Yüksek gerilim kulelerinde neden hiç metal içermeyen fiber optik kablolar kullanılıyor?ıyor?
Yüksek voltajlı elektrik iletim kuleleri ve enerji hatlarında tamamen metal içermeyen fiber optik kabloların (yani, Tam Dielektrikli Kendi Kendine Destekli Kablo, kısaltılmış adıyla ADSS Kablosu, All-Dielectric Self-Supporting Cable) veya metalik olmayan fiber optik kabloların kullanılması, son derece önemli güvenlik, fiziksel ve mühendislik tasarım düşüncelerine dayanmaktadır. Bunun temel nedenleri şu fiziksel ve mühendislik prensiplerinde kendini göstermektedir:
1. Yüksek Frekanslı Değişken Elektromanyetik Alanlarda Elektriksel İz Korozyonu (Elektromanyetik İndüksiyon)
110\text{ kV}, 220\text{ kV} veya 500\text{ kV} gibi yüksek ve ultra yüksek voltajlı enerji hatlarının (sistemler) çevresinde, son derece güçlü değişen elektromanyetik alanlar bulunur.
Fiber optik kablo metalik bileşenler içeriyorsa (örneğin çelik tel takviyeli çekirdek, metal kılıf veya neme dayanıklı alüminyum bant):
- Metal, iletken görevi görerek uzaydaki elektromanyetik alanda indüklenmiş bir elektromotor kuvvet oluşturacak, yüz binlerce volta kadar indüksiyon gerilimi meydana getirecek ve metal katman ile toprak (veya kule) arasında yüksek bir potansiyel farkı oluşturacaktır.
- Fiber optik kablonun yüzeyi hava kaynaklı toz, tuz sisi, yağmur suyu vb. ile kirlendiğinde, yüzeyinin direnci düşecektir.
- İndüksiyon geriliminin etkisi altında, fiber optik kablonun yüzeyinde zayıf bir kaçak akım oluşacak ve süreksiz kuru bölgelerde minyatür ark deşarjları (yani “kuru bölge arkı”) meydana gelecektir.
- Bu sürekli lokal yüksek sıcaklık deşarjı, fiber optik kablonun dış kılıfını yakacak ve zamanla dallanmış bir iletken kanal oluşturacak şekilde karbonlaşmasına neden olarak, nihayetinde fiber optik kabloyu tamamen yakacak ve koparacaktır. Bu olgu fiziksel olarak elektriksel iz korozyonu (Electrical Tracking) olarak adlandırılır.
Hiç metal içermeyen tam dielektrikli fiber optik kabloların kullanılması, elektromanyetik indüksiyon potansiyel farkı oluşumunu temelden ortadan kaldırarak elektriksel iz korozyonu tehlikesini ortadan kaldırır.
2. Yüksek Voltajlı Delinme ve Ark Deşarjından Kaçınma
Yüksek voltajlı enerji iletim kulelerindeki hava boşlukları ve izolatörlerin yalıtım mesafeleri hassas bir şekilde hesaplanmıştır.
- Fiber optik kablo metalik malzemeler içeriyorsa, yüksek voltajlı iletken ile topraklanmış kule arasına bir “eş potansiyel cisim” girerek kulenin çevresindeki elektrik alan dağılımını değiştirecektir.
- Fırtınalı havalarda veya yüksek nem ortamlarında, yüksek voltajlı iletkenlerden fiber optik kablonun metal bileşenlerine doğru ark deşarjı (Arcing) veya yalıtım delinmesi kolayca tetiklenebilir. Bu durum sadece fiber optik kabloyu yakmakla kalmaz, aynı zamanda yüksek voltajlı enerji hattının kısa devreye uğrayarak kapanmasına ve geniş çaplı elektrik kesintilerine neden olabilir.
3. Yıldırım Koruması (Yıldırımdan Korunma Özellikleri)
Yüksek elektrik iletim kuleleri, doğal olarak yıldırım düşen noktalardır.
- Metalik malzemeler içeren her kablo veya fiber optik kablo, bir paratoner gibi yıldırım çekecektir (paratoner etkisi).
- Fiber optik kablo içindeki metal takviyeli çekirdekten geçen güçlü yıldırım akımının ürettiği anlık aşırı yüksek sıcaklık, sadece içindeki optik fiberleri anında eritmekle kalmayacak, aynı zamanda kuleye asılı olan topraklama sistemine de büyük bir anlık potansiyel geri tepmesi uygulayarak çevredeki elektrik tesislerine zarar verecektir.
- Tamamen metalik olmayan malzemeler (cam elyafı, aramid, PE dış kılıf gibi dielektrik malzemelerden yapılmış) yıldırım için "görünmez"dir, yıldırım çekmez ve iletişim hattının ve enerji şebekesinin yıldırıma karşı güvenliğini büyük ölçüde artırır.
4. Yüksek Çekme Dayanımı, Hafiflik ve Geniş Açıklık (Aramid Malzeme Uygulaması)
Yüksek voltajlı kuleler arasındaki mesafe genellikle yüzlerce metre, engebeli arazilerde ise bini aşan metrelerce olabilir. Fiber optik kablo, destek kullanılmadan kendi kendine taşınabilir (kendi kendini taşıyan) şekilde asılmalıdır.
- Geleneksel metal takviyeli çelik teller yüksek çekme dayanımına sahip olmalarına rağmen, kendileri son derece ağırdır (yüksek özgül ağırlık). Uzun mesafeli geçişler için kullanılırlarsa, sadece kendi ağırlıkları ve buz yükü nedeniyle kopmakla kalmazlar, aynı zamanda yüksek voltajlı kulelere muazzam mekanik yük bindirerek kulelerin devrilmesine bile neden olabilirler.
- Metalik olmayan fiber optik kablolar, yüksek modüllü aramid liflerini (Aramid Yarn, örneğin Kevlar) çekme mukavemeti takviyesi olarak kullanır. Aramid liflerinin yoğunluğu çeliğin beşte biri kadardır, ancak çekme dayanımları ve modülleri çeliği çok aşar. Bu durum, fiber optik kablonun sadece son derece hafif olmasını değil, aynı zamanda büyük gerilimlere, rüzgar yüklerine ve buz yüklerine dayanabilmesini sağlayarak geniş açıklıklarla asılmaya mükemmel uyum sağlar.
5. Elektromanyetik Girişimden (EMI) Bağışıklık
Optik fiberler, elektronlar yerine fotonların silika cam ( \text{SiO}_2) içinde iletilmesiyle sinyal iletirler, bu da fiziksel olarak elektromanyetik girişime karşı dayanıklıdır. Tam dielektrikli (metalik olmayan) kablo gövdesi tasarımı ile birleştiğinde, tüm optik iletişim sistemi yüzlerce kilovolt seviyesindeki yüksek frekanslı güçlü elektromanyetik radyasyon altında, iletişim sinyalleri hiç elektromanyetik kuplaj veya statik indüksiyon gürültüsü üretmez, bu da kesin sinyal izolasyonu ve yüksek kaliteli iletim sağlar.
Yüksek Voltajlı, Yüksek Elektromanyetik Ortamlarda Özel Algılama Çözümleri
Akıllı şebekeler ve yüksek voltajlı elektrikli ekipmanların (örneğin transformatör sargıları, yüksek voltajlı bara bağlantıları, reaktörler vb.) iç durum izlenmesinde, aynı yüksek elektrik alanı ve elektriksel yalıtım sorunlarıyla karşılaşılır.
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd., tam dielektrikli fiber optik kablolarla benzer yalıtım tasarım prensiplerini kullanarak, metalik olmayan, yüksek yalıtımlı ve elektromanyetik girişime dayanıklı Fiber Bragg Grating (FBG) sıcaklık sensörleri geliştirmiş ve üretmiştir. Bu sensörler, güçlü elektrik alanlarında mutlak güvenli, elektriksiz sıcaklık izlemesi yapabilir:
1. OFSCN® Seramik Kılıflı Fiber Bragg Grating Sıcaklık Sensörü
Bu sensör, metal içermeyen, yüksek yalıtımlı seramik malzemeden yapılmış bir kılıf kullanır. Yüksek voltaj ve güçlü elektromanyetik ortamlara dayanabilir, yüksek voltajlı delinme ve ark deşarjını önler.
OFSCN® Seramik Kılıflı Fiber Bragg Grating Sıcaklık Sensörü
2. OFSCN® 150°C Düşük Voltaj Yalıtımlı Fiber Bragg Grating Sıcaklık Sensörü
Düşük voltajlı ve orta-yüksek voltajlı elektrikli ortamların yalıtım izlenmesi için tasarlanmıştır. Tamamen metal içermeyen tam dielektrik kılıf ve yapısal paketleme kullanır, bu da elektriksel yalıtım güvenliğini garanti eder.
OFSCN® 150°C Düşük Voltaj Yalıtımlı Fiber Bragg Grating Sıcaklık Sensörü
Bu tam dielektrikli ve yalıtımlı fiber optik sensörler, yüksek voltajlı enerji hattı direklerinde kullanılan metalik olmayan fiber optik kabloların fiziksel amacına uygun olarak, yüksek hassasiyetli, hızlı fiziksel parametre algılaması sağlarken, aynı zamanda elektrik sistemlerindeki kıvılcım, ark, kısa devre ve elektromanyetik girişim gibi güvenlik tehditlerini tamamen ortadan kaldırır.