ADSS 光ファイバーケーブルはどのように機能しますか?
ADSS 光ファイバー ケーブルは、2 つの並列システムを介して動作します。光ファイバーは、光パルスの内部全反射を使用してデータを送信します。一方、非金属アラミド糸は、導電性金属要素を使用せずにタワー間でケーブルを吊り下げるための機械的サポートを提供します。-このデュアル システム設計により、ケーブルは高電圧環境でも安全に機能し、中継器なしで最大 100 キロメートルの高帯域幅データ伝送を実現できます。{{3}
光伝送システム
ADSS ケーブルの光伝送は、全反射という物理原理に基づいています。ケーブル内の各光ファイバーは、より低い屈折率を持つクラッド材料で囲まれたガラスコアで構成されています。光が臨界角（標準的なファイバでは通常約 82 度）より大きい角度でコアに入射すると、光はクラッドを通って屈折するのではなく、完全に反射してコアに戻ります。
この反射は、光がファイバーを通過する際に継続的に発生します。 1310 または 1550 ナノメートルの波長で動作するレーザー ダイオードまたは LED を使用して、デジタル データが光パルスにエンコードされます。これらのパルスはファイバーのコアを通って反射し、非常に長い距離にわたって信号の整合性を維持します。{4}最大 100 キロメートルに及ぶ回路は、信号中継器や増幅器を必要とせずに機能します。
コア-クラッド界面は、物理学者が誘電体導波管と呼ぶものを作成します。コア (通常約 1.47) とクラッド (約 1.46) の屈折率の差は最小に見えます-わずか 1%-。しかし、この小さな差は内部全反射を通じて光を閉じ込めるのに十分です。反射ごとに 2-4% の光を失う金属ミラーとは異なり、全内部反射は反射ごとにほぼゼロの損失を達成します。最新のシングルモード ファイバーでは、主に反射損失ではなく材料の散乱による 1 キロメートルあたり 0.15 dB 未満の減衰率を示します。-
ADSS ケーブルは複数の伝送モードに対応します。コア直径が 8-10 マイクロメートルのシングルモード ファイバーは、光路を 1 つだけ許可し、長距離用途に使用できます。-マルチモード ファイバは、複数の光路を可能にする幅広のコア（50 または 62.5 マイクロメートル）を備えていますが、これによりモード分散が生じ、有効範囲が制限されます。 1 本の ADSS ケーブル バンドルに 12 ～ 864 本のファイバ ストランドを収容でき、大容量のデータ伝送容量を提供します。
機械的サポートシステム
ADSS ケーブルの特徴は、完全に非金属材料によって実現される自己支持機能にあります。-アラミド繊維糸-防弾チョッキに使用されているのと同じ素材-は、あらゆる機械的負荷に耐える強度部材を形成します。これらの合成繊維は、完全な電気絶縁性を維持しながら、重量ベースで鋼を超える引張強度を備えています。{6}}-
構造階層は内側から外側に向かって機能します。光ファイバーは、水ブロック{0}}ゲルで満たされた緩いバッファー チューブ内に配置され、これらのチューブは中央の非金属コア（多くの場合、ガラス繊維-強化プラスチックまたは FRP）を囲み、アラミド糸がこのアセンブリの周りを包み込み、引張強度を提供し、最後に保護ポリマー ジャケットがすべてを包みます。この層構造は複数の目的に役立ちます。-ルーズ チューブの設計により、強度部材に比べて繊維がわずかに長くなり、ケーブルが荷重を受けて伸びた場合でも、機械的応力が繊細なガラス繊維に到達するのを防ぎます。
エンジニアは、スパンの長さ、予想される氷と風の荷重、設置張力に基づいて、必要なアラミド糸の太さを計算します。 200-300 メートル スパンの一般的な電柱設置の場合、ADSS ケーブルは適切なサグ対スパン比で自立できます。-川の渓谷を越える優れた設備は、適切に強化された設計を使用して 1,800 メートルを超えるスパンを実現しています。ケーブルの軽量な性質 (金属が含まれていない) により、ケーブルの重量、風の抵抗、氷の蓄積による支持構造への追加負荷が最小限に抑えられます。
アラミド糸には、吸水を防ぐための特別な処理が施されています。{0}未処理のアラミド繊維は、毛細管現象によって長さに沿って水分を吸収するため、強度が低下し、老化が促進されます。メーカーは、この水分の移動をブロックするために疎水性コーティングを適用し、強度部材がケーブルの 25 ～ 30 年の設計寿命を通じて定格容量を維持できるようにします。
高電圧環境でも耐えられる-
ADSS の名前の由来となっている誘電性（非導電性）の特性により、通電された電力線への設置が可能になりますが、この環境では特有の課題が生じます。-送電塔間に吊り下げられると、ケーブルは高電圧導体によって生成される電界内に垂れ下がります。-。この電界の強さは、スパン中央での最大値から、接地された塔サポートでのほぼゼロまで変化します。-
乾燥した状態では、ケーブルジャケットの高い抵抗により電流の流れが妨げられます。ケーブル表面に水分が不均一に蓄積すると、問題が発生します。水は電気を通し、表面抵抗を下げます。あるセクションから水分が蒸発し、隣接する領域が濡れたままの場合、「ドライ バンド」がその長さ全体で大きな電圧差を持つ高抵抗ゾーンを形成します。--
ドライバンド全体の電圧がしきい値レベルを超えると、電気的トラッキングが始まります。ジャケット表面にカーボンパスが形成され、ひどい場合にはアーク放電が発生します。この現象はドライバンドアーク放電と呼ばれ、220 kV を超える送電線の下に設置されたケーブルに集中します。わずか数ミリアンペアの穏やかなアーク電流であっても、ジャケットの劣化が進行します。空気中の汚染物質が存在する工業地域や塩水噴霧のある沿岸地域では、溶解塩が表面抵抗を劇的に低下させるため、内陸の淡水環境よりも悪い影響を受けます。
ケーブルメーカーは、ジャケットの素材を選択することでこの問題に対処しています。 110 kV 未満の設置にはポリエチレン (PE) ジャケットで十分です。この電圧を超えると、メーカーは特殊な耐トラッキング性化合物、多くの場合 AT (アンチトラッキング) シースと呼ばれる-化合物を使用します。これらの材料には、カーボントラックの形成を防止し、アーク損傷に抵抗する添加剤が組み込まれています。設置方法も重要です。-電界強度が安全な範囲内に収まるタワー構造上の最適な場所、通常は相導体から離れた下部のクロスアームにケーブルを配置することも重要です。-
2 つの主要なケーブル構造
ADSS ケーブルには、さまざまな用途に最適化された 2 つの基本的な設計があります。中央のチューブ構造は、水を遮断する化合物で満たされた単一の大きなチューブ内にすべての光ファイバーを配置します。-アラミド糸がこのチューブの周りに巻き付けられ、その後に保護ジャケットが続きます。このシンプルな設計により、より短いスパン (通常は 400 メートル未満) に適したより小型で軽量のケーブルが作成され、設置が容易になります。トレードオフとして、ファイバー容量とスパン容量が制限されます。-
撚り線構造は異なるアプローチを採用しています。それぞれに繊維が入った複数のバッファ チューブが、ガラス繊維強化プラスチックで作られた中央の強度部材の周りに螺旋状に巻き付けられています。{0}}ジャケットを被覆する前に、追加のアラミド糸がこの撚り線コアを囲みます。この設計は、より多くのファイバー (最大 288 本以上) に対応し、より大きな強度部材の容量によってより長いスパンに対応し、より優れた機械的保護を提供します。ただし、ケーブル直径が大きくなり、コストが高くなります。
材料科学者は両方の設計を改良し続けています。最近の技術革新には、極端な温度（-40 度から +70 度）にわたって流動性を維持する改良されたゲル{1}}ブロック化合物、熱帯の太陽にさらされても寿命を延ばす耐紫外線性-ジャケットの配合、振動による疲労に対する耐性を強化するアラミド処理などが含まれます。一部のメーカーは現在、両方の構造タイプの機能を組み込んだハイブリッド設計を提供し、機械的特性と光学的特性を特定の設置要件に合わせて調整しています。
設置と運用に関する考慮事項
ADSS ケーブルの設置は、架空導体のストリングと同様の手順に従いますが、重要な違いがあります。通常、ケーブルはリールに巻かれて到着し、非導電性の牽引ロープを使用して支持構造の間で引っ張られます。-活線設置技術により、全誘電体構造により金属ケーブルに存在する感電の危険が排除されるため、作業員は通電された送電線で作業することができます。-重量が軽いということは、従来のケーブル設置と比較して、設置作業員がより小型の機器とより少ない人員を使用できることを意味します。
適切なサグ調整が重要であることがわかります。たるみが大きすぎると、ケーブルが地上交通や植生を妨げる可能性があります。張力が少なすぎる場合や過剰な場合は、アラミド繊維にストレスがかかり、定格破断強度を超える可能性があります。エンジニアは、スパン長、ケーブル重量、温度範囲、予想される氷と風の負荷を使用して最適なサグを計算します。専門のソフトウェアはこれらの変数をモデル化しますが、設置作業員は実際のサグが設計仕様と一致していることを確認する必要があります。
風-による振動は、長いスパンでは別の懸念事項となります。風力振動-風がケーブルを流れる際の渦放出によって引き起こされるリズミカルな振動-は、サスペンション ポイントで疲労破壊を引き起こす可能性があります。分析によってリスクが示された場合、設置業者は支持位置の近くにダンパーを追加して、ケーブルが損傷する前に振動エネルギーを消散させます。これらのデバイスは、ケーブルに取り付けられた小さなおもりまたはバネに似ており、特定の振動周波数を吸収するように設計されています。
ケーブルジャケットは継続的な環境攻撃にさらされています。太陽光からの紫外線は、光酸化によってポリマー材料を徐々に劣化させます。- -高品質のジャケットには耐用年数を延ばすためにカーボン ブラックと UV 安定剤が組み込まれていますが、これらも極端な気候では最終的に交換が必要になります。温度サイクルにより膨張と収縮が発生し、氷の蓄積により一時的な機械的負荷が加わります。メーカーは耐久性の主張を検証するために、標準化された環境プロファイルに対してケーブルをテストしますが、実際の状況は設計上の想定を超えることがよくあります。{6}}
一般的な故障モードと予防
ADSS ケーブルの問題のほとんどは、3 つの障害メカニズムによって説明されます。前述のように、ドライバンド アーク放電による電気トラッキングにより、高電圧設備のジャケットが損傷します。-振動や過度の取り付け張力による機械的疲労により、アラミド繊維が破損したり、応力集中点で光ファイバーが損傷したりする可能性があります。環境劣化-紫外線への曝露、産業汚染物質による化学的攻撃、損傷したジャケットからの湿気の侵入-により、ケーブル コンポーネントは徐々に弱くなります。
あまり一般的ではありませんが、弾道による損傷を伴う劇的な故障モードがあります。農村地域では、狩猟中に散弾銃の弾が頭上のケーブルに当たることがあります。数回のペレットの衝撃ではジャケットが損傷するだけかもしれませんが、集中砲火によりアラミドストランドが十分に切断され、ケーブルの強度が損なわれたり、光ファイバーが破損したりする可能性があります。このリスクは、ケーブルがセキュリティ上の懸念がある既知の狩猟地域や地域を横断する必要があるルート計画に考慮されます。
定期的な検査プログラムは、致命的な障害が発生する前に、発生しつつある問題を発見します。ユーティリティ作業員は、目に見えるジャケットの損傷、強度部材の劣化を示す異常なたるみ、および電気的トラッキングを示唆する変色を探します。 OTDR (光学時間-ドメイン反射率測定) 装置を使用した光学テストでは、反射光信号を分析することでファイバーの破損や劣化を検出します。高度なシステムはクリティカル スパンを継続的に監視し、介入が必要な劣化傾向をオペレーション センターに警告します。
予防策は適切な設計から始まります。設置環境-電圧レベル、スパン長、気候帯-）に適したケーブル仕様を選択すると、ケーブルの使用を開始する前に多くの問題を解決できます。正しいハードウェアの選択、適切なたわみ調整、慎重な取り扱いなど、高品質の設置方法を実践することで、設置による損傷を防ぎます。-軽微なジャケットの損傷に対処し、摩耗したハードウェアを交換し、植生を刈り取る継続的なメンテナンスにより、ケーブルの耐用年数全体にわたってシステムの信頼性が維持されます。
電気通信ネットワークにおけるパフォーマンスの利点
ADSS ケーブルは、最新の電気通信インフラストラクチャでの導入を促進するいくつかの運用上の利点をもたらします。電磁干渉 (EMI) に対する耐性は、金属部品を含まないすべての-誘電体構造-に由来しており、外部電界がデータ信号を破壊する電流を誘導することはありません。このため、ADSS は、金属ケーブルが高電圧導体からノイズを拾う送電線沿いの設置に最適です。-
設置コストの利点は、いくつかの要因によって実現されます。既存の電力線インフラを利用することで、専用の電柱線やケーブルルートを構築する費用が不要になります。メッセンジャー ワイヤや固縛金具を使用しないシングルパスの取り付けにより、労力が軽減されます。-軽量設計により、少人数の作業員で長いケーブル セクションを処理でき、活線作業方法との互換性により、設置中の費用のかかる停電を回避できます。{4}}
運用コストはケーブルの寿命を通じて低いままです。誘電体構造により、金属ケーブルに必要な接地要件とそれに伴う安全接合が不要になります。金属が含まれていないため、腐食の心配がないことを意味します。-金属ケーブルが急速に劣化する沿岸環境や工業環境では大きな利点となります。軽量化により支持構造への負荷が軽減され、老朽化したインフラの寿命を延ばしたり、構造を補強せずに高密度のケーブル敷設が可能になる可能性があります。
ネットワーク プランナーは、ADSS の拡張性を高く評価しています。 1 本のケーブル配線で数百本のファイバストランドを収容できるため、拡張に十分な容量を提供できます。帯域幅の需要が増加するにつれて、通信事業者は新しいインフラストラクチャを設置するのではなく、既存のケーブル内で追加のファイバーを点灯できます。これにより、将来性のある投資が可能になります。これは、光ファイバー ネットワーク導入の資本集約的な性質を考慮すると、重要な考慮事項です。{{3}
市場の軌跡と今後の展開
世界の ADSS ケーブル市場は堅調な成長を示しており、2024 年には約 22 億ドルに達し、2030 ～ 2033 年までに 29 億ドルに達すると予測されています。これは、地域およびセグメントの分析に応じて 6 ～ 9% の年間複合成長率を示しています。いくつかの収束傾向がこの拡大を推進します。 5G 通信の構築には高密度のファイバー ネットワークが必要であり、ADSS は、特に既存の電力インフラストラクチャがある地域にコスト効率の高い導入方法を提供します。配電システムを最新化するスマート グリッドへの取り組みには通信バックボーンが必要であり、電力会社は個別の建設プロジェクトを行わずにネットワークにファイバー容量を追加するために ADSS を選択することが増えています。
特に地方やサービスが十分に行き届いていない地域におけるブロードバンドの拡大は、もう 1 つの重要な成長原動力となっています。世界中の政府プログラムは、遠隔地コミュニティに到達する光ファイバー インフラストラクチャに資金を提供しています。ADSS は、新たな通行権を必要とするのではなく、公共交通路を活用することで経済的なソリューションを提供します。--アジア太平洋地域は、中国、インド、東南アジア諸国における大規模なインフラ投資により通信容量が急速に拡大しており、世界収益の約 40% を占め、市場の成長をリードしています。
技術の進歩により、ADSS のパフォーマンスは向上し続けています。メーカーは、超高電圧用途（500 kV 以上）向けに、耐トラッキング性を向上させた強化ジャケット材料を開発しています。--改良されたアラミド処理により、伝統的に湿気により劣化が早まる湿気の多い熱帯気候での耐用年数が延長されます。一部の研究では、ケーブル内にひずみセンサーを組み込み、機械的応力をリアルタイムで監視して故障が発生する前に予測できるようにすることに焦点を当てています。{6}}これらのスマート ケーブル システムは、緊急対応が必要な致命的な障害を待つのではなく、修理が簡単なまま問題が発生していることを事業者に警告することで、公共施設の資産管理に革命を起こす可能性があります。
競争環境では、AFL、Prysmian、Corning、ZTT などの確立されたケーブル メーカーと、特にアジア太平洋地域の地域企業が競争力のある価格を提供しています。買収による市場統合は、製造業における規模の経済を達成し、地理的範囲を拡大することを目的としています。ケーブル メーカーと設置請負業者との間の戦略的パートナーシップにより、統合ソリューション プロバイダーが誕生し、ターンキー導入を求める公益事業者や通信事業者にとって魅力的です。
よくある質問
ADSS ケーブルが金属を使わずに「自立」するのはなぜですか?{0}}
ADSS は、電気絶縁を維持しながら、重量ベースで鋼と同等またはそれを超える引張強度を提供するアラミド繊維糸によって自己支持性を実現します。{0}これらの合成繊維はケブラーと化学的に類似しており、ケーブルの重量、風、氷の蓄積によるすべての機械的負荷に耐えるのに十分な量でケーブル コアの周囲に巻き付けられています。アラミドの並外れた強度対重量比により、ケーブルは過度に垂れたり機械的限界を超えたりすることなく、支持構造間を 200 ～ 700 メートルに渡って延ばすことができます。
ADSS ケーブルはどのような電圧の送電線にも設置できますか?
ADSS は、適切なケーブルを選択することで、幅広い電圧範囲で動作します。 110 kV 未満の送電線の場合は、標準のポリエチレン ジャケット ケーブルで十分です。 110-220 kV からの設置には、電界強度の慎重な分析が必要であり、特殊な耐トラッキング性ジャケットが必要になる場合があります。- 220 kV を超えると、アンチ-ジャケットの材料が必須となり、ドライ バンドのアーク放電のリスクを最小限に抑えるためにタワー構造上の設置位置を最適化する必要があります。-一部の超高電圧設備（500 kV 以上）では、代替ソリューションや非常に特殊な ADSS 設計が必要になる場合があります。
ADSS ケーブルの使用期間は通常どれくらいですか?
-適切に設計され、適切に設置された ADSS ケーブルの耐用年数は通常 25{4}} ですが、適切なメンテナンスを行った設置によっては 35 年を超えるものもあります。実際の寿命は環境への曝露によって異なります。-汚染の少ない穏やかな気候のケーブルは、過酷な紫外線、海岸の塩水噴霧、または産業汚染環境でのケーブルよりも長持ちします。通常、ジャケットはアラミド強度部材や光ファイバーが破損する前に劣化するため、重要な設備ではジャケットの交換が中寿命メンテナンスの実行可能な選択肢となります。
ADSS ケーブルが増幅せずにデータを送信できる最大距離はどれくらいですか?
シングルモード ADSS 光ファイバー ケーブルは、最適な波長（1310 nm または 1550 nm）を使用すると、中継器や増幅器を使用せずに信号を最大 100 キロメートル伝送します。この距離制限は、ケーブルの設計ではなく、ファイバー内の信号減衰 (約 0.15-0.25 dB/km) に起因します。長距離の場合、電力会社はエルビウム-ドープ ファイバー増幅器（EDFA）または光-電気-光再生器を設置して信号強度を高めます。マルチモード ファイバーは、モード分散により有効距離が短くなり、通常は 2 ～ 5 キロメートルになります。
主要な技術仕様
ADSS ケーブルの動作を理解するには、そのパフォーマンス パラメータに精通している必要があります。一般的なケーブルは、短スパン用途の場合は 5 kN から、長いスパンまたは厳しい気候帯の場合は最大 30 kN 以上の引張荷重に対応します。-動作温度範囲は通常、-40 度から +70 度の範囲ですが、特定の設計ではこれらの制限を超える場合があります。光学性能はシングルモード ファイバーの ITU{10}}T G.652D 規格を満たすかそれを上回り、減衰は 1310 nm の波長で 0.35 dB/km 未満、1550 nm の波長で 0.25 dB/km 未満です。
物理的な寸法は設計によって異なります。中心チューブ構造のケーブルの外径は 10 ～ 15 mm ですが、より線構造の設計では、ファイバ数が多い場合は 12 ～ 20 mm 以上になります。ケーブルの重量は、構成に応じて通常 1 キロメートルあたり 50 ～ 150 kg になります。これらの控えめな寸法と重量は、同等のデータ容量のメタリック ケーブルとはっきりと対照的であり、もともと電力伝送のみに設計された既存のインフラストラクチャに通信を追加する ADSS の利点を説明しています。
全誘電体構造により、固有の安全上の利点が得られます。{0}設置者はケーブルを取り扱う際に感電の危険がないため、設置手順が簡素化され、金属ケーブルに必要な特別な安全装置が不要になります。試験および保守作業は、安全プロトコルを緩和して進めることができますが、通電された導体の近くで作業する場合には、標準のライン安全手順が引き続き適用されます。この安全性プロファイルにより、ADSS は、設置の複雑さとリスクを最小限に抑えることが重要である老朽化したインフラにファイバー容量を追加する改修プロジェクトにとって特に魅力的になります。
ADSS 光ファイバー ケーブルは、光物理学、材料科学、機械工学を組み合わせたエレガントなエンジニアリング ソリューションを表し、過酷な環境でも高帯域幅通信を実現します。{0}金属を使用せずに自己支持できると同時に、高電圧導体と並行して安全に動作できるため、スマート グリッド、電気通信、ブロードバンド インフラストラクチャに広く採用されています。-増大するデータ需要に対応するためにネットワークが拡大し続ける中、ADSS は、まったく新しい構築を必要とするのではなく、既存のインフラストラクチャを活用する実証済みの費用対効果の高い展開方法を提供します。{6}この機能は、今後何年にもわたって世界的な光ファイバー ネットワーク開発の中心となるでしょう。