کاربرد فیبرهای نوری در خطوط فشار قوی

آزادسـازی انـرژی بـه آزادسـازی بازارهـای برقی اشـاره دارد كه از 20 سـال پیـش در اتحادیـه اروپا و از طریـق ایجـاد رقابـت بیشـتر بـرای ایجـاد بازارهـای رقابتی‌تـر و كاهش قیمـت كلید خـورد و توجهی خـاص بـه بازارهـای تولید برق داشـت. این فرآینـد در بازارهـای موازی نیز بـکار گرفته شـد. در محیط جدیـد آزادسـازی بازارهـای مخابـرات و انـرژی، زیرسـاخت آینـده بـا یک شـبکه الکتریکـی منحصربه فـرد كـه پوشـش دهنده نیازهـای نیروی بـرق و همچنیـن خدمات مخابراتی اسـت، شـکل می گیـرد. در ایـن بـازار یکپارچـه، كابل هـای فیبرنوری نقـش بسـیار مهمی را بـازی می‌كننـد. در این مقاله، بررسـی اجمالـی بـر روی انـواع كابل‌هـای مخابراتـی فیبرنـوری كـه قابـل بکارگیـری در خطوط برق فشـارقوی هسـتند، انجـام شـده و سـیم زمیـن بـا فیبرنـوری OPGW ، كابل متصـل بـا فیبرنـوری OPAC و كابـل مهـاردار تمـام عایـق ADSS برای خطـوط هوایی و نیـز کاربرد فیبرهای نوری در خطوط فشار قوی زیرزمینـی و زیردریایی، شـرح داده شـده اسـت. پارامترهـای الکتریکی و مکانیکـی به همراه مسـائل مربـوط بـه در دسـترس بـودن و قابلیـت اطمینـان آنهـا مورد بحـث قـرار گرفتـه و در تركیب با موضوعـات محیطـی، مالـی و ارزیابـی چرخة عمـر، می‌توان نوع مناسـب بـرای هر مـورد را انتخـاب نمود.کاربرد فیبرهای نوری در خطوط فشار قویشــرکت‌های نيرو برای الزامــات عملياتی و اجرايــی خود، نيازمند شــبکه‌های کوچک برقی هســتند. طرح‌های جديــد توليد برق به صورت توزيع شــده (يا پراکنده) از توليدکننــدگان برق در مقياس کوچــک، (مانند منابع انــرژی تجديدپذير) بــه افزايش پيچيدگی شــبکه‌های برق منجر شده اســت. با توجه به افزايش کاربرد آن ها نظارت و کنترل نيز امری ضروری اســت. حذف مقررات دســت و پاگير در صنعت برق و افزايش انعطاف پذيری شــرکت‌های نيرو، در اتخاذ تکنولوژی‌ها و روش‌های جديد، می‌تواند هزينه‌های عملياتی را کاهــش داده و عملکرد تجاری آن ها را بهبود بخشــد. بنابراين، طرح‌هــای پيچيده‌تر و کارآمدتری برای کنتــرل، حفاظت، نظارت، اندازه گيری و کسب اطلاعات در نظر گرفته می‌شوند. امروزه، برای شــرکت‌های نيرو ايجاد زيرساخت‌های مخابراتی که خدمات عملياتی و تجاری را ادغام کند، يک ضرورت است.بسياری از شرکت‌های نيرو با توجه به نيازهای خود مجبور به سرمايه گذاری در طرح های مخابراتی جديد هستند تا زيرساختی مطمئن را به دست آورند که بتواند برای چشم اندازهای تجاری جديد نيز ايجاد نمايد. به همين دليل، شرکت‌های نيرو بايد به بازار جديد، يعنی مخابرات ورود نمايند تا در اين بازاری که به ســرعت در حال رشــد است، سهمی داشته باشند. علاوه براين، پيش بينی می‌شــود که شبکە برق در آينده، هم انرژی و هم اطلاعات را توزيع کند و هم نياز نيروی الکتريســيته و هم نياز به خدمات مخابراتی را پوشــش دهد. انتظار می‌رود که در ايجاد زيرساخت جديد اين بازار متحد، کابل‌های فيبرنوری نقش مهمی را ايفا کنند. انگيزه‌های مهمی برای شرکت‌های نيرو برای ورود به بازار مخابرات وجود دارد. از مهم‌ترين آن‌ها عبارتند از:فرآيند آزادسازی همزمان بازارهای برق و مخابراتوجود مشتريان انبوه که از قبل به شبکۀ برق متصل شده اندافزايش نيازهای مخابراتی که برای ظرفيت بيشــتر و فرصت های جديد، نيازمند تکنولوژی فيبرنوری هستند.با تکيه بر آخرين پيشرفت‌های فناوری در صنعت فيبرنوری می توان راه حل هايی را برای بکارگيری آن‌ها در خطوط برق فشارقوی AC ارائه نمود تا بتوانند ايمنی، هزينه و کيفيت، انتظارات ضروری حوزه نيرو و همچنين خدمات مخابراتی را برآورده کنند. در ادامه به بررسی راه حل‌های فنــی مربوط به تکنولوژی فيبرنــوری در حوزه خطوط فشارقوی AC ،پرداخت خواهد شد.کابل های نوری درخطوط فشارقوی ACامروزه، مطمئن‌ترين محيط اصلی انتقال اطلاعات، فيبرنوری است. پيشــرفت در تکنولوژی فيبرنوری در سراسر جهان (که بسيار بيشتر از حدی است که تخمين زده می شود) مزايای زيادی را ايجاد کرده اســت. در مقايســه با روش‌های مبتنی بر سيم مسی، کواکسيال و همچنين لينک‌های راديويی، مزيت‌های اصلی انتقال نوری که آن را به عنوان بهترين انتخاب شبکه های نيرو قرار داده، موارد زير است:پهنای باند بالقوه بسيار زيادافت انتقال پاييناندازه کوچک و وزن سبکامنيت سيگنالعايق الکتريکیمصونيت در برابر تداخل و هم شنوايیخطوط فشــارقوی AC از هادی های هوايی، کابل های زيردريايی و زيرزمينی تشکيل شــده اند. بنابراين، تکنولوژی های فيبرنوری در خطوط فشارقوی AC عبارتند از:کابل های فيبرنوری برای خطوط هوايی فشار قویفيبرنوری گنجانده شده در کابل های زيردريايیکابل های ترکيبی برق و فيبرنوری زيرزمينیخطوط هوايی نمايانگر سيســتم اصلی زيرســاخت شــرکت‌های نيرو هســتند، در حالی که کابل‌هــای زيردريايی و زيرزمينی، طيف تکنولوژی‌های در دســترس را، به خصوص در نقاط انتهايی شبکۀ سراسری تکميل می نمايند.خطوط هواییاز ميان انواع کابل های مناســب برای استفاده در خطوط فشار قوی می‌توان به موارد زير اشاره نمود:سيم زمين با فيبر نوری OPGWکابل متصل نوری OPACکابل مهاردار (خودنگهدار) تمام عايق ADSSسیم زمین با فیبر نوری OPGWيک رسانای ترکيبی اســت که در آن فيبرهای نوری با ســيم زمين همزيستی می‌کنند. اجزای نوری درون رشته‌های سيم زمين قرار دارند. کابل OPGW ســيم زمين ســنتی را جايگزين کرده و کامال مهاردار است. پس از نصب، OPGW عملکردی دوگانه خواهد داشــت، يعنی سيم زمين اســتاندارد با قابليت‌های مخابراتی. به ســبب ســاختارها و اشکال متفاوت يونيت فيبرنوری مورد استفاده در اين ساختار، انواع مختلفی بــرای انتخاب وجود دارند که می‌توان از نوع لوزتيوب و يا نوع بافر چســبيده، لوله‌های فلزی يا پلاستیکی و تيوب‌های استرند شده و يا با تيوب مرکزی، که عملکردهای اندک متفاوتی دارند، نام برد.كابل متصل نوری OPACدرکابل متصل با فيبرنوری، کابل مخابراتی، مجزا از هادی فشــارقوی است. در اين روش کابل فشار قوی، کابل فيبرنوری را که بر روی آن متصل شده است، حمل می‌کند. اين تکنولوژی، از وســايل مناسبی برای استقرار کابل نوری در طول يک مســير خط نيرو بهره می‌برد. سه نوع مختلف اتصال را می توان در اين روش دسته بندی نمود:استفاده از بست های پيش نصب شدهکابل های مارپيچ شدهتسمه بندی کابل‌ها، دارای ســايز کوچک و تمام دی الکتريــک و انعطاف پذير هستند.متداول‌ترين نوع کابل‌ها يعنی کابل فيبرنوری مارپيــچ به دور ســيم زمين يا هــادی فاز و همچنيــن يک کابل تســمه بندی شده نشــان داده شــده‌اند. از آنجا که هادی فلزی در جايی که پيچيده شــده اســت، آن ها را حمل می‌کند، الزامی برای داشــتن مقاومت کششی قابل توجه در کابل نوری وجود ندارد. انواع مختلفی از لایه‌های پوششــی ممکن اســت برای مقاومت در برابر حملە پرندگان و ميدان‌های الکتريکی القاء شده توسط رساناهای فاز مورد استفاده قرار بگيرندعایق تمام مهاردار (ADSS)کابل‌های مهاردار به گونه‌ای بر روی ســازه دکل‌های خطوط انتقال قرار داده می‌شــوند که از رســاناها جدا بوده و مســيرهای ارتباطی مســتقلی را فراهم کنند. برای اين منظور، ســازه‌های سيستم برق بايد مقاوم و ايمن باشــند تا از بار اضافی پشتيبانی کنند. از آنجايی که ايــن نوع کابل، فاقد عناصر فلزی اســت، نخ‌هــای پليمری از جنس الياف آراميــد يا عنصر مقاوم پليمری تقويت شــده با الياف (FRP )Plastic Reinforced Polymer ،عملکرد مکانيکی آن را تا حد مقاومت کششــی تضمين می‌کنند. در طراحی نشان داده شده نمونه‌ای از يک کابل ADSS را مشاهده می‌شود.كابل های زیردریاییاز کابل‌های زيردريايی، برای عبور از درياچه‌ها و رودخانه‌ها، عبور از عرض بنادر و يا بين خشــکی‌ها برای اتصال شبکە جزاير به شبکە اصلی برق اســتفاده می‌شود و گاهی اوقات ميزان زيادی ترافيک را حمل می‌کنند. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، جهت پيشگيری از خساراتی که ممکن است توسط لنگر کشتی‌ها، تورهای ماهيگيری، فشــار آب دريا و غيره ايجاد شــود، کابل‌ها با لایه‌های محافظ مانند لایه‌های زره پوش سيم فولادی و پوشش‌های قيری ساخته می‌شــوند.