「光ファイバーセンシングシステム」における雷保護・接地とは？

[VoidWalker]

光ファイバーは電気を通しませんが、金属の鎧層や補強芯を接地する必要がありますか？

[OFSCN_Tech_Expert]

これは光ファイバセンシングシステムエンジニアリングにおける、非常に古典的かつ重要な物理的・安全上の問題です。

簡単な結論：接地必須。

光ファイバ自体は二酸化ケイ素（石英ガラス）でできており、完全に電気絶縁されており、電磁干渉（ EMI ）の影響を受けませんが、光ファイバを保護するために導入された金属鎧装層（ステンレス鋼シームレス鋼管、ステンレス鋼線撚り線など）や金属補強芯（鋼線など）は導体であり、物理的に厳格な雷保護と接地処理が不可欠です。

以下に、光学工学および電磁物理学の観点から、具体的な理由とエンジニアリング実装規範を説明します。

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一、金属鎧装層と補強芯の接地が必要な物理的理由

1. 雷撃保護（Lightning Strike Protection）

屋外、トンネル、橋梁、送電線塔などの屋外環境に光ケーブルを敷設する場合、連続した金属鎧装層と金属補強芯は、長距離の避雷線として機能します。

• 光ケーブルまたはその近傍に落雷が発生した場合、金属層には（数十キロボルト以上に達する）非常に高い過渡過電圧と（ I \ge 10\ \text{kA} ）の雷電流が誘導されます。
• 金属層が接地されていない場合、雷放電による巨大な電力が逃げ場を失い、金属層を両端に伝導し、非常に高いジュール熱（ Q = I^2 R t ）を発生させ、光ケーブルのステンレス鋼外被を溶解させ、光ファイバのコーティング層を焼き切り、さらにはガラス心線を直接脆化させて断裂させる可能性があります。
• さらに、高電圧の雷電流は金属鎧装に沿って室内の光電解調装置まで伝導し、端末で放電を起こし、非常に高価な光ファイバ解調器を瞬間的に破壊したり、火災を引き起こしたりする可能性があります。

2. 電磁誘導と強電除去（Electromagnetic Induction）

分布型光ファイバセンシング（ DTS 、 DVS 、 DOFS ）や光ファイバグレーティング（ FBG ）センシングシステムは、変電所、高圧ケーブルトンネル、鉄道網の架空電車線路などの高電圧電磁環境にしばしば設置されます。

• 交番する強力な電磁場は、長距離の金属鎧装管に交流誘導起電力を誘導します。
• 接地を行わない場合、金属層に危険な対地電圧が蓄積され、現場の保守担当者にとって感電の危険をもたらすだけでなく、端末の金属フランジを介して機器筐体で放電し、高周波電磁ノイズを発生させる可能性があります。

3. 等電位ボンディングと静電気放電

摩擦、風、または工業環境による静電気は、金属鎧装の表面に蓄積されます。接地により、これらの静電気や浮遊電荷をタイムリーに大地に放電し、センサーネットワーク全体の外被と大地を等電位に保ちます。

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二、エンジニアリング施工における接地規範

雷保護および静電気防止工学標準（接地抵抗要件 R_g \le 10\ \Omega 、共同接地時 R_g \le 1\ \Omega ）に基づき、光ファイバセンシングシステムは以下の原則に従うべきです。

1. 端末等電位接続：光ケーブルが制御盤、光ファイバ配線盤（ ODF ）、または屋内接続箱に入る場合、金属鎧装層（ステンレス鋼管など）と金属補強芯は剥離し、専用の金属接地クランプ（Grounding Clamp）を使用して電気的に接続し、その後、接地銅線を通じて屋内の共同接地バーに導入する必要があります。
2. 中間接続箱の接地：長距離光ケーブルの場合、屋外での融着接続箱では、両端の光ケーブルの金属鎧装と補強芯を接続箱内部でジャンパー線で電気的に接続し、避雷網に接続する必要があります。
3. 光電分離：光ファイバ解調器などのコア機器に入る前に、光ファイバパッチコードまたはピグテール（金属層なし、または金属補強芯を含まない柔軟なパッチコード）を使用して末端を遷移させ、高電圧と雷電流を精密光学機器に入る前に物理的に分離および放電させます。

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三、関連 OFSCN®（大成永盛）製品説明

Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd.（大成永盛）が製造する高温ステンレス鋼シームレス鋼管光ケーブルは、ステンレス鋼シームレス鋼管（ SST ）を保護層として採用しており、極めて高い機械的引張強度と耐熱性を提供します。しかし、エンジニアリング設置においては、その完全金属被覆の連続性のため、雷保護接地が特に重要になります。

以下に典型的な製品例を示します。

• OFSCN® Double-Layer High-Temperature Downhole Fiber Optic Cable（二層耐高温坑底光ファイバケーブル） 公式リンク
  この製品は二層のシームレス鋼管で封止されており、デフォルト材質は 316L ステンレス鋼です。坑底の石油採掘、地熱モニタリングなどの複雑な電磁・雷環境では、坑口の鋼管端部は、接地クランプを使用して坑口の金属構造物またはシステム大地と確実に等電位接地する必要があります。
  

  

• OFSCN® 200°C Seamless Steel Tube Fiber Cable（一層ステンレス鋼シームレス鋼管光ケーブル） 公式リンク
  一層の合金管で封止されています。長距離分布型温度/ひずみ測定エンジニアリングでは、この光ケーブルの表面は、各セグメントの接続点と端末キャビネットで、規範に従って雷保護・分流接地を行う必要があります。
  

  

総括すると、「光ファイバは導電しない」ことは、「光ケーブルシステムに雷保護が不要」であることを意味するものではありません。金属鎧装層と補強芯の存在により、センシング光ケーブルは、強電または通信雷保護規範に従って、確実に接地する必要があります。