شبکه فیبر نوری

در این بخش بطور کلی به مفهوم شبکه فیبر نوری و اهمیت آن در صنعت برق پرداخته می شود.

چالش های فراوان و اساسی صنعت برق برای فراهم کردن برق ایمن برای خانه­ ها یا کارگاه­ ها،

نیازمند سیستم­ های جداگانه­ ای برای حفاظت از کارکنان در برابر ولتاژ بالای برق است

برای این منظور بسیاری از تاسیسات و ادارات از کابل فیبر نوری استفاده می ­کنند تا دستگاه را به سیستم کنترل و نظارت خود متصل نمایند.

فیبر نوری چیست؟

فیبرنوری (Optical Fiber) یکی از بهترین ابزار و شیوه های انتقال داده ها (Data) با سرعت بالا و در مسافت های طولانی است.

در واقع فیبر نوری (تارهای نوری) رشته های باریک و بلند و شفاف از جنس شیشه (سیلیکا) یا پلاستیک و به قطری در حد و اندازه های

یک تار موی انسان هستند که در یک کلاف درهم پیچیده سازماندهی می شوند که کابل نوری نامیده می شود.

این تارهای نوری می توانند نوری را که از یک سر آنها وارد می شود به سر دیگر برسانند

و برخلاف محدودیت های موجود در شبکه های کابلی معمولی و مسی، از پهنای باند بالایی برخوردار هستند

که به واسطه آنها می توان انواع داده های تصویری و صوتی، داده های شبکه های کامپیوتری، اینترنت و …

را با پهنای باند بالاتر از 10 گیگابیت بر ثانیه انتقال داد.

فیبرهای نوری با چنین پهنای باند بالایی در مقایسه با کابل های مسی و به دلیل تاخیر کمتر در انتقال داده ها

در مقایسه با مخابرات ماهواره ای، یکی از مطلوب ترین و مهم ترین تجهیزات برای انتقال داده ها و اطلاعات به شمار می آیند.

هدف از به کارگیری شبکه فیبر نوری در شبکه برق:

  1. محافظت از خطوط انتقال در برابر جریان­ های آنی و اتصال کوتاه
  2.  دریافت اطلاعات از نیروگاه‌ها و پست‌های در دست بهره‌ برداری
  3. ضرورت اتوماسیون شبکه توزیع و فوق توزیع به خصوص در مناطق حساس شبکه
  4.  جلوگیری از خاموشی‌های ناخواسته
  5. برنامه‌ریزی دقیق به منظور بهره‌ برداری صحیح از پست‌ها و نیروگاه‌ها
  6. اعمال هماهنگی و کنترل فرکانس شبکه چه در بخش تولید و چه در بخش انتقال
  7. برقراری ارتباط بین دیسپاچینگ فوق توزیع اصلی با سایر دیسپاچینگ‌های فرعی
  8. برقراری ارتباطات به منظور پوشش مخابراتی و اتصال آن‌ها به کلیه دیسپاچینگ‌های منطقه‌ای و دیسپاچینگ ملی
  9. و در نهایت افزایش بهره‌ وری از طریق انتقال اطلاعات می‌باشد.

تاریخچه فیبر نوری

قدمت تلاش های بشری برای استفاده از نور برای انتقال اطلاعات و به طور کلی بهره گیری ارتباطات نوری به قرن نوزدهم باز می گردد،

اما در واقع در سال 1960 میلادی با اختراع اشعه لیزر، اولین گام ها برای ایجاد ارتباطات فیبرنوری برداشته شد.

پس از آن در سال 1866 میلادی، نظریه هدایت نور در تارها و الیاف شیشه ای عملیاتی شد که منجر به ایجاد کابل های نوری گردید

که بسیار ارزان تر و سبک تر از کابل های مسی تولید می شدند و به صرفه تر بودند و در عین حال امکان و ظرفیت انتقال اطلاعات توسط

این کابل های نوری، چند هزار برابر بیشتر از کابل های مسی بوده و هست.

در دهه 80 میلادی، فناوری فیبر نوری توسعه زیادی یافت به طوری که تا نیمه دهه 80،

در حدود دو میلیون کیلومتر کابل نوری در سراسر دنیا نصب و راه اندازی و بهره برداری شد.

تولید فیبر نوری در ایران

سابقه فعالیت های پژوهشی و تولید فیبر نوری در ایران، به اوایل دهه 60 شمسی می رسد

که در نهایت باعث ایجاد مجتمع تولید فیبرنوری در تهران و پس از آن بهره برداری از کارخانه تولید فیبرنوری در شهر یزد شد.

در سال 1373 تولید فیبرنوری با ظرفیتی در حدود 50 هزار کیلومتردر سال در ایران استارت خورد

و استفاده از کابل های نوری در شهرهای بزرگ کشور نیز آغاز شد.

کاربردهای فیبر نوری

کاربرد در علم پزشکی

فیبرهای نوری برای تشخیص بسیاری از بیماری ها و در آزمایشات پزشکی قابل استفاده هستند،

موارد مثل جراحی لیزری، Dosimetry یا چنده سنجی غدد سرطانی و … از موارد کاربرد فیبرهای نوری هستند.

همچنین از فیبرهای نوری در دستگاه های آندوسکوپی هم بهره گرفته می شود.

کاربرد در سیستم های روشنایی

استفاده از فیبرهای نوری در سیستم های روشنایی در اواخر قرن بیستم باب شده و با توجه به مزایای آن مثل

حرارت پایین و عدم وجود تشعشعات خطرناک و امکان بهره گیری از نور بی خطر و خالص بدون عوارض جانبی،

فناوری فیبرهای نوری در سیستم های روشنایی به شدت در حال توسعه است.

کاربرد در مخابرات

یکی از رایج ترین موارد کاربرد فیبرهای نوری، انتقال داده ها توسط لیزر است.

کاربردهای نظامی

مواردی همچون کنترل موشک ها، برقراری ارتباط با آنتن رادار و ارتباط زیردریایی ها از جمله موارد استفاده از فیبرنوری در صنایع نظامی است.

ساختار فیبرنوری

فیبر نوری از چندین لایه و قسمت اصلی تشکیل شده است که عبارتند از

هسته (Core)، روکش (Cladding) و روکش محافظ (Buffer Coating).

درونی ترین لایه، هسته نام دارد که معمولا از جنس شیشه خالص و در بعضی موارد از جنس پلاستیک کاملا شفاف و بازتابنده است

که البته این مساله برای کاهش هزینه های ساخت می باشد،

اگرچه که هسته های ساخته شده از جنس پلاستیک از کیفیتی کمتر از شیشه برخوردار هستند

و در اکثر موارد برای حمل داده ها در فاصله های کوتاه استفاده می شوند.

لایه خارجی هسته، پوسته است که معمولا از جنس شیشه یا پلاستیک تولید می شود و با سطح آبکاری خود باعث انعکاس نور

به داخل هسته شده و از خروج پرتوهای نور جلوگیری می کند.

در فیبرهای نوری معمول و مرسوم، قطر هسته و پوسته با هم در حدود 125 میکرون یعنی به اندازه قطر تار موی انسان است.

لایه خارجی پوسته را هم معمولا یک پوشش محافظ پلاستیکی تشکیل می دهد

که در واقع کل کابل را در دل خود نگهداری می کند که می تواند شامل صدها فیبر نوری متفاوت باشد.

این لایه، فیبرهای نوری را از آسیب های بیرونی حفظ می نماید. قطر یک کابل کمتر از یک اینچ است.

انواع فیبرنوری

فیبرهای نوری به دو دسته کلی تک حالتی (Single mode) و چند حالتی (Multimode) تقسیم می شوند.

قطر هسته این فیبرها با هم متفاوت هستند و بر همین اساس، مسیری که نور در این فیبرها طی می کند متفاوت است.

قطر هسته کابل های تک حالتی در مقایسه یا کابل های چند حالتی کمتر بوده و بنابراین پرتوهای نوری تنها در یک مسیر انتقال می یابند،

در حالی که در کابل های چند حالتی به خاطر بزرگ تر بودن قطر هسته، سیگنال های نوری

با طول موج های مختلف و در مسیرهای مختلف، امکان حرکت دارند.

مراحل ساخت فیبر نوری

مراحل ساخت کابل فیبر نوری به ترتیب به صورت ذیل است:

صیقل گرمایشی

در این مرحله، درونی ترین لایه کابل یعنی هسته‌ی شیشه‌ای، از لوله‌ای حاوی گاز‌های کلر و اکسیژن که

دمای آن بیش از ۱۸۰۰ درجه‌ی سانتی گراد است، با هدف هموار کردن و صیقلی شدن سطح هسته عبور داده می‌شود.

صیقل دهی تکمیلی

در این مرحله، عملیات صیقل دهی تکمیل می شود و با عبور دادن هسته از گاز‌های فریون، کلر و اکسیژن،

شکاف ها‌ و ترک خوردگی‌های شیشه اصلاح شده و از بین می روند.

لایه نشانی کردن بخش روکش

در این مرحله، تتراکلرید سیلیسیوم و اکسی کلرید فسفریل در حالت گاز به همراه هلیم وارد لوله‌ای شیشه‌ای می‌شوند

و یک مشعل با سرعتی در حدود ۲۰۰ میلی متر بر دقیقه بر روی لوله حرکت می‌کند که این کار باعث افزایش دما تا حدود

بیش از ۱۹۰۰ درجه‌ی سانتی گراد می شود.

در نتیجه ی تغییر ناگهانی دما و بالا رفتن حرارت، ذرات به شکل رسوب روی دیواره‌ها می‌چسبند و سطح شیشه

به شکل یکنواخت و مطابق با ساختار اولیه در می آید.

مزایا و معایب کابل فیبر نوری در مقایسه با کابل های فلزی

برخی از مهم‌ترین مزایای فیبر نوری نسبت به کابل‌های فلزی به شرح ذیل هستند:

  • سبك تر و ارزان تر بودن فیبر نوری در مقایسه با كابل مسی
  • طول عمر طولانی‌تر
  • حساسیت بالاتر
  • نویز کم
  • پاسخگویی سریع
  • حجم كمتری اشغال می كند.
  • ظرفیت انتقال فیبر نوری چندین هزار برابر كابل مسی است
  • کم بودن مقاومت طول مسیر فیبر نوری در مقایسه با کابل‌های فلزی اعم از مسی و آلومینیومی، باعث بالا رفتن سرعت انتقال اطلاعات (Bit rate) می شود.
img

برخی از معایب خطوط انتقال فیبری نوری

پرهزینه بودن برای شبکه­ های کوچک و معمولی و تخصصی بودن نصب فیبرهای نوری و تجهیزات آن از معایب این نوع کابل­ ها در مقایسه با سیم­های مسی است.

شرکت مهندسی پیمابرق در راستای توسعه عملیات های اجرایی خود و بهره گیری از تکنولوژی های روز،

از معایب فیبر نوری می‌توان انعطاف پذیری کمتر نسبت به کابل‌های مسی را برشمرد.

همچنین چون در فیبرنوری با سیگنال الکتریکی سروکار نداریم باید از تجهیزاتی همچون تقویت‌کننده‌ها و آشکارسازهای نوری استفاده کنیم

که تا حدودی گران هستند. همچنین فیبرنوری برای انتقال الکتریسیته کاربرد ندارد و فقط برای انتقال اطلاعات به صورت شعاع‌های نوری

می‌توان از آن استفاده کرد.

اتصال فیبرنوری به یکدیگر نیز کار بسیار مشکل و وقت‌گیری است و به یک کادر فنی سطح بالا نیاز دارد.

پروژه های متعددی در زمینه طراحی و اجرای شبکه های فیبر نوری اجرا کرده است که برخی از موارد آن به شرح ذیل است: