Cáp quang ADSS là gì
Cáp quang ADSS là một loại cáp trên không tự hỗ trợ-không chứa thành phần kim loại, được thiết kế để lắp đặt trên các cột điện và tháp đường dây điện mà không cần thêm dây dẫn hoặc cấu trúc hỗ trợ. Từ viết tắt của từ viết tắt của All{2}}Tự điện môi-Hỗ trợ, trong đó "tất cả{4}}điện môi" có nghĩa là vật liệu hoàn toàn không{5}}dẫn điện và "tự{6}}hỗ trợ" biểu thị cáp có thể chịu trọng lượng của chính nó cộng với tải trọng môi trường giữa các điểm hỗ trợ.
Tìm hiểu cấu trúc cáp quang ADSS
Kiến trúc bên trong xác định hiệu suất trên các kịch bản triển khai khác nhau. Không giống như cáp quang truyền thống dựa vào dây dẫn bằng thép, ADSS đạt được độ bền cơ học thông qua các vật liệu điện môi được thiết kế cẩn thận.
Ở lõi cáp, sợi quang nằm trong các ống đệm lỏng lẻo chứa đầy các hợp chất chặn nước. Những ống này cho phép các sợi di chuyển độc lập trong quá trình uốn cáp, ngăn chặn sự suy giảm tín hiệu do ứng suất{2}}gây ra. Bao quanh lõi này, sợi aramid-vật liệu có độ bền-cao tương tự được dùng trong áo chống đạn-cung cấp độ bền kéo từ 6 kN đến hơn 20 kN tùy thuộc vào yêu cầu về nhịp.
Áo khoác ngoài đại diện cho một thách thức kỹ thuật quan trọng. Đối với hệ thống lắp đặt dưới 110 kV, vỏ bọc bằng polyetylen (PE) là đủ. Trên ngưỡng này, các hợp chất chống-theo dõi (AT) chuyên dụng trở nên cần thiết. Những vật liệu này chống lại sự theo dõi điện-sự hình thành các đường cacbon dẫn điện do-dải hồ quang khô trong môi trường-điện áp cao. Một nghiên cứu trong ngành năm 2022 đã ghi nhận rằng 73% lỗi ADSS trên đường dây truyền tải trên 220 kV xuất phát từ việc lựa chọn vỏ bọc không phù hợp chứ không phải là do các vấn đề về sợi hoặc độ bền của bộ phận.
Hai biến thể cấu trúc thống trị thị trường. Thiết kế ống trung tâm đặt tất cả các sợi vào một ống lớn duy nhất, tạo ra cáp nhẹ hơn, nhỏ gọn hơn phù hợp với các nhịp dưới 300 mét. Thiết kế dạng bện phân phối các sợi trên nhiều ống quấn quanh một bộ phận chịu lực trung tâm, hỗ trợ các nhịp vượt quá 1.000 mét. Sự cân bằng này liên quan đến đường kính và trọng lượng-cáp bện thường lớn hơn 30-40% nhưng xử lý ứng suất cơ học đồng đều hơn trên khoảng cách xa.
Ma trận triển khai ADSS
Việc lựa chọn cáp quang ADSS thích hợp đòi hỏi các yếu tố môi trường phải phù hợp với thông số kỹ thuật. Khung này tổ chức quá trình ra quyết định:
Môi trường điện áp (trục tung):
Dưới 35 kV: Vỏ bọc PE tiêu chuẩn, cân nhắc tối thiểu về điện
35-110 kV: Áo khoác PE có khả năng chống tia cực tím tăng cường
110-220 kV: Áo khoác AT ở vùng ứng suất cao-, PE chấp nhận được ở vị trí trường thấp
Trên 220 kV: Bắt buộc phải có áo khoác AT, có công thức riêng cho dải điện áp
Yêu cầu về khoảng cách (trục ngang):
Nhịp-nhỏ (40-120m): Ống trung tâm, mức chịu kéo 6-9 kN
Nhịp tiêu chuẩn (120-300m): Ống trung tâm hoặc sợi nhẹ, 9-12 kN
Nhịp dài (300-600m): Kết cấu bện, 12-18 kN
Nhịp siêu dài (600-1800m): Dây nặng có vỏ gia cố, 18-24 kN
Giao lộ xác định loại cáp. Nhịp 150 mét đi qua đường dây phân phối 66 kV yêu cầu các thông số kỹ thuật khác với nhịp 450 mét song song với đường dây truyền tải 500 kV. Thị trường ADSS toàn cầu, trị giá 1,42-2,5 tỷ USD vào năm 2024 tùy thuộc vào phương pháp phân khúc, đang mở rộng ở mức 6,5-14,6% hàng năm khi các tiện ích hiện đại hóa cơ sở hạ tầng cũ kỹ.
ADSS vượt trội ở đâu và nó gặp khó khăn ở đâu
Khả năng miễn nhiễm điện từ của tất cả-kết cấu điện môi làm cho các loại cáp này đặc biệt có giá trị dọc theo các hành lang điện áp cao-nơi cáp kim loại sẽ chịu dòng điện cảm ứng. Các công ty điện lực chiếm khoảng 45-50% lượng tiêu thụ toàn cầu, sử dụng chúng để xây dựng mạng SCADA, hệ thống tự động hóa phân phối và cơ sở hạ tầng giám sát lưới điện mà không cần nối đất ở mọi cực.
Việc triển khai viễn thông ủng hộ phương pháp này ở những khu vực có cơ sở hạ tầng tiện ích hiện có. Thay vì xây dựng các đường cột điện mới, các hãng vận tải thuê không gian gắn trên các cột phân phối. Bản chất không{2}}dẫn điện giúp loại bỏ chi phí liên kết và nối đất mà cáp kim loại gây ra. Quá trình cài đặt được tiến hành trong thời gian mất điện một lần mà không cần-cắt nguồn điện, sử dụng kỹ thuật đường dây-có điện với các công cụ cách điện.
Tuy nhiên vẫn tồn tại những hạn chế rõ ràng. Đối với các mạng điểm-đến{2}}sợi đa điểm-đến--mạng cơ sở, việc không thể nối thêm cáp thả ở giữa nhịp sẽ tạo ra nhiều thách thức. Mỗi điểm dịch vụ phải gắn vào một cột, có khả năng yêu cầu khách hàng kết nối từ các cột liền kề nếu tòa nhà của họ nằm ở giữa-khối nhà. Hạn chế này đã khiến một nhà sản xuất cáp quang lớn của Hoa Kỳ từ bỏ ADSS để sử dụng cáp treo trên không khi triển khai ở ngoại ô, mặc dù chi phí vật liệu cao hơn.
Vấn đề theo dõi điện trở nên nghiêm trọng hơn trong các điều kiện địa lý cụ thể. Việc lắp đặt ven biển phải đối mặt với sự xuống cấp nhanh chóng của lớp vỏ do phun muối làm giảm sức cản bề mặt. Các khu công nghiệp có chất gây ô nhiễm trong không khí cũng gặp những ảnh hưởng tương tự. Một sự cố năm 2018 ở Trung Quốc đã chứng kiến sự cố đứt cáp quang ADSS trên một tuyến đường sắt tốc độ cao-sau khi không phát hiện được hư hỏng theo dõi, gây ra sự gián đoạn dịch vụ trong hai- giờ và kích hoạt-các quy trình kiểm tra toàn ngành đối với các giao lộ "ba{7}}nhịp" (đường sắt, đường cao tốc, đường truyền tải quan trọng).
Nhiệt độ cực cao đặt ra những thách thức cơ học. Cáp phải duy trì hiệu suất quang học từ -40 độ đến +70 độ trong khi trải qua các chu kỳ co giãn-hàng ngày. Tải băng ở vùng khí hậu phía bắc có thể tạm thời tăng gấp ba trọng lượng cáp. Rung động do gió gây ra, hay rung động aeolian, xảy ra khi gió ngang ổn định tạo ra sóng đứng trong cáp. Nếu không có bộ giảm chấn thích hợp, độ rung này có thể làm mỏi các điểm nối hoặc phần cứng đính kèm trong nhiều năm.
Thực tế cài đặt mà thông số kỹ thuật bỏ sót
Biểu đồ nhịp được xuất bản giả định các điều kiện lý tưởng-địa hình bằng phẳng, không có chướng ngại vật, vùng gió và băng tiêu chuẩn. Cài đặt hiện trường hiếm khi phù hợp với những giả định này. Tính toán độ võng phải tính đến chênh lệch độ cao giữa các cực, với các nhịp lên dốc cần khoảng cách ngắn hơn 15-25% để ngăn chặn sức căng sợi quá mức. Việc vượt qua các thung lũng hoặc vùng nước đòi hỏi phải phân tích cẩn thận các điều kiện tải trọng trong trường hợp xấu nhất.
Hiện tượng "leo" ảnh hưởng đến quá trình cài đặt trong thời gian dài. Sợi aramid giãn ra từ từ dưới lực căng kéo dài, khiến độ võng tăng lên trong 2-3 năm đầu tiên của cáp. Đội ngũ giàu kinh nghiệm lắp đặt với độ võng ít hơn 10-15% so với tính toán, dự đoán được độ lún này. Việc không tính đến hiện tượng từ biến sẽ dẫn đến cáp bị chùng xuống dưới khoảng sáng gầm tối thiểu, đòi hỏi phải căng lại tốn kém.
Vị trí đóng mối nối tạo ra những hạn chế thực tế. Không giống như cáp chôn dưới lòng đất, mối nối trên không yêu cầu vỏ bọc chịu được thời tiết được cố định vào cột hoặc tháp. Những lớp vỏ này tăng thêm tải trọng gió và ứng suất mô men cho các phụ kiện cột. Các tiện ích thường chỉ định khoảng cách nối tối đa là 2-4 km dựa trên yêu cầu kiểm tra OTDR và hậu cần tiếp cận sửa chữa.
"Hệ số cài đặt tại hiện trường" do các nhà thầu có kinh nghiệm áp dụng giúp giảm xếp hạng phạm vi danh mục xuống 20-30% để tính đến các biến số trong thế giới thực. Cáp được xếp hạng cho nhịp 400 mét có thể bị giới hạn ở 300 mét trong thực tế khi tính đến các biến đổi địa hình vừa phải, dung sai xây dựng tiêu chuẩn và giới hạn an toàn.
ADSS và OPGW: Khung quyết định
Dây nối đất quang (OPGW) đóng vai trò là dây dẫn nối đất và cáp quang, được lắp đặt trên đỉnh tháp truyền tải. Chức năng kép này khiến OPGW trở thành lựa chọn mặc định cho việc xây dựng đường dây truyền tải mới trên 110 kV-chức năng nối đất mang lại giá trị bất kể việc sử dụng sợi quang.
ADSS trở nên thuận lợi khi trang bị thêm các đường dây hiện có mà việc thay thế dây nối đất không hợp lý về mặt kinh tế. Chi phí lắp đặt thấp hơn 30-50% đối với cáp quang ADSS trong các dự án trang bị thêm do dây nối đất hiện có vẫn không bị xáo trộn. Tuy nhiên, OPGW cung cấp khả năng bảo vệ cơ học vượt trội thông qua lớp giáp kim loại, giải thích lý do tại sao nó chiếm ưu thế ở những vùng thời tiết khắc nghiệt và chiều dài nhịp vượt quá 800 mét.
Sự khác biệt về chi phí vật liệu ngược lại với chi phí lắp đặt. Cáp OPGW chứa thép bọc nhôm-thường có giá cao hơn 40-60% so với cáp tương đương. Tính kinh tế tổng thể của dự án phụ thuộc vào việc các tuyến cần xây dựng mới (ưu tiên OPGW) hay sử dụng cơ sở hạ tầng hiện có (ưu tiên ADSS).
Triết lý chống sét về cơ bản là khác nhau. OPGW tiêu tán năng lượng tấn công thông qua hệ thống tiếp đất. ADSS, không-dẫn điện, cho phép các tia sét truyền xuống đất thông qua cấu trúc tháp hoặc các dây nối đất riêng biệt. Cả hai phương pháp đều tỏ ra hiệu quả khi được thiết kế phù hợp, mặc dù các tiện ích có tỷ lệ sét cao đôi khi chỉ định nối đất dư thừa vượt quá những gì ADSS yêu cầu.
Tiêu chí lựa chọn cho các kịch bản cụ thể
Tình hình: Triển khai băng rộng nông thôn trên đường dây phân phối 69 kV với nhịp 150-200 mét
Giải pháp: ADSS ống trung tâm, định mức 12 kN, vỏ bọc PE tiêu chuẩn, số lượng sợi 24-48. Cấu hình này cân bằng giữa chi phí và hiệu suất cho các môi trường phân phối nông thôn điển hình. Thiết kế áo khoác đơn giảm thiểu đường kính và trọng lượng.
Tình hình: Mạng SCADA dọc theo đường dây 345 kV với nhịp 400-600 mét vượt qua nhiều địa hình khác nhau
Giải pháp: ADSS bị mắc kẹt, định mức 18 kN, áo khoác AT định mức cho 345 kV, 48-96 sợi. Chỉ định bộ giảm rung ở các nhịp vượt quá 500 mét. Xem xét việc xây dựng áo khoác đôi để bảo vệ môi trường tối đa.
Tình hình: Đường trục của trường kết nối các tòa nhà cách nhau 80-120m sử dụng cột điện hiện có
Giải pháp: ADSS có khoảng cách nhỏ-, định mức 6-9 kN, vỏ bọc PE chống cháy, 12-24 sợi. Các nhịp ngắn cho phép xây dựng nhẹ. Xác minh mã cứu hỏa địa phương để biết các yêu cầu về áo khoác trong môi trường đô thị.
Tình huống: Lắp đặt ven biển trong phạm vi 5 km nước mặn
Giải pháp: Áo khoác AT bất kể điện áp, có công thức chống theo dõi-cụ thể dành cho môi trường nước mặn. Tăng tần suất kiểm tra để phát hiện sớm các dấu hiệu theo dõi. Một số thông số kỹ thuật yêu cầu lớp phủ kỵ nước trên áo khoác ngoài.
Những lỗi triển khai phổ biến
Việc lắp đặt ở các vị trí thẳng đứng không chính xác trên tháp gây ra hầu hết các lỗi theo dõi điện. Cường độ "E{1}}trường" thay đổi từ 0 tại tháp (nối đất) đến tối đa ở giữa nhịp. Thông số kỹ thuật thường yêu cầu khoảng cách dọc tối thiểu với dây dẫn pha-thường là 3-4 mét bên dưới dây dẫn thấp nhất hoặc 2 mét so với dây dẫn cao nhất, tùy thuộc vào hình dạng tháp.
Sử dụng phần cứng có kích thước quá nhỏ cũng là một lỗi thường gặp khác. Kẹp treo phải phân phối áp lực kẹp cáp đều; điểm chịu áp lực quá cao-tải áo khoác và các bộ phận chịu lực bên dưới. Kẹp-đầu cụt tại các điểm biến dạng yêu cầu phải khớp cẩn thận với đường kính cáp và mức độ kéo. Một công ty tiện ích cho rằng 60% lỗi sớm là do lựa chọn kẹp không đúng chứ không phải do lỗi cáp.
Các chương trình kiểm tra không đầy đủ sẽ khiến các vấn đề nhỏ leo thang. Việc theo dõi hư hỏng có thể nhìn thấy dưới dạng các vệt đen hoặc các mảng thô ráp trên bề mặt áo khoác cho thấy sự xuống cấp đang diễn ra cần được chú ý ngay lập tức. Thiệt hại do súng bắn ở các vùng nông thôn, dù có vẻ nhỏ, nhưng lại cho phép hơi ẩm xâm nhập và làm cho sợi quang bị hư hỏng trong những năm tiếp theo.
Kỳ vọng về hiệu suất theo thời gian
Việc lắp đặt cáp quang ADSS được thiết kế tốt-có tuổi thọ sử dụng là 25-40 năm khi môi trường điện áp và độ dài nhịp phù hợp với thông số kỹ thuật. Việc triển khai ở châu Á-Thái Bình Dương từ những năm 1990 vẫn tiếp tục hoạt động hiệu quả, chứng tỏ tiềm năng lâu dài của công nghệ.
Độ suy giảm tín hiệu thường đo được 0,3-0,4 dB/km ở bước sóng 1310 nm khi còn mới, tăng lên 0,4-0,6 dB/km sau 15-20 năm do uốn cong vi mô tích lũy qua các chu kỳ nhiệt. Sự suy giảm này vẫn nằm trong giới hạn chấp nhận được đối với hầu hết các ứng dụng - khoảng truyền 100 km vẫn khả thi mà không cần các bộ lặp sử dụng bước sóng 1550 nm.
Yêu cầu bảo trì được chứng minh là tối thiểu so với cáp chôn. Kiểm tra trực quan hàng quý hoặc nửa năm{1}}phát hiện 90% các vấn đề đang phát triển. Hình ảnh nhiệt xác định các điểm nóng cho thấy sự ăn mòn phần cứng hoặc kết nối lỏng lẻo. Kiểm tra OTDR hàng năm xác nhận hiệu suất quang học và xác định bất kỳ phần nào bị xuống cấp.
Công nghệ tiếp tục tiến bộ. Công thức áo khoác mới mở rộng khả năng chống theo dõi đến phạm vi 500 kV. Thiết kế không chứa gel giúp đơn giản hóa việc tiếp cận giữa{4}} nhịp để sửa chữa. Uốn cong-sợi không nhạy cảm (ITU-T G.657) giảm tổn thất trong các tình huống định tuyến chặt chẽ xung quanh phần cứng cột.
Đưa ra quyết định
ADSS thành công khi cài đặt yêu cầu:
Triển khai trên không trên cơ sở hạ tầng hiện có
Cấu trúc phi kim loại-để đảm bảo an toàn hoặc khả năng miễn nhiễm EMI
Phạm vi tiếp cận sợi quang hiệu quả về chi phí-trên khoảng cách vừa phải
Xung đột giải phóng mặt bằng tối thiểu
Tính linh hoạt của việc cài đặt trong điều kiện-đường dây trực tiếp
Nó phải đối mặt với những thách thức khi các dự án liên quan đến:
Trỏ-tới-mạng đa điểm thường xuyên bị sụt giảm ở giữa nhịp
Nhịp cực dài vượt quá 800 mét
Môi trường điện áp trên 345 kV không có cáp chuyên dụng
Môi trường ăn mòn mà không có áo khoác bảo vệ thích hợp
Công trình mới nơi OPGW cung cấp chức năng kép
Quyết định cuối cùng dựa trên việc kết hợp khả năng của cáp với môi trường triển khai thông qua phân tích kỹ thuật cẩn thận. Ma trận triển khai ADSS cung cấp khung khởi đầu, nhưng-các yếu tố cụ thể-địa hình, kiểu thời tiết, cấu hình điện áp, phân bổ nhịp độ-yêu cầu đánh giá riêng lẻ.
Khi mạng cáp quang mở rộng đến các khu vực chưa được phục vụ và các tiện ích hiện đại hóa lưới điện cũ, cáp quang ADSS cung cấp một giải pháp đã được chứng minh cho việc triển khai trên không. Hiểu được khả năng và hạn chế của nó cho phép các kỹ sư tận dụng điểm mạnh của nó đồng thời tránh được những cạm bẫy gây rắc rối cho việc cài đặt được chỉ định không đúng cách.