送電線の光学接地ワイヤの2つのコア機能は何ですか？

電線の向こう側: OPGW が系統を保護し、接続する方法

私たちの都市の間に広がる広大で静かな風景の中で、送電網のそびえ立つ監視員は単なる電力以上のものを運んでいます。これらの高電圧送電鉄塔の頂上には、ミッションクリティカルな二重の目的を果たすユニークなタイプのケーブルが張られています。このケーブルはとして知られています 光アース線 、またはOPGW。エンジニア、グリッド オペレーター、電気通信の専門家にとって、OPGW は最新の信頼できるインフラストラクチャの基礎です。しかし多くの人にとって、その全機能は謎のままです。

コア機能 #1: 保護シールド - 電力線の保護

送電塔の頂上に張られた電線の主な伝統的な役割は、送電塔として機能することです。 静電気シールド線 または アース線 。その役割は、その下の通電相導体 (電力を運ぶワイヤ) を自然界で最も破壊的な力である雷から保護することです。 OPGW は、何よりもまず非常に優れたアース線です。

サブ機能 1A: 雷保護とシールド

問題： 落雷が相導体に直接当たると、一瞬のうちに膨大な電流 (多くの場合 100,000 アンペアを超える) が注入されます。このサージは送電線の運用容量を大幅に超え、壊滅的な絶縁不良、機器の損傷、回路ブレーカーの即時作動を引き起こし、停電を引き起こします。

OPGW がそれを解決する方法: OPGW ケーブルはタワーの最高点に戦略的に配置され、相導体の上に「シールド」を形成します。落雷の可能性が最も高い地点となるように設計されています。

意図的な誘引: OPGW は、その高さと接地機能により、落雷が下の臨界相導体に到達する前に効果的に遮断します。

安全な電流パス: OPGW の堅牢な金属外層は、雷が落ちると、ケーブルのスパンに沿って流れる雷電流に低インピーダンスの経路を提供します。

地球への散逸: 各送電鉄塔では、OPGW が鉄塔構造に電気的に接続されています。タワー自体は、地面に埋められたロッドと導体のネットワークである接地システムに接続されています。巨大な雷電流は安全にタワーの下にそらされ、無害に地面に消散されます。

実際の結果: OPGW は自らを落雷に犠牲にすることで、雷の破壊的なエネルギーが活電導体に到達するのを防ぎ、それによって障害を防ぎ、電力供給の継続性を維持します。その設計により、機械的または電気的な故障を起こすことなく、このような衝撃に複数回耐えることができます。

サブ機能 1B: 接地と故障電流の伝達

問題： 落雷以外にも、導線上の木の倒れや機器の故障など、他のイベントによって電力線に障害が発生する可能性があります。通電中の導体が接地された物体 (タワー自体など) に接触すると、「接地障害」が発生します。これにより、瞬間的ではありますが、故障電流として知られる大規模な電流のサージが発生します。保護リレーが故障を検出し、損傷した部分を隔離できるように、この電流は安全にアースに送られる必要があります。

OPGW がそれを解決する方法: OPGW は、送電線の全長に沿って連続した低抵抗の電気経路を形成し、すべての塔の接地システムを接続します。

共通接地基準の作成: この相互接続されたネットワークにより、すべての鉄塔が同様の接地電位に保たれることが保証されます。これは、電力システムの保護方式の安定性と正確な動作にとって非常に重要です。

故障電流が流れる: 障害が発生すると、障害電流のかなりの部分が OPGW とタワー構造を通って電源に戻ります。 OPGW は、特定の短絡電流定格 (例: 1 秒間 50 kA) で特別に設計されています。これは、アルミニウムと鋼の層が、溶融したり損傷を受けたりすることなく、サーキットブレーカーが作動するまでの短期間にこの膨大な電流を流すのに十分な強度があることを意味します。

実際の結果: OPGW は、内部電気的障害が発生したときに、電流がグランドへの安全で予測可能な経路を確保できるようにします。これにより、保護装置が迅速かつ選択的に動作し、機器の損傷を最小限に抑え、停電の範囲と時間を制限することができます。

コア機能 #2: デジタル神経系 - スマート グリッド通信の実現

その保護の役割は基本的なものですが、OPGW を単なるワイヤーから戦略的資産に変える 2 番目の機能です。金属製の保護シェル内に光ファイバーが収められており、ケーブルが高性能の通信リンクに変わります。

サブ機能 2A: 物理的構造: ケーブル内のケーブル

それがどのように機能するかを理解するには、それがどのように構築されているかを理解する必要があります。 OPGW は、材料を単純に組み合わせたものではありません。それは正確に設計された管状構造です。

中心核: 中心にはステンレス鋼またはアルミニウムのチューブがあります。この密閉されたチューブの内側には光ファイバー自体があり、通常は水分の侵入を防ぎ、機械的なクッションを提供するために防水ゲルで囲まれています。

外側の層: この中央のチューブを取り囲むのは、アルミニウムと鋼線の層です。これらのワイヤはチューブの周りに撚り合わされており、ケーブルに主な機械的強度、通電容量、耐腐食性を提供します。アルミニウム（導電性のため）とスチール（強度のため）の特定の組み合わせは、プロジェクトの要件に合わせて調整できます。

この構造は、その二重のアイデンティティの鍵です。外側のワイヤーが電気的および機械的な役割を果たし、内側のチューブは壊れやすいガラス繊維に安全で安定した隔離された環境を提供します。

サブ機能 2B: 系統管理および制御における重要なアプリケーション

光ファイバーによって提供されるデータ容量は「スマートグリッド」の根幹です。古い専用通信回線では不可能だったリアルタイムの監視、保護、制御が可能になります。最も重要なアプリケーションは次のとおりです。

1. 電源システムの保護:
これはおそらく最も重要なデータ関数です。 「パイロット保護」または「差動リレー」 この方式では、伝送線路の両端間に超高速通信が必要です。線路の途中で障害が発生した場合、両端のリレーは流入電流と流出電流を瞬時に比較する必要があります。 OPGW ファイバー リンクを使用すると、障害が何であるかをミリ秒単位 (通常は 1 ～ 2 サイクル) で判断できます。 間 両方のブレーカーを同時に落とします。この高速リンクがないと、リレーの動作が遅くなり、システム障害が大きくなり、機器に損傷が生じる可能性があります。

2. 監視制御およびデータ収集 (SCADA):
SCADA は、グリッド コントロール センターの神経系です。 OPGW のファイバーは、電圧、電流、電力潮流、回路ブレーカーのステータス、変圧器のタップ位置など、グリッド上の何千ものポイントからの膨大な量のリアルタイム データを制御室に送り返します。これにより、オペレーターはグリッド全体の状態をリアルタイムで確認し、情報に基づいた意思決定を行うことができます。

3. 広域監視および制御 (WAMS):
SCADA を超えて、WAMS は同期フェーザ測定ユニット (PMU) を使用します。これらのデバイスは GPS によって同期され、グリッドの健全性のタイムスタンプ付きの正確な「スナップショット」を 1 秒あたり 30 ～ 60 回提供します。 OPGW ファイバーの高帯域幅と低遅延は、この大規模なデータ ストリームを転送するために不可欠です。これにより、従来の SCADA では認識できなかった系統の発振や不安定性の検出が可能になり、広範囲にわたる停電の防止に役立ちます。

4. 資産の監視と状態ベースのメンテナンス:
このファイバーは、OPGW ケーブルや伝送路自体の状態を監視するためにも使用できます。分散温度センシング (DTS) および分散音響センシング (DAS) は、ファイバー自体をセンサーとして使用します。 DTS はスプライスや接続部のホットスポットを検出でき、DAS は導体の振動、ギャロッピング、さらには倒木や用地近くの無許可の建設などの潜在的な干渉を検出して特定できます。

5. 公共事業運営のための電気通信:
純粋な電力システム制御を超えて、ファイバは、メンテナンス作業員のための音声通信、企業データ ネットワーク トラフィック、変電所セキュリティのためのビデオ監視など、公益事業が必要とするあらゆるものに対して信頼性の高い通信チャネルを提供します。

相乗効果: 2 つの機能が 1 つよりも優れている理由

OPGW の真の天才は、その 2 つのコア機能間の強力な相乗効果にあります。

用地の最適な使用: 伝送塔に別個の光ファイバー ケーブルを敷設するには、追加のハードウェアや設計上の考慮事項が必要であり、風雨や野生動物による損傷を受けやすくなります。ファイバーをアース線に統合することにより、電力会社は追加の許可や土地取得を必要とせずに、既存の安全な用地を最大限に活用できます。

優れたファイバーのセキュリティと信頼性: OPGW は、ファイバーに物理的および電気的に安全な経路を提供します。タワーの最上部に位置するため、ほとんどアクセスできず、偶発的な損傷、破壊行為、盗難から保護されています。さらに、堅牢な金属シースにより、高電圧環境で厳しい電磁干渉 (EMI) に対する優れた耐性が得られます。これにより、比類のない信頼性とデータ整合性を備えた通信リンクが実現します。

経済効率: OPGW の初期コストは従来のアース線よりも高くなりますが、別の通信インフラストラクチャを構築、リース、または維持する必要がなくなります。ファイバー機能を追加するための「追加コスト」は、それによって作成されるデータ ネットワークの莫大な価値に比べれば最小限です。これは、構築を難しくするのではなく、よりスマートに構築する典型的なケースです。

結論: 回復力とインテリジェントな未来のバックボーン

光アース ワイヤは単なるワイヤではありません。これは、現代の動力伝達の多機能かつミッションクリティカルなコンポーネントです。その最初のコア機能は、 保護シールド これは自然の猛威や内部システムの障害に耐えるのに必要な回復力を提供する基礎的なものです。その 2 番目のコア機能は、 デジタル神経系 は革新的であり、21 世紀の電力網に必要な状況認識、迅速な自動化、インテリジェントな制御を可能にする高速で信頼性の高いデータ バックボーンを提供します。

これら 2 つの絡み合った機能を理解すると、なぜ OPGW が世界中の電力会社に選ばれるテクノロジーになったのかが理解できます。これは、エレガントなエンジニアリングの完璧な例です。保護と通信という 2 つの基本的な課題を、堅牢で信頼性が高く、将来に備えた単一の相乗効果のあるソリューションで解決します。