光接続ケーブル

光接続ケーブル( OPAC ) は、架空電力線に沿ってホスト導体に接続して敷設される光ファイバーケーブルの一種です。接続システムはさまざまで、光ファイバーケーブルをホストに巻き付ける、縛る、またはクリップで留めるなどが含まれます。敷設は通常、ホスト導体に沿って柱から柱へ、または塔から塔へと移動し、光ファイバーケーブルを所定の位置に巻き付ける、クリップで留める、またはクリップで留める専用の装置を使用して行われます。メーカーによってシステムが異なり、敷設装置、ケーブル設計、ハードウェアは互換性がありません。

光ファイバーケーブルを架空電力線に接続する方法として、縛りケーブルシステムとクリップケーブルシステムが研究されてきましたが、最初に開発されたのは巻き付けケーブルであり、現在一般的に使用されている唯一のタイプです。

ラップケーブルシステムは1980年代に英国（SkyWrap）と日本（GWWOP）で独自に開発され、広く使用され、^{[1] [2] [3]}南極を除くすべての大陸に設置されました。ライセンス供与と独自の開発を通じて、ラップケーブルシステムはフランス、イタリア、ドイツ、ロシアの企業からも供給されています。

ラッピングケーブルの設置プロセスでは、運搬装置がスパンを横切るときに、ケーブルのドラムをホスト導体の周囲に何度も通します。地面から 10 m 以内のホスト (中電圧または低電圧の架空線) への設置では、ラッピング マシンをラインの下の地面から手で引っ張ることができます。ただし、ホスト導体が高電圧送電線上にある場合は、通常、バッテリーまたはガソリン エンジンを使用した無線制御の電源ユニットが必要です。ラッピング ケーブルは、送電線のアース線 (接地線、シールド線) や、送電線、二次送電線、配電線の相導体に適用できます。

SkyWrapはOPACの最も成功した例であり、 OPGWや全誘電体自立型ケーブル（ADSS）などのより一般的な光ファイバーケーブルと組み合わせて、電力会社の通信ネットワークを構築するために使用されます。^[4]

国際電気標準会議(IEC) とIEEE では、接続ケーブルの一般的な呼称は「OPAC」です。^[5] OPAC は、「OPGW」や「ADSS」という命名法と同じ意味で使用できます。OPAC は、特に光ファイバー ケーブル、特にホスト導体が電力供給システムの一部である設備を指します。ホストとして金属ケーブル (同軸ケーブルまたは銅電話ケーブル) またはメッセンジャー ワイヤを使用する設備は、OPAC という用語には含まれません。

「Ground-Wire Wound Optical Cable」（GWWOP）という用語は、電力線に敷設するための巻き付けられた光ファイバーケーブルを表すために使用されることがあります。^{[6]これは日本の}古河電気工業が所有するブランド名である可能性があります。巻き付けられたケーブル技術のロシア語の説明は「OKКНН」（оптоволоконного кабеля неметаллического навивной）^[7]です（英語： OCNN = Optical Cable, Non-metallic, coiling or wraping（Navivnoj））。フランス語の用語は「Câble Optique Enroulé」（COE）です。

「SkyWrap」という名前は、1990年にFOCASが電力会社通信ネットワークの構築に使用される光ファイバーケーブル製品を表すために導入した3つの関連ブランド名の1つで、他の2つはSkyLite OPGWとSkySpan ADSSです。^[8] AFLが2000年にFOCASを買収したとき、SkyLiteとSkySpanのブランド名は廃止されましたが、SkyWrapは引き続き使用されています。1992年以前のブランド名はRayfosでした。Rayfosの名前はRaychem Corporationが所有しており、^[9]同社はこの技術を開発し、FOCASに売却しました。Rayfosは「Raychem」と「fiber optic system」を組み合わせた造語 です。

ラップ型光ファイバーケーブル技術は、1980年代初頭に英国と日本で独自に開発されました。英国では、Raychem Ltdが、高電圧環境に耐えるポリマー材料のバックグラウンドを持っていました。たとえば、熱収縮33kVケーブル端末やポリマー絶縁体で使用されています。^[10]初期の開発では、耐トラッキング性材料で作られたシースを備えた全誘電体光ファイバーケーブルが対象となりました。^{[11]最初の設置は、1982年12月に英国}ケントのハートレイとグードハーストの変電所間の33kV架空配電線で実施されました。33kV回線の選択は、この技術の予想市場、つまり、送電線と準送電線にOPGWを装備することが期待されていたときに、地域配電線上に通信ネットワークを構築する市場を示しています。その後 5 年間で、ノルウェー、ニュージーランド、米国、インド、ドイツ、フランス、フィンランドで、地上線と位相導体の両方の設備、および配電線と送電線の両方で合計約 180 km の設置が行われました。Raychem は 1987 年に光ファイバー ケーブル技術をCookson Group plcに売却しました。Cookson Group の子会社である FOCAS Limited は開発作業を完了し、製品を SkyWrap として商品化し、30 か国以上の顧客に 16,000 km 以上を供給しました。FOCAS は 2000 年に AFL に買収されました^[8]

日本では、古河電気工業が送電線のアース線に敷設することに特化した製品を開発し、その名称は「アース線巻き光ケーブル」に反映されています。最初の敷設は1985年に中部電力所有の275kV送電線で実施され、巻き付け機には遠隔操作の牽引装置と自己補正カウンターバランスが組み込まれていました。^[12]これらは両方とも、長距離高圧送電線のアース線に巻き付けケーブルをうまく敷設するために必要な技術です。

1995年までに、他の数社がラッピングケーブル市場に参入しました。^[13]ヨーロッパでは、英国のBritish Insulated Callender's Cables (BICC) が'Fibwrap'という製品を導入し、スウェーデンのAlcatelの子会社IKO Kabelが古河からライセンスを受けてGWWOPを販売しました。日本では、GWWOPの開発は住友電気工業、日立電線、^[14]古河電工、フジクラ各社^[6]の共同作業となり、4社はそれぞれ独自のわずかに異なるラッピングケーブルシステムを日本国内の電力会社に供給しました。BICCも古河から技術ライセンスを受けていましたが、製品をヨーロッパ市場に適合させるため、広範な開発作業を行いました。BICCはケーブルを再設計してルーズチューブ技術を使用し、架空線のあらゆる動作条件で光ファイバーにゼロ歪み環境を提供しました。また、タグとラッピングマシンを再設計して、設置プロセス中に導体にかかる全体的な負荷を軽減しました。これには、固定の積載重量でケーブルの長さを最大化するために、軽量（ただし非常に高価）のカーボンファイバーケーブル ドラムを使用することも含まれていました。BICC システムと Alcatel システムはどちらも GWWOP から派生したもので、接地線の設置に限定されており、位相導体の設置は行われませんでした。

^{2000年代初頭、ロシアの企業Teralink [15]}は、新しいラッピング技術を開発しました。このラッピングマシンは、光ファイバーケーブルのペイロードをホスト導体の両側、つまりマシンの軸の両側に配置された一対のドラム上に保持することで、自動的にバランスをとります。ケーブルは、1つのドラムから100～150m繰り出し、次にもう1つのドラムから繰り出すというように、ドラムを交互に切り替えます。ドラムのバランスが2kg以上崩れることはなく、マシンには外部のカウンターバランスシステムは必要ありません。これにより、マシンは他のラッピング機器の設計よりも小型になり、ペイロードが総重量のより高い割合を占めます。2人の施工者が、ケーブルを満載したドラムをワイヤ上に手でマシンを配置できます。

2 番目のロシア企業である Scientific Innovations は、2000 年代半ばに、光ファイバー ケーブルのドラム 1 つとカウンターバランス アームを備えた、より従来的なデザインのラッピング マシンを導入しました。この装置を使用した設置が成功したという記録がいくつかあります。

ラップケーブルシステムの最終的な商業開発は、フランスで2005年頃に行われました。この頃、国営電力送電会社であるRTEが、 OPGWやラップケーブルを含む大量の光ファイバーケーブルの設置を開始しました。フランスの請負業者2社、Transel（Bouyguesグループの一員）とOmexom（Vinci SAの子会社）は、このプログラムに参加するために、独自のラップケーブルシステム（フランス語でcâble optique enroulé（COE）として知られる）を独自に開発しました。どちらのシステムもCOE以外の製品名は持たず、フランス国外で販売されていませんでした。両システムは、RTE向けに合計約1000kmのラップケーブルを設置した後、2010年頃に撤回されました。

ラッピング ケーブル システムには、架空電力線への設置に適した性能を持つ光ファイバーケーブル、ラッピング操作を実行するデバイス (ラッピング装置)、および設置を安定させて完了させる適切なハードウェアという 3 つの基本的な技術要件があります。

ラップされた光ファイバーケーブルは、次の特性を備えている必要があります。

• ホスト導体の風荷重への影響を可能な限り少なくするために直径を小さくします。
• ラッピングマシンとケーブルの積載量の合計重量を可能な限り小さく抑えるために軽量化を実現。
• 強靭な外装により、太陽光、雨、大気汚染、鳥の爪やくちばし、散弾銃の弾丸（ハンターが架空線に止まったり近くを飛んだりする鳥を撃つ）、風による振動など、架空線で発生するさまざまな損傷メカニズムから保護します。
• 架空線の動作ウィンドウの両端で光ファイバーを保護するための十分な歪みマージン: 夜間または冬の低温によりホスト導体が収縮し、日中または夏の高温により膨張します。光ケーブルの設計では、ファイバーが毎日および季節の温度範囲全体でデータを送信し続けることができるようにする必要があります。強風と氷の層により導体がさらに伸びるため、光ファイバー ケーブルの設計には高いレベルの歪みマージンが必要です。

これらの特性は OPAC に固有のものであり、ラップされたケーブルがアプリケーション専用に設計および製造されていることを意味します。一般的な光ファイバー ケーブルは、ラップされたケーブルの設置には使用できません。

歪みマージン要件は、複数のルースチューブを使用するケーブル設計に有利になる傾向があります。タイトバッファケーブル設計では十分な歪みマージンが得られず、強風、激しい着氷、および高温下では光ファイバー伝送性能が低下します。単一のルースチューブ設計に基づくケーブルでは、光ファイバーがケーブル軸に沿って自由に動きすぎます。その結果、ホスト導体の風による振動という形の機械的エネルギーにより、光ファイバーが徐々に「下り坂」に移動し、余分なファイバー長がスパンの低いポイントに集まります。余分なファイバー長が不均一に分散すると、スパンの中央のチューブが比較的密集しているセクションでは低温時に光減衰が増加し、タワーに近い高いセクションではファイバーが歪みを受ける高温時に光減衰が増加し、ケーブルの光学性能が低下します。これらの問題は、スパンが長いほど悪化します。

耐熱性は、ラップド ケーブルの設計において重要な要素です。架空線の導体は、落雷と故障電流という 2 つの異なる原因によって急激な温度変化にさらされます。落雷により、導体の温度が急激に急激に上昇し ( 40 μs未満で周囲温度から 200 °C 以上に上昇)、その後数十秒かけて指数関数的に低下して周囲温度に戻ります。落雷で熱に変換されるエネルギー量は、多重撚り導体の複数の撚り線を溶かすのに十分な場合があります。故障電流は、やや低い温度 (通常 200 °C 未満) までの上昇時間 ( μs ではなくms ) が長くなり、減衰時間も長くなる傾向があります。これらの温度に対処するには、ラップド 光ファイバー ケーブルのシースを耐熱材料で作るか、溶融を防ぐために架橋する必要があります。サプライヤは、ケーブルが数回の落雷や故障電流に耐えられることを実証するために、ケーブルのテストを実施します。

設置機械は、光ファイバー ケーブルのドラムを架空線のホスト導体に沿って運び、ドラムを導体​​の周りを何度も回します。機械はケーブルを制御された張力で繰り出し、約 1 メートルのらせんピッチでホスト導体の周りにケーブルを巻き付けます。ラッピング マシンは、ロープを使って地面から手で引っ張ることも、自走式で無線制御することもできます。動力は、ガソリン エンジンまたはバッテリー パックによって供給されます。動力ユニットはラッピング マシンに組み込まれている場合もあれば、別のユニットである場合もあります。別のユニットは「タグ」または「プラー」と呼ばれることが多く、1 つの大きなユニットよりも 2 つの小さな機器の方が塔や柱の頂上で扱いやすいという利点があります。

ラッピング装置の設計はサプライヤーごとに異なり、理想的な設計についてのコンセンサスはありません。サプライヤーによっては、架空線の種類に応じて異なるタイプのラッピングマシンを複数用意しているところもあります。^{[16] [17] [18] [19]}

ラッピング機械の設計における最も重要な制限は、機器とケーブルの積載量の合計重量です。この重量はラッピング設置時に架空線にかかるため、ホスト導体とそのサポートは設置プロセス中に余分な負荷に耐えられる必要があります。一般的な制限は、ラッピング設置中にホスト導体の張力が定格破断強度の 50% を超えて増加してはならないというものです。クロスアームの曲げ荷重やポスト絶縁体の片持ち荷重など、その他の制限も適用できます。通常、設置が穏やかな気象条件で行われる場合、架空線にかかる荷重は、異常気象に対する許容値によって課される制限内になります。

この総重量しきい値は、1 本のケーブルで設置できる光ケーブルの長さを実質的に制限するため、ラップ ケーブル システムの設計に大きな制約となります。ケーブルが長くなると、3 つの方法で重量が増加します。ケーブル ドラムにはケーブルが多く含まれるため、ドラムが重くなります。重いドラムとバランスを取るためにカウンターウェイトが重くなります。機械は、増加した負荷を支え、重いドラムを巻き付ける際に発生する増加した力に耐えるために、より大きく、より頑丈にする必要があります。ケーブルの長さが少し長くなるだけでも、この「3 つの悪影響」により、大きな影響が生じます。

設置機械の総重量 (総重量) は、ケーブル ドラムとケーブル、ラッピング機構、動力ユニット、張力制御機構、カウンターウェイト システムで構成されます。これらの個々のコンポーネントはすべて必要ですが、一部のコンポーネントを組み合わせて設計の効率を高めることができます。たとえば、電気モーターを使用する設計では、カウンターウェイト システムの一部としてバッテリー パックを使用する傾向があります。カウンターウェイトは、ラッピング マシンの回転モーメントに対抗することと、ケーブル ドラムの積載量のバランスをとることという 2 つの目的で必要です。

回転モーメントは、ラッピング マシンが重いケーブル ドラムをマシンの軸の周りに通して、光ファイバー ケーブルをホスト導体に巻き付けるときに発生します。この動きは、ラッピング マシンの導体に沿った直線移動をドラム キャリアの回転運動に変換するギアボックスによって実現されます。ドラムを一方向に動かす力 (導体の周りを時計回りに移動するなど) によって、マシンに反対方向に作用する合力が生じ、ラッピング マシンが軸を中心に回転します (この例では反時計回り)。マシンが導体を掴む摩擦効果を使用して、ある程度これに対抗できますが、実際には十分ではなく、必要な安定性は、ラッピング マシンの回転しない部分から導体の下に比較的大きな重りをしっかりと吊り下げることによってのみ実現できます。モーター ユニットは重く、導体をしっかりと掴むため、必要な安定性を提供するためによく使用されます。モーター ユニットのないロープで引っ張るマシンでは、同じ効果を得るために別の「キール ウェイト」が使用されます。

ラッピング操作中、機器の回転中心はホスト導体の 軸に沿って位置します。

ほとんどのラッピング マシンの設計では、マシンの片側にケーブル ドラムが 1 つ搭載されているため、横方向の安定性を確保するために反対側にカウンターウェイトが必要です。最低限、カウンターウェイトは各支間端の積載重量の減少を反映するように各ポールまたはタワーで調整可能です。より高度な設計のラッピング マシンには、ケーブル ドラムが徐々に軽くなっても支間全体でバランスを維持する自動調整カウンターウェイトが備わっています。これは通常、マシンが前進するときにカウンターウェイトがマシン軸に向かって内側に移動するように配置することで実現されます。このようなデバイスは、支間長が 250 ～ 300 m を超える場合に不可欠です。理想的には、ラッピング マシンの回転部分の重心は常にホスト導体の軸上にある必要があります。ラッピング マシン全体の重心は、常にホスト導体の軸の下にあります。

機械軸の両側に1つずつ取り付けられた2つのケーブルドラムを使用して、自己バランスをとるラッピングマシンの設計があります。Teralink（ロシア）デバイスは、2つのドラムに事前に巻き付けられた1本のケーブルを分配します。^[15] AFL（英国/米国）マシンは、通常の2倍のファイバー数を達成するために、一対のドラムから2本のケーブルを同時にラッピングするように構成できます。

ラップド ケーブル システムには、光ファイバー ケーブルを導体に固定し、架空線の支柱や塔の上または周囲を通過する際にケーブルを保護し、位相導体への設置時に電界効果を制御するために必要な、いくつかの独自のハードウェアが組み込まれています。各サプライヤーはこれらのアイテムについて独自の設計を行っており、システム間でハードウェアの共通性や互換性はありません。

架空電力線に設置するラッピング光ファイバーケーブルシステムには、ホスト導体の性質が異なる 2 種類があります。ホスト導体が相線、つまり電力ネットワークで電流を運ぶ導体の 1 つである場合、ラッピングケーブルが導体から離れるすべての場所に相対接地絶縁体が必要です。相対接地 (PTG)絶縁体は、光の連続性を保ちながら電気的絶縁を提供するデバイスです。つまり、架空電力線がシステム電圧の最大値まで通電されている場合でも、光ファイバーケーブルと PTG の接地側にあるジョイントクロージャに安全にアクセスして作業することができます。より単純なシステムは、架空電力線のアース線 (アース線またはシールド線とも呼ばれる)に設置するように設計されています。アース線は使用中に通電されないため、このタイプの設置では相対接地絶縁体は必要ありません。

ラッシングは、1940年代後半にベル電話研究所で開発されて以来、通信ケーブルを設置する手段として使用されてきました。このプロセスでは通常、鋼製のラッシングワイヤと「スピナー」または「ラッシャー」と呼ばれる装置を使用して、1本以上の銅製の電話ケーブル、同軸ケーブル、テレビケーブル、または光ファイバーケーブルを、事前に設置された鋼製のメッセンジャーワイヤにラッシングします。^{[20]これは、これらのタイプのケーブルを道路脇の}電柱線に取り付けるために使用され、このタイプの設置はOPACという用語でカバーされていません。OPACは、ホスト導体が架空電力システムの一部である架空電力線に接続された光ファイバーケーブルを具体的に指します。接地線または補助接地線にラッシングされた通信ケーブルは、ドイツのバーデン＝ヴュルテンベルク州にある旧EVS（現在のEnBW）のいくつかの電力線で1980年代半ばまで設置されており、一部の線では今でも使用されています。

ラップド ケーブル システムは、電力会社の権利上の通信ネットワークの構築に使用されます。これは、通信ネットワークを自社の管理下に置いて、冗長性、遅延、帯域幅などの適切な属性を使用して特定の要件に合わせて調整できるため、多くの電力会社にとって魅力的な概念です。構築後は、電話会社に以前支払っていたレンタル料金と比較して、ネットワークの運用コストが比較的低くなります。ネットワークは、発電所、変電所、変電所などの電力会社の運用サイト間を直接接続します。通信トラフィックは通常、SCADA 、遠隔保護シグナリング、ビデオ監視およびモニタリングなどのその他の運用トラフィック、音声チャネル、オフィス間通信などのその他のビジネス トラフィックが混在しています。光ファイバー ケーブルは非常に高い帯域幅 (電力会社が通常必要とする帯域幅をはるかに超える) を提供するため、多くの電力会社は、帯域幅または予備の光ファイバーを携帯電話会社やISPなどの他のオペレータにリースすることで、通信ネットワークから収益を上げることができます。

架空電力線に敷設するための光ファイバーケーブルには、光接地線(OPGW)、全誘電体自立型(ADSS) ケーブル、光接続ケーブル (OPAC) の 3 種類が開発されています。各種類には異なる特性があり、特定の状況に適しています。OPAC ケーブルは、架空線へのアクセスが困難な場合 (たとえば、遠隔地や逆に混雑した都市部)、または架空線が構造的に弱すぎて ADSS ケーブルの余分な重量を支えられない場合に最もよく使用されます。

• レイフォスは、1985年5月9日19時30分放送のBBCテレビ番組「トゥモローズ・ワールド」で取り上げられた。ジュディス・ハンは、雷雨の中、ウェールズの人里離れたコテージにいるところを目撃された。落雷の後、照明が消え、テレビも映らなくなった（彼女は「トゥモローズ・ワールド」を見ていた）。彼女が電力委員会に電話したところ、技術者が故障箇所を探しに向かった。その後、ストーリーは、制御センターと遠隔地の変電所間の通信システムを改善すれば、電力供給の回復が早まるだろうという話に移った。番組中、ジュディス・ハンは、デモンストレーションのために肩の高さにわざと設置された導体に沿ってラッピングマシンを引っ張っているところを目撃された。
• ラップケーブルの設置は、例えばフランスのアルザスなどでの現地での設置に続いて、様々な地方や地域の雑誌や新聞で取り上げられてきました。^[21]

• AFL スカイラップ
• 科学的革新