עוצמת מתח של כבל סיב אופטי להתקנה באוויר.

הצבת כבלי סיבים אופטיים על קווים באוויר לאורך מרחקים גדולים — למשל בין עמודי חשמל בעמקים, על רidges הרים ובתשתיות כפריות נרחבות — מעמידה את צמד הכבל בפני מתחים מכניים, כבידתיים וסביבתיים מתמשכים. בניגוד להתקנות בתוך מבנים או בקווים מקוברים, שבהם הכבלים מונחים בנתיבים محمים, כבלי סיבים אופטיים באוויר פועלים כאיברים מבניים הנושאים את משקל עצמם בין נקודות תמיכה קבועות.

אי חישוב תקין של חוזק המתח של הכבל, סיבולת אורך התחנה, פרמטרי ההשתלשלות והגורמים לטעינה סביבתית גורם לתפרחות מיקרוסקופיות בזجاج, לקפיצות דרמטיות בהחלשה אופטית, להשתלשלות פיזית חמורה או לקריסת קו מכנית מלאה. מדריך זה מתאר את עקרונות ההנדסה, הרכיבים המבניים, התקנים ותרחישים שדה הנדרשים לפריסה אמינה של סיב אופטי באוויר.

1. מכניקת חוזק המתח והרמות الثلاث של המתח

חוזק המתח מגדיר את כוח המשיכה המקסימלי שהכבל האופטי יכול לסבול ללא נזק מבני קבוע, קריעת מעטפת או עלייה בהחלשה אופטית. בהנדסת רשתות באוויר, המתח נבדק בשלוש רמות פעילות שמוגדרות על ידי קוד הבטיחות החשמלית הלאומי (NESC) ותקנים בינלאומיים:

1. מתח התקנה (כוח משיכה דינמי)

• הגדרה: הכוח המרבי הזמני שמופעל במהלך תהליך השדרוג הפעיל של הכבל.

• כלל הנדסי: המתח בהתקנה חייב להיות תמיד נמוך מ-50% עד 70% מהדרישות של המתח המרבי המותר (MAT) של הכבל.

• השפעת כשל: מעבר על הגבול הזה גורם לגליל הזכוכית הפנימי להרגיש מתח פיזי, מה שמייצר מיקרו־שבריות מיידיות לאורך מעטפת הזכוכית בעובי 125 מיקרון, אשר גורמות לאובדן חיבור גבוה או לשבירה עתידית של הסיב תחת התפשטות תרמית.

2. המתח המרבי המותר (MAT – עומס תכנוני)

• הגדרה: העומס המבני הקצר-טווח שהכבל מסוגל לספוג בתרחישים האטימתיים הקיצוניים ביותר.

• משתנים סביבתיים: ה-MAT לוקח בחשבון את מהירות הרוח המרבית (למשל עד 160 קילומטרים לשעה), הצטברות קרח כבדה (למשל עובי קרח רדיאלי של 6.4 עד 12.7 מילימטרים) וטמפרטורת הסביבה הנמוכה ביותר בעת הפעלה, כולם בו זמנית.

• בסיס החישוב: תחת עומס מלא של MAT, המתח בסיב האופטי חייב להישאר בתוך גבול האלסטיות הבטוח של היצרן (בדרך כלל פחות או שווה ל-0.23% עד 0.33% מתח) כדי למנוע דעיכה קבועה.

3. מתח יומיומי (EDS – עומס סטטי בעבודה)

• הגדרה: המתח הארוך-טווח והרציף שאותו חוט הסיבים החוזר נושא בטמפרטורת סביבה רגילה (כגון 15–20 מעלות צלזיוס), ללא רוח ובלעדית עלייה של קרח.

• סף הנדסי: EDS אמור בדרך כלל להישאר מתחת ל-15%–25% מכוח השבר המדורג של החוט. שמירה על מתח יומיומי נמוך מונעת דריסה ארוכת-טווח של חומרים ברכיבי החוזק ומונעת עייפות מתחית של מעטפת החיצונית לאורך תקופת הפעולה של 25–30 שנה.

2. מבנה מבני ורכיבי חוזק מכניים

סיבי זכוכית עדינים (מעטפת 125 מיקרון עם כיסוי אקרילט 250 מיקרון) בעלי סבילות מינימלית לעומסים מתיחה. החוזק המechני תלוי לחלוטין באלמנטים מבניים פנימיים או משולבים שנועדו לספוג כוחות משיכה ומתיחה.

ניתוח השוואתי של חומרי החיזוק

3. מבנים של כבלים מותקנים באוויר: סוג Figure-8 לעומת ADSS

בחירת מבנה הכבל הנכון תלויה בנוכחות של קווי חשמל, מרחקי התוויות בין העמודים ותנאי העומס הסביבתי.

כבלים עצמאיים מהסוג Figure-8

כבלים בצורת שמונה מציגים פרופיל עם שתי שכבות נפרדות, שבו חוט פלדה מגלוון בעל חוזק גבוה מחובר ללב של כבל אופטי בצינורות רופפים דרך רשת פוליאתילן גמישה.

• התנהגות מבנית: חוט הפלדה נושא את כל המתח המכאני במהלך ההתקנה ובעת עומס החריץ היומיומי.

• הגנה על הסיבים: הסיבים האופטיים צפים בחופשיות בתוך צינורות מגנים ממולאים בג'ל ומזוהים על-ידי צבע, ונותרים מבודדים לחלוטין מהמתח שאותו סופג חוט הפלדה.

• הקשר להצבה: מתאימים במיוחד לקווי עמודים המיועדים אך ורק לתקשורת, לחריצים קצרים עד בינוניים (עד 100–150 מטרים) ולמימושים כפריים בעלי תקציב מוגבל.

כבלים עצמאיים מלאי דיאלקטריק (ADSS)

כבלים מסוג ADSS אינם מכילים כלל יסודות מתכתיים; הם בנויים סביב מוט מרכזי מ-FRP, צינורות רופפים מזוהים על-ידי צבע, שכבת ארמיד עבה המקיפה אותם, ומעטפת חיצונית המונעת היווצרות של מסלולי זרימה.

• התנהגות מבנית: העומס המתיחה מתפזר באופן אחיד על פני שכבת הארמיד הפנימית והרכיב המרכזי מ-FRP.

• בידוד בטיחותי: מכיוון שאין בהם מתכת, כבלים מסוג ADSS ניתנים להתקנה בבטחה במרחב החשמלי של קווי הזרם המתח גבוה (למשל 12 קילו-וולט עד 500 קילו-וולט) ללא סיכון לקליטת קרקע חשמלית או לסיכונים הנובעים מאינדוקציה.

• הקשר להצבה: מסדרונות שירות מתח גבוה, פרשים ארוכים מעל נהרות או עמקים (מ-200 עד 500 מטרים ויותר), וסביבות עם סיכון גבוה לברקים.

4. مواصفات מכניות ותקנים להיענות

כבלים אוויריים מדרגה גבוהה מיוצרים ומופעלים בהתאם לתקנים מהנדסיים בינלאומיים מחמירים, כולל IEC 60794 , IEEE 1222 (לכבלים מסוג ADSS), וכן YD/T 901 :

• כוח משיכה מרבי: כבלים טיפוסיים חזקים בצורת שמונה וכבלים מסוג ADSS מעוצבים כדי לעמוד בכוחות משיכה שמתנודדים מ-3000 ניוטון לפרשים קלים ועד למעלה מ-15000 ניוטון לפרשים ארוכים במיוחד מסוג ADSS.

• תנגדות לדחיסה: חייב לספק התנגדות מינימלית לדחיסה צדדית של 1000 ניוטון ל-100 מילימטר כדי להבטיח שחלקי החיזוק והאחזקה לא ידחוסו את הצינורות הפנימיים.

• טווח טמפרטורות פעילות: מעוצב לפעול באופן אמין בטווח של מינוס 40 מעלות צלזיוס עד פלוס 70 מעלות צלזיוס, ללא סדק בשכבה החיצונית או הידלדלות הג'ל המגן.

5. תקני התקנה בשטח ובקרת איכות

הישארות בתהליכי עבודה נכונים בשטח במהלך מתיחת הכבל ותלייתו מונעת נזק מכני מוקדם:

1. עקרון החשיפה והמתיחה: החשיפה והמתיחה קשורות זה לזה ביחס הפוך בקטע כבל. החשיפה שווה למכפלת משקל הכבל ליחידת אורך בריבוע אורך הקטע, חלקי שמונה כפול כוח המתיחה. הטכנאים חייבים להתייעץ בטבלאות מוכנות מראש לחשיפה ומתיחה כדי להבטיח שהכבל מתוח עם חשיפה מספקת לספיגת התכווצות תרמית בחורף, מבלי לעלות על גבולות MAT.

2. שליטה במשיכה באמצעות דינמומטר: הפעלות גרירה חייבות להשתמש בדינמומטר מומן או במכונת גלגלת אוטומטית עם מגביל מתח אוטומטי שמתוקנן ל-50% מהמתח המרבי המותר (MAT) של הכבל.

3. התאמת רדיוס העקומה הדינמי: יש לשמור על רדיוס עקומה דינמי מינימלי של לפחות 20 פעמים הקוטר החיצוני של הכבל במהלך הגרירה. לאחר שהכבל מוחזק באחיזות תלייה סטטיות, ניתן להקל את רדיוס העקומה ל-10 פעמים הקוטר החיצוני של הכבל.

4. גלגלות גרירה ביניים: הנחת הכבלים חייבת להתבצע באמצעות גלגלות עם קוטר גדול וסיבוב חלק בכל עמוד, כדי למנוע זוויות חיכוך חדה במהלך הגרירה.

מטריצה לאבחון תקלות בהצבת כבלים באוויר