Тема 1.3.6 Конструкция волоконно-оптических кабелей

 

Конструкции оптических кабелей должны выполнять следующие основные функции:

- защитить волокна от повреждений и разрушений в процессе производства, прокладки и эксплуатации кабеля;

- обеспечить постоянство характеристик оптического волокна в процессе срока службы кабеля на уровне характеристик некаблированного волокна;

- обеспечить прочностные характеристики кабеля также как у элек­трического кабеля с тем, чтобы с ними можно было одинаково обращаться и использовать одни и те же механизмы для прокладки кабеля;

- обеспечить идентификацию волокон в кабеле для предотвращения разбитости волокон при соединении строительных длин оптического кабеля.

Основное отличие конструкции оптических кабелей от электрических заключается в том, что они должны содержать упрочняющие (силовые) элементы.

Сердечник электрического кабеля, состоящий из медных жил, может использоваться в качестве несущего нагрузку элемента, так как медь может удлиняться более чем на 10% без разрушения. Иначе ведут себя оптические волокна. Они разрушаются при удлинении в несколько процентов.

Оптические кабели для защиты волокон от повреждений и допол­нительных потерь из-за микроизгибов в процессе прокладки и эксплуатации конструируются с упрочняющими элементами, чтобы выдержать нагрузки тяжения и нагрузки от температурных расширений и укорочений. Эти особые требования по прочности требуют, чтобы большая часть поперечного сечения оптических кабелей состояла из прочностных и поддерживающих элементов. Поэтому конструкции оптических кабелей включают в себя компромисс между компактностью и прочностью.

В зависимости от назначения сети оптические кабели связи (ОКС) можно разделить на четыре группы — междугородные, городские, объектовые и монтажные. Назначение междугородных и городских кабелей такое же, как и соответствующих электрических кабелей. Объектовые кабели служат для передачи информации внутри объекта, в частности, поста электрической и диспетчерской централизации, сортировочной горки, поезда, административных зданий. Применение этих кабелей особенно перспективно при создании: микропроцессорных устройств автоматики и телемеханики, предназначенных для высокоскоростного движения поездов; внутренней сети кабельного телевидения, различных информационных систем внутри станций, например автоматизированной системы считывания номеров вагонов; локальных вычислительных сетей. Внутриобъектовые кабели в сочетании со световодными датчиками можно применять для дистанционных измерений различных физических величин.

В связи с разными условиями эксплуатации ОКС внутри зданий и при наружной прокладке оптические кабели делятся на оптические кабели наружной прокладки и оптические кабели внутренней прокладки и они имеют различную конструкцию.

Многообразие конструкций ОКС обусловлено следующими при­чинами:

- условиями эксплуатации с точки зрения величины механических нагрузок, действующих на ОКС; наименьшие нагрузки на кабель действуют при прокладке в трубопроводах, наибольшие при подвеске и подводных;

- областью использования: для магистральной сети используются кабели с небольшим числом волокон (порядка 10), а для распределительных сетей несколько сотен волокон;

- различными конструктивными мерами, направленными на сохранение характеристик оптических волокон при внешних воздействиях в процессе изготовления, прокладки и эксплуатации кабелей.

В отличие от металлических кабелей оптические кабели связи из­готавливаются под конкретный объект строительства и соответствующие ему технические условия. Электрические кабели изготавливаются определенной номенклатуры, проектировщики выбирают наиболее подходящий тип и емкость кабеля для данного объекта строительства по ширине полосы пропускания цепи и числу цепей в кабеле.

В металлических кабелях не стоит так остро проблема сохранения неизменными параметров передачи цепи при воздействии на кабель механических воздействий.

При выборе типа оптического кабеля, его конструктивных и пере­даточных характеристик для конкретного объекта строительства необходимо учитывать:

- способ прокладки оптического кабеля;

- стоимость и сроки выполнения строительно-монтажных работ, а также затраты на эксплуатацию;

- технологии выполнения аварийно-восстановительных работ; топологию линейного тракта; вариант обслуживания сети связи;

- цену минуты простоя линейного тракта и/или отдельных сегментов сети связи;

- требуемого значения коэффициента готовности линейного тракта; величины передаваемого и ожидаемого трафика.

Оптические кабели, используемые для построения железнодорожных ВОЛС, должны соответствовать техническим требованиям к оптическим кабелям связи, предназначенным для применения на Взаимоувязанной Сети Связи Российской Федерации (ВССРФ).

Общие технические требования заключаются в следующем: мини­мальный срок службы ОКС должен быть не менее 25 лет; подвеска и эксплуатация ОКС на опорах электрифицированных железных дорог не рекомендована для использования в магистральных первичных сетях связи, но может использоваться во внутризоновой первичной сети; заводизготовитель обязан сообщить потребителю о любых опасных химических препаратах, веществах или материалах, содержащихся в поставляемых изделиях. При отсутствии таковых завод- изготовитель должен представить письменное свидетельство об их отсутствии.

В состав документации на поставляемую партию ОКС должны входить:

- технические условия (спецификация) на ОКС; технические условия (спецификация) на используемые в ОКС оптические волокна;

- инструкция на прокладку ОКС; инструкция по монтажу ОКС; указания по эксплуатации ОКС;

- каждая строительная длина ОКС должна иметь паспорт-сертификат.

Волоконно-оптический кабель может состоять из следующих компонентов (Рисунок 93):

1. Внешняя полиэтиленовая оболочка – защищает кабель от внешних воздействий;

2. Армидные нити – защищает кабель от сдавливаний и растяжений;

3. Внутренняя полиэтиленовая оболочка – отделяет оптические модуль от армидных нитей и внешней оболочки;

4. Связывающие ленты – связывают оптические модули в общую косу;

5. Заполняющий модуль – пустой модуль без оптических волокон, призван формировать форму кабеля;

6. Оптический модуль – модуль с оптическими волокнами. Обычно в одном модуле находится до 8-ми волокон;

7. Оптические волокна;

8. Стеклопластиковый пруток – упрочняющий центральный элемент, также защищает кабель от растяжений. Применяется зачастую в самонесущих кабелях;

9. Гидрофобный заполнитель – заполнитель, защищающий от влаги.

 

Рисунок 93- Волоконно-оптический кабель

 

Основные требования, предъявляемые к волоконно-оптическому кабелю, и материал основных его компонентов

Общими основными требованиями, предъявляемыми к физико-механическим характеристикам волоконно-оптического кабеля, являются:

1. высокая прочность на разрыв;

2. влагонепроницаемость;

3. достаточная буферная защита для уменьшения потерь, вызываемых механическими напряжениями;

4. термостойкость в рабочем диапазоне температур (–40—+50 ^о С);

5. гибкость и возможность прокладки по реальным трассам;

6. радиационная стойкость;

7. химическая и ударная стойкость;

8. простота монтажа и прокладки;

9. надежность работы в течение 20 лет.

Также в процессе конструирования ВОК необходимо учитывать взаимное расположение упрочняющих элементов и оптических волокон. Существует два основных варианта такого взаимного расположения:

· В первом упрочняющий элемент располагается в центре кабеля, а волокна — концентрично относительно центрального элемента.

· Во втором оптические волокна располагаются в центре, а силовые элементы — вокруг