های فاز نصب می‌شود و مستقیماً جایگزین سیم گارد می‌گردد. جانمایی آن را زاویه‌ی حفاظتی تعیین می‌کند: هندسه باید طوری باشد که لیدر نزولی صاعقه به سیم زمین‌شده برخورد کند، نه به هادی فاز. در دکل‌هایی که برای دو سیم گارد طراحی شده‌اند، معمولاً یک موقعیت به OPGW و دیگری به سیم گارد معمولی اختصاص می‌یابد و اگر افزونگی مسیر فیبر لازم باشد، هر دو OPGW خواهند بود.

چون این کابل بلندترین نقطه‌ی خط است، در طول عمر خود بارها برخورد مستقیم صاعقه را تجربه می‌کند. به همین دلیل طراحی لایه‌ی بیرونی اهمیت دارد: مفتول‌های بیرونی قطورتر انرژی صاعقه را بهتر تحمل می‌کنند و واحد نوری در عمق هسته حتی در صورت آسیب سطحی رشته‌ها محفوظ می‌ماند.

هنگام خطای فاز به زمین، سهم قابل توجهی از جریان خطا از طریق سیم‌های زمین به پست برمی‌گردد. این جریان کابل را تقریباً بی‌دررو گرم می‌کند — رخداد کوتاه‌تر از آن است که گرما فرصت خروج داشته باشد — بنابراین انرژی ورودی با کمیت I²t توصیف می‌شود و ظرفیت اتصال کوتاه OPGW بر حسب kA²·s یا به شکل جریانی معین برای مدتی معین (مثلاً برای ۰٫۵ ثانیه) اعلام می‌گردد.

حد طراحی، نه خود فلز، بلکه واحد نوری است: دمایی که کابل در پایان خطا به آن می‌رسد باید از حدی که پوشش فیبر و ژل تحمل می‌کنند پایین‌تر بماند. طراح از حداکثر سطح خطای زمین و زمان قطع در بدترین نقطه‌ی مسیر شروع می‌کند، حاشیه‌ای برای رشد آتی سطح خطا در نظر می‌گیرد و سطح مقطعی را برمی‌گزیند که ظرفیت I²t آزمون‌شده‌اش این مقدار را پوشش دهد. درستی این ظرفیت با آزمون نوعی اتصال کوتاه و پایش تضعیف نوری در حین و پس از آزمون اثبات می‌شود.

تعداد فیبر معمولاً از ۱۲ تا ۱۴۴ رشته متغیر است و برای شاهراه‌های شرکت‌های برق ۲۴ یا ۴۸ رشته رایج است. هزینه‌ی فیبر اضافه در زمان ساخت، در برابر هزینه و خاموشی تعویض کابل در آینده ناچیز است؛ پس بهتر است تعداد فیبر سخاوتمندانه انتخاب شود.

مفصل‌ها در جعبه‌های اتصال روی دکل‌های کششی و به فاصله‌ی طول قرقره‌ها — معمولاً چند کیلومتر — قرار می‌گیرند و هر مفصل تضعیفی به مسیر می‌افزاید؛ بنابراین بودجه‌ی نوری هم‌زمان با طراحی فلش–کشش مهندسی می‌شود.

• فیبر تک‌مد استاندارد مطابق ITU-T G.652 انتخاب پیش‌فرض ترافیک بهره‌برداری و مخابرات عمومی است.
• فیبر G.655 (NZDSF یا فیبر جابه‌جاشده‌ی پاشندگی غیرصفر) گزینه‌ای برای مسیرهای طولانی با DWDM پرظرفیت است.

قاعده‌ی سرانگشتی چنین است: خط جدید → OPGW؛ خط موجودی که خاموشی سیم گارد آن ممکن نیست → ADSS؛ خط موجود با امکان خاموشی برنامه‌ریزی‌شده → تعویض سیم گارد قدیمی با OPGW.

• سیم گارد ساده (فولاد گالوانیزه یا ACS): کمترین هزینه‌ی اولیه، بدون هیچ ظرفیت مخابراتی؛ فقط جایی توجیه دارد که فیبر روی مسیر از قبل موجود است یا واقعاً نیازی به آن نیست.
• OPGW: انتخاب پیش‌فرض خطوط جدید فشار قوی؛ مابه‌التفاوت هزینه‌ی آن نسبت به سیم گارد ساده در برابر هزینه‌ی کل خط ناچیز است و یک شاهراه مخابراتی در امن‌ترین و محافظت‌شده‌ترین موقعیت دکل به دست می‌دهد.
• ADSS: کابل تمام‌عایق خودنگهدار که پایین‌تر از فازها کشیده می‌شود؛ مزیت اصلی‌اش نصب روی خط برق‌دار بدون خاموشی است، اما محدودیت طول اسپن دارد و نقطه‌ی اتصال آن باید طوری انتخاب شود که در پتانسیل‌های بالا دچار قوس باند خشک روی غلاف آلوده نشود.

تعویض سیم گارد قدیمی با OPGW یک پروژه‌ی کامل مهندسی است، نه صرفاً خرید کابل. پیش از اجرا این موارد باید کنترل شود:

• کنترل سازه‌ای: مقایسه‌ی وزن، قطر و بار باد و یخ OPGW با سیم گارد قدیمی و بررسی استحکام نوک دکل.
• هماهنگی فلش–کشش: فاصله‌ی میان‌اسپنی OPGW با هادی‌های فاز باید در تمام بازه‌ی دما و بارگذاری یخ حفظ شود.
• نوسازی یراق‌آلات: زنجیره‌های آویز و کششی با یراق فنری پیش‌ساخته یا آرمور راد، دمپرهای ارتعاش متناسب با OPGW (کابل‌های سبکِ پرکشش مستعد ارتعاش بادی‌اند) و اتصال زمین در هر دکل.
• مفصل‌بندی و پایین‌آورها: جانمایی جعبه‌های مفصل، حفاظت پایین‌آورها در برابر سرقت و آسیب، و آزمون OTDR هر قطعه پس از سیم‌کشی.
• راهبرد خاموشی: سیم‌کشی متعارف نیازمند بی‌برق کردن خط است؛ روش‌های اجرای خط گرم نیز وجود دارد اما گروه‌های متخصص و تجهیزات ویژه می‌طلبد.