Лекция 6
ОПТИЧЕСКИЕ КАБЕЛИ
План:
1. Классификация оптических кабелей связи;
2. Общие требования к оптическим кабелям;
3. Оболочки ОКС;
4. Маркировка оптических кабелей;
5. Конструкции волоконно-оптических кабелей.
Классификация оптических кабелей связи
В зависимости от назначения, условий прокладки и эксплуатации разработаны и производятся ОК разных типов и конструкций.
ВОК выпускаются многими компаниями, как зарубежными, например, Alkatel, AMP, BICC Cables Company/BICC KWO Kabel GmbH, Focas, Fujikura, Hellukabel, Lucent Tecnhologies, Mohawk/ CDT, NK Cabls, Phillips, Pirelli, Samsung, Simens, Sumitoto, так и российскими, например, "Москабельмет" (Москва, теперь "Москабель-Фуджикура"), "Оптен" (С. Петербург), "Оптика-кабель" (Москва, теперь "Москабель- Фуджикура"), Самарская оптическая кабельная компания (СОКК) (Самара), "Сарансккабель" (Саранск), "Севкабель- оптик" (С. Петербург), "Трансвок" (Боровск, Калининская область) "Электропровод" (Москва), и др. Российские компании, как правило, используют импортное оборудование и волокно, их продукция соответствует мировому уровню качества и подтверждена соответствующими сертификатами, что позволяет использовать её с выгодой для отечественного потребителя. Они классифицируются по назначению, условиям прокладки и конструкциям составляющих элементов.
В январе 2009 года компания KAZCENTRELECTROPROVOD освоила и приступила к производству ВОК. Она основана в 1993 году, является крупнейшим в Казахстане производителем продукции для телекоммуникаций и электроэнергетики.
ОК может быть проложен по опорам ж.д., на линиях электропередачи, в силовых кабелях, в канализационных и водопроводных трубах, по руслу рек и дну озер, вдоль автомобильных дорог.
Подразделяют ОК по таким признакам, как: назначение и условия применения; способ прокладки; конструктивные и технологические особенности; число ОВ и электрических жил.
В общем случае деление по группам, установленное ГОСТ и публикацией МЭК, достаточно условно, так как требования, предъявляемые к каждой группе кабелей в нашей стране и за рубежом, отличаются в значительной степени как по уровню параметров, так и по их комбинации.
Выбор той или иной конкретной конструкции в пределах одной группы или вида зависит от многих переменных и определяется параметрами системы передачи, внешними воздействиями и стоимостью.
По назначению все кабели можно разделить на три категории:
– внутренней прокладки (indoor);
– наружной прокладки (outdoor);
– специальные.
Согласно классификации МСЭ-Т ОК можно разделить на кабели для внешней и внутренней прокладки (таблица 6.1).
Таблица 6.1 – Кабели для внешней и внутренней прокладки
Внешние кабели междугородные, межстанционные соединительные и распределительные | Внутренние кабели у абонента и на станции | ||||
Воздушный | Проложенный в грунте | Проложенный в канализации | Проложенный в туннеле | Подводный | Внутри здания |
Классификация ОК для внешней прокладки, т.е. линейных кабелей, представлена на рисунке 6.1.
Рисунок 6.1 - Классификация ОК для внешней прокладки
ОК для внутренней прокладки, т.е. внутриобъектовых кабелей, - на рисунке 6.2.
Рисунок 6.2 - Классификация OK для внутренней прокладки
Кабели внутренней или внутреобъектовой прокладки используются внутри телефонных станций, офисов, зданий и помещений клиентов/абонентов. По условию прокладки эти кабели в свою очередь можно разделить на:
· кабели вертикальной прокладки (riser cable);
· кабели городской прокладки (distribution cable);
· шнуры коммутации (patch cord).
По условиям применения кабели делятся на подвесные, подземные и подводные. Самый распространенный вид прокладки ОК - подземный.
Кабели наружной прокладки могут применяться практически на любых линиях связи:
· воздушные (aerial);
· подземные (buried);
· подводные (undersea, underwater).
Кабели воздушной подвески подвешиваются на опорах различного типа и, в свою очередь, делятся на кабели:
· самонесущие (self-supporting, например, типа ADSS – All-Dielectric Self-supporting);
· полностью диэлектрические самонесущие;
· с несущим тросом или без него, подвешиваемые на опорах различного типа, в том числе на опорах ЛЭП и контактной сети железных дорог;
· прикрепляемые (lashed, например, типа ADL – полностью диэлектрические прикрепляемые), которые крепятся к несущему проводу с помощью диэлектрических шнуров или ленты, или же с помощью специальных зажимов, или спиралевидных отрезков металлической проволоки;
· навиваемые (wrapped, например, типа SkyWrap компании Focas) – навиваются вокруг несущего, например, фазового провода или провода заземления (грозотроса);
· встраиваемые в грозотрос (типа ORGW – Optical ground Wire – ОКГТ – оптический кабель в грозотросе).
Кабели подземной прокладки в свою очередь делятся на:
· кабели, прокладываемые в кабельной канализации и туннелях;
· кабели, закапываемые в грунт;
· кабели, автоматической прокладки (АП) в специальных трубах (например, трубах типа Silikor – ПЭ трубы компании Dura-Line).
Подводные кабели имеют следующие разновидности:
· кабели, укладываемые на дно несудоходных рек, неглубоких озёр и болот (используются при прохождении водных преград небольшой длины);
· кабели, укладываемые на дно морей и океанов (что может означать не только укладку на дно, но и закрепление на определённой глубине, или закапывание в донный грунт на определённую глубину).
Конструкция подводных ОК связи выбирается в зависимости от вида водной системы (река, озеро, залив, островные протоки) и существующего риска, связанного с рыболовством (таблица 6.2).
Таблица 6.2 - Степень риска, связанная с применением подводных кабелей
Водная система | Характеристика водной системы | Состояние дна | Внешняя опасность | Степень риска | |||
Длина | Глубина | Профиль местности | Течение | Рыболовство | Якоря, тралы | ||
Река | Короткая | Мелкая | Мягкий ил | Может быть сильное, но стабиль ное | - | Малая | Малая |
Озеро | Короткая-средняя | Мелкая - средняя | Мягкий ил | Слабое | Ограниченная | - | Минимальная |
Фиорд | Короткая | Средняя-глубокая | Мягкий ил и скалы | Малые приливы и отливы | Ограниченная | - | Малая |
Островные протоки | Короткая | Мелкая | Резко пересеченный | Малые приливы и отливы | Ограниченная | Ограниченная | Малая |
По конструкции кабели делятся на ряд типов в зависимости от назначения, условий прокладки и других конструктивных элементов. К этим элементам относятся:
· ОВ, имеющие первичное и вторичное защитные покрытия или специально подготовленные для укладки в кабель (например, соединённые вместе в плоскую ленту, а несколько плоских лент в матрицу – для увеличения общего числа волокон в кабеле до нескольких сот);
· трубчатые модули, пластмассовые или металлические, в которых располагаются ОВ, называемые также оптическими модулями (ОМ);
· профилированные сердечники, в продольных (по винтовой линии на периферии) пазах которых укладываются отдельные волокна, пучки волокон или размещаются трубчатые модули;
· силовые элементы: центральные (в виде корда или металлической жилы) – ЦСЭ или внешние (в виде одного или нескольких повивов металлической проволоки). В качестве ЦСЭ может быть стеклопластиковый (СП) стержень, пучок специальных высокопрочных арамидных нитей (Кевлар, Тварон или Терлон), стальная поволока или стальной профилированный стержень;
· специальные элементы, например, токопроводящие слои и повивы кабеля в грозотросе (ОКГТ) для уменьшения удельного сопротивления троса току короткого замыкания (КЗ);
· технологические элементы типа гидрофобных заполнителей (гелей) или водоблокирующих лент, препятствующих проникновению (и распространению вдоль кабеля) влаги, увеличивающей затухание в ОВ кабеля, и различных технологических обмоток и оболочек, служащих для различных целей, в том числе и для тех же целей, что и гели;
· технологические элементы типа корделей (модулей-заполнителей), используемых вместо ОМ в случае малого числа требуемых волокон для сохранения выбранной геометрии конструкции кабеля (их диаметры, как правило, одинаковы с диаметром трубок для удобства формирования повива);
· специальные интегрированные элементы типа служебных жил медного провода, используемых вместе с модулями и корделями в гибридных кабелях для заказчиков, использующих две среды передачи;
· защитная броня либо в виде стальной (чаще гофрированной) ленты для защиты от механических повреждений и грызунов, либо в виде круглых (реже сегментированных) стальных нержавеющих или оцинкованных проволок накрученных в виде повивов (в один или несколько слоёв) для придания нужных защитных и механических свойств.
К специальным кабелям относят следующие:
· одноволоконные полностью диэлектрические (ПД) кабели в тонкой специальной оболочке для использования в сети внутренней коммутации различных спецустройств и приборов;
· многоволоконные плоские (ПД) кабели, используемые для внутренних шин и компьютерных сетей суперкомпьютеров;
· многоволоконные объёмные (матричные) ПД кабели, используемые для прямой (несканируемой) передачи плоских графических изображений объектов (например, для передачи видеоизображений – содержат тысячи или десятки тысяч волокон).
Кроме того, конструкция и способ производства кабеля определяются его назначением (таблица 6.3).
Таблица 6.3 – Конструкции и способ производства кабеля
Элемент конструкции кабеля | Особенности конструкций ОК | |
Подводный | Морской | |
Сердечник: конструкция компоновка содержание волокон | Аналогичная подземному Одномодульная Высокое (>100) | Неглубоководная Одномодульная Среднее (<48) |
Барьер: тип герметичность метод изготовления | Диэлектрик/металл Частичная/полная Покрытие/экструзия | Металл Полная Сварка/контактное давление |
Броня: размер мощность брони вид обработки | Малый/средний Низкая/средняя Гальванизация | Средний/большой Средняя/высокая Гальванизация |
Компаунд (способ использования) | Водоблокирование | Водоблокирование |
Вид оболочки | Диэлектрик/многослойный | Многослойный диэлектрик |
Кабель: конструкция способ создания изготовление число типов соединение/переход стоимость | Простая Быстрый и простой Простое Один или два Ограниченное/нет Низкая | Сложная Долгий и сложный Очень точно Ограниченное число кабелей Ограниченное число соединении Относительно высокая |
Поскольку кабели электросвязи могут подвергаться всевозможным вредным воздействиям в природных условиях и условиях, связанных с деятельностью человека, необходимы конструкции кабелей, которые могли бы выдержать любые воздействия окружающей среды. ВОК должны обладать высокой механической и химической прочностью.
При проектировании ВОК должна быть предусмотрена защита волокна от дополнительного затухания и чрезмерной механической деформации при различных условиях эксплуатации, учтены изменения геометрических размеров кабеля, оказывающие влияние на рабочие характеристики волокна. Кроме того, волокно должно быть таким, чтобы легко выполнялись работы по прокладке и сращиванию волокон в кабельных муфтах, а также соединения на стойках при концевой заделке кабелей.
К факторам, учитываемым при проектировании ВОК относятся:
• механические характеристики и характеристики окружающей среды;
• долгосрочная надежность;
• легкость выполнения работ по прокладке и сращиванию;
• применение на сети.
Внешние кабели прокладываются в разных условиях и могут
подвергаться сильным природным воздействиям, поэтому при выборе кабеля необходимо предусматривать все возможные воздействия окружающей среды.
Очень перспективными являются полностью диэлектрические кабели связи, которые не подвержены воздействию сильных электромагнитных полей. Однако, при их применении должны быть обеспечены: прочная защита кабеля (и особенно волокон) от механических воздействий (землетрясения, вечная мерзлота, подвижка пластов, оползни, селевые потоки, камнепады), от проникновения паров воды с примесями и других источников атомарного водорода, способствующих коррозии кварцевых волокон, от грызунов и насекомых; электропитание необслуживаемых пунктов; передача сигналов телеконтроля, телемеханики и служебной связи; возможность обнаружения места повреждения трассы подземного кабеля.
При разработке конструкции ОК с металлическими элементами следует различать две большие группы (диэлектрические и с металлическими элементами) и три подгруппы:
- ОК, содержащие армирующие элементы (диэлектрические или металлические), находящиеся в центре конструкции кабеля;
- ОК, содержащие армирующие элементы по периферии оптического сердечника;
- ОК, содержащие армирующие элементы и в центре, и на периферии.
Кроме того, ОК с металлическими элементами могут быть разделены еще на две подгруппы: с пассивными металлическими элементами и с пассивными и активными металлическими элементами.
При выборе типа оболочек (диэлектрическая, металлическая, металло-диэлектрическая) кроме электромагнитного воздействия необходимо рассматривать и другие факторы:
- генерация атомарного водорода;
- климатические условия;
- проникновение воздуха;
- сопротивление проникновению примесей;
- механическая стабильность;
- химическое сопротивление;
- диаметр кабеля;
- масса кабеля;
- термостойкость и огнестойкость;
- сопротивление грызунам и насекомым;
- метод соединения оболочки на строительных длинах.
Для ОК с активными и пассивными металлическими элементами важным является электромагнитная совместимость в условиях воздействия сильных электромагнитных полей.