光アース線 (OPGW): 選択、設置、性能

光アース線(OPGW)とは何ですか?

OPGW は、アルミニウム被覆鋼線および/またはアルミニウム合金線の層で囲まれた金属管内にシングルモードまたはマルチモード光ファイバーを含む複合架空地線です。これは、相導体を落雷や短絡電流から保護することと、遠隔保護、SCADA、およびブロードバンド ネットワークに大容量の通信パスを提供することという、2 つの異なる役割を同時に果たします。

既存のアース線に固定されている個別の光ファイバー ケーブルとは異なり、OPGW はファイバーをアース線自体の中に統合します。この設計により、別個の光ファイバーメッセンジャーが不要になり、風や氷による負荷が軽減されます。アン OPGWケーブル は IEC と IEEE の両方の規格を満たすように工場で製造されており、ファイバー数は通常 12 ～ 144 本です。

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OPGWの構造とファイバの種類

OPGW 構造は、電気的性能と機械的強度のバランスをとります。コアの光学ユニット（通常はルーズチューブまたはタイトバッファ設計）は中心に位置し、1 つまたは複数の金属ストランド層で保護されています。これらのストランドは故障電流を流すだけでなく、定格引張強度 (RTS) を提供し、ファイバーを粉砕や湿気の侵入から保護します。

メタリックアーマーとストレングスメンバー

最外層は通常、アルミニウム被覆鋼線 (ACS) またはアルミニウム合金ワイヤで構成されます。 ACS ワイヤは、引張強度を維持しながら、故障電流を放散するための高い導電性を提供します。全アルミニウム合金設計は、腐食性の沿岸環境に使用できます。ワイヤの直径と材料の選択は、OPGW の短絡電流定格 (多くの場合、0.5 秒で 10 ～ 50 kA) とその全体の直径に直接影響します。その範囲は、ファイバ数の多い設計では 9 mm から 20 mm 以上です。

光ファイバーの構成

中央のチューブの内側には、繊維が束、リボン、または個々の緩いチューブの形で配置されています。チューブには水分の移動を防ぐために防水ジェルが充填されています。ファイバのタイプは、伝送距離とネットワーク要件に応じて、ITU‑T G.652 (標準シングルモード)、G.655 (非ゼロ分散シフト)、または G.657 (曲げ非依存) に準拠します。ほとんどの OPGW 設備はシングルモード ファイバを使用して、再生なしで最大 200 km のスパンをカバーします。

主な性能仕様

OPGW を選択するには、アース線の電気的および機械的パラメータを伝送線路の設計に適合させる必要があります。以下の表は、市販の OPGW 製品で見られる一般的な範囲をまとめたものです。

短絡電流容量は重要です。 OPGW は、電力会社によって指定されたクリア時間 (通常は 0.5 秒) の間、予想される最大障害電流に耐える必要があります。この定格を超えると、アルミニウムストランドの焼きなまし、ファイバーの黒ずみ、または致命的な故障が発生する可能性があります。 メーカーの型式試験レポートからケーブルの短絡性能曲線を必ず確認してください。

OPGW と代替品: ADSS、OPPC、および従来のアース線

OPGW は新しい送電線の有力な選択肢ですが、エンジニアはプロジェクトの制約に応じて代替案を検討することがあります。

• 全誘電体自立型 (ADSS) ケーブル: ADSS はシールド ワイヤの頂点ではなくタワー本体に取り付けられているため、電気的干渉を回避し、停止することなく活線に追加できます。ただし、たわみ張力を注意深く調整する必要があり、銃撃による損傷や風による振動に対してより脆弱です。非接地線アプリケーションの場合、 ADSS（全誘電体自立型）ケーブル ちょうどいいかもしれません。

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• 光位相導体 (OPPC): このケーブルは相導体を置き換え、電力電流とデータの両方を伝送します。特別な接続と絶縁設計が必要です。探検する 光位相導体 (OPPC) ケーブル 個別のアース線が利用できない回線の場合。

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• ラッシングファイバーを使用した従来のアース線: 古い設備では、既存のアース線に別のファイバー ケーブルを後付けする場合があります。これにより、重量、風荷重、メンテナンスの複雑さが増加しますが、OPGW ではその利点を完全に回避できます。

69 kV を超えるほとんどのグリーンフィールド送電プロジェクトでは、OPGW が 2 つの機能を 1 つのストランドに結合し、関連するすべての故障電流要件を満たしているため、依然として最も信頼性が高く、費用対効果の高いオプションです。

インストールのベストプラクティスと考慮事項

OPGW の設置には、ファイバーを保護するための特殊なストリング装置と慎重な取り扱いが必要です。単純なスチール製アース線とは異なり、OPGW は引っ張る際にねじれたり、潰れたり、過度の曲げを受けたりしてはなりません。最小曲げ半径のガイドライン (通常、張力下のケーブル直径の 20 倍) を厳密に遵守する必要があります。

主なインストール手順は次のとおりです。

1. 設置前のテスト: 導入前にリール上の減衰、連続性、OTDR トレースを検証します。
2. ストリングを張る: テンションリミッターとねじれ防止装置を使用します。適切なメッセンジャーラインで引っ張ります。引っ張り張力は RTS の 20 ～ 25% を超えてはなりません。
3. サグ: ルーリング スパンと温度に基づいて、正しいサグ テンション テーブルを適用します。過剰な張力は繊維を損傷する危険があります。張力が不足していると、過度のギャロッピングや摩耗が発生します。
4. ハードウェア: ファイバー チューブの潰れを避けるために、OPGW 専用に設計されたサスペンション クランプ、行き止まり、振動ダンパーを使用してください。接地クランプは、光コアを損傷することなく、低抵抗の電気経路を提供する必要があります。
5. ミッドスパン スプライス: タワーに取り付けられた耐候性クロージャ ボックス内のファイバを融着接続し、熱膨張に対する適切なたるみを維持します。

OPGW では標準の ACSR グリップを決して使用しないでください。光学ユニットは、ハードウェアが機械的限界に達するずっと前に潰れてしまいます。

設置後、エンドツーエンドの OTDR テストと接続損失測定により、設計の減衰予算を遵守しているかどうかを確認します。 OPGW を適切に設置すると、30 年を超える耐用年数を実現できます。

選択ガイド: OPGW を架空線に適合させる

エンジニアは通常、次の 4 段階のプロセスに従って最適な OPGW を選択します。

1. 必要なファイバーの数とタイプを決定します (バックボーン ネットワークでは G.652D が最も一般的です)。
2. 最大短絡電流 (I _番目 ）と設置時点でのクリア時間を確認し、メーカーの短絡電流曲線を要求して、OPGW の導体断面積が熱要件を満たしていることを確認してください。
3. 最悪の荷重条件 (氷、風、日常的なストレス) における設計張力から最小破壊荷重を導き出します。 OPGW の RTS は、通常 2.5 の安全率でこの値を超える必要があります。
4. 外径とユニット重量をタワーの設計と既存の絶縁体/ストリングハードウェアと比較して確認してください。ラインにすでに接地線のピークが張られている場合は、スパン全体の張力の再張力を避けるために、同様のたるみ張力特性を持つ直接交換用の OPGW を使用することをお勧めします。

改修シナリオでよくある落とし穴は、元のアース線よりも単位重量が大きい OPGW を選択することです。これにより、過剰なたるみが発生し、相対グランドのクリアランスが減少します。したがって、仕様を最終決定する前に、詳細なライン調査とサグテンションの計算が必須です。

規格とコンプライアンス

OPGW 製品は、国際的に認められた基準に従ってテストおよび製造されています。最も一般的に参照されるものは次のとおりです。

• IEC 60794‑4 : 光ファイバーケーブル – パート 4: 断面仕様 – 電力線沿いの架空光ケーブル (OPGW)。
• IEEE規格1138 : 電力会社の送電線で使用する光接地線 (OPGW) のテストと性能に関する IEEE 規格。
• ITU‑T G.652 / G.655 ：シングルモード光ファイバとケーブルの特性。

型式試験には、引張性能、風力振動、ギャロッピング、クリープ、温度サイクル、水の浸透、耐雷アーク性が含まれます。新しいプロジェクトに OPGW を調達する場合は、常に完全なタイプテスト証明書を要求してください。

メンテナンスと長期信頼性

OPGW の運用開始後は、最小限のメンテナンスが必要になります。金属シースと防水ジェルが湿気に対する固有の保護を提供し、完全にパッシブなファイバー パスには故障するアクティブな電子機器がありません。通常、サスペンション クランプ、振動ダンパー、接地接続を年に 1 回検査するだけで十分です。

落雷の後、OPGW に孔食や局所的な素線の溶解が発生する可能性があります。イベント後の OTDR トレースにより、ファイバーの黒ずみによる減衰の増加が明らかになります。ファイバの減衰が設計マージンを超えた場合は、影響を受けるスパンの交換が必要になります。これは、ハードウェアが標準化されているため、簡単なプロセスです。サーマルカメラを搭載したドローンを使用した定期的な航空検査は、電気接続の劣化を示すホットスポットを特定するのに役立ちます。

OPGW の寿命に対する最大の脅威は、腐食や経年劣化ではなく、初期の設置不良、特に接続部のたるみ不足や、光コアを潰す不適切なハードウェアです。これらの落とし穴が回避されると、OPGW は伝送路の寿命の間、メンテナンス不要の通信バックボーンを提供します。

光アース線の要点

OPGW はもはやニッチな製品ではありません。これは、高速ファイバー通信と堅牢な架空地線保護を組み合わせるためのデフォルトの選択肢です。その二重機能設計により、タワーへの負荷が軽減され、別個のケーブル配線が不要になり、最も過酷な電気的ストレスや環境的ストレスに耐えることができます。ユーティリティ エンジニアにとって重要なのは、機械的および電気的特性を特定の回線条件 (障害電流、スパン長、ファイバ数) に適合させ、リールからスプライス エンクロージャまでの光学的完全性を維持する設置プロトコルに従うことです。

納期が厳しく、信頼性が交渉の余地のない場合は、完全な型式試験文書と現場での経験に裏付けられた実証済みの OPGW ケーブルを選択することで、グリッドとデータの両方の流れが維持されます。