Какой минимальный срок службы оптического кабеля
Перейти к содержимому

Какой минимальный срок службы оптического кабеля

  • автор:

Прогнозирование срока службы оптических кабелей связи, эксплуатирующихся в условиях низких температур Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Воронков Андрей Андреевич, Алехин Иван Николаевич

В статье рассмотрена технология прогноза срока службы оптического кабеля с учетом приложенной к оптическим волокнам нагрузки в условиях низких отрицательных температур. Показано, что даже незначительные деформации модульных трубок оптического кабеля , эксплуатирующегося при температурах до -50 0С могут привести к существенному сокращению срока службы оптического кабеля .

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Воронков Андрей Андреевич, Алехин Иван Николаевич

К определению вероятностно-временных параметров оптического кабеля
Мониторинг оптических волокон кабельных линий методами поляризационной рефлектометрии
Возможность увеличения срока службы волоконно-оптических линий связи
Проблемы производства высокопрочного оптического волокна
Влияние термомеханического воздействия на длину оптического волокна в трубке оптического модуля
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

FORECASTING THE SERVICE LIFE OF COMMUNICATION OPTICAL CABLES WHICH ARE OPERATED IN THE CONDITIONS OF LOW TEMPERATURES

In article the technology of forecasting of service life of optical cable taking into account the loading attached to optical fibers in the conditions of low negative temperatures is considered. It is shown, that even insignificant deformations of modular tubes of the optical cable which is operated at temperatures to 50 0C can lead to essential reduction of optical cable service life.

Текст научной работы на тему «Прогнозирование срока службы оптических кабелей связи, эксплуатирующихся в условиях низких температур»

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ СВЯЗИ, ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ

© 2014 А.А. Воронков, И.Н. Алехин

Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики

Поступила в редакцию 04.12.2014

В статье рассмотрена технология прогноза срока службы оптического кабеля с учетом приложенной к оптическим волокнам нагрузки в условиях низких отрицательных температур. Показано, что даже незначительные деформации модульных трубок оптического кабеля, эксплуатирующегося при температурах до -500С могут привести к существенному сокращению срока службы оптического кабеля.

Ключевые слова: оптический кабель, усталостное разрушение, механические характеристики

Технология строительства волоконно -оптических линий передачи (ВОЛП) с использованием подвесных оптических кабелей (ОК) на сегодняшний день получила широкое применение, поскольку обладает рядом преимуществ по сравнению с технологией прокладки ОК в грунт и канализацию: при строительстве подвесных ВОЛП с использованием опор различных линий электропередач (ЛЭП) отсутствует необходимость согласований по отводам земель, а также вопросы согласований с различными ведомствами по пересечению ВОЛП с трубопроводами и другими объектами, поскольку ЛЭП имеет охранную зону. Уже сегодня затраты на землеот-воды составляют большую часть от стоимости линейно-кабельных сооружений. По прогнозам, в перспективе эта тенденция будет только возрастать. Помимо этого, строительство подвесных ВОЛП позволяет снизить количество повреждений на участках городской застройки и промышленных зон, а также уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты в районах с тяжелыми грунтами.

Строительство подвесных ВОЛП, как правило, осуществляется быстрее по сравнению со строительством подземных линий связи, что для некоторых регионов Российской Федерации может иметь существенное значение. Например, в районах крайнего Севера выполнение монтажных работ можно проводить только зимой, так как в летнее время районы вечной мерзлоты превращаются в болото. При этом температура в данных регионах зимой опускается значительно ниже -100С. Более того, в процессе технического обслуживания кабельных линий эксплуатирующие

Воронков Андрей Андреевич, кандидат технических наук, профессор кафедры линий связи и измерений в технике связи. E-mail: voronkov@srttc.ru Алехин Иван Николаевич, кандидат технических наук. E-mail: alekhin-pgati@yandex. ru

организации нередко вынуждены выполнять ремонтные работы в зимних условиях при низких отрицательных температурах на значительной территории нашей страны.

Разработка новых, стойких к низким температурам материалов, совершенствование конструкций ОК позволили производителям кабелей создать изделия, допускающие их прокладку и монтаж при низких отрицательных температурах, однако на сегодняшний день нормативная документация по прокладке и монтажу ОК при низких отрицательных температурах отсутствует. Допустимые нагрузки на ОК определяются техническими условиями на кабель, но для обеспечения эффективного функционирования ВОЛП в процессе эксплуатации необходима разработка новых технологических приемов прокладки и монтажа ОК, учитывающих изменения свойств кабеля при низких температурах и обеспечивающих ограничение нагрузок на кабель допустимыми для его последующей надежной работы. Отсюда следует актуальность проблемы исследования и разработки методов прокладки и монтажа самонесущих оптических кабелей при низких температурах. В статье особое внимание будет уделено прогнозированию срока службы ОК, подвешенных на опорах контактных сетей и линий электропередачи.

Срок службы ОК линии передачи определяется сроком службы оптического волокна (ОВ) в его конструкции в условиях эксплуатации. В свою очередь, срок службы ОВ во многом определяется процессами усталостного разрушения и существенно зависит от приложенной к нему нагрузки [1-8], которая зависит от конструкции кабеля и внешних условий, в частности, от температуры окружающей среды. По завершении строительства линии передачи могут иметь место остаточные деформации модульных трубок ОК. Такие деформации создают условия

для увеличения напряжения в волокнах кабеля при низких отрицательных температурах и, как следствие, снижение срока службы ОК при эксплуатации ВОЛП.

Технология прогноза срока службы ОК с учетом приложенной к ОВ нагрузки. В основе методов прогноза срока службы ОВ лежат статические модели механических напряжений в стекле и кинетические модели роста дефектов. При выборе модели роста дефектов необходимо исходить из следующих положений. Предполагают, что в процессе эксплуатации ВОЛП в ОК и ОВ действуют только статические нагрузки и весь исследуемый период срока службы ОК разбивают на интервалы времени, в течение которых нагрузку на ОВ можно считать постоянной. Это позволило на каждом отдельном интервале времени применить двухстадийную механическую модель.

где ВI — константа, учитывающая параметры статической усталости волокна для соответствующих условий окружающей среды, коэффициент интенсивности напряжений и геометрию дефекта на /-ой стадии; — параметр статической усталости кварцевого ОВ на 1-ой стадии; аа]— нагрузка, приложенная к оптическому волокну, на 7-ом интервале времени; а (£) — прочность ОВ на момент времени £ на 7-ом интервале времени.

Типичные значения параметров кварцевых ОВ приведены в таблице 1 [4, 8].

Таблица 1. Значения параметров кварцевых ОВ

уровень напряжений при испытаниях на разрыв, ГПа 0,7

пределы изменений N1 18 — 25

среднее значение N1 21

среднее значение N2 4,5

В1, ГПа2 С 4,5 х10-5

В2, ГПа2 С 0,0082

Задавая исходную (инертную) прочность вектора аа, £т/п, 1тах 7 рассчитывали прочность ОВ в конце каждого интервала времени. Полагая, что ОВ разрушается при условии [9]:

Таким образом, на основе итерационного подхода определяли ожидаемый срок службы ОВ.

Известно [10], что ОВ в модулях ОК расположено по геликоиде и его радиус кривизны определяется минимальным диаметром модульной трубки и разностью длин волокна и модуля. Изогнутое ОВ находится под напряжением. Механическую нагрузку на поверхности изогнутого кварцевого волокна можно рассчитать по формуле [11]:

где х=Ь/(Я+Ь+к) — деформация растяжения наружного слоя кварцевого волокна; Е0 — величина модуля упругости кварцевого стекла при равная 7,4 ГПа; Я — радиус изгиба волокна; Ь -радиус волокна; к — толщина защитного покрытия.

Для определения среднего значения радиуса изгиба ОВ в модулях ОК были взяты результаты [12, 13]. В первом приближении эту величину можно оценить как Я^-йм/(251) [13] или Я^ём/(351), где — внутренний диаметр модульной трубки, а 51 — оценка относительного удлинения ОВ.

1 _ 005(0/ 2) где угол в определяется при решении уравнения: 1 _ 2 ■ 8ш(0/2) /0 = 31 (4)

Оценка относительного удлинения из-за изменения температуры рассчитывается по формуле [10, 12, 13]:

где Аат=(ат-асв) — разность температурных коэффициентов линейного расширения материала модульной трубки а и ОВ аов; АТ=(Т-Т0) — разность между текущим значением температуры Т и некоторым условным значением температуры Т0, при которой длина ОВ равнялась бы длине модульной трубки.

Согласно [12] при нормальной температуре среднее значение относительного удлинения равно

где ё0 — диаметр модульной трубки по техническим условиям; р — среднее значение шага геликоиды волокна в модульной трубке.

Статистические исследования показали, что это значение лежит в пределах от 20 до 100 мм [12]. Соответственно, результирующее значение при температуре Т определяется как сумма:

Если в результате внешних механических воздействий на ОК он был деформирован, а по завершении воздействий имеют место остаточные деформации модульных трубок, то при оценивании напряжений ОВ в модуле при изменении температуры минимальный диаметр модульной трубки определяется приближенно как разность исходного диаметра модульной трубки по техническим условиям ё0 и ее остаточной деформации Лм: ём=ё0ГАм. На графике (рис. 1) представлены оценки напряжений на поверхности оптического волокна в зависимости от температуры окружающей среды и остаточной деформации модульных трубок в %.

Рис. 1. Графики зависимости напряжений в ОВ от температуры окружающей среды и остаточных деформаций модуля ОК

Влияние остаточных деформаций модулей и температуры окружающей среды на срок службы ОК ВОЛП. Описанная технология позволяет строить имитационные модели, учитывающие архивные данные среднемесячных температур в районе, где предполагается прокладка кабеля. В данной работе в целях исследования влияния низких отрицательных температур в сочетании с деформациями модулей на срок службы ОК в условиях эксплуатации полагали, что в зимний период температура постоянна и равна некоторому значению, для которого и выполнялся расчет. Результаты вычислений представлены на рис. 2. На рис. 2а представлены результаты расчетов для гипотетического примера в предположении, что исходная (инертная) прочность ОВ соответствует уровню напряжений при испытаниях его на разрыв. Конечно же, это маловероятно, тем более, если кабель подвергался воздействиям, которые привели к деформациям модульных трубок. На рис. 2б и рис. 2в представлены результаты прогнозов для случаев, когда при изготовлении ОК и в процессе строительства инертная прочность ОВ снижается на 20% и на 30%, соответственно.

Срок Службы оптического кабеля

Большинство отечественных и зарубежных изготовителей заявляют в технических параметрах срок эксплуатации 25-30 лет.
Технологический процесс производства развивается, создаются новейшие материалы для использования в технологическом
процессе, а период службы остается неизменным.

Срок указывают в технических требованиях на оптоволоконный кабель определенных марок. Исходя из конфигурации и сфер использования, период использования варьируется от 2 до 45 лет. Не следует путать указанный изготовителем минимальный период эксплуатации с гарантийными обязательствами. Последний период преимущественно составляет 2 года с момента введения в эксплуатацию. Он рассчитывается с даты начала применения, но не позже полугода с момента продажи с завода.

Данный период со сроком хранения рассчитывается при условии выполнения требований по монтажу и применению. Помимо этого, требуется выполнение требований режимов изготовления кабеля, технологических условий монтажа, защиты волокон от погодных и внешних воздействий. На изделия оказывают влияние изменения тем­пературы, грибы, ро­са, дождь, иней, туманность, ультрафиолетовое излучение и прочие причины,
которые могут сокращать срок эксплуатации.

Какие факторы влияют на срок службы
В соответствии с техническими требованиями, минимальный период сохранности при хранении на объектах с достаточным отоплением – 25 лет, в условиях хранения снаружи под навесом – 10 лет.

Механические нагрузки воздействуют на кабель в целом и на волокна. Стекло характеризуется хрупкостью, оно не рассчитано на растяжение, изгиб и прочие внешние воздействия. Но вследствие минимальных размеров волокна из стекла обладают эластичностью, устойчивостью к растяжению. Максимальная прочность стекловолокна на разрыв превышает аналогичное значение для стальной нити.

Ключевая причина, которая провоцирует хрупкость стекловолокна – микроскопические трещины на поверхностном материале обмотки и дефекты внутри волокон. Трещины на поверхности более значительны, они возрастают при увеличении нагрузки в процессе изготовления, монтажа, прокладки и использования.

В теории заявленная прочность на растяжение равна 20 ГПа (20 кН/мм2). На практике по причине дефектов прочность существенно ниже – примерно 5 ГПа (5 кН/мм2).

Механические нагрузки оказывают непосредственное влияние на прочность оптического кабеля. Но еще один важный нюанс – включение срока хранения в период эксплуатации. Если волокно не используется, оно также подвергается влиянию некоторых факторов. Кроме механических факторов, на период службы влияют следующие факторы: изменения температурного режима, химические факторы, перепады влажности.

Старение оптических кабелей
Помимо повреждений внешней обмотки и изоляции, на старение оказывают влияние три фактора: растяжение, вода или уровень влажности, водород.

Растяжение волокон
Период использования кабелей рассчитывается преимущественно на основании величины натяжения волоконной сердцевины. Объясняется это тем, что под влиянием нагрузки волокно становятся менее прочным по причине возрастания количества поверхностных трещин. Данное явление, под которым подразумевается статическая усталость стекла, обусловлено комплексным воздействием напряжения и молекул (преимущественно воды), которые попадают в трещину и способствуют разрыву химических взаимосвязей на поверхности.**

Уровень влажности
Длительное влияние водяных паров может спровоцировать попадание в изделия имеющихся в воде гидроксильных ионов (ОН-) и привести к снижению прочности, повышению затухания.

Диффузия водорода
В ходе экспериментов было выявлено, что если сердцевина на протяжении долгосрочного времени пребывает в атмосфере с повышенным включением водорода, молекулы водорода обладают способностью проникать в волокна и провоцировать повышение затухания на удлиненных волнах (1300 и в частности 1500 нм). Если в воздухе снижено содержание водорода, он может формироваться внутри отдельных типов изделий вследствие разложения материалов из пластика.

Причины преждевременного старения оптоволокна
Случаи износа оптоволокна раньше заявленного срока на данный момент происходят по двум основным причинам:
• Поверхностная оболочка изготовлена из пластика, выделяющего водород. В данном материале на протяжении 1-2 лет деградируют элементы, они утрачивают прозрачность
изначально на волне 1550 нм, а впоследствии на 1310 нм. Такой тип кабеля производился непродолжительное время, пока недочет в технологическом процессе не был исправлен.
• Излишнее растяжение кабеля и оптоволоконной сердцевины. Причина данного явления заключается в условиях эксплуатации, которые не соответствуют особенностям волокон.
Данный фактор проявляется в обрывах и деградации волокна на участках со значительными механическими перегрузками.

Относительно второго пункта, причины преждевременного старения еще исследуется и список пополняется. Преимущественно данному фактору износа подвержены воздушные линии.
Обусловлено это тем, что в кабельной канализации или в грунте кабель находится в статичном положении. И если на этапе монтажа и прокладки он подвергался растяжению
или изгибу, то впоследствии он распрямляется. А волокна находятся в гелевом веществе и могут натягиваться с торцов. Среди прочих преимуществ подземной прокладки:
незначительные изменения температурного режима на метровой глубине, отсутствие влияния солнечных лучей. Это обеспечивает оптимальные условия для длительной сохранности
в первоначальном виде.

Подвесной монтаж обеспечивает длительный период эксплуатации, но необходимо учитывать более количество факторов. Но если не принимать во внимание нагрузки в пролетах,
перетягивать кабель без учета провеса в теплый сезон и теплового расширения, тогда растяжение на оптический кабель может существенно ускорить процесс старения и износа.

Купить оптоволоконный кабель

Оптоволоконный кабель сейчас активно используется для передачи данных в стационарных сетях, на достаточно длинные расстояния. Технические характеристики кабеля, качество и скорость передаваемого сигнала, а также стоимость оптоволоконного кабеля объясняют тот факт, что во многих случаях его использование бывает предпочтительнее, чем традиционных кабелей с медным или алюминиевым сердечником.

Конструктивные особенности кабеля

Основная особенность кабеля такого типа заключается в том, что передача данных происходит за счет не электрического, а светового сигнала.

Сердечник кабеля выполнен из тонкого стекловолокна, защищенного стеклянной или медной оболочкой. Наличие оболочки позволяет добиться эффекта полного внутреннего отражения, который сводит практически к минимуму потери сигнала при передаче. Использование волокна гарантирует высокую скорость передачи сигнала при незначительных потерях: сигнал при прохождении по кабелю почти не затухает.

Типы кабелей

Волоконно-оптические кабели принято подразделять на два основных типа:

  • одномодовые: Обеспечивают максимальную точность сигнала, так как все световые лучи достигают приемника одновременно. Стоимость такого оптоволоконного кабеля, однако, достаточно высока из-за его малого диаметра (1,3 мкм) и способности передавать сигнал на большие расстояния — до 50 км;
  • многомодовые: сердечник диаметром 62,6 мкм, среднее расстояние передачи сигнала до 1 км, возможно незначительное затухание сигнала.

В качестве защиты для таких кабелей может использоваться изолирующая оболочка и бронированный защитный верхний слой. Возможно применение металлической оплетки, также в защитных целях — механическая защита, а не от воздействия электромагнитных полей.

Особенности монтажа

Кабель такого типа может прокладываться в помещениях, на воздухе и в воде (при наличии гидрофобной оболочки). Допустимый радиус изгиба должен составлять не менее 10–20 диаметров кабеля. Оптоволокно отличается хрупкостью, что также необходимо учитывать при монтаже. Следует защищать кабель от излишнего ионизированного излучения, которое может снизить пропускную способность волокна.

Средний срок службы кабеля составляет порядка 25 лет, что также значительно превышает средний срок эксплуатации традиционных кабелей с медными или алюминиевыми сердечниками.

Сколько стоит оптоволоконный кабель и где его купить

Цена оптоволоконного кабеля зависит от типа кабеля (одномодовый или многомодовый), а также от типа его исполнения и объема заказа. «СвязьЭнергоКомплект» предлагает различные виды кабеля оптовикам-закупщикам и юридическим лицам по привлекательным ценам. Сколько стоит оптоволоконный кабель конкретной марки, всегда можно узнать у менеджеров компании.

Оптический кабель ОККТЦ (центральная трубка) для прокладки в ЗПТ трубах; нагрузка 1.5, 2.7 кН

Оптический кабель ОККТЦ (центральная трубка) для прокладки в ЗПТ трубах; нагрузка 1.5, 2.7 кН

Кабель оптический с центральной трубкой ОККТЦ (ТСЦЗПАл) для прокладки в ЗПТ трубах

Кабель оптический с центральной трубкой ОККТЦ (ТСЦЗПАл) — небронированный оптический кабель для прокладки в защитных пластмассовых трубах на основе конструкции с центральной трубкой.
Оптический кабель ОККТЦ (ТСЦЗПАл) предназначен для эксплуатации в кабельной канализации, трубах, блоках при отсутствии опасности повреждения грызунами и при отсутствии угрозы возможного затопления на продолжительный период.
При прокладке в каналах кабельной канализации, при угрозе повреждения грызунами кабель должен прокладываться в защитных пластмассовых трубах или применяется специальная защита от грызунов.
Аналог оптических кабелей: ОККЦ, ОКЗН-Т, ИКСЛТ, ИКСЛНТ, ОТЦ, ОТЦН, ОКГ..Т, ОКГнг..Т

Особенности оптического кабеля ОККТЦ (ТСЦЗПАл) с центральной трубкой

  • Рабочий диапазон температур * от минус 40°C до 60°C
  • Температура монтажа* от минус 10°C до 60°C
  • Температура транспортировки и хранения* от минус 40 °C до 60°C
  • Минимальный радиус изгиба при монтаже и эксплуатации — 20хD (D-диаметр кабеля)
  • Срок службы кабеля — Не менее 25 лет

Характеристики оптического кабеля ОККТЦ (ТСЦЗПАл) для прокладки в ЗПТ трубах

Характеристики Значение
Количество оптических волокон в кабеле, шт. От 2 до 48
Масса кабеля, кг/км от 35 до 58
Диаметр кабеля, мм от 6,3 до 8,1
Допустимое растягивающее усилие, кН от 1,5 до 2,7 кН
Допустимое раздавливающее усилие, не более, Н/100 мм Не менее 0,3 кН/см
Стойкость к ударам 5 Дж
Минимальный радиус изгиба, мм 20хD (D-диаметр кабеля)
Диапазон рабочих температур, °С От минус 50°С до +60°С
Каплепадение гидрофобного компаунда на срезе Отсутствие каплепадения при температуре не менее 60 °С
Динамические изгибы 25 циклов на угол ±90°
Осевые закручивания 5 циклов на угол 360° на длине 2 м
Стойкость к повреждению грызунами стойкий
Срок службы кабеля Не менее 25 лет
Название ОК К-во
ОВ
Диаметр
кабеля, мм
Мин
радиус
изгиба, мм
Масса
кабеля,
кг/км
Растягивающее
усилие, кН
Раздавливающее
усилие, кН/см
Оптический кабель
ОККТЦ-10-01-0,22-2. 48 (1,5)
2. 48 6,3 — 7,8 20хD 35 — 52 1,5 не менее 0.3
Оптический кабель
ОККТЦ-10-01-0,22-2. 48 (2,7)
2. 48 6,6 — 8,1 20хD 42 — 58 2,7 не менее 0.3

Конструкция оптического кабеля ОККТЦ (ТСЦЗПАл) для прокладки в ЗПТ трубах

Кабель оптический ОККТЦ (ТСЦЗПАл) для прокладки в ЗПТ трубах

1. Оптическое волокно (ОВ);
2. Внутримодульный гидрофобный заполнитель;
3. Центральный оптический модуль (ЦОМ);
4. Периферийный силовой элемент –арамидные нити;
5. Наружная оболочка – полиэтилен светостабилизированный, устойчивый к УФ-излучению.

Расшифровка оптического кабеля ОККТЦ-10-01-0,22-48 (2,7)

  • ОК – кабель оптической группы;
  • К – Канализация;
  • Т – Трубы пластмассовые;
  • Ц – Одномодульный – центральная трубка;
  • 10 – Для одномодового ОВ с несмещенной дисперсией;
  • 01 – Центральный силовой элемент (ЦСЭ) из стеклопластика;
  • 0,22 – Коэффициент затухания;
  • 48 – Количество оптических волокон (ОВ);
  • 2,7 – Допустимая растягивающая нагурзка, КН

Сопутствующие товары

Мини УЗК L=15м бухта для протяжки кабеля d=3,5 / 4,5 / 6 мм

741.00-1900.00 руб./шт

Купить в 1 клик

Кабельный нож стриппер Kabifix FK28 для удаления оболочки кабеля (6. 28 мм)

7409.40 руб./шт

Купить в 1 клик

Труба ЗПТ (защитная пластмассовая труба для линейных сооружений связи)

58.94-594.41 руб./м

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *