قوة الشد لكابل الألياف الضوئية المُركَّب المُستخدَم في التركيبات الهوائية.

ينطوي تركيب كابلات الألياف البصرية في الفراغات الجوية عبر مسافات طويلة — مثل أعمدة المرافق فوق الوديان وقمم الجبال والبنية التحتية الريفية الواسعة — على تعريض تجميع الكابل لضغوط ميكانيكية وثقالية وبيئية مستمرة. وعلى عكس التركيبات الداخلية أو تلك المدفونة في القنوات، حيث تستقر الكابلات في قنوات محمية، فإن كابلات الألياف البصرية الجوية تعمل كعناصر إنشائية تحمِل وزنها الذاتي بين نقاط دعم ثابتة.

عدم حساب مقاومة الشدّ للكابلات، وتسامح أطوال الفتحات، ومعايير الانحناء، وعوامل الأحمال البيئية بشكلٍ دقيق يؤدي إلى تشققات مجهرية في الزجاج، وارتفاعات مفاجئة في الضعْف البصري، أو انحناءٍ جسديٍّ شديد، أو انهيارٍ ميكانيكيٍّ كاملٍ للخط. ويوضّح هذا الدليل المبادئ الهندسية والمكوّنات البنائية والمعايير والممارسات الميدانية اللازمة لتنفيذ كابلات الألياف الضوئية في الهواء بموثوقيةٍ عالية.

١. ميكانيكا مقاومة الشدّ والمستويات الثلاثة للشدّ

تُعرَّف مقاومة الشدّ بأنها أقصى قوة سحبٍ يمكن أن يتحمّلها كابل بصري دون أن يتعرّض لتشوّهٍ هيكليٍّ دائمٍ أو تمزّقٍ في الغلاف الخارجي أو ازديادٍ في الضعْف البصري. وفي هندسة الشبكات الجوية، يتم تقييم الشدّ على ثلاثة مستويات تشغيلية تحدّدها رموز السلامة الكهربائية الوطنية (NESC) والمعايير الدولية:

١. شدّ التركيب (الحمل السحبي الديناميكي)

• تعريف: أقصى قوة سحبٍ مؤقّتة تُطبَّق أثناء عملية سحب الكابل الفعليّة.

• قاعدة هندسية: يجب ألا تتجاوز شدة التثبيت أبدًا ٥٠٪ إلى ٧٠٪ من تصنيف الشد المسموح به الأقصى (MAT) للكابل.

• أثر الفشل: يؤدي تجاوز هذا الحد إلى إخضاع النواة الزجاجية الداخلية لشدٍّ مادي، ما يُسبِّب فورًا تشققات دقيقة على طول الغلاف الزجاجي البالغ قطره ١٢٥ ميكرون، مما يؤدي إلى فقدان إدخالي مرتفع أو انقطاع الألياف لاحقًا بسبب التمدد الحراري.

٢. الشد المسموح به الأقصى (MAT — الحمل التصميمي)

• تعريف: الحد الأقصى للحمل الهيكلي قصير المدى الذي يمكن للكابل أن يتحمله أثناء سيناريوهات الطقس الأسوأ.

• المتغيّرات البيئية: يأخذ MAT في الاعتبار أقصى سرعة رياح (مثل ١٦٠ كيلومترًا في الساعة)، وتراكم الجليد الكثيف (مثل سماكة جليدية شعاعية تتراوح بين ٦,٤ ملم و١٢,٧ ملم)، وأدنى درجات حرارة محيطة تشغيلية، وذلك بشكل متزامن.

• أساس الحساب: تحت حمل MAT الكامل، يجب أن تبقى استطالة الألياف الضوئية ضمن حدود المرونة الآمنة المحددة من قِبل الشركة المصنِّعة (عادةً أقل من أو تساوي ٠,٢٣٪ إلى ٠,٣٣٪ من الاستطالة) لمنع حدوث توهين دائم.

٣. الإجهاد اليومي (إي دي إس - الحمل الثابت أثناء التشغيل)

• تعريف: التوتر طويل الأمد والمستمر الذي تتعرض له الكابلات عند درجات الحرارة المحيطة العادية (مثل ١٥ إلى ٢٠ درجة مئوية) وبدون رياح أو حمل جليدي.

• الحد الهندسي: يجب أن يبقى الإجهاد اليومي عمومًا أقل من ١٥٪ إلى ٢٥٪ من قوة الكسر المُصنَّفة للكابل. ويؤدي الحفاظ على انخفاض الإجهاد اليومي إلى منع التمدد التدريجي للمواد في عناصر التحمل على المدى الطويل، وكذلك منع إرهاق الغلاف الخارجي الناتج عن الإجهادات خلال عمر تشغيلي يتراوح بين ٢٥ و٣٠ سنة.

٢. البنية الهيكلية ومكونات القوة الميكانيكية

ألياف السيليكا الزجاجية الهشة (بطبقة غلاف قطرها ١٢٥ ميكرون وبطلاء أكريلات قطره ٢٥٠ ميكرون) تمتلك قدرة ضئيلة جدًّا على تحمل الأحمال الشدّية. أما القوة الميكانيكية فهي تعتمد بالكامل على العناصر الهيكلية الداخلية أو المدمجة المصمَّمة لامتصاص قوى السحب والشد.

تحليل مقارن للمواد المُعزِّزة

٣. هياكل الكابلات المعلقة جواً: النموذج الثماني مقابل الكابلات ذات الدعم الذاتي الجوي (ADSS)

يعتمد اختيار تركيب الكابل الصحيح على وجود خطوط الطاقة الكهربائية، ومسافات الامتداد بين الأعمدة، وظروف الأحمال البيئية.

كابلات النموذج الثماني ذات الدعم الذاتي

تتميز كابلات النموذج الثماني بملفّ مزدوج التصنيع، حيث يرتبط سلك رسائل فولاذي مجلفن عالي القوة بلب كابل بصري ذي أنابيب مفتوحة عبر شبكة مرنة من البولي إيثيلين.

• السلوك الهيكلي: تمتص سلك الحامل الفولاذي ١٠٠٪ من الشد الميكانيكي أثناء التركيب وأثناء التحميل اليومي للباعث.

• حماية الألياف الضوئية: تطفو الألياف الضوئية بحرية تامة داخل أنابيب عازلة مملوءة بالهلام ومُلوَّنة حسب الرمز، وبقيت معزولة تمامًا عن الإجهاد الذي يتعرض له السلك الفولاذي.

• سياق النشر: مثالية لخطوط القطب الخاصة بالاتصالات فقط، والأطوال القصيرة إلى المتوسطة (حتى ١٠٠–١٥٠ مترًا)، والنشرات الريفية الحساسة من حيث التكلفة.

كابلات ذات دعم ذاتي كليًّا عازلة (ADSS)

تتكوَّن كابلات ADSS بالكامل من مواد غير معدنية، وتضم قضيبًا مركزيًّا قويًّا من ألياف الزجاج المُعزِّزة (FRP)، وأنابيب فضفاضة ملوَّنة حسب الرمز، وطبقة سميكة من خيوط الأراميد المحيطية، وغلافًا خارجيًّا مقاومًا للتتبع الكهربائي.

• السلوك الهيكلي: يتم توزيع حمل الشد بشكل متساوٍ على طبقة خيوط الأراميد الداخلية والعنصر المركزي من ألياف الزجاج المُعزِّزة (FRP).

• السلامة العازلة: وبما أن هذه الكابلات لا تحتوي على أي مكون معدني، فيمكن تركيبها بأمان في منطقة الطاقة الخاصة بخطوط نقل الجهد العالي (مثل ١٢ كيلوفولت حتى ٥٠٠ كيلوفولت) دون خطر التأريض الكهربائي أو المخاطر الناتجة عن الاستقراء.

• سياق النشر: ممرات المرافق عالية الجهد، والتمديدات الطويلة التي تعبر الأنهار أو الوديان (بأطوال تمديد تتراوح بين ٢٠٠ و٥٠٠ متر أو أكثر)، والبيئات المعرضة بشدة للصواعق.

٤. المواصفات الميكانيكية ومعايير الامتثال

تصنع كابلات الهواء عالية الجودة وتُختبر وفقًا لمعايير هندسية دولية صارمة، ومنها: الـ IEC 60794 , IEEE 1222 (للكابلات من نوع ADSS)، و YD/T 901 :

• أقصى قوة سحب: صممت كابلات الشكل الثماني الثقيلة القياسية وكابلات ADSS لتحمل قوى السحب التي تتراوح بين ٣٠٠٠ نيوتن للتمديدات الخفيفة وصولًا إلى أكثر من ١٥٠٠٠ نيوتن للتمديدات الطويلة جدًّا من نوع ADSS.

• المقاومة للتحمُّص: يجب أن تتحمّل أدنى مقاومة للضغط الجانبي تبلغ ١٠٠٠ نيوتن لكل ١٠٠ ملليمتر لضمان عدم تكسّر الأنابيب العازلة الداخلية بواسطة تجهيزات التثبيت أو أجهزة التعلّق.

• نطاق التشغيل الحراري: صمّمت لتعمل بموثوقية في نطاق درجات حرارة يتراوح بين سالب ٤٠ درجة مئوية وموجب ٧٠ درجة مئوية دون تشقّق الغلاف الخارجي أو انصهار هلام الحماية الداخلي.

٥. معايير التركيب الميداني والتحكم في الجودة

الالتزام بالممارسات الميدانية الصحيحة أثناء عملية الشد والتمديد يمنع التلف الميكانيكي المبكر:

1. مبدأ الانحناء والشد: العلاقة بين الانحناء والشد عكسية في مدى الكابل. ويُحسب الانحناء بضرب وزن الكابل لكل وحدة طول في مربع طول المدى، ثم قسمة الناتج على ثمانية أضعاف قوة الشد. ويجب على الفنيين الرجوع إلى جداول الانحناء والشد المُحسوبة مسبقًا لضمان تمديد الكابل بمقدار انحناء كافٍ لامتصاص الانكماش الحراري الشتوي دون تجاوز الحد الأقصى المسموح للشد (MAT).

2. التحكم في سحب الكابل باستخدام جهاز قياس القوة الديناميكي: يجب أن تتم عمليات السحب باستخدام جهاز ديناميكي معايَر لقياس قوة الشد أو بكرة سحب ذات نظام تقييد تلقائي للشد مضبوط على ٥٠٪ من الحد الأقصى المسموح للشد (MAT) للكابل.

3. الامتثال لنصف قطر الانحناء الديناميكي: يجب الحفاظ على نصف قطر انحناء ديناميكي أدنى لا يقل عن ٢٠ ضعف القطر الخارجي للكابل أثناء عملية السحب. وبعد تثبيت الكابل في مشابك التعليق الثابتة، يمكن تخفيف نصف قطر الانحناء ليصبح ١٠ أضعاف القطر الخارجي للكابل.

4. عجلات السحب الوسيطة: يجب استخدام بكرات ذات مسامير ناعمة وقطر كبير عند كل عمود لتثبيت الكابل، وذلك لإزالة زوايا الاحتكاك الحادة أثناء السحب.

مصفوفة استكشاف الأخطاء وإصلاحها لمشاكل النشر الجوي