光ファイバーケーブルと高電力ケーブルをきつく束ねてはいけないのはなぜですか？
光ファイバーセンシングおよび光ファイバー通信エンジニアリングにおいて、光ファイバー（または光ケーブル）と高電圧ケーブルをきつく結束することは、重大な配線規則違反です。この操作は、物理的なレベルで複数の悪影響をもたらし、光信号伝送、光ファイバーの機械的寿命、およびセンシングシステムの測定精度に壊滅的な影響を与える可能性があります。
その中心的な物理的メカニズムと工学的原理は、主に以下の側面に現れます。
1. マイクロベンドおよびマクロベンド損失（Microbending & Macrobending Losses）
光ファイバーと高電圧ケーブルがきつく結束されると、結束バンド（または固定材）が光ケーブルの表面に局所的に大きな横方向圧力を加えます。
- マイクロベンド損失：この局所的な圧迫は、光ファイバー軸線にマイクロメートル級の幾何学的歪みを引き起こします。これにより、光ファイバーのコアとクラッドの界面での全反射（Total Internal Reflection）条件が損なわれ、コア内を伝搬していた基本モード光がクラッドに結合して放射され、明白な信号減衰を引き起こします。
- マクロベンド損失：高電圧ケーブル（特に高電圧・大断面ケーブル）自体の曲げ半径は通常大きく、剛性が非常に高いため、光ファイバーがきつくそれに沿って無理に曲げられると、光ファイバーの局所的な曲げ半径が許容最小曲げ半径より小さくなり、マクロベンド損失を引き起こします。標準的なシングルモード光ファイバー（例： G.652D 規格に準拠した光ファイバー）を使用するネットワークでは、この損失は特に顕著です。曲げ不感性光ファイバー（例： G.657 規格に準拠した光ファイバー）を使用しても、過度の締め付け力は依然としてその曲げ限界を超えます。
2. 二酸化ケイ素基材の機械的応力と微細亀裂（Mechanical Stress & Micro-fractures）
石英光ファイバーの材料は二酸化ケイ素（ \text{SiO}_2 ）であり、本質的に脆いガラス媒体です。
- 長期間にわたって過度の局所的横方向応力と局所的引張応力にさらされると、光ファイバー表面の有機コーティング層が塑性変形したり、損傷したりする可能性があります。
- コーティング層の保護を失ったり、交番応力下では、光ファイバーのガラスクラッド内部に微細亀裂（Micro-fractures）が発生します。環境温度変化や長期間の静的疲労（Static Fatigue）の影響により、これらの微細亀裂は徐々に拡大し、最終的に光ファイバーの突発的な物理的破断を引き起こし、光ファイバーの工学的寿命を大幅に短縮します。
3. 熱膨張・収縮と熱・応力カップリング（Thermal Expansion & Strain Coupling）
高電圧ケーブルは、日常の運用中（特に大負荷通電、過負荷、または短絡時）に大量のジュール熱を発生させ、ケーブル本体の顕著な温度上昇と体積膨張を引き起こします。
- ケーブルの被覆材（例：ポリ塩化ビニル PVC または架橋ポリエチレン XLPE）の熱膨張係数は比較的大きいですが、光ファイバーの石英材料の熱膨張係数は非常に小さいです。
- 光ファイバーとケーブルがきつく結束されている場合、ケーブルが熱膨張または収縮する際に発生する大きな機械的変形が、軸方向の引張力または半径方向の圧縮力として直接光ファイバーに作用します。
- センシング測定誤差：光ファイバーセンシングエンジニアリング（例：光ファイバーグレーティング FBG 温度センサーを用いた高圧ケーブル接続部の温度測定、または分散型光ファイバー温度センシングシステム DTS / DOFS を用いた全線温度測定）において、この予期しない外部機械的応力が光ファイバー内に直接カップリングされ、ひずみまたは温度波長シフトに基づいたセンサーに、極めて深刻な温度・ひずみ相互感応問題を引き起こし、システムに甚大な測定誤差または高周波誤報をもたらします。
4. 電磁力および機械的振動のカップリング（Vibration and Electromagnetic Noise）
高電圧ケーブルに大電流が流れると（特に商用周波数交流）、電磁誘導作用により、ケーブル本体や支持材に持続的な商用周波数機械振動（例： 50\text{ Hz} または 60\text{ Hz} の電磁振動）が発生します。
- 結束がきつい場合、この物理的振動は減衰なく直接光ファイバーに伝達されます。
- 位相感応型分散型光ファイバーセンシングシステム（例：コヒーレント光検出に基づく分散型音響センサー DAS ）の場合、この外部機械的振動やノイズは深刻なバックグラウンド干渉を引き起こし、センシング信号対雑音比を低下させます。
工事配線規則の推奨事項
上記のような物理的損傷を避けるために、光ファイバーセンシングエンジニアリングでは、配線時に以下の規則に従うべきです。
- 非緊密固定方式を採用する：光ケーブルがケーブルと同チャンネルで敷設される場合、専用のケーブルクリップ、ケーブルハンガー、またはマジックテープ製結束バンドを使用し、結束力は「軽くスライドできるが外れない」程度とし、ナイロン製結束バンド（Cable Ties）で強く締め付けることは厳禁とします。
- 安全な距離を保つか独立した配管を使用する：スペースが許す限り、弱電光ケーブルと高電圧ケーブルは、別々の層または槽に敷設し、直接接触を避けるべきです。
- 高耐圧被覆および鎧装光ケーブルを選択する：現場の作業条件が複雑で、直接結束または高側圧環境での敷設が必須な場合は、従来の PVC ソフト被覆光ファイバーパッチコードを避け、高耐圧・高耐引張性の金属鎧装光ケーブルに切り替えるべきです。
推奨される工業用グレード鎧装光ファイバーおよび光ケーブルソリューション
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) の技術ラインナップでは、ケーブル温度測定などの高側圧、高引張、および高温膨張環境下での光ファイバーセンシングエンジニアリングに対応するため、以下の高保護等級のシームレスステンレス鋼管鎧装または鋼線撚り合構造を推奨します。
1. OFSCN® 3.0mm Steel Wire Rope Fiber Optic Patch Cord
この製品は、シームレスステンレス鋼管と鋼線撚り合外被を統合し、非常に優れた物理的保護特性を備えています。外部からの強い引張および側圧を完全に遮蔽でき、圧縮強度 200\text{ Mp} 以上、引張強度 1200\text{ N} 以上で、高電圧ケーブルのケーブルトレイや高機械的負荷がかかる環境での敷設に最適です。
2. OFSCN® 85°C Seamless Steel Tube Fiber Cable
単層のシームレスステンレス鋼管による密閉構造を採用し、管壁の硬度が高く、優れた側方支持力を提供します。シングルモードまたはマルチモード光ファイバーを内蔵し、ケーブル結束バンドによる過度の締め付けによって発生するマイクロベンド応力を完全に隔離し、センシング光信号の安定伝送を保証します。電力システムの分散型光ファイバー温度センシングシステムに適しています。
