Warum kann ein Glasfaserkabel neben einem Hochspannungskabel verlegt werden, ohne dass es zu Störungen kommt?
Lichtwellenleiter-Patchkabel können so nah an Hochspannungskabeln verlegt werden, ohne gestört zu werden, da sie auf physikalischer Ebene eine perfekte „elektromagnetische Transparenz“ aufweisen. Dies wird hauptsächlich durch den Signalübertragungsmechanismus des Glasfaserkabels und die dielektrischen Eigenschaften seines Grundmaterials bestimmt.
1. Kernphysikalisches Prinzip: Warum keine elektromagnetischen Störungen?
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Grundlegender Unterschied der Signalträger (Photonen vs. Elektronen)
Herkömmliche Metallleitungen (wie Kupferkabel) übertragen Signale durch den Fluss von Ladungen (Elektronen), und die Bewegung von Ladungen ist anfällig für elektromagnetische Kopplungsstörungen (EMI/RFI) durch externe elektrische und magnetische Felder.
Lichtwellenleiter-Patchkabel übertragen dagegen hochfrequente Photonen (Lichtwellen). Lichtwellen sind Teil des hochfrequenten Bereichs des elektromagnetischen Spektrums, und die Frequenz, die ihren Arbeitswellenlängen (typischerweise 1310 \text{ nm} oder 1550 \text{ nm}) entspricht, liegt im Terahertz-(\text{THz})-Bereich. Dies unterscheidet sich um mehr als zehn Größenordnungen von den Wechselfeldern (typischerweise 50 Hz oder 60 Hz Netzfrequenz und deren niederfrequente Oberwellen), die von Hochspannungskabeln erzeugt werden. Die makroskopischen Wechselfelder, die von Hochspannungskabeln erzeugt werden, können die hochfrequenten Photonen im Glasfaserkabel weder modulieren noch ihre Phase, Amplitude oder Wellenlänge verändern. Daher besitzen optische Signale während der Übertragung eine inhärente Immunität gegen elektromagnetische Störungen. -
Dielektrische Eigenschaften des Grundmaterials (hochreines Siliziumdioxid)
Der Kern und der Mantel des Glasfaserkabels bestehen hauptsächlich aus hochreinem Siliziumdioxid (\text{SiO}_2)-Glas. Siliziumdioxid ist ein ausgezeichneter elektrischer Isolator:- Keine freien Ladungsträger: Es kann keine leitende Bahn bilden oder unter starken elektrischen Feldern Leckströme erzeugen.
- Sehr geringe magnetische Permeabilität: Die relative magnetische Permeabilität von Siliziumdioxid, \mu_r, liegt nahe bei 1, was es zu einem nichtmagnetischen Dielektrikum macht. Unter starken Wechselfeldern werden keine Wirbelströme oder induzierten EMK erzeugt.
Dies ist die sogenannte „elektromagnetische Transparenz“ – elektromagnetische Felder können Siliziumdioxid durchdringen, aber sie gehen keine elektrische oder magnetische Wechselwirkung ein, wodurch keine induzierten Störungen entstehen.
2. Praktische Sicherheitsaspekte bei der Verlegung von Hochspannungskabeln: Metallbewehrung vs. vollisolierte Bauweise
Obwohl die optischen Signale im Glasfaserkabel absolut nicht durch elektromagnetische Störungen beeinträchtigt werden, müssen bei der tatsächlichen Verlegung in der Nähe von Hochspannungskabeln die Sicherheit der optischen Signalübertragung und die Systemsicherheit unter Hochspannung unterschieden werden:
- Ebene der Sicherheit der optischen Signalübertragung
Unabhängig davon, ob das äußere Schutzmantel des Lichtwellenleiter-Patchkabels eine Metallschicht enthält oder nicht, werden die internen optischen Signale zu 100 % ohne Störungen übertragen. Beispielsweise verwenden mehrere hochfeste, hochtemperaturbeständige Lichtwellenleiter-Patchkabel, die von DaCheng YongSheng (OFSCN®) angeboten werden, wie z. B. OFSCN® 120℃ Fiber Optic Patch Cord, OFSCN® 200℃ Fiber Optic Patch Cord und OFSCN® 300℃ Fiber Optic Patch Cord, eine nahtlose Edelstahlrohr