hvo-02 Надежность кабелей ОКГТ. Сравнение Стандартных...

Москва, Июль 2002

HVO № 002

НАДЕЖНОСТЬ КАБЕЛЕЙ ОКГТ: Сравнение стандартных конструкций.

115035, Москва, Садовничевская ул., д. 77, корп. 2, стр.1, офис 221.Тел. (095) 951 68 08 , Тел./Факс (095) 953 52 49E-mail: [email protected]://www.optictelecom.ru/

HVO № 002 Технические Заметки

Страница 2 из 16

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. ЦЕЛЬ НАСТОЯЩЕЙ ЗАМЕТКИ. ......................................................................................................................3 2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ.................................................................................................................................3 3. СРАВНИВАЕМЫЕ КОНСТРУКЦИИ .................................................................................................................3 4. СТАНДАРТЫ, ИСПОЛЬЗОВАВШИЕСЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИСПЫТАНИЙ .........................................................4 5. КОНСТРУКЦИИ ОКГТ..................................................................................................................................4 6. ПРОЧНОСТЬ НА РАСТЯЖЕНИЕ ......................................................................................................................5 7. ВНУТРЕННЯЯ ТЕМПЕРАТУРА ОКГТ В УСЛОВИЯХ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ..............................................8 8. ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ ПРИ СЖАТИИ ............................................................................................................10 9. СРАВНЕНИЕ С ОКГТ С ТРУБКАМИ ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫМИ В ПОВИВЕ .................13 10. СРАВНЕНИЕ АЛЮМИНИЕВОЙ ЛЕНТЫ И АЛЮМИНИЕВОЙ БУФЕРИРОВАННОЙ ТРУБКИ ...........................13 11. ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЛАГИ ............................................................................................................................14 12. РАЗНИЦА В ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ ......................................................................................14 13. МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ ПО ДЛИНАМ ВОЛН ..................................................14 14. ПРОСТОТА И ЛЕГКОСТЬ ПОДГОТОВКИ ОКГТ ........................................................................................15 15. ОПТИЧЕСКИЕ МОДУЛИ...........................................................................................................................15 16. ДИАМЕТР И МАССА КАБЕЛЕЙ.................................................................................................................15 17. ВЫВОДЫ ................................................................................................................................................16 18. ПРИЛОЖЕНИЕ А.....................................................................................................................................16

По изданию:

"OPGW Reliability: A comparison of Industry Standard Designs " STEEVE CLIFT, January 1999

1999, 2002 ЗАО «Оптиктелеком Комплект». Настоящий документ может быть воспроизведен и передан какими бы то ни было средствами, будь то электронные или механические, включая фотокопирование и запись на магнитный носитель, только полностью и только в оригинальном виде, без ограничений по применению. Любое использование части документа или его содержимого в других изданиях или любые изменения формата документа запрещены без письменного разрешения ЗАО «Оптиктелеком Комплект». FOCAS (Фокас) – является зарегистрированным товарным знаком Alcoa Fujikura Ltd. SkyLight (Скайлайт), Skywrap (Скайрэп), Skyspan (Скайспан), Skylive (Скайлайв) – зарегистрированные торговые знаки Alcoa Fujikura Ltd.


Технические Заметки HVO № 002


1. Цель настоящей заметки. В настоящей технической заметке сравниваются уровни надежности стандартных

конструкций ОКГТ. Такое сравнение основано на результатах различных испытаний: испытаний током короткого замыкания, определения деформации волокна и ее предела, испытаний на раздавливание; – проведенных в соответствии с IEEE-1138. В ходе проведения испытаний моделировались наихудшие случаи в полевых условиях. Что же касается определения деформации волокна и ее предела, а также испытаний на раздавливание, то они проводились для того, чтобы для каждой конструкции определить разрушающие нагрузки. Этим сравнительным испытаниям подвергались образцы ОКГТ с соответствующим числом волокон и пределом прочности при растяжении.

Настоящая заметка помогает также уяснить разницу между двумя основными типами конструкций ОКГТ: с применением свободной укладки волокон и с плотной упаковкой волокон. К сожалению, эти два типа конструкций иногда путают друг с другом.

2. Основные сведения В настоящее время на рынке имеется много конструкций ОКГТ. Сложилось так, что они

подразделяются на два основных типа: кабели с применением свободной укладки волокон и кабели с плотной упаковкой волокон.

Конструкции со свободно уложенными волокнами, в свою очередь, делятся на следующие категории:

– Сердечник в виде модулей повивной скрутки со свободно уложенными волокнами, заключенный в алюминиевую трубу;

– Оптические модули со свободно уложенными волокнами в спирально расположенных пазах алюминиевого сердечника;

– Модули из нержавеющей стали со свободно уложенными волокнами, используемые в повиве.

Конструкции с плотной упаковкой делится на две категории:

– Оптический сердечник с плотной упаковкой волокон; – Оптические модули с плотной упаковкой в спирально расположенных пазах

алюминиевого сердечника, заключенного в алюминиевую трубу.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Иногда неправильно понимают разницу между конструкциями со свободно уложенными волокнами и конструкциями с плотной упаковкой волокон. Нужно иметь в виду, что в упомянутых выше названиях типов конструкций имеется в виду конструкция самих пучков волокон, а не использование алюминиевой трубки в ОКГТ. Другими словами, использование алюминиевой трубки НЕ ОЗНАЧАЕТ, что кабель ОКГТ – это кабель со свободно уложенными волокнами. Например, все японские конструкции ОКГТ – это кабели с плотной упаковкой.

3. Сравниваемые конструкции В настоящем отчете обсуждаются несколько наиболее распространенных конструкций

ОКГТ. Эти конструкции следующие: сердечник в виде модулей со свободно уложенными волокнами, заключенный в алюминиевую трубу; модули со свободно уложенными волокнами в алюминиевом сердечнике со спирально расположенными пазами и две конструкции с плотной упаковкой волокон. Конструкции с трубками-модулями из нержавеющей стали, используемыми в повиве, здесь не рассматриваются, поскольку, во-первых, из-за высокой стоимости они в настоящее время широкого распространения не получили (исключение составляет лишь многоволоконные кабели с числом волокон свыше 200). Во-вторых, есть свидетельства того, что между трубками из нержавеющей стали и алюминиевой оболочкой плакированной проволоки может возникать электрохимическая коррозия. Кроме того, имели место и нарушения оптических свойств кабеля. Они были вызваны острыми кромками, оставшимися на внутренней стороне трубок из нержавеющей стали после лазерной сварки. (Подробное обсуждение этих вопросов ниже).




4. Стандарты, использовавшиеся при проведении испытаний Вид испытания Международный стандарт Международный метод

проведения испытаний Испытание на сопротивление раздавливанию

IEEE-1138, п. 4.1.1.7 и 5.1.1.7 IEC-794-1 и EIA/TIA-455-41A

Определение деформации волокна и ее предела

IEEE-1138, п. 4.1.1.9, 4.1.1.10 и 5.1.1.10

IEEE-1138, п. 5.1.1.9 и 5.1.1.10

5. Конструкции ОКГТ На приведенных ниже рисунках изображены четыре конструкции ОКГТ,

рассматриваемые в настоящем выпуске. Тип Р: сердечник в виде модулей со свободно уложенными волокнами, заключенный в алюминиевую трубу Тип F: трубки со свободно уложенными волокнами в алюминиевом сердечнике со спирально расположенными пазами Тип А: оптический сердечник с плотной упаковкой волокон

Сплошной сердечник

Проволока, плакированная алюминием

Алюминиевая защитная лента

Оптический модуль


Скрутка волокон в буферном покрытиис силовым элементом

Алюминиевая труба

Силовой элемент-диэлектрик

Диэлектрический сердечник

Алюминиевая труба

Центральный силовой элемент


Диэлектрическая защитная лента

Оптический модуль




Тип S: модули с пучками волокон в пазах алюминиевого сердечника, заключенные в тонкостенную алюминиевую трубу

6. Прочность на растяжение Кабели со свободно уложенными волокнами – независимо от того, о каких кабелях идет

речь: ОКГТ, навитых или наземных – характеризуются прочностью на растяжение, намного превосходящей прочность конструкций с плотной упаковкой волокон. Это превосходство – следствие того, что при удлинении и сжатии кабеля со свободно уложенными волокнами вокруг волокон остается свободное пространство, в то время как в кабелях с плотной упаковкой эти самые волокна жестко закреплены внутри кабеля. Проще говоря, при растяжении или сжатии у волокон в буферированной трубке нет свободного пространства, в котором они могли бы перемещаться. Вследствие этого волокна удлиняются и сжимаются примерно в той же степени, что и сам кабель.

Конструкции со свободно уложенными волокнами Эти конструкции были разработаны около 20 лет тому назад и оказались весьма

эффективным способом сделать оптическое волокно независимым от удлинения кабеля. Значительное большинство наземных и воздушных кабелей – именно этой конструкции. Воздушные кабели, которые подвергаются сильным растягивающим усилиям и нагрузкам в течение всего периода эксплуатации, очень много выигрывают от отсутствия такой зависимости, обеспеченной свободной укладкой волокон.

При монтаже ОКГТ "Скайлайт" производства компании Alcoa Fujikura Ltd. (именно такой конструкции) происходят два различных явления, обеспечивающие столь высокий предел прочности при растяжении. Во-первых, длина волокна в буферной трубке на несколько десятых процента больше, чем длина самой трубки. Поэтому в нормальных условиях волокно не вытянуто в прямую линию, а образует внутри трубки синусоидальную кривую (см. сплошную черную линию на рисунке ниже).

Черной пунктирной линией показано волокно после удлинения буферной трубки.

Обратите внимание на то, что волокно не удлиняется, а, скорее, "распрямляется". Затем, после того как волокно займет положение, показанное черной пунктирной линией, при котором длина волокна равна длине трубки, оно, по мере дальнейшего натяжения кабеля, начинает смещаться


Буфер с волокном

Тонкостенная труба

Алюминиевый сердечник

Модуль Волокно после удлинения трубки

Волокно до удлинения трубки




к центральной оси кабеля. И опять-таки волокно (или пучок волокон) не удлиняется, а просто смещается внутри трубки, как показано ниже.

Именно сочетание распрямления волокна внутри буферной трубки и его смещение

затем к центральной оси кабеля обеспечивает столь большой предел деформации ОКГТ типа F. На приведенном ниже графике показан результат практического определения

деформации и ее предела у кабелей типа S и типа F. Предел деформации (как он определен в IEEE-1138, п.5.1.1.10) равен примерно 2% у кабеля типа S и примерно 60% у кабеля типа F.

При натяжении кабеля пучок волокон распрямляется, а затем начинает смещаться к центральной оси (+) кабеля, как показано стрелкой

Алюминиевый сердечник

Модуль Пучок оптических волокон

Защитная алюминиевая лента

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 20 40 60 80 100

ОКГТ типа S

ОКГТ типа F

% номинального сопро-тивления разрыву ОКГТ

Деформация волокна, %




Изучение прочности оптического волокна, которое уже много лет проводится его изготовителями, дало возможность установить четкую зависимость между деформацией волокна и сроком его службы. Так например, фирма Optical Fibers, Ltd (Corning) в посвященном этому вопросу издании заявляет:

"Для того чтобы вероятность разрушения составляла 1 на 100 000, приемлемая максимальная остаточная деформация на 1 км прошедшего 1%-ные контрольные испытания волокна должна быть 0,28%."

Поэтому нужно тщательно рассмотреть два следующих момента: Как влияет на прочность волокна у большого количества ОКГТ с плотной упаковкой

волокон продолжающееся 5–10 лет воздействие сильной, постоянной деформации и ухудшение его качества под воздействием окружающей среды?

Возможно, еще более важный фактор – насколько велик риск разрушения волокна в

ОКГТ с плотной упаковкой волокон при воздействии на него показанных на графике деформаций в тех местах, где прочность волокна была случайно снижена после контрольных испытаний?

Проблемы, существующие в реальном мире Что касается ухудшения качества волокна после контрольных испытаний, то в этом

отношении существуют проблемы, связанные как с изготовлением кабеля, так и с его монтажом. Любой процесс, осуществляемый в ходе изготовления волоконно-оптического кабеля, будь то окраска волокна, наложение вторичных буферных покрытий для кабелей с плотной упаковкой волокон или экструзия модулей для конструкций со свободно уложенными волокнами, может привести к снижению прочности волокна – либо вследствие изгиба на небольших шкивах, либо при случайном истирании или проколе. Снижение прочности волокна точно так же может быть вызвано использованием неподходящего монтажного оборудования или неправильных методов натяжения; особенно это относится к монтажу в местности со сложным рельефом. Так, например, подрядчик может использовать слишком маленькие раскаточные ролики или, в местах со сложным рельефом, прилагать слишком большое тяговое усилие, рискуя при этом повредить волокно.

Все эти соображения подчеркивают преимущества конструкции ОКГТ типа F "СкайЛайт", где волокно даже в экстремальном нагрузочном режиме не подвергается воздействию деформации. Волокно просто изменяет свое положение внутри кабеля. Так что даже волокно, случайно поврежденное при изготовлении или установке, не выходит из строя. В ОКГТ с плотной упаковкой волокон удлинение этого волокна предусмотрено самой конструкцией, так что риск выхода волокна из строя резко возрастает.

Компания Alcoa Fujikura Ltd. в качестве подтверждения этого преимущества своего ОКГТ "СкайЛайт" предлагает Вашему вниманию следующие статистические сведения:

Плотность отказов у всех ОКГТ "СкайЛайт", изготовленных и установленных с 1989г., составляет 0,4 на 1000 км в год.

Интересно отметить, что зафиксированные отказы ОКГТ типа F приводили только к

быстрому переключению с целью защиты; не сообщалось ни о каких аварийных отключениях. Отказ определяется либо как потеря сигнала, либо как незначительное увеличение ошибки.

Это означает, что за последнее время у пользователей, имеющих в эксплуатации 1000 км ОКГТ типа F, в среднем был один затрагивающий эксплуатацию отказ за 2,5 года.

И: Плотность отказов у ОКГТ типа F "СкайЛайт", изготовленных и установленных с 1993г., равна 0,2 на 1000 км в год.

Так что заказчик, который купит и установит, например, 500 км ОКГТ типа F, может

надеяться на бесперебойную работу в течение 10 лет, зная, что в маловероятном случае возникновения какой-либо проблемы поврежден может быть лишь небольшой процент волокон. А сам "отказ" вызовет лишь переключение за 50 мс в целях защиты, а не катастрофическую системную аварию.




В качестве доказательства такого вывода мы можем привести данные об опыте работы ОКГТ типа F у наших заказчиков. Давайте рассмотрим опыт энергокомпаний в Чехии и в Словакии, где наша фирма завершила большие монтажные работы и куда она поставляет большие количества ОКГТ для будущего монтажа. Многие энергокомпании в этих странах сооружают совместно с местными телекоммуникационными компаниями рассчитанные на получение дохода линии с использованием ОКГТ типа F.

Количество ОКГТ типа F, находящегося в эксплуатации в Чехии и в Словакии, составляет >2300 км.

Установка ОКГТ типа F началась в первые месяцы 1992г. Энергокомпании устанавливают ОКГТ типа F в настоящее время и будут продолжать

делать то же самое за пределами 1999г. В ходе установки и в период последующей эксплуатации не имело места ни одного

отказа кабеля. Другие клиенты нашей фирмы, работающие в различных природных условиях (включая

арктические, пустынные и тропические области), сообщают о такой же надежности ОКГТ типа F. Мы с удовольствием предоставим имена и номера контактных телефонов сотрудников энергокомпаний, имеющих практический опыт использования ОКГТ "СкайЛайт".

7. Внутренняя температура ОКГТ в условиях короткого замыкания Конкурирующие с нами поставщики ОКГТ распространяют ложную информацию о

термических эксплуатационных качествах конструкций ОКГТ, использующих волокна с акрилатовым покрытием. В частности, делаются заявления о том, что в буферных трубках ОКГТ типа F из-за расположенного посередине алюминиевого сердечника температура может достигать 300–4000С. Мы тщательно изучили эти заявления и организовали для их проверки независимое тестирование током короткого замыкания.

Тестирование, осуществленное имеющей высокую репутацию независимой испытательной лабораторией Ontario Hydro Technologies (OHT) (Торонто, Онтарио, Канада), доказали вне всяких сомнений дезинформирующий и в высшей степени ошибочный характер этих заявлений. Была установлена громадная разница между предсказанными нашими конкурентами характеристиками ОКГТ и результатами действительного тестирования. Тестирование ясно показало, что при номинальном токе короткого замыкания в ОКГТ температура буферной трубки остается намного ниже 1500С.

Ниже приводятся подробные комментарии по вопросу о внутренней температуре ОКГТ "СкайЛайт" и конкурирующих с ним конструкциях ОКГТ.

Покрытия волокон В конце 1970-х г.г. североамериканские изготовители оптического волокна разработали

технологию его изготовления и запатентовали основные особенности своих конструкций. Когда европейские изготовители начали выпускать оптоволоконную продукцию, они стали делать это по лицензии североамериканских изготовителей с использованием той же самой технологии. Японские изготовители, чтобы избежать нарушения патента, позднее разработали альтернативную технологию изготовления оптического волокна.

Основным различием между этими технологиями – с точки зрения эксплуатационных характеристик ОКГТ – является тип первичного покрытия волокон. Ниже приводятся некоторые факты, касающиеся этих двух типов покрытий, применяющихся для ОКГТ:

Все неяпонские изготовители ОКГТ применяют покрытия волокон на основе акрилата. К

этой группе относятся изготовители в Германии, Франции, Испании, Голландии, Италии, Великобритании, США, Канаде и Южной Америке.

Изготовители ОКГТ в Японии, как правило, используют покрытия на основе силикона, хотя некоторые из них предлагают ОКГТ с акрилатовыми покрытиями.

Один крупный японский изготовитель ОКГТ предлагает конструкцию с плотной упаковкой волокон, в которой использованы исключительно волокна с акрилатовым покрытием.

Оба вида покрытий одинаково успешно выполняют свою основную функцию защиты волокон от соприкосновения с атмосферной влагой и от механических повреждений. Однако у покрытий на основе силикона термостойкость выше, чем у акрилатовых. Но силиконовые покрытия гораздо труднее удалять, чем акрилатовые. Для их удаления обычно требуются




специальные растворители. Некоторые из этих растворителей, как, например, метиленхлорид, являются в высшей степени токсичными и могут проникать сквозь кожу.

Поскольку ОКГТ может подвергаться воздействию как токов короткого замыкания в электросети, так и ударов молний, – причем и те и другие приводят к резкому повышению температуры – то одно время казалось, что у волокон с силиконовым покрытием имеются некоторые технические преимущества по сравнению с волокнами с акрилатовым покрытием. Некоторые японские изготовители ОКГТ пришли к выводу, что они могут воспользоваться более высокой термостойкостью своих покрытий, чтобы оставить позади неяпонских изготовителей. Кроме того, японские изготовители применили свои методы термического моделирования по отношению к неяпонским конструкциям ОКГТ и заявили (неправомерно), что внутренняя температура ОКГТ может достигать 300–4000С, и что волокна с акрилатовым покрытием при этих температурах выйдут из строя.

Тестирование током короткого замыкания ОКГТ типа F Для того чтобы доказать исключительные эксплуатационные характеристики ОКГТ

"СкайЛайт", мы хотели бы обратить внимание на следующие результаты тестирования током короткого замыкания, осуществленного лабораторией OHT. Копию протокола тестирования можно получить в нашей фирме. Эти результаты подтверждаются и тестированием ОКГТ других сечений.

Протестированная конструкция ОКГТ

F-67684C-472-144

Тестирование проводилось следующими сотрудниками OHT.

Г-н Клод Морис, г-н Уолтер Дэл Дин

Стандарты, использованные при тестировании

IEEE-1138 и ТУ заказчика

Токи, примененные при тестировании

Три броска: 177,9 кА2с; 180,0 кА2с; 177,7 кА2с

Методы проведения тестирования и место установки термопары Приводим отрывки из протокола тестирования OHT: …быстродействующие термопары типа J (железо – константан) Термопара №1 была расположена между двумя проволоками, плакированными алюминием. Термопара №2 была расположена внутри одной из волоконно-оптических буферных трубок. Термопара №3 была вставлена в небольшое отверстие, просверленное в алюминиевом сердечнике. Система сбора данных производила в термопарах по 500 отсчетов в секунду. К испытательному пролету был подключен отдельный трансформатор, обеспечивавший низкий уровень тока – около 300 А, чтобы поддерживать в кабеле перед каждым коротким замыканием температуру, по меньшей мере, 600С. Кабель был натянут до уровня, примерно, 980 кгс при 500С. Это около 15,0% номинальной прочности кабеля на растяжение.




Результаты Приводим отрывки из протокола тестирования OHT: Максимальная температура, достигнутая термопарами, была следующей: Термопара №1 (между двумя проволоками, плакированными алюминием) – 1650С. Термопара №2 (внутри буферной трубки) – 1420С. Термопара №3 (в отверстии в алюминиевом сердечнике) – 1950С. Мы считаем результаты этого тестирования неоспоримым доказательством того, что

предсказания о температуре 300 – 4000С были в высшей степени ошибочными.

Влияние высоких температур на буферные трубки из ПБТ (Полибутилентерифталата) Все трубки со свободно уложенным волокном типа F сделаны из специального сорта

ПБТ, сочетающего в себе исключительно высокую механическую прочность и стойкость к вредному воздействию влаги. Этот материал, с температурой плавления 2250С, достаточно прочен для того, чтобы выдерживать кратковременное воздействие температур, установленных при измерениях.

Влияние высоких температур на наполнитель буферных трубок Мы выбрали наполнитель для буферных трубок, хорошо подходящий для использования

в ОКГТ. В частности, этот наполнитель прекрасно выдерживает токи короткого замыкания, так как он обладает следующими свойствами:

Количество летучих веществ, появляющихся при 1900С, незначительно – даже за период в 70 минут. Температура самовоспламенения оценивается как >4400С. Давление паров при 3000С – менее 0,01 торр. На этом основании мы приходим к выводу о том, что повышение температуры при токах короткого замыкания не может привести к появлению в наполнителе буферной трубки значительного количества летучих веществ, и что поэтому никакой "взрыв" трубки невозможен.

Опыт эксплуатации Из опыта эксплуатации ОКГТ с волокнами, имеющими акрилатовое покрытие, ясно

также, что повышенная термостойкость волокон с силиконовым покрытием практически не имеет никакого значения и приводит только к усложнению процедуры сращивания волокон – занятым этим рабочим приходится испытывать воздействие токсичных растворителей, облегчающих снятие силиконового покрытия. В эксплуатации сейчас находятся многие десятки тысяч километров ОКГТ, причем около 80% этих кабелей – от неяпонских изготовителей (т.е. с акрилатовым покрытием). ФОКАС является вторым крупнейшим в мире изготовителем ОКГТ; свыше 17 000 км ОКГТ уже установлено в различных странах мира. ОКГТ типа F демонстрируют свою исключительно высокую надежность, может быть, лучшую среди всех типов применяемых волоконно-оптических кабелей. Случаи повреждения оптических волокон ударами молнии крайне редки и обычно приводят лишь к обрыву нескольких проволок, плакированных алюминием которые легко можно починить с помощью спиральных усиливающих прутков. Случаев нарушения оптических свойств из-за короткого замыкания вообще не наблюдалось. Фактически, самым обычным видом выхода ОКГТ из строя является обрыв волокон в конструкциях с плотной упаковкой волокон – по причинам, изложенным выше.

8. Предел прочности при сжатии Еще одним важным видом испытания, которое помогает предсказать надежность ОКГТ

при длительной эксплуатации, является определение предела прочности при сжатии, определенное в п.п. 4.1.1.7 и 5.1.1.7 IEEE-1138. Однако, вместо того чтобы испытывать ОКГТ под нагрузками, которых требует стандарт EIA/TIA-455-41 (первоначально разработанный для




наземных кабелей в полимерной оболочке, а не для ОКГТ) и решать, прошел ли кабель испытание или нет, наша фирма провела испытания до отказа.

Приведенные ниже результаты ясно показывают, что у конструкции ОКГТ типа F со свободно уложенными волокнами в алюминиевом сердечнике со спирально расположенными пазами – более высокий предел прочности при сжатии.

Тип ОКГТ Размер образца Средняя нагрузка

при отказе Средний % расплющивания

P 3 1208 кгс 51 F 3 3851 кгс 22 A 3 1466 кгс 48 S 3 1651 кгс 32

В общем и целом, предел прочности на сжатие ОКГТ типа F "СкайЛайт" в 3,2 раза больше, чем у ОКГТ типа P, в 2,3 раза – чем у ОКГТ типа S и в 2,7 раза – чем у ОКГТ типа А.

Механизмы разрушения при сдавливании Когда подвергнувшиеся испытаниям образцы кабеля были разрезаны, стало возможным

установить причины разрушения при сдавливании:

Тип ОКГТ Механизм разрушения при раздавливании P Алюминиевая труба сломалась и раздавила волокно о силовой элемент при

нагрузке, примерно, в 1200 кгс. F Пазы в сплошном алюминиевом сердечнике смялись, так что чрезмерное

сжимающее усилие было передано на буферные трубки со свободно уложенным волокном при нагрузке, примерно, в 3900 кгс.

A Алюминиевая труба сломалась и раздавила волокно о силовой элемент при нагрузке, примерно, в 1500 кгс.

S Действовало два механизма разрушения:

– Пазы в сплошном алюминиевом сердечнике смялись, так что чрезмерное сжимающее усилие (т.е. "пережим") было передано на буферированные трубки с волокном при нагрузке, примерно, в 1700 кгс.

– Алюминиевая труба была деформирована проволокой, плакированной алюминием, и вдавлена в пазы. А это передало чрезмерное сжимающее усилие на буферированные трубки с волокном при нагрузке, примерно, в 1700 кгс.




Механизмы разрушения можно увидеть на следующих рисунках:

Фотография 1. ОКГТ типа P до разрушения

Фотография 2. ОКГТ типа P после разрушения

под нагрузкой ~1200 кгс

Фотография 4. ОКГТ типа S после разрушения под нагрузкой ~1700 кгс

Фотография 3. ОКГТ типа S до разрушения

Фотография 6. ОКГТ типа F после разрушения

под нагрузкой ~3900 кгс

Фотография 5. ОКГТ типа F до разрушения




Фактически, имеется много документированных случаев разрушения ОКГТ с

алюминиевыми трубами при раздавливании, имевшими место в Новой Зеландии, Восточной Европе, Саудовской Аравии и т.д. Причины самые разные – от чрезмерного закручивания крепежа монтажниками до неподходящей конструкции арматуры и чрезмерного натяжения кабелей.

В 1998г. некая энергокомпания в Восточной Европе установила ОКГТ типа P с негерметизированной алюминиевой трубой. Из-за неправильной установки арматуры произошло катастрофическое разрушение ОКГТ. Такое же разрушение имело место при испытании ОКГТ типа P с герметизированной алюминиевой трубой. Оно произошло вследствие того, что труба сломалась и раздавила волокна о силовой элемент. В этом случае для восстановления работы линии на поврежденные участки был наложен ОКГТ нашей фирмы "СкайРэп". Эти результаты говорят о том, наилучшей стратегией обеспечения надежности при длительной эксплуатации является применение ОКГТ типа F, так как у него самый высокий предел прочности при раздавливании.

9. Сравнение с ОКГТ с трубками из нержавеющей стали, используемыми в повиве Помимо всего прочего, мы отдали предпочтение конструкции с алюминиевым

сердечником с пазами, а не "трубке из нержавеющей стали в повиве" по следующим четырем основным причинам:

– Высокая стоимость изготовления трубок из нержавеющей стали, связанная с большой длительностью этого процесса.

– Соображения надежности, касающиеся гальванического взаимодействия между алюминиевыми компонентами кабеля и трубкой из нержавеющей стали.

– У ОКГТ с трубками из нержавеющей стали площадь поперечного сечения алюминиевой части по определению невелика. Для того чтобы конструкция выдерживала сильные токи короткого замыкания, обычно добавляют второй слой проволоки, плакированной алюминием. Мы получили отрицательные отзывы энергокомпаний об этой конструкции. Энергокомпании предпочитают конструкции, ограничивающие возможность повреждения чисто алюминиевых компонентов кабеля при работе с кабелем в полевых условиях. Это значит, что они предпочитают конструкции с наружным покрытием из проволоки, плакированной алюминием.

– Имеются сообщения о случаях обрыва волокон в полевых условиях из-за того, что при обрезке стальных трубок для их сращивания и оконцевания на них появлялись острые кромки.

10. Сравнение алюминиевой ленты и алюминиевой буферированной трубки Имеются два основных момента, выдвигаемые в качестве аргументов против

применения алюминиевой трубы в конструкциях ОКГТ: сопротивление раздавливанию и скапливание влаги. (Вопроса о скапливании влаги мы коснемся в следующем разделе).

Представленные выше результаты испытания на раздавливание ясно говорят об опасности использования алюминиевых труб как в конструкциях со свободно уложенными волокнами, так и в кабелях с плотной упаковкой волокон. В сущности, алюминиевая труба является в высшей степени эффективным "обжимающим устройством" на сердечнике. Проще говоря, будучи раздавленной, алюминиевая труба передает сжимающее усилие на сердечник с волокном все то время, когда кабель находится в эксплуатации.

Кроме того, приведенные выше результаты испытания на раздавливание, касающиеся ОКГТ типа S, ясно показывают, что, хотя при помещении алюминиевого сердечника с пазами внутрь алюминиевой трубы сопротивление сжатию увеличивается, но у этого увеличения есть предел. Короче говоря, алюминиевая труба деформируется плакированной алюминием проволокой и вдавливается в пазы, в результате чего буферированные трубки оказываются раздавленными. Даже у тонкостенной трубы, вроде той, которую применили в ОКГТ типа S, оказалось достаточно объема, чтобы заполнить паз и раздавить буферированные трубки, – как это показано на фотографии 4 выше.

Именно поэтому мы применяем в своих ОКГТ алюминиевую ленту. Ее применение не только приводит к уменьшению размера и массы кабеля, но, что самое важное, в условиях очень больших сжимающих нагрузок сплошной алюминиевый сердечник сразу же воспринимает




раздавливающие усилия, так что буферные трубки оказываются затронутыми только после сильной деформации сердечника.

11. Воздействие влаги Влага – это враг волокна. При скапливании в кабеле она может вызвать долгосрочное

снижение механической прочности волокна. Это особенно касается ОКГТ с плотной упаковкой волокон, в которых волокно в течение всего срока службы испытывает то удлинение, то сжатие.

После установки кабеля, герметизированные алюминиевые трубы эффективно предохраняют сердечник кабеля от попадания в него влаги. Однако проведенные ранее эксперименты показали, что алюминиевая труба так же эффективно не дает остаточной влаге выйти из нее. Влага остается внутри трубы, где она может вызвать долгосрочное снижение прочности волокна и увеличение потерь при низкой температуре. Так, например, защитные ленты, арамидные нити и термопласты все содержат некоторое количество влаги, либо оставшейся после процесса изготовления, либо впитавшейся в них при хранении и обработке.

В течение длительного периода времени влага перемещается по направлению к центру пролета, где может скопиться значительное количество жидкости. Рассмотрим опыт, полученный одной большой энергокомпанией на юге США. Компания установила ОКГТ типа А, но, через несколько лет после начала эксплуатации, начала сталкиваться с возникновением системных аварий в тех случаях, когда температура опускалась ниже 00С. Изучив эту проблему, компания обнаружила, что в середине пролетов в трубах скапливалась влага. При замораживании влаги лед давил на буферированные трубки, вызывая значительные потери на макроизгибах.

Для сравнения можно сказать, что у ОКГТ типа F предусмотрена возможность выхода влаги наружу, так что влага ни в коей мере не скапливается внутри. Влага, попадающая на кабель в виде дождевых капель или при конденсации, стекает вниз под действием силы тяжести.

12. Разница в оптических характеристиках Применение кабелей со свободно уложенными волокнами позволяет заключать

оптическое волокно в кабель без какого-либо увеличения коэффициента затухания (по сравнению с определенными изготовителем первоначальными значениями затухания в зависимости от длины волны). И наоборот, конструкции с плотной упаковкой волокон испытывают более интенсивное затухание из-за того, что покрытие волокна и буферированные трубки непосредственно соприкасаются друг с другом. Такое увеличение затухания оценивается в 0,01 – 0,02 дБ/км при работе на длине волны 1550 нм.

Помимо этого, имеются документированные случаи, когда на затухание в ОКГТ с плотной упаковкой волокон влияли изменения температуры или внешних нагрузок, связанных с воздействием окружающей среды. И опять же это явление легко объяснить тем, что буферированные трубки постоянно находятся в динамическом режиме: подвергаются то удлинению, то сжатию. На длинных линиях без повторителей это дополнительное затухание может оказывать воздействие на качество работы системы, включая УБО.

Более низкий уровень потерь и устойчивый уровень затухания в изменяющихся условиях, присущие заключенному в кабель волокну, делают конструкцию ОКГТ со свободно уложенными волокнами намного более подходящей для систем с невысокими уровнями запаса, а также для длинных линий без повторителей.

13. Мультиплексирование высокой плотности по длинам волн Промышленность, изготовляющая волоконно-оптические кабели, уже много лет

рассчитывала их для работы на длине волны 1550 нм. У нее было достаточно информации, чтобы статистически предсказывать работу кабелей на длинах волны 1310 и 1550 нм. Однако внедрение систем с мультиплексированием высокой плотности по длинам волн (DWDM) требует обеспечения таких параметров кабелей, которые нужны для работы на длинах волны более 1550 нм. Системы DWDM и эрбоусилители (EDFA) уже коммерчески доступные, могут работать на длинах волны, превышающих 1600 нм.




Имеется известное соотношение между сопротивлением волокна изгибу и длиной волны. Вкратце его можно сформулировать так:

Чем больше длина волны, тем более одномодовые волокна чувствительны к изгибам.

В конструкциях ОКГТ с плотной упаковкой волокон увеличение потерь при работе на

длине волны свыше 1550 нм происходит чаще, чем в конструкциях со свободной укладкой волокон. Это связано с тем, что в конструкциях первого вида оно непосредственно соприкасается с буферированными трубками, а это приводит к увеличению потерь на изгибах при больших длинах волны.

В отличие от этого, в конструкциях ОКГТ со свободной укладкой волокон оптические волокна поддерживаются в совершенно пассивной окружающей среде, при этом они соприкасаются лишь с мягким, текучим тиксотропным гелем. Таким образом, конструкции ОКГТ со свободной укладкой волокон намного более приспособлены для работы на больших длинах волны. Пользователи конструкций ОКГТ с плотной упаковкой волокон могут обнаружить, что они не в состоянии модернизировать свои кабельные системы так, чтобы использовать очень большую ширину полосы пропускания, присущую системам DWDM.

14. Простота и легкость подготовки ОКГТ Легкость подготовки ОКГТ к сращиванию или тестированию может оказывать

положительное влияние на надежность кабелей. Логика здесь простая: "чем проще процесс, тем меньше будет ошибок".

ОКГТ типа F "СкайЛайт" намного легче подготовить к сращиванию или тестированию (с помощью простой процедуры из трех шагов), чем кабели других конструкций. Для кабеля "СкайЛайт" не нужно ни специальных инструментов, ни особых растворителей.

Процедура эта следующая: 1. Удалите с проволоки алюминиевую ленту. С помощью ножовки сделайте на

проволоке надрезы и снимите ее, или используйте для этого кусачки (Knipex 95-61-190).

2. Вытащите трубки и отрежьте ненужную длину сердечника. 3. С помощью имеющегося в продаже стриппера для коаксиальных кабелей (Ideal 45-

162) удалите буферные трубки. В отличие от ОКГТ "СкайЛайт", для ОКГТ типа S и типа A требуются специальные

инструменты или проведение отнимающих много времени операций по снятию с волокон буферированных трубок. Довольно часто при этом происходит повреждение волокна.

15. Оптические модули Между конструкциями ОКГТ со свободной укладкой волокон существуют довольно

значительные расхождения в отношении размеров и числа модулей. Так, например, для обычного ОКГТ типа P из 12 волокон нужно четыре трубки со свободно уложенными волокнами, каждая диаметром приблизительно 2,1 мм. А для ОКГТ типа F на 12 волокон нужна всего лишь одна буферная трубка со свободно уложенным волокном диаметром 3,0 мм, а на 48 волокон – одна трубка диаметром 4,2 мм. Меньшие по размеру буферные трубки диаметром 2,1 мм не такие прочные, как трубки для ОКГТ типа F диаметром 3,0 и 4,2 мм, – они более подвержены случайному расплющиванию, на них чаще образуются изломы и перегибы. Кроме того, чем больше число трубок, тем сложнее процесс сращивания и выше стоимость.

Интересно отметить, что трубки ОКГТ типа S снаружи все выглядят одинаково. Для правильной идентификации каждой из этих трубок нужно сначала зачиститьтрубку, отделить волокна "нормальных" цветов и идентифицировать цвет остающегося "идентификационного волокна", находящегося в середине трубки.

16. Диаметр и масса кабелей Конструкция ОКГТ типа F с алюминиевым сердечником с пазами делает возможным

конструирование широкого ассортимента кабелей, включая небольшие легкие кабели. При этом




легко удовлетворять требования заказчика относительно предела прочности при растяжении и выдерживаемого тока короткого замыкания. Так, например, мы изготавливаем недорогой, состоящий только из проволоки, плакированной алюминием, ОКГТ 4-24, имеющий следующие характеристики:

– Наружный диаметр – 10,5 мм – Номинальное сопротивление разрыву – 5760 кгс – Удельная масса – 377 кг/км – Номинальный ток короткого замыкания – 30 кА2. с (при применении проволоки из

специального сплава возможны более высокие значения) Кроме того, мы поставляем ОКГТ со 144 волокнами, имеющий следующие

характеристики: – Наружный диаметр – 17,1 мм – Номинальное сопротивление разрыву – 11033 кгс – Удельная масса – 831 кг/км – Номинальный ток короткого замыкания – 120 кА2. с (только проволока,

плакированная алюминием) или 155 кА2. с (с проволокой из специального сплава).

17. Выводы В настоящем отчете представлено значительное количество результатов сравнительных

испытаний ОКГТ. Серьезные свидетельства, полученные в результате этих типовых испытаний стандартных конструкций, а также практический опыт эксплуатации ОКГТ ясно показывают, что для пользователей, требующих надежность при длительной эксплуатации, лучшим выбором является конструкция ОКГТ "СкайЛайт". У ОКГТ типа F нужно особенно отметить превосходные термические характеристики, исключительно высокое сопротивление растяжению и раздавливанию, низкий уровень потерь, а также легкость и простоту работы с кабелем.

18. Приложение А Ниже приводятся имена изготовителей различных типов ОКГТ, обсуждавшихся в

настоящем сообщении: Тип ОКГТ Изготовители A Fujikura, Japan F Alcoa Fujikura Ltd., USA, UK P BICC, UK

Pirelli, Spain and Italy S Sumitomo Electric, Japan

Uniphone-Sumitomo, Japan

hvo-02 Надежность кабелей ОКГТ. Сравнение Стандартных...

Documents