Конструктивные элементы оптических кабелей.

Основные элементы. Высокая чувствительность ОВ к механическим воздействиям и факторам окружающей среды в процессе изготовления, прокладки и эксплуатации требует особого подхода к конструированию ОК. Следует учитывать необходимость предохранения ОВ от растяжения и изгибов, упрочнения ОК силовыми элементами защиты его от внешних механических воздействий.

Высокая надежность ОК обеспечивается соответствующим подбором материалов и расчетами конструктивных элементов ОК. Правильно разработанные конструкции ОК обладают высокой механической прочностью, позволяющей прокладывать их как обычные металлические кабели. Кроме того, конструкция ОК должна гарантировать и поддерживать характеристики передачи ОВ в течение всего срока службы ОК, который должен составлять не менее 25…30 лет.

В ОК, как следует из вышесказанного, кроме ОВ содержатся следующие конструктивные элементы;

- заполнители в виде сплошных пластмассовых нитей;

- силовые (упрочняющие) элементы (стальные, медные и алюминиевые проволоки, а также арамидные нити и стеклопластиковые стержни), воспринимающие на себя продольную нагрузку на разрыв;

- армирующие элементы, повышающие стойкость ОК при механических радиальных воздействиях;

- наружные защитные покрытия - оболочки (металлопластмассовая с металлическими лентами или металлическим слоем, пластмассовая, пластмассовая с силовыми элементами, пластмассовая с впрессованными силовыми элементами с металлической лентой, бронированная оболочка кабеля)), предохраняющие от проникновения влаги, паров вредных веществ и внешних механических воздействий;

- изолированные медные жилы для питания различных устройств на линии;

- гидрофобные компаунды, препятствующие проникновению влаги в ОК.

Модуль. При изготовлении оптических кабелей ОВ в процессе их укладки подвергаются воздействию поперечных сил, которые их деформируют и смещают в поперечном направлении, что приводит в конечном итоге к изменению передаточных характеристик ОВ. Поэтому для снижения отрицательных влияний поперечных деформаций ОВ снабжают индивидуальным защитным покрытием в виде модуля.

Модуль является одним из основных конструктивных элементов, из которых формируется сердечник ОВ.

Под модулем понимается самостоятельный элемент ОК, содержащий одно или несколько ОВ.

Мягкая оболочка

Жесткая оболочка

Оптическое волокно

Рисунок 2.9 - Оптическое волокно в двойной защитной оболочке

Модули бывают трех типов: трубчатые, профильные и ленточные.

Защитное покрытие

Оптическое волокно

Рисунок 2.10 - Оптическое волокно в трубчатом защитном покрытии

Трубчатые модули в свою очередь разделяются на плотные (рис. 2.9) и свободные (рис. 2.10). Первые применяются в кабелях внутренней прокладки.

Свободные трубчатые модули наравне с профильными составляют основу кабелей наружной прокладки.

В плотных модулях в качестве сплошного защитного покрытия используются как твердые, так и мягкие оболочки.

Жесткая внутренняя оболочка с высоким модулем упругости придает ОВ жесткость, а мягкая внутренняя оболочка с низким модулем упругости обеспечивает поперечную сжимаемость, т.е. уменьшает любые смещения, обусловленные упругой деформацией при изготовлении ОВ.

Профильный модуль представляет пластмассовый стержень с V-образными или прямоугольными пазами на периферии, в которых расположены одно или несколько ОВ (рис. 2.11). Указанная конструкция модуля позволяет отдельным ОВ оставаться в ненапряженном состоянии при удлинении ОК под воздействием внешних сил.

Защитное покрытие

Оптическое волокно

Рисунок 2.11. - Конструкция ОК со свободным поддержанием ОВ. уложенных по спирали в пазах фигурного стержня

Центральный силовой элемент

 

В свободных трубчатых и профильных модулях ОВ должны быть длиннее трубки и профилированного стержня на 0,3…0,5%, чтобы при воздействии на ОК растягивающей нагрузки она не передавалась на ОВ.

Ленточный модуль представляет плоскую ленту с параллельно уложенными на определенном расстоянии друг от друга ОВ. Для ленты используется обычные ОВ с первичным покрытием порядка 250 мкм.

При создании самой ленты используются два основных метода фиксирования ОВ. Один из них - метод вторичного покрытия (рис. 2.12а), а другой - метод, использующий липкие ленты (рис. 2.12б). Обычно в одной ленте содержится от 2 до 24 ОВ. ОВ в модулях должны иметь различную расцветку. При большом числе ОВ в модуле их группируют в пакеты по 8 или 12, обматывая цветной нитью.

Сердечник. ОК классифицируются на одномодульные и многомодульные в зависимости от того, содержит ли кабель один модуль (в центре) или несколько (в повиве).

Липкое вещество

Лента

Первичное покрытие

Оптическое волокно

Вторичное ленточное покрытие

а)

б)

Рисунок 2.12. - Способы фиксирования ОВ в ленточных модулях

 

В одномодульных ОК сердечником является сам модуль. В многомодульных ОК сердечник скрепляется поясной изоляцией из синтетической полипропиленовой, тефталатной (лавсановой) ленты, накладываемой путем спиральной обмотки в один или два слоя.

Для защиты от воздействий растягивающих усилий в процессе производства и прокладки кабеля внутри повива расположен центральный силовой элемент (ЦСЭ), вокруг которого скручиваются модули и который воспринимает растягивающие усилия. ЦСЭ служит стальная проволока, тонкий стальной трос либо стеклопластиковый стержень.

Модули скручиваются вокруг ЦСЭ в необходимых количествах. Если число модулей менее 6, то для обеспечения устойчивой правильной скрутки вместе с модулями скручиваются пластмассовые кордели-заполнители сплошного сечения. Если по ОК организуется служебная связь или дистанционное питание, роль корделей-заполнителей выполняют изолированные медные жилы (одиночные или скрученные в пары или четверки).

Силовые элементы. В конструкцию ОК для устранения появления больших напряжений вводят силовые (упрочняющих) элементы.

Конструктивно упрочняющий элемент выполняется в виде корделя из сплошного материала или жгута из тонких волокон (проволок). Использование жгута в качестве упрочняющего элемента обеспечивает достаточную гибкость ОК.

 

Упрочняющий элемент

Защитная оболочка

Оптическое волокно

Рисунок 2.13. Конструкция ОК с центральным расположением упрочняющего элемента

 

Возможны два варианта конструктивных решений в расположении упрочающих элементов (УЭ) в ОК. В первом варианте УЭ располагается в центре сердечника кабеля (рис. 2.13), во втором варианте УЭ размещается на периферии. В первом варианте УЭ обеспечивает лучшую гибкость ОК, во втором - гибкость ОК меньше, но более эффективно противостоит радиальным усилиям и ударам.

Защитные покровы. Для защиты ОВ от воздействий внешней среды и механических повреждений в процессе прокладки ОК и его эксплуатации кабельный сердечник защищается наружной оболочкой.

В общем случае в конструкциях ОК используются 4 варианта оболочек: полиэтиленовая, алюмополиэтиленовая, поливинилхлоридная и из безгалогенного материала, не распространяющего горения.

Полиэтиленовая оболочка используется, главным образом, в бронированных кабелях наружной прокладки, алюмополиэтиленовая оболочка - в небронированных ОК, прокладываемых в пластмассовых трубах методом пневмопротяжки.

Конструктивно алюмополиэтиленовая оболочка формируется из алюминиевых лент толщиной 0,12…0,2 мм, покрытой с одной или с обеих сторон пленкой полимера. Пленка и оболочка свариваются и в результате получается экран, образующий монолитную конструкцию, обладающую значительно меньшей влагонепроницаемостью, чем обычная полиэтиленовая оболочка.

В кабелях, прокладываемых в пожароопасных местах, применяется оболочка из поливинилхлорида или безгалогенного материала, не распространяющих горения и практически не выделяющего при горении дыма и других токсичных веществ.

При больших внешних нагрузках на ОК в его конструкцию вводятся броневые покровы. Броня бывает 3 видов: ленточная, одноповивная (одинарная) круглоопроволочная и двухповивная (двойная) круглопроволочная.

В ОК для прокладки в кабельной канализации, трубах, коллекторах, тоннелях, на мостах и эстакадах используется стальная ленточная броня. Стальная гофрированная лента толщиной 0,15…0,25 мм, покрытая с наружной стороны полимером, накладывается продольно с перекрытием на внутреннюю оболочку ОК.

В ОК для прокладки в грунтах, не подверженных мерзлотным деформациям, на переходах через неглубокие несудоходные реки, озера и болота применяется одноповивная броня из круглых стальных оцинкованных проволок различного диаметра.

В ОК для прокладки в сложных грунтах всех групп, в том числе и подверженных мерзлотным деформациям, а также на переходах через глубокие судоходные реки применяется двухповивная круглопроволочная броня. В указанной броне оба повива стальных проволок могут быть разделены промежуточной полиэтиленовой оболочкой. В основном броня обеспечивает стойкость ОК к такому внешнему механическому воздействию, как растяжение.

На броню накладывается защитный шланг, который изготовляется из полиэтилена или негорючего безгалогенного материала. В защитный шланг могут быть впрессованы для механического усилия две толстые проволоки.

Особые требования к защитным покровам предъявляются к ОК для воздушной подвески. В связи с тем, что подвесные кабели не содержат металлических элементов и изготовляются полностью диэлектрическими, их защитный покров состоит из полиэтиленовой оболочки, двух повивов арамидных нитей или повив стеклопластиковых стержней и защитного шланга из полиэтилена.

Типовые конструкции оптических кабелей. В настоящее время в зависимости от назначения, условий прокладки и эксплуатации разработаны и производятся ОК различных типов и конструкций. Среди большого их многообразия можно выделить четыре типа ОК (рис. 2.14):

- многоповивные, или кабели повивной скрутки;

- кабели пучковой скрутки

- кабели с профильным несущим сердечником;

- ленточные конструкции.

 

а)

б)

в)

Рисунок - 2.14.- Типы конструкций кабелей: а) - повивной скрутки, б) - пучковой; в) с профильным сердечником; г) - ленточный

г)

 

 

ОК повивной скрутки (рис. 2.14,а) выполнен в виде повивов из оптических модулей, скрученных вокруг ЦСЭ, которые эффективны при числе модулей до 20. Типовая конструкция повивного ОК содержит от 6 до 8 оптических модулей и имеет наружный диаметр порядка 12 мм.

В тех случаях, когда вокруг ЦСЭ скручивается один повив с числом модулей меньше 6, промежутки между ними заполняются пластмассовыми корделями сплошного сечения с диаметром, равным диаметру модуля. Для заполнения можно использовать и изолированные медные жилы.

ОК пучковой скрутки состоят из пучков ОМ, скрученных вокруг ЦСЭ (рис. 2.14,б). Пучок представляет собой полимерную трубку, внутри которой размещается профильный сердечник с продольными пазами, в которые свободно уложены ОВ. Кабели этого типа содержат от 25 до 500 модулей, их внешний диаметр составляет 15…25 мм.

ОК с профильным несущим сердечником состоит из сердечника, представляющего собой несущий пластиковый элемент с винтообразными пазами, в которых свободно уложены ОВ в первичном защитном покрытии или оптические модули (рис. 2.14,в). Диаметр профилированного сердечника с пазами составляет 6… 12 мм в зависимости от числа волокон.

Сердечник ленточных ОВ собран из отдельных плоских лент с параллельно уложенными на определенном расстоянии друг от друга ОВ (рис. 2.14,г).

Для ленты обычно используются обычные ОВ с первичным покрытием диаметром порядка 250 мкм. Обычно в одной ленте содержит от 2 до 24 волокон. Сложенные ленты образуют сердечник кабеля. Уплотняющие элементы в указанной конструкции расположены в оболочке. Благодаря плотной укладке ОВ, конструкция кабеля имеет небольшой диаметр (например, ОК из 144 ОВ имеет внешний диаметр 12 мм).