АБН: Современные конструкции оптических кабелей

АБН: Современные конструкции оптических кабелей

Современные конструкции оптических кабелей

Боев М.А., доктор технических наук, профессор, ЗАО "Москабельмет"

Нестерко В.А., инженер, ОАО "ВНИИ КП"

Разнообразие областей применения оптических кабелей (ОК) в системах волоконно-оптической связи требует разработки и производства ОК самых различных конструкций.

Сегодня ОК используют для передачи сигналов связи и информации в системах междугородных, зоновых, городских линий связи, в том числе с применением интегральных цифровых систем передач на базе единой автоматизированной сети связи; для внутренней, структурированной сети, включая кабельное телевидение, видеотелефонную связь; для бортовых информационных систем кораблей, самолетов, спутников и других объектов.

В общем случае ОК рационально классифицируют:

- по назначению;

- по условиям прокладки;

- по конструктивным особенностям.

Особое значение должно уделяться тому, чтобы оптическое волокно (ОВ) в этих кабелях не повреждалось из-за воздействия факторов окружающей среды - таких, как температурные перепады, механические нагрузки, диффузия влаги.

По назначению ОК условно подразделяют на магистральные, зоновые, городские и объектовые.

Магистральные ОК предназначены для прокладки ручным и механизированным способами в кабельной канализации, трубах, блоках и коллекторах, грунтах всех категорий (кроме подверженных мерзлотным деформациям) и в воде при пересечении болот и рек. Кабели могут эксплуатироваться при температуре окружающей среды от минус 40 до плюс 50оС.

Магистральные ОК предназначены для передачи информации на большие расстояния и поэтому должны иметь малое затухание, дисперсию и большую ширину полосы пропускания. Примером таких кабелей служат конструкции Самарской оптической кабельной компании (ЗАО "СОКК") (рис. 1).

Зоновые ОК по условиям эксплуатации схожи с магистральными, но имеют на порядок меньший уровень требований к внешним механическим воздействиям. В настоящее время потребность в таких кабелях больше, чем в магистральных из-за большой разветвленности сети и большей интенсивности ее развития. В общем случае зоновые ОК имеют модульную конструкцию, в защитных покровах используют упрочняющие арамидные нити, стальную гофрированную ленту.

Рис. 1. Конструкция ОК для магистральных линий связи марки ОКЛК

Городские ОК составляют соединительные линии между АТС и узлами связи. Такие кабели должны работать в пределах города, поселка или других населенных пунктов, как правило, без промежуточных линейных регенераторов (то есть на относительно коротких расстояниях) и имеют относительно небольшое числе каналов. Особенность этой группы кабелей: прокладку осуществляют в городской кабельной канализации или в защитных пластмассовых трубах (ЗПТ) (рис. 2).

Рис. 2. Конструкция OK для прокладки в трубах Dura-Line-методом

По мнению специалистов, занимающихся прокладкой кабелей связи, технология проклад- ки кабелей в трубах должна стать одной из глав- ных технологий при строительстве ВОЛС для Взаимоувязанной сети связи России. Очень важно правильно выбрать тип ЗПТ, в наиболь- шей степени отвечающий возможностям новой технологии.

Вместе с тем имеются конструкции ОК, которые могут быть использованы как магистральные, зоновые и городские, например кабель марки ОКЛСт ЗАО "СОКК" (рис. 3).

Рис. 3. Конструкция OK для магистральных, внутризоновых, городских линий связи марки ОКЛСт

В конструкции защитного покрова кабеля на рис. 3 использована стальная гофрированная лента ZETABON фирмы DOW CHEMICAL, которая обеспечивает защиту ОК от:

- проникновения влаги и химикатов;

- механических повреждений;

- грызунов;

- коррозии.

Объектовые ОК используются для прокладки внутри объектов - кораблей, самолетов, танков и т.д. (рис. 4), а также для локальных вычислительных систем ООО "Эликс-Кабель".

Рис. 4. Конструкция распределительного (внутриобъектового) оптического кабеля

Как правило, они не испытывают значительных внешних механических воздействий. Отсутствует непосредственное воздействие влаги. Обладают небольшой массой, их используют небольшими длинами, поэтому кабели имеют невысокий уровень оптических требований, но должны отвечать другим специфическим требованиям, например, по пожаробезопасности.

В зависимости от условий прокладки и эксплуатации, ОК можно разделить на кабели наружной прокладки, кабели внутренней прокладки (монтажные, для внутри- и межблочного монтажа аппаратуры) и специальные кабели. Кабели наружной прокладки делим на подземные, подводные, подвесные и полевые (для прокладки непосредственно по поверхности земли).

Подземные кабели - это кабели для прокладки:

a) в кабельной канализации (рис. 2), а также в тоннелях, коллекторах, пластмассовых трубах и т.п.;

б) непосредственно в грунте (рис. 3).

Подводные кабели связи - зоновые и городс- кие для прокладки по дну рек, озер, болот и других водоемов. Особую группу образуют глубо- ководные кабели для прокладки по дну морей и океанов. Подводные магистральные ОК пере- дают большой объем информации и работают:

- без встроенных ретрансляторов, длина магист- рали не превышает 50 км;

- с встроенными ретрансляторами.

Подводные ОК с ретрансляторами исполь- зуются для передачи на большие расстояния, для прокладки на глубине и мелководье.

При конструировании ОК связи для подводной прокладки учитывают такие требования, как гибкость, прокладка и извлечение со дна и из траншеи на дне, подвеска к бонам при починке, простота и быстрота починки в условиях силь- ного волнения моря и др.

Для любой подводной системы кабели разли- чаются в зависимости от места прокладки: глубоководные с защитой от значительного гидростатического давления; для прокладки в мелководных местах и прибрежной зоне с механической защитой от сетей якорей и других воздействий; кабели для прокладки в земле, траншеях к распределительному пункту для присоединения к наземной сети.

Уменьшение влияния гидростатического давления на ОВ в подводных ОК возможно благодаря прокладке волокна в металлической трубке, которую выполняют из меди и одновременно используют как токопроводящую жилу.

Сечение трубки и ее размеры часто определяет не давление, а требование по передаваемой электрической мощности. Кроме того, защиту от гидростатического давления можно осуществить путем применения обмотки стальными проволоками. Оптимальное число проволок и токопроводящие жилы, по которым осуществляют питание усилителей ретрансляторов, должны иметь сопротивление постоянному току 1 Ом/км, поэтому их выполняют из алюминия, так как масса является определяющим фактором для данного типа кабеля.

Рис. 5. Конструкция OK для воздушной прокладки марки ОКЛЖ

Подвесные ОК разделяют на четыре группы: самонесущие, навивные (рис. 5), прикрепленные и в грозозащитном тросе (ОКГТ ЗАО "СОКК") (рис. 6). Самонесущие ОК выпускают с вынесенным силовым элементом - восьмерочного типа или преимущественно с периферийным силовым элементом. В кабелях восьмерочного типа (рис. 7) силовым элементом служит металлический (стальной) или диэлектрический трос (из тонких стеклопластиковых стержней или из арамидных нитей).

Рис. 6. Конструкция OK, встроенного в грозозащитный трос для подвески на опорах воздушных линий электропередач напряжением 110-220 кВ марки ОКГТ

Отдельную группу ОК составляют полевые кабели, прокладываемые на открытом воздухе по земле. Эти кабели предназначены для использования в военных целях и позволяют временно организовать связь между удаленными объектами. Эксплуатируются в полевых условиях по поверхности грунта, в грунте, в воде (при прокладке через водные преграды) и при подвеске на местных предметах, а также в стационарных условиях в диапазоне температур от минус 60оС до плюс 70оС, с обеспечением прокладок (снятий) по поверхности грунта в диапазоне температур от минус 50оС до плюс 70оС и в грунт от минус 50оС до плюс 70оС с помощью кабелеукладчика.

Рис. 7. Конструкция ОК для сельских линий связи марки ОКП-02

К этим ОК предъявляют требования по стойкости к ряду внешних воздействий: размотка-намотка, изгибы, кручение, раздавливание, низкая температура, солнечная радиация. Кроме того, кабели должны обладать минимальными массой и размерами, отсутствием металлических элементов.

Полевые оптические кабели неармированные многомодовые марок ОК-ПН-04 (внутриобъектовый), ОК-ПН-03 (магистральный) предназначены для внутриузловой и дальней связи.

Кабели должны быть устойчивы к дегазации, дезактивации и дезинфекции, воздействию масел, дизельного топлива, амила, гептила, дождя, соляного тумана.

Количество оптических волокон в кабеле: внутриобъектовом - 1, 2; магистральном - 1, 2 и 4.

По конструктивным особенностям ОК можно подразделить на пять типов:

- ОВ в плотной защитной оболочке, скручены вокруг центрального силового элемента с внешней оболочкой поверх скрутки.

- ОВ в трубчатой защитной оболочке, скручены вокруг центрального силового элемента с внешней оболочкой поверх скрутки (рис. 3).

- ОК с профилированным сердечником (рис. 8).

- Ленточные ВОК (рис. 9).

- Трубчатая конструкция ВОК, где есть общая трубка, внутрь которой закладываются волокна.

Конструкцию ОК с профилированным сердечником (рис. 8) предлагает Японская компания Sumitomo Electric Ind. LTD.

 

Рис. 8. Конструкция ОК с профилированным сердечником

Отличия его в том, что форма поперечного сечения сердечника изменяется по длине кабеля. Защитная оболочка кабеля повторяет форму профилированного сердечника, что предотвращает ее смещение в процессе эксплуатации кабеля.

 

Рис. 9. Сердечник кабеля LXE ленточного типа (AccuRibbon)

Компания Lucent Technologies предлагает ОК ленточного типа (рис. 9), применяемый для подземной прокладки в трубах, в кабельной канализации, в грунтах всех категорий, кроме подверженных мерзлотным деформациям.

Сердечник типа AccuRibbon с волоконными лентами содержит до 216 одномодовых или до 144 многомодовых волокон.

Таким образом, рассмотренные конструкции ОК отличаются большим разнообразием.

Основная задача при выборе конструкции ОК - обеспечение стабильности характеристик ОВ при эксплуатации и хранении, защиты волокна от механических, климатических и других видов внешних воздействий, могущих вызвать ухудшение их оптических свойств или даже обрыв. При этом выдвигается требование удобства в эксплуатации, монтажа и ремонта. Поэтому ОК содержат силовые элементы, упрочняющие конструкцию кабеля в целом. Различные же способы размещения ОВ, оптических модулей, силовых и демпфирующих элементов конструкции имеют целью обеспечить стабильность оптических характеристик и целостность ОВ.

Упрочняющие элементы могут быть как из высокопрочных синтетических полимерных нитей, так и из стеклопластиковых стержней или металлических проволок. Последние вводятся в конструкцию ОК для организации цепей дистанционного электропитания линейных регенераторов.

Усилия, испытываемые упрочняющими элементами под воздействием внешних растягивающих сил, не должны передаваться на ОВ. В противном случае ОВ как элемент кабеля с минимальным коэффициентом допустимого линейного удлинения разорвется первым. Поэтому один из способов ослабления напряжения в ОВ при удлинении кабеля или его изгибе заключается в обеспечении неплотного сцепления ОВ с элементами кабеля, то есть в свободном расположении ОВ, уложенного в трубках или специальных пазах фигурного сердечника. Применяют также различные демпфирующие разделительные элементы (например, из пористого материала), уменьшающие механические воздействия на ОВ.

Рассмотренные конструкции кабелей имеют много модификаций с количеством ОВ - от нескольких десятков до сотен или даже тысяч. Сегодня неуклонно растет потребность в кабелях связи, что обусловливает постоянную разработку новых, более экономичных и эффективных конструкций ОК.

Статья предоставлена порталом о Радиоэлектронике и Телекоммуникациях www.informost.ru