Вы нашли то, что искали?
Главная Разделы

Добавить страницу в закладки ->

2. Конструкции и характеристики оптических кабелей связи. Проектирование, строительство и техническая эксплуатация ВОЛП

Проектирование, строительство и техническая эксплуатация ВОЛП

2. Конструкции и характеристики оптических кабелей связи

2.1. Классификация оптических кабелей связи

2.2. Технические требования, предъявляемые к ОК

2.3. Основные производители и номенклатура ОК

2.4. Оптические кабели для прокладки в грунт

2.5. Оптические кабели для пневмозадувки в защитные пластмассовые трубы

2.6. Оптические кабели для прокладки в кабельной канализации

2.7. Подвесные оптические кабели

2.8. Подводные оптические кабели связи

2.9. Оптические кабели для прокладки внутри зданий



2.1. Классификация оптических кабелей связи

Оптические кабели связи (ОК), в отличие от электрических кабелей, нет необходимости классифицировать по принципу их принадлежности на магистральные, внутризоновые, городские и сельские. Объясняется это тем, что в современных ОК, в не зависимости от их принадлежности к тем или иным сетям, используются одинаковые оптические волокна, в большинстве случаев – одномодовое.

В связи с этим ОК классифицируются по назначению на две основные группы [34]:

  • линейные – для прокладки в не зданий (для наружной прокладки и эксплуатации);
  • внутриобъектовые – для прокладки внутри зданий (для внутренней прокладки и эксплуатации).

Определяющим фактором применения линейных ОК на сетях связи являются условия их прокладки и эксплуатации. Линейные оптические кабели позволяют создавать сети во всех средах: на суше, в воде и воздухе. С учетом этого линейные ОК можно классифицировать на три группы: подземные; подвесные; подводные. Внутриобъектовые ОК по условиям применения можно классифицировать на две группы: распределительные; станционные (монтажные).

Условия прокладки и эксплуатации ОК в одной и той же среде далеко не одинаковы, поэтому целесообразно классифицировать ОК и по вариантам их применения.

Классификация оптических кабелей по назначению, условиям и вариантам применения представлена на рисунке 2.1. Предложенная классификация ОК исходит из требований нормативно-технического документа, определяющего технические требования к ОК с учетом их назначения, условий и вариантов применения на Взаимоувязанной сети связи (ВСС) России [4].

Здесь представлена обобщенная классификация ОК. Более подробно классификация по конструкциям и условиям работы для подземных, подвесных, подводных ОК изложена в [36,41].

Рис. 2.1. Классификация оптических кабелей.

Рис. 2.1. Классификация оптических кабелей.



2.2. Технические требования, предъявляемые к ОК

В соответствии с [37] основные технические требования к ОК, применяемых на ВСС России сводятся к следующему [34,38].

Оптические кабели должны быть рассчитаны на возможность передачи всех видов информации на базе современных и перспективных оптических технологий передачи. Как правило, линейные ОК не должны иметь внутри оптического сердечника металлических элементов, чтобы не возникали дополнительные затраты на защиту от внешних электромагнитных воздействий.

Оболочка ОК должна в течение всего срока службы сохранять герметичность, влагонепроницаемость, электрическую прочность, стойкость к воздействию соляного тумана, солнечного излучения, стойкость к избыточному гидростатическому давлению, к низким и высоким температурам, обеспечивать нераспространение горения (при прокладке внутри помещений) и иметь требуемые механические свойства на растяжение, сдавливание, удары и изгибы.

Броня, применяемая в ОК, должна обладать механические свойствами, адекватными условиям прокладки и эксплуатации ОК, и сохранять эти свойства в течение всего срока службы, обеспечивать защиту от грызунов.

Оптические кабели должны иметь сертификат соответствия Министерства информационных технологий и связи России.

Требования к одному из основных характеристик ОК коэффициенту затухания, обусловленные необходимостью создания больших длин элементарных кабельных участков для высокоскоростных ВОСП, стремлением уменьшить затраты на строительство, эксплуатацию, а в дальнейшем и реконструкцию линий передачи, приведены в таблице 2.2.

Важными характеристиками, позволяющими контролировать состояние ОК в процессе его эксплуатации, являются:

  • электрическое сопротивление изоляции наружной полиэтиленовой оболочки постоянному току между металлическими элементами и землей (водой), которое должно быть не менее 2000 МОм∙км;
  • испытательное напряжение наружной полиэтиленовой оболочки между соединенными вместе металлическими элементами кабеля и водой в течение 5с величиной 10 кВ переменным током частотой 50 Гц и 20 кВ постоянным током.

Оптические кабели с металлическими элементами в защитных покровах должны выдерживать испытания импульсным током, Iм, значения которого, в зависимости от категории молниестойкости ОК, должны быть:

I категория Iм > 105 кА;

II категория 80 кА ≤ Iм < 105 кА;

III категория 55 кА ≤ Iм < 80 кА;

IV категория Iм < 55 кА.

Требования к механическим параметрам ОК и рабочей диапазон температур приведены в таблице 2.3.

Оптические кабели вне зависимости от условий применения должны выдерживать циклическую смену температур от низкой до высокой рабочей температуры.

Таблица 2.2. Коэффициент затухания ОВ и ОК

Параметр

Ед.
измер.

Многомодовые (градиентные) ОВ

Одномодовые ОВ

Рекомендации МСЭ-Т

G.651

G.652

G.653

G.654

G.655

Рабочий диапазон длин волн

нм

1300

1260…1360

1530…1565

1530…1565

1530…1565

1530…1565

1550…1625

Коэффициент затухания, не более, на опорной длине волны:

1300 нм

1310 нм

1550 нм

1625 нм

дБ/км

0,7

-

-

-

-

0,35

0,22

-

-

-

0,22

-

-

-

0,20

-

-

-

0,22

0,25

Подвесные ОК должны быть стойкими к воздействию атмосферных осадков, соляного тумана, солнечного излучения (радиации).

Подводные ОК должны выдерживать избыточное гидростатическое давление 70 МПа (при прокладке на береговых и морских участках) и 0,7 МПа (при прокладке на речных переходах и на глубоководных участках водоемов).

Оптические кабели должны иметь защиту от продольного распространения влаги.

Гидрофобный компаунд, заполняющий оптический кабель, не должен становиться текучим при температуре до +700С и должен быть совместим с другими материалами оптического кабеля. Гидрофобный компаунд не должен влиять на параметры оптических волокон, должен легко удаляться при монтаже, не быть токсичным и не вызвать коррозию.

Оптические кабели, предназначенные для прокладки внутри зданий, в коллекторах и тоннелях, должны иметь наружную оболочку из материала, не распространяющего горение.

Срок службы оптических кабелей должен быть не менее 25 лет.



2.3. Основные производители и номенклатура ОК

В настоящее время в России ОК выпускают достаточно большим количеством отечественных предприятий. Оснащение производства современным высокопроизводительным и полностью автоматизированным оборудованием ведущих зарубежных фирм, использование отечественного и импортного высококачественного сырья и материалов, современной испытательной и измерительной техники, а также внедрение систем качества, отвечающих требованиям отечественных и зарубежных стандартов позволяют кабельным заводам успешно конкурировать с ведущими зарубежными фирмами-изготовителями оптических кабелей. На сегодняшний день на сети связи России в основном поступает ОК отечественного производства.

Перечислим основные заводы-изготовители оптического кабеля.

Совместные предприятия:

  • СП ЗАО «Самарская оптическая кабельная компания» (г. Самара), одним из соучредителей которой является фирма Corning Inc., США;
  • СП ЗАО «Москабель-Фуджикура» (г. Москва), одним из соучредителей которой является фирма Fujikura, Япония;
  • СП ЗАО «ОФС Связьстрой-1», «Волоконно-оптическая кабельная компания» (г. Воронеж), соучредителем которой являются фирмы Furukava (Япония) и Commscope (США).

Отечественные предприятия:

  • ЗАО НФ «Электропровод» (г. Москва);
  • ЗАО «Севкабель-оптик» (г. Санкт-Петербург);
  • ООО «Оптен» (г. Санкт-Петербург);
  • ЗАО «ОКС-01» (г. Санкт-Петербург);
  • ООО «Сарансккабель-оптика» (г. Саранск);
  • ООО «Эликс-кабель» (г. Реутов Московской области);
  • ЗАО «Трансвок» (г. Боровск Калужской области);
  • ЗАО «Еврокабель» (г. Щелково Московской области).

На российский рынок также поставляют ОК ОАО «Одесскабель»
(г. Одесса, Украина) и завод «Союз-кабель» (г. Витебск, Республика Беларусь), который начал свою деятельность в 2003г.

Большинство кабельных заводов придерживается стратегии выпуска ОК, при которой потребителю предлагается на выбор конструкции ОК с несколькими базовыми конструкциями оптических сердечников (с центральным ОМ или с различным числом ОМ и элементов заполнения вокруг ЦСЭ), несколькими вариантами брони (круглая проволока, стальная лента, арамидные нити, стеклопластиковые прутки и т.п.), внутренних и наружных оболочек.

Таблица 2.3. Механические параметры ОК

Типы ОК по условиям

применения

Статическое растягивающее усилие, не менее, кН

Раздавливающее усилие, не менее, кН/10 мм

Стойкость к удару с начальной энергией, не менее, Дж

Стойкость

к изгибу

Стойкость к осевому кручению

Стойкость к вибрационной нагрузке

Диапазон температур, t0C

Подземные

В грунтах, кроме скальных и подверженных мерзлотным деформациям

25

0,4

10

20 циклов изгибов на угол ±900 с радиусом не более 20 наружных диаметров в нормальных климатических условиях при температуре не ниже минус 100С

10 циклов осевого кручения на угол ±3600 на длине не более 4 м

С ускорением 40 м/с2 с частотой 10…200 Гц

-40…+50

В грунтах скальных и подверженных мерзлотным
деформациям

20

0,4

10

-40…+50

В кабельной канализации

1,5

0,4

5,0

-40…+50

В специальных защитных пластмассовых трубах (ЗПТ)

1,0

0,2

3,0

-40…+50

Подводные

На речных переходах

20

1,0

В соответствии с документацией завода производителя

То же, что и для подземных

-40…+50

На глубоководных участках водоемов

30

1,0

-40…+50

На береговых участках

50

1,0

-40…+50

На морских участках

25

1,5

+4…+50

Подвесные

На опорах ВЛС, городского электрохозяйства, эл.ж.д. и ЛЭП напряжением менее 110 кВ

3,0

1,0

10

То же, что и для подземных

-60…+70

На опорах ЛЭП (ОК в грозотросе)

7,0

2,0

-60…+70

Внутриобъектовые

Распределительные

1,0

0,2

3,0

То же, что для подземных, но только в нормальных климатических условиях

   

-10…+50

Станционные (монтажные)

0,05

0,05

1,0

   

-10…+50

Примечание. Динамическое растягивающее усилие в соответствии с документацией завода производителя, величина которого должна быть на 15% больше, чем статическое растягивающее усилие

Выпускаются ОК различного назначения (линейные, внутриобъектовые) и для различных условий прокладки и эксплуатации (подземные, подводные, подвесные, для прокладки внутри зданий - распределительные и станционные).

Унификация выпускаемых ОК заключается прежде всего в унификации оптического сердечника ОК. Применяются две конструкции:

  • ОК с оптическим сердечником, в центре которого расположен силовой элемент (ЦСЭ) и несколько элементов повива – оптических модулей (ОМ) и корделей заполнения;
  • ОК с оптическим сердечником, в центре которого расположена полимерная трубка с ОВ, выполняющая роль центрального оптического модуля.

Всеми кабельными заводами освоены конструкции ОК с многомодульным оптическим сердечником повивного типа, т.е. несколько ОМ и корделей заполнения располагаются вокруг центрального силового элемента. Для многомодульных конструкций хорошо отработана не только технология изготовления, но и технология монтажа ОК, что способствует сохранению стабильности конструкции ОК как в процессе прокладки, так и эксплуатации.

В многомодульном оптическом сердечнике может быть от 2 до18 ОМ, а в каждом ОМ от 2 до 24 ОВ. ОК могут выпускаться емкостью до 288 ОВ. Ряд кабельных заводов освоили конструкции ОК с одномодульным оптическим сердечником в виде полимерной трубки с ОВ, выполняющей роль центрального оптического модуля, внутри которой могут свободно размещаться от 2 до 48 ОВ. Эти конструкции в соответствии с техническими условиями рассчитаны на допустимые растягивающие усилия до 20 кН.

Пределы допустимых растягивающих и раздавливающих усилий зависят от марок ОК и определяются материалом, площадью сечения оболочек и металлических элементов, применяемых в ОК. По требованию заказчика кабельные заводы могут выпускать ОК с любыми механическими параметрами, но не хуже, чем указано в технических условиях. Тенденция такова, что конструкции ОК постоянно усовершенствуются, уменьшается их материаломемкость, улучшаются технические параметры, расширяется номенклатура ОК с учетом адекватности условий применения.

По критерию «допустимое растягивающее усилие» для прокладки и эксплуатации на магистральной сети связи с учетом природно-климатических условий, в основном, можно выделить четыре типа подземных и подводных ОК:

  • тип 1 – не менее 80 кН;
  • тип 2 – не менее 20 кН;
  • тип 3 – не менее 7 кН;
  • тип 4 – не менее 2,7 кН.

Указанные типы ОК были использованы при строительстве Транссибирской ВОЛП.

В систематизированном виде технические параметры этих типов подземных, подвесных и подводных ОК, наиболее оптимальные условия их прокладки и эксплуатации, а также марки ОК, соответствующие допустимому растягивающему усилию для конкретного типа ОК с конкретным количеством ОВ, и производители ОК приведены в [34].



2.4. Оптические кабели для прокладки в грунт

Согласно техническим требованиям ОК, предназначенные для прокладки в грунт должны быть бронированными, грозостойкими. Внешняя защитная оболочка кабелей должна иметь сопротивление изоляции относительно электрода заземления не менее 10 МОм·км при напряжении не менее 10 кВ переменного тока в течение 5 с. Кабели должны быть сертифицированы для применения на ВСС РФ.

Температурный диапазон эксплуатации подземных ОК -400С…+500С. Некоторые заводы указывают более широкий диапазон температур. Например, ЗАО «Севкабель-оптик» от -600С до +700С.

На магистральных и внутризоновых сетях в грунт в основном прокладываются ОК с броней из круглых оцинкованных проволок. В зависимости от сложности грунтов на трассе ВОЛП эти кабели имеют разные допустимые растягивающие усилия.

Для грунтов всех групп, включая грунты, подверженные мерзлотным деформациям, а также на речных переходах, через судоходные реки и на глубоководных участках водоемов рекомендуется использовать ОК типа 1 с двухслойной круглопроволочной броней, имеющий допустимое растягивающее усилие 80 кН.

Для грунтов всех групп, включая скальные и сложные грунты, а также через неглубокие несудоходные реки и болота рекомендуется использовать ОК типа 2 с однослойной круглопроволочной броней, имеющий допустимое растягивающее усилие 20 кН.

Для прокладки ОК в легких грунтах, по мостам и эстокадам, а в некоторых случаях и в телефонной канализации используется ОК типа 3 с однослойной круглопроволочной броней, имеющий допустимое растягивающее усилие 7 кН.

Здесь следует отметить, что в зависимости от местных условий заказчики могут заводам заказать ОК и с другими допустимыми растягивающими усилиями. Например, ЗАО «СОКК» предлагает ОК с круглопроволочной броней с допустимыми растягивающими усилиями на 10 и 40 кН.

На рисунке 2.5 представлены конструкции ОК с многомодульным оптическим сердечником производства ЗАО «СОКК», а на рисунке 2.6 – конструкции ОК с одномодульным оптическим сердечником производства ЗАО «ОКС-01».

ОК с круглопроволочной броней для прокладки в грунт выпускается многими кабельными заводами России. Особенности конструкций этих кабелей изложены в [34].

Рис. 2.5. Конструкции ОК с многомодульным оптическим сердечником и круглопроволочной броней производства ЗАО «СОКК» марки ОКЛК: а) на 7, 10, 20 и 40 кН; б) на 80 кН: 1 – оптические волокна; 2 – ЦСЭ; 3 – кордель заполнения; 4 – поясная изоляция из лавсановой ленты; 5 – гидрофобный компаунд; 6 – внутренняя полиэтиленовая оболочка; 7 – броня из круглых оцинкованных проволок: а) в один слой; б) в два слоя;
8 – наружная полиэтиленовая оболочка

Рис. 2.6. Конструкции ОК с одномодульным оптическим сердечником с центральным оптическим модулем производства ЗАО «ОКС-01» марок ОПС, ОАС и ОА2: 1- полимерная трубка; 2 - оптическое волокно, сгруппированное в пучки; 3 – гидрофобный компаунд; 4 – водоблокирующая и алюмополиэтиленовая лента; 5 – броня из стальных оцинкованных проволок; 6 – наружная оболочка; 7 - наружная оболочка



2.5. Оптические кабели для пневмозадувки в защитные пластмассовые трубы

В настоящее время все шире в России стал использоваться метод пневмозадувки ОК в предварительно проложенные в грунт кабелеукладочной техникой защитные пластмассовые трубы (ЗПТ). Для задувки в ЗПТ применяются ОК облегченной конструкции без бронепокровов.

Основные требования к таким кабелям – малая масса и небольшие габариты. Кабели для пневмозадувки в ЗПТ, как правило, изготавливаются чисто диэлектрическими, не содержащими металлических элементов. В этом случае для определения трассы прокладки ОК в ЗПТ необходимо устанавливать электронные маркеры. На рисунке 2.7 представлена конструкция ОК марки ОКЛ для пневмозадувки производства ЗАО «СОКК». На рисунке 2.8 представлена конструкция ОК для пневмозадувки производства ЗАО «ОКС-01», которая может быть чисто диэлектрической (ДПО) и с алюмополиэтиленовой оболочкой (ДАО). Алюмополиэтиленовая лента под полиэтиленовой внешней оболочкой позволяет упростить поиск трассы ВОЛП в процессе ее эксплуатации и более надежно защитить кабель от проникновения в него влаги.

Конструкции ОК для пневмозадувки других отечественных производителей представлены в [34].

Рис. 2.7. Конструкции ОК с многомодульным оптическим сердечником марки ОКЛ производства ЗАО «СОКК»: 1 – оптические волокна, свободно уложены в полимерных трубках (оптические модули), заполненных гидрофобным компаундом; 2 – центральный силовой элемент из стеклопластикового прутка; 3 – кордели – сплошные ПЭ стержни для устойчивости конструкции; 4 – поясная изоляция в виде лавсановой ленты, наложенная поверх скрутки; 5 – гидрофобный компаунд; 6 – повив силовых элементов из высокопрочных синтетических нитей (при необходимости); 7 – наружная оболочка из композиции полиэтилена

Рис. 2.8. Конструкции ОК с многомодульным оптическим сердечником марок ДПО и ДАО производства ЗАО «ОКС-01»: 1- ЦСЭ; 2 - оптические волокна; 3 – полимерная трубка (модуль); 4 – гидрофобный компаунд; 5 – кордель; 6 – водоблокирующая и алюмополиэтиленовая лента; 5 – броня из стальных оцинкованных проволок; 6 – наружная оболочка; 7 - наружная оболочка



2.6. Оптические кабели для прокладки в кабельной канализации

Согласно ведомственных норм технологического проектирования в телефонной кабельной канализации допускается прокладка ОК практически всех конструкций, т.к. все линейные кабели имеют внешнюю защитную пластмассовую оболочку. Однако по технико-экономическим соображениям и учитывая, что в телефонной кабельной канализации, а также в коллекторах, тоннелях, на мостах и эстакадах ОК могут повреждаться грызунами рекомендуется прокладывать кабели с бронепокровом из стальной гофрированной оболочки. Такие кабели выпускаются многими отечественными производителями ОК. На рисунке 2.9. в качестве примера представлена конструкция ОК ЗАО «СОКК» марки ОКЛСт со стальной гофрированной броней типа Zetabon, которая представляет собой стальную ленту на которую с обеих сторон электролитическим путем нанесено полимерной покрытие. В процессе нанесения наружной оболочки полимерное покрытие стальной ленты расплавляется и образует надежную приварку стальной ленты к защитной оболочке, что обеспечивает защиту от грызунов, механических воздействий, а также от поперечной диффузии влаги. Кабели выпускаются с одной наружной полиэтиленовой оболочкой или с двумя (внутренней и наружной).

Рис. 2.9. Конструкции ОК производства ЗАО «СОКК» с многомодульным оптическим сердечником марки ОКЛСт: 1 – оптические волокна; 2 – центральный силовой элемент из стеклопластикового прутка; 3 – кордели; 4 – поясная изоляция в виде лавсановой ленты; 5 – гидрофобный компаунд; 6 – броня в виде стальной гофрированной ленты с водоблокирующей лентой под ней; 7 - Наружная оболочка, выполненная из композиции ПЭ средней или высокой плотности



2.7. Подвесные оптические кабели

Подвесные ОК достаточно широко используются на ВСС России как по линии Министерства информационных технологий и связи, так и в других Министерствах и ведомствах. Например, на опорах железных дорог России (ОАО «ТрансТелеком») подвешены десятки тысяч километров магистральных оптических кабелей.

Наиболее широко используются конструкции ОК:

  • для подвески на опорах ЛЭП;
  • для подвески на опорах контактной сети центральной блокировки железных дорог, а также на опорах городского электрохозяйства.

Для подвески на опорах ЛЭП напряжением 110 кВ и выше в России в основном используются ОК, встроенные в грозозащитный трос [35]. Такие кабели наиболее целесообразно обозначать (маркировать): ОКГТ – оптический кабель, встроенный в грозозащитный трос. Эффективность подвески ОК на ЛЭП определяется следующими факторами:

  • наличием в разветвительной сети высоковольтных линий электропередачи и, следовательно, возможностью не строить самостоятельную линию связи, а подвешивать кабель к уже существующим, механически прочным опорам;
  • совмещением ОК с обязательным на ЛЭП грозозащитным тросом, который одновременно служит силовым несущим элементом кабеля связи и экранирует его от внешних электромагнитных влияний.

Кабели в грозотросе можно классифицировать по ряду признаков, определяемых, в основном, конструкцией сердечника. Кабели бывают как с пластмассовыми, так и с металлическим модулями. Модуль – это самостоятельный конструктивный элемент кабеля, содержащий одно или несколько оптических волокон.

В ОКГТ используются, как правило, так называемые свободные трубчатые модули – пластмассовые или металлические трубки, в которых ОВ располагается свободно с небольшой избыточной длиной по отношению к длине кабеля. Делается это для того, чтобы волокна не испытывали деформации при воздействии на кабель растягивающего усилия.

Кабели бывают одномодульные и многомодульные. В центре одномодульного кабеля находится трубка относительно большого диаметра, в которой помещаются все ОВ. В многомодульном кабеле несколько модулей скручиваются вместе, образуя повив, чаще всего, вокруг центрального силового элемента. Возможна скрутка металлических трубок и без центрального элемента.

Герметичные металлические трубки защищают волокна от проникновения извне влаги и свободного водорода и обладают высоким сопротивлением раздавливанию.

Через пластмассовые трубки возможна диффузия паров воды и свободного водорода, выделяющегося некоторыми защитными материалами. Водород и образованные им гидроксильные группы ОН могут проникать в кварцевое волокно, что приводит к повышению коэффициента затухания. Поэтому пластмассовые трубки модулей обязательно заполняются гидрофобным компаундом, защищающим волокна не только от влаги и от вибрации.

Центральный силовой элемент в многомодульных кабелях может быть либо диэлектрический: стеклопластиковый круглый стержень – кордель, либо металлический: стальная круглая проволока, плакированная алюминием (алюминированная); профилированный алюминиевый (или из сплава) стержень с пазами.

Оптический сердечник в ряде конструкций заключается в трубку – полимерную или металлическую (алюминиевую, из алюминиевого сплава, из нержавеющей стали). Во всех кабелях поверх поясной трубки располагается один или два повива металлических проволок, образующих грозозащитный трос. Проволоки могут быть стальные; алюминиевые; стальные, плакированные алюминием, и алдреевые – из сплава алюминия с магнием, кремнием и железом. Выбор вида проволок зависит от эксплуатационных требований физико-механическим параметрам троса.

В двухповивном тросе внешний повив состоит из проволок повышенной электропроводности (алдрей, алюминий), а внутренний – из проволок высокой механической прочности (сталь, плакированная сталь), таким образом, проволоки, обеспечивающие механическую прочность троса и, следовательно, кабеля, защищены от воздействия ударов молнии. Короткие замыкания в высоковольтных ЛЭП приводят к высокой плотности тока в тросе и сопровождаются повышением температуры внешних алдреевых или алюминиевых проволок, чего не испытывают стальные проволоки внутреннего повива, защищая тем самым от нагрева оптические модули. В одноповивном тросе сочетаются оба типа проволок.

Кабели ОКГТ способны выдерживать очень высокие механические и электрические нагрузки, имеют длительный срок службы, обеспечивают оптимальную механическую защиту ОВ (например, от пулевых повреждений) и оптимальную молниезащиту, так как стальная проволока, обеспечивающая механическую прочность во внутреннем слое, хорошо защищена. Для них характерны малые изменения температуры ОВ в условиях короткого замыкания благодаря тепловой изоляции, обеспечиваемой внутренним стальным слоем брони, и минимальный крутящий момент при монтаже и эксплуатации. Рабочая температура ОКГТ лежит в пределах -600С…+700С.

Высокие электрические и механические характеристики обеспечиваются запатентованной отечественной конструкцией кабеля ОКГТ [41] в которой оптический сердечник размещается в металлической оболочке, поверх которой накладывается броня (рис.2.10).

Рис. 2.10. Грозозащитный трос с оптическими волокнами

Внешняя поверхность металлической оболочки имеет продольно-гофрированную структуру, броня выполнена из повива круглых проволок с разными механической прочностью и проводимостью. За счет этого увеличивается теплообмен без уменьшения механической прочности и увеличивается эксплуатационная надежность.

Гофрировка на внешней поверхности металлической оболочки и повив проволок на внешней поверхности металлической оболочки улучшают теплообмен между металлической оболочкой и внешней средой и круглыми проволоками и внешней средой.

За счет хорошего теплообмена с внешней средой и протекания половины тока по проволокам брони с высокой проводимостью металлическая оболочка не перегревается и диэлектрические элементы не оплавляются. Проволоки брони обеспечивают высокую механическую прочность и могут иметь различный диаметр и форму поперечного сечения для получения необходимого эффекта по сохранению механической прочности и получению высокой проводимости.

ОК, встроенные в грозозащитной трос выпускаются многими зарубежными фирмами. Конструкции таких ОК некоторых зарубежных фирм рассмотрены в [35].

ЗАО «Самарская оптическая кабельная компания» разработала и предлагает ОК, встроенный в грозозащитный трос, марки ОКГТ (рис.2.11).

Основные технические характеристики этого кабеля:

количество ОВ, шт

до 48

номинальный внешний диаметр кабеля, мм

13,2

масса кабеля, кг/км

590

сечение стальной части кабеля, мм2

56,27

сечение алюминиевой части кабеля, мм2

43,26

минимальная разрывная нагрузка, кг

7600

максимально допустимая растягивающая нагрузка, кг

4500

среднеэксплуатационная нагрузка, кг

1900

модуль упругости (начальный), кг/мм2

11735

модуль упругости (конечный), кг/мм2

14130

сопротивление постоянному току при 200, Ом/км

0,47

допустимый ток КЗ в 1 с, кА

9,0

термическая стойкость к КЗ, кА2∙с

81

коэффициент линейного термического расширения, 1/0С

1,6х10-5

минимальный радиус изгиба, мм

260

Рис. 2.11. Конструкция ОК марки ОКГТ производства ЗАО «СОКК»: 1 – оптическое волокно; 2 – гидрофобный компаунд; 3 - центральная полимерная или стальная трубка; 4 – проволоки стальные оцинкованные; 5 – алюминиевая оболочка; 6 – проволоки из алюминиевого сплава; 7- проволоки стальные с алюминиевым покрытием

Параметрами ОК уточняются для каждого конкретного проекта ВОЛП. В зависимости от числа оптических волокон кабели могут иметь сердечник одномодульной и многомодульной конструкции.

Наиболее узким местом внедрения волоконно-оптической техники является сельская местная связь. Масштабная информатизация в глубинке сдерживается относительно высокой стоимостью строительства линейно-кабельных сооружений связи по традиционной технологии. При этом в России намечается большая работа по реконструкции воздушных ЛЭП напряжением до 10 кВ путем подвески самонесущих изолированных проводов (СИП-3) взамен устаревших самонесущих изолированных фазных проводов. Срочной замены требуют более 700 тыс. км распределительных, находящихся в эксплуатации. В связи с этим ОАО «Севкабель» и ЗАО «Севкабель-оптик» (г. Санкт-Петербург) разработали, испытали и представили на рынок новый для ЛЭП напряжением ниже 10 кВ комбинированный кабель-провод, одновременно выполняющий функции фазного провода и ОК [41]. Кабель-провод с числом ОВ до 48 спроектирован на базе СИП-3, выпускаемых серийно ОАО «Севкабель» и самонесущих ОК, которые производит ЗАО «Севкабель-оптик» (рис.2.12).

Рис. 2.12. Конструкция фазового провода на основе СИП-3 с волоконно-оптическим модулем: 1 – центральный силовой элемент, выполненный из стальной проволоки или алюминиевого сплава; 2 – алюминиевые токопроводящие жилы; 3 – оптический модуль со свободно уложенными оптическими волокнами или пучками волокон и гидрофобным компаундом; 4 – водоблокирующая лента; 5 – наружная оболочка

Применение комбинированного кабеля для создания гибридных сетей электроснабжения и связи позволит значительно сократить суммарные затраты на проектирование, строительство и эксплуатации линий. За счет этого появляется реальная возможность решить важную социальную задачу – довести практически до каждого населенного пункта оптическое волокно, а значит и современные цифровые технологии передачи информации.

Кроме использования в распределительных сетях электроснабжения, разработанный кабель можно применить в нефтяной и газовой отрасли, где вдоль магистральных нефтепровода или газопровода сооружаются корпоративные воздушная линия электропередачи и кабельная линия связи.

К описанной конструкции (рис.2.12) следует добавить, что для проектирования, строительства и эксплуатации разработана необходимая документация.

Для подвески ОК на опорах контактной сети электрифицированных железных дорог и городского электрохозяйства многими отечественными предприятиями выпускаются как самонесущие диэлектрические, не имеющие в конструкции металлические элементы, ОК (ЗАО «СОКК», ЗАО «Севкабель-оптик», ЗАО «ОКС-01», ЗАО «ОФС-Связьстрой-1, ВОКК», ЗАО «Москабель-Фуджикура» и др.), так и ОК с встроенным несущим тросом (ЗАО «ОФС-Связстрой-1, ВОКК», ЗАО «Москабель-Фуджикура» и др.).

Конструкции самонесущих подвесных ОК заводами-изготовителями предусматривают различные статические растягивающие нагрузки. Например, ЗАО «СОКК» изготавливает подвесные ОК с допустимыми растягивающими нагрузками 7,5; 10,0; 15,0; 20,0; 25,0 и 30,0 кН. При этом по требованиям конкретного проекта, в зависимости от значений длин пролетов, стрел провесов и условий эксплуатации может быть выполнен расчет конструкции ОК практически на любые допустимые растягивающие усилия.

На рисунке 2.13 представлена конструкция самонесущего подвесного ОК производства ЗАО «СОКК» марки ОКЛЖ.

На рисунке 2.14 показана конструкция подвесного ОК с встроенным тросом (силовым элементом, вынесенным из оптического сердечника) марки ОКТ производства ООО «Сарансккабель-оптика».

Рис. 2.13. Конструкция ОК марки ОКЛЖ производства ЗАО «СОКК»: 1 - оптические волокна свободно уложены в полимерных трубках (оптические модули), заполненных гидрофобным компаундом; 2 - центральный силовой элемент, представляющий из стеклопластикового прутка; 3 - кордели – сплошные полиэтиленовые стержни – для устойчивости конструкции; 4 - поясная изоляция в виде лавсановой ленты; 5 – гидрофобный компаунд; 6 - внутренняя оболочка выполнена из композиции полиэтилена; 7 - силовые элементы в виде слоя арамидных нитей; 8 - наружная оболочка выполнена из композиции полиэтилена средней или высокой плотности

Рис. 2.14. Конструкция подвесного ОК марки ОКТ производства ООО «Сарансккабель-оптика»: 1 – стальной трос или стеклопластиковый стержень; 2 – скрепляющая лента; 3 – гидрофобный компаунд; 4 – полимерная трубка; 5 – стеклопластиковый силовой элемент; 6 – оптическое волокно; 7 – гидрофобный компаунд; 8 – полиэтиленовая оболочка



2.8. Подводные оптические кабели связи

Принципиально новый, качественный скачок в технике подводных линий связи произошел при появлении оптических кабелей. В первой половине 1980-х годов осуществилась прокладка ОК для регулярной эксплуатации линий длиной от 300 до 10000 км на глубине до 7500 м [35]. Коэффициент затухания кабелей с одномодовыми волокнами на длине волны 1,3 мкм составлял 1 дБ/км, длина регенерационного участка – 35 км.

В 1985 г. был проложен первый глубоководный оптический кабель связи большой емкости между двумя Канарскими островами (ОК первого поколения).

Эта глубоководная система содержала несколько регенераторов, скорость передачи составляла 280 Мбит/с на 2 ОВ, передача осуществлялась на длине волны 1,3 мкм.

В настоящее время подводные волоконно-оптические кабели имеют протяженность более 300000 км и обеспечивают связь между 90 странами. Запущенная в 1988 г. Трансатлантическая линия ТАТ-8 между США, Францией и Англией, работала также на длине волны 1,3 мкм и обеспечивала емкость 280 Мбит/с на 2 ОВ. До этого момента 65% всех международных каналов между США и Европой обеспечивалось с помощью спутников. В настоящее время более 75% всех каналов обеспечивается с помощью ОК. Через несколько месяцев после введение ТАТ-8 была запущена Транстихоокеанская линия ТРС-3, соединяющая США и Японию.

Второе поколение ОК также использовало регенераторы, но уже работало на длине волны 1,55 мкм и на скорости передачи 560 Мбит/с на 2 ОВ. К этому поколению относятся ТАТ-9 (США – Канада – Англия, Франция – Испания), ТАТ-10 (США – Германия), ТАТ-11 (США – Англия – Франция) и ТРС-4 (США – Канада – Япония). ТАТ-9 обеспечивало электронное мультиплексирование и демультиплексирование в подводной части системы.

Третье поколение ОК (1995 г.) обеспечивало начальный сегмент первой трансокеанской кольцевой системы ТАТ-12, ТАТ-13 и ТРС-5. На пару ОВ обеспечивалась скорость 5 Гбит/с синхронной цифровой иерархии, использовались эрбиевые усилители оптических сигналов и длина волны 1,55 мкм.

Четвертое поколение ОК позволило использовать системы, которые обеспечивают прямое усиление оптических сигналов.

Прогноз роста объемов передачи информации дальней связи отмечает, что пропускная способность и скорость передачи удваивается каждые два года.

Подводные ОК должны обладать повышенной прочностью на разрыв и выдерживать давление воды – до 75 МПа. При конструировании подводных ОК приходится учитывать такие требования, как гибкость, устойчивость к шторму, необходимые при прокладке на дне и извлечении непосредственно со дна и из траншеи, подвеске к бонам при ремонте; простоту и быстроту ремонта. Необходимо учитывать, что стоимость самого ОК составляет значительную часть от стоимости всей системы.

Конструкция кабеля для подводной системы зависит от места их прокладки. Существуют: глубоководные кабели с защитой от значительного гидростатического давления; кабели для прокладки в мелководных местах с защитой от сетей и якорей; кабели для прибрежной прокладки с повышенной механической защитой и кабели для прокладки в земле, траншеях к распределительному пункту для присоединения к наземной сети.

При изготовлении кабеля необходимо добиваться минимума остаточных напряжений в ОВ. В настоящее время в лучших образцах она составляет 0,05% от допустимой. ОВ очень чувствительны к воздействию морской воды [35]. При ремонте линии необходимо удалить куски ОК, в которых обнаружены следы воды. При наличии постоянного гидростатического давления скорость проникновения воды вдоль кабеля постоянна, но может быть уменьшена за счет применения гидрофобного заполнения. Структура заполнителя должна быть такой, чтобы он проникал во все пустоты внутри ОК, не оказывая влияния на ОВ и эффективно герметизируя кабель в продольном направлении.

Другая проблема заключается в появлении внутри кабеля водорода, который отрицательно действует на ОВ. Водород может выделяться вследствие взаимодействия материалов, из которых изготовлен ОК, с морской водой. Недавние исследования показали, что наименьшего влияния водорода на ОВ достигают за счет металлизации поверхности волокна. Начаты исследования триаксиальной конструкции ОВ, которая также повышает его стойкость к воздействию водорода.

Уменьшить влияние гидростатического давления на ОВ можно за счет использования в конструкции кабеля полой трубки, которая может быть выполнена из металла и несет на себе функции токопроводящей жилы. Сечение трубки и ее размеры часто определяет не давление, а требование по передаваемой электрической мощности. Трубку довольно часто выполняют из меди или алюминия.

Кроме этого способа защиту от гидростатического давления можно осуществлять путем применения скрутки стальными проволоками, которые образуют прочную конструкцию. Армирующие стальные элементы должны обеспечить прочность не только при воздействии статических, но и динамических нагрузок. При двухслойном расположении проволок (направление скрутки проволок в слоях противоположное) добиваются нейтрализации крутящих моментов и исключают возможность возникновения петель.

В [35] приведенные конструкции и характеристики подводных ОК для различных условий эксплуатации и глубины водоемов зарубежных фирм и ЗАО «Севкабель-оптик», г. Санкт-Петербург. Следует отметить, что выпуск глубоководных ОК начинает осуществляться на отечественных заводах. Так, специалистами ЗАО «Севкабель-оптик» разработаны оптические кабели для подводной морской прокладки на глубину до 400 м и до 1000 м.

Кабель представляет собой аксиальную конструкцию, в центре которой расположен оптический модуль в виде герметичной трубки, изготовленной из нержавеющей стали со свободно расположенными оптическими волокнами. Поверх модуля располагается повив медных проводников дистанционного электропитания. Далее следуют промежуточная полиэтиленовая оболочка и внешние покровы, состоящие из бронеповива стальных проволок и наружной полиэтиленовой оболочки.

На рисунке 2.15 представлена конструкция подводного ОК для прокладки на глубину до 400 м марки ПОК-400.

Рис. 2.15. Конструкция подводного ОК марки ПОК-400 производства ЗАО «Севкабель-Оптик» с медными жилами для дистанционного питания: 1 – центральная трубка из полимерных композиций со свободно уложенным оптическим волокном или пучками волокон, заполненная гидрофобным компаундом; 2 – медная проволока (токопроводящая жила дистанционного электропитания); 3 – водоблокирующая лента; 4 - медная лента; 5 – промежуточная оболочка из полиэтилена высокой плотности; 6 – круглая стальная оцинкованная проволока; 7 – гидрофобный компаунд; 8 – наружная оболочка из полиэтилена высокой плотности

Основные технические характеристики подводного кабеля марки ПОК-400:

Количество оптических волокон в кабеле

2—48

Диаметр кабеля, мм

21,5

Масса кабеля, кг/км
— в воздухе;
— в воде


не более 972
не более 625

Радиус изгиба, мм

не менее 322

Стойкость к продольному растяжению, кН

не менее 50

Стойкость к раздавливающим усилиям, кН/см

не менее 1,5

Стойкость к радиальному гидростатическому
давлению, МПа

не менее 4,0

Температурный диапазон эксплуатации, ° С

от минус 40 до плюс 40

Электрическое сопротивление токонесущего
элемента дистанционного питания (совокупности медных проволок), Ом/км

не более 1,0

Максимальная строительная длина кабеля, км
— при поставке на барабане;
— при отгрузке на судно-кабелеукладчик


8
50

В стадии разработки и испытаний находятся и более мощные подводные оптические кабели.

Уникальное географическое положение ЗАО «Севкабель-оптик» - цех по производству оптических кабелей расположен на берегу залива и имеет собственный глубоководный причал – позволяет существенно модернизировать процесс подготовки подводного кабеля к прокладке. Предприятие, обладая тенксами – емкостями для хранения больших строительных длин подводного кабеля, готово проводить комплексные работы по созданию будущих подводных ВОСП, включая монтаж муфт и оптических усилителей, накладку и тестирование линейного тракта. Причем эти работы возможно проводить в пределах кабельной секции на берегу в заводских условиях с последующей перегрузкой участка линии на борт судна – кабелеукладчика.



2.9. Оптические кабели для прокладки внутри зданий

Волоконно – оптические кабели внутренней прокладки, иногда называемые кабелями внутриобъектовой прокладки, используются для построения горизонтальной подсистемы и подсистемы внутренних магистралей структурированных кабельных систем (СКС). От кабелей внешней прокладки они отличаются по двум основным параметрам [64]:

  • меньшим внешним диаметром и массой в сочетании с более высокой гибкостью за счет отсутствия гидрофобного заполнителя и применения облегченных упрочняющих покрытий без броневых покровов;
  • лучшими характеристиками пожарной безопасности.

Волоконно – оптические кабели внутренней прокладки, применяемые в СКС, должны соответствовать требованиям пожарной безопасности. Свойства кабеля с точки зрения пожарной безопасности определяются материалом диэлектриков, используемых в его конструкции (главным образом, материалом внешней оболочки).

ОВ кабелей рассматриваемой группы обязательно снабжаются вторичным защитным полимерным покрытием диаметром 900 мкм, которое без зазора уложено на первичное покрытие диаметром 250 мкм. Волокно в таком покрытии допускает непосредственную установку вилки оптического разъема без применения каких-либо дополнительных элементов. Удобство монтажа разъема достигается ценой некоторого увеличения коэффициента затухания по сравнению с кабелями внешней прокладки. Это, однако, не имеет существенного значения, так как согласно стандартам длина кабеля подсистемы внутренних магистралей не превышает 500 м.

Для защиты кабельного сердечника от механических воздействий в кабелях внутренней прокладки используется слой кевларовых нитей, который расположен непосредственно под шлангом внешней оболочки. В отличие от кабелей внешней прокладки здесь наблюдается свободная укладка этих нитей без сплетения в оплетку.

Кабели внутренней прокладки известны в двух основных конструктивных разновидностях. Изделия первой группы называются распределительными кабелями (distribution) и содержат ОВ в буферном покрытии 0,9 мм, которые вместе с кевларовыми упрочняющими нитями помещены в общую защитную оболочку. Их разделка осуществляется в коммутационных устройствах. В так называемых композитивных кабелях (breakout) каждое ОВ дополнительно помещено в защитный шланг внешним диаметром 2 – 3 мм. Таким образом, данное изделие может рассматриваться как конструктивный аналог многоэлементного электрического многопарного кабеля. Такие конструкции обладают большим внешним диаметром и механической прочностью, что определяется как наличием центрального силового элемента, так и дополнительным слоем кевларовых нитей под каждым индивидуальным защитным шлангом. Они ориентированы, в первую очередь, на изготовление претерминированных сборок и, как это следует из названия (breakout по-английски означает место отвода из многожильного кабеля), выполнение отводов отдельных ОВ без использования разветвительных муфт. Не исключается, хотя и редко применятся на практике, возможность изготовления многоволоконных соединительных шнуров.

Пример конструкции кабелей внутренней прокладки показан на рис. 2.16, а в таблице 2.4 приводятся типовые механические характеристики современных серийных изделий этого типа.

Основная цель прокладки волоконно-оптических кабелей и соответствующего оборудования на участках, проходящих внутри здании, аналогична цели их прокладки на участках линейно-кабельных сооружений.

Таким образом, конструкция, характеристики окружающей среды и механические характеристики, а также методы испытаний волоконно-оптических кабелей на участках, проходящих внутри зданий, в основном такие же, что и волоконно-оптического кабеля, применяемого на участках линейно-кабельных сооружений. Существенные различия состоят в использовании для оболочки материалов, не поддерживающих горение и в исключении гидрофобных компаундов, поскольку таковые не требуются.

Система прокладки волоконно-оптического кабеля внутри зданий и помещений была разработана для сооружений как локальных сетей (сетей LAN), так и внутренних систем передачи, а также для реализации высокоскоростных широкополосных цифровых и видео конференц-связей.

Рис. 2.16. Основные варианты конструктивного исполнения кабелей внутренней прокладки: а) распределительный кабель (distribution); б) композитивный кабель (breakout)

Таблица 2.4. Типовые механические характеристики кабелей внутренней прокладки

Параметр

Значение

Число волокон

Внешний диаметр кабеля, мм

Рабочий температурный диапазон:

- прокладка

- эксплуатация

Минимальный радиус изгиба:

- прокладка

- эксплуатация

Максимально допустимое усилие на растяжение во время монтажа, Н

Максимальное допустимое усилие на сдавливание, Н/см

2 – 36

5 – 15

0…+300С

-20…+700С

15 внеш. диаметров

10 внеш. диаметров

400 – 3000

1500 – 2000

Систему прокладки волоконно-оптического кабеля внутри зданий и помещений можно, в основном, классифицировать следующим образом:

  • основная распределительная часть, которая представляет собой систему прокладки кабеля в вертикальной кабельной канализации внутри шахтных стволов от панели MDF (главной панели переключений) к панелям IDF (промежуточным панелям переключений) или в таких местах соединения кабелей, как шкаф;
  • напольная распределительная часть, которая представляет собой систему горизонтальной прокладки кабеля между такими местами соединения кабелей, как шкаф, в/на стене, под полом, на полу;
  • оконечная часть, которая представляет собой систему прокладки кабелей, идущую от таких мест соединения кабелей, как шкаф, до устройства SDU (устройство цифровой связи) или выходов; часто в качестве оконечной части применяются одно- и двухволоконные кабели;
  • место соединения кабелей, волоконно-оптические кабели и относящиеся к ним устройства внутри зданий в отличие от внешних кабелей могут применяться на ограниченных участках сети электросвязи; при определении конструкции кабеля и относящихся к нему устройств необходимо очень тщательно рассматривать большое количество различных условий окружающей среды, чтобы обеспечить возможность непрерывного поддержания требуемых характеристик.

Кабели для шнуров (patchcord cables), которые достаточно часто называются миникабелями, предназначены в первую очередь для изготовления коммутационных и оконечных шнуров. Механические характеристики данной разновидности кабельных изделий вполне позволяют применять их для построения горизонтальной проводки при реализации проектов «fiber to the desk» и «fiber to the room». В некоторых случаях ОК этого типа выполняются локальная разводка в помещениях аппаратных и кроссовых.

Кабель для шнуров представляет собой фактически ОК внутренней прокладки, имеющий одно или два ОВ, которые в большинстве конструкций снабжены буферным покрытием диаметром 0,9 мм. Необходимую механическую прочность такому изделию придает слой кевларовых нитей, который расположен между волокном и внешней оболочкой [64].

Основные варианты конструктивной реализации ОК для шнуров изображены на рис. 2.17. Изделия первого поколения делились на одинарные (рис. 2.17а) и двойные по количеству шлангов защитной оболочки. Подавляющее большинство разновидностей современного сетевого оборудования использует в процессе своей работы два световода, поэтому одинарные кабели применяются на практике достаточно редко. Двойные ОК классической конструкции изготавливаются без дополнительной общей оболочки (рис. 2.17б) или с общей оболочкой различной формы и толщины (рис. 2.17в).

Следует отметить, что для СКС в настоящее время в основном используются ОК зарубежного производства. Из отечественных производителей ОК внутренней прокладки следует отметить ООО «Сарансккабель - Оптика», которое серийно выпускает ОК с одно и многомодовыми ОВ марки ОКСн-Р (Distribution), а также миникабели ОКСн-С (Simplex) и ОКСн-Д (Duplex).

Рис. 2.17. Конструкции кабелей для шнуров:

а) одинарный (simplex); б) двойной типа zip-cord;
в) двойной типа heavy duty duplex

Проектирование, строительство и техническая эксплуатация ВОЛП





Добавить страницу в закладки ->
© Банк лекций Siblec.ru
Электронная техника, радиотехника и связь. Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные и гуманитарные науки.

Новосибирск, Екатеринбург, Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Ростов-на-Дону, Чебоксары.

E-mail: formyneeds@yandex.ru