9. Конструкция, характеристики и параметры оптических кабелей связи для прокладки в грунте, в канализации, для подвески на вл

Характеристика 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 - одномодовые.

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

- линейные – для прокладки в не зданий (для наружной прокладки и эксплуатации);

- внутриобъектовые – для прокладки внутри зданий (для внутренней прокладки и эксплуатации)

Определяющим фактором применения ОК на сетях связи являются условия их прокладки и эксплуатации. Линейные оптические кабели позволяют создать сеть во всех средах: на суше, в воздухе и воде. 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.

К лассификация оптических кабелей по назначению, Условиями и вариантами их применения представлена на рисунке 1. Предложенная классификация ОК исходит из требований нормативно-технического документа , определяющего технические требования к ОК с учетом их назначения, условий и вариантов применения на Взаимоуязвимой сети связи (ВСС) России

Рис 1. классификация оптических кабелей.

Основные оптические характеристики кабелей:

Параметры волоконно-оптических кабелей связи для прокладки в грунте и кабельной канализации, магистральных, внутризоновых и местных линиях связи (Оптен, С-Петербург, марка кабеля ДПС, СПС, ДАС, САС, ДПН, СПН, ДПГ, СПГ):

Длительно допустимая растягивающая нагрузка - 7,0 ... 80,0 кН.

Допустимая раздавливающая нагрузка, кН/см> 1,0.

Стойкость к изгибам на угол 90° (20 диаметров) 20 циклов.

Стойкость к осевым закручиваниям на угол ±360° на длине 4м - 10 циклов.

Стойкость к ударной нагрузке одиночного воздействия - 20 Дж.

Рабочий диапазон температур, C - 60 ... +70 (40 ... +60 ).

Низшая температура монтажа, C°-30 (-10).

Номинальный наружный диаметр - 13,5 ... 24,0 мм.

Максимальная масса - 300 ... 1100 кг/км.

Электрическое сопротивление наружной оболочки > 2000 МОм.

10. Структурная схема элементарного кабельного участка волс. Расчёт затухания на элементарном кабельном участке волс.

Междугородные (магистральные) ОК в зависимости от условий их применения можно разделить на кабели для прокладки в трубах, кабельной канализации, коллекторах, непосредственно в грунт, подвесные (ЛЭП, Ж/Д, ..) и подводные (речные, морские). Кабели этой категории подвержены значительным механическим нагрузкам, возникающим в процессе их прокладки и эксплуатации. Температурные изменения окружающей среды, в которой находится кабель, также приводят к дополнительным механическим нагрузкам. Вредное влияние оказывают различные химически агрессивные вещества и влага. Воздействие грызунов на кабель может привести к ухудшению его рабочих характеристик или полному выходу из строя.

Все эти факторы определяют основные конструктивные элементы, характерные для этой катего-рии кабелей. К таким элементам относятся трубки со свободной укладкой оптических волокон, скручен-ные вокруг металлического или диэлектрического ЦСЭ или одна центральная трубка для укладки боль-шого числа ОВ; заполнение свободного пространства ГЗ или водоблокирующие ленты для обеспечения продольной водонепроницаемости; силовые элементы в виде слоев армидных нитей, стеклопластиковых стержней или стальной проволоки; защитная броня либо в виде стальной (чаще гофрированной) ленты для защиты от механических повреждений и грызунов, либо в виде крученых стальных нержавеющих или оцинкованных проволок, наложенных слоями для придания нужных механических защитных свойств; защит-ный шланг из полиэтилена черного цвета.

Кабели для прокладки в земле эксплуатируются, в основном, при изменении температурного режима от -60°С до +55°С, при воздействии на них воды, льда, гидростатического давления воды, агрессивных жидкостей, ударов твердых пород и пр. ОК данного типа прокладывают с помощью обычного оборудования, используемого для прокладки магистральных кабелей связи. Пример конструкции ОК для прокладки в земле представлены на рисунке.

Оболочка из полиэтилена служит защитой от проникновения влаги. Гофрированная стальная оболочка защищает кабель от повреждения при прокладке и грызунов. Наружный слой из полиэтилена уменьшает трение кабеля при его прокладке. Гидрофобный заполнитель кабеля препятствует проникновению внутрь влаги. Общий диаметр кабеля D составляет 14 ... 25 мм. Минимальный радиус изгиба кабеля обычно 20 D, максимально допустимое усилие растяжения от 2,5 до 4,0 кН. Количество ОВ обычно составляет от 2 до 144.

Броня этих кабелей выполнена из круглых стальных оцинкованных проволок.

Свободное размещение ОВ без натяжения и бокового давления в ОМ сердечника, подвижность волокон при изгибе кабеля и растяжении, высокая прочность, стойкость к удару и сжатию (вследствие применения алюминиевой или стальной гофрированной оболочек), экранирование и защита от удара молнии, возможное наличие токопроводящих жил питания, герметичность конструкции обеспечивают высокие эксплуатационные свойства данной конструкции и ее надежность.

Кабели для прокладки в каналах кабельной канализации, трубах и коллекторах должны иметь высокую механическую стойкость к растягивающим и изгибающим нагрузкам, продавливанию, кручению, влаге. Прокладку этих кабелей осуществляют протяжкой строительной длины в трубы, выполнены из полиэтилена, асбестоцемента или бетона. Длина участков для прокладки ОК может составлять от 100 до 500 м.

Конструкция кабеля содержит сердечник с армирующим элементом в виде стального троса или стеклопластикового стержня, вокруг которого скручены ОВ в полимерной оболочке, наложенной в виде трубки. Герметизация ОВ достигается через заполнение трубок желеобразным составом.

а) б) в)

Конструкция ОК для прокладки в трубах и коллекторах:а) - модульная; б) - с профильным сердечником;в) - с центрально расположенным модулем:1 - ОВ; 2 - трубка модуля; 3 - силовой элемент; 4 - заполняющий компаунд;5 - пластиковая пленка; 6 - защитный шланг из ПЭ; 7 - профилированный сердечник;8 - водоблокирующая лента; 9 - ленты с волокнами

В пазах профильного модуля применяется, как укладка одного ОВ, так и многоволоконная укладка. Причем в последнем случае укладка ОВ может быть ленточной. На рисунке справа приведена конструкция так называемых легких ОК фирмы Lucent Technologies (США). Эти ОК имеют сердечник в виде пластмассовой трубки с ленточной укладкой (до 96) ОВ. Трубка заполнена гидрофобным заполнителем. В качестве силового элемента используются две группы периферийно расположенных стеклопластиковых стержней. Для прокладки таких кабелей в кабельную канализацию нашел достойное место метод вдувания.

Поверх сердечника ОК накладывают скрепляющий элемент из полимерной пленки или алюмополиэтилена, полимерную оболочку, армирующий элемент и наружный защитный шланг. Предел прочности на разрыв составляет не менее 1,5 кН при относительном удлинении ОК не более 0,5%. Кабель выдерживает изгиб, как правило, радиусом 150 мм, воздействие вибраций при частоте 10 Гц, стоек к закручиванию на угол 360°.

В оптических кабелях этой серии оптический сердечник заключен в круглую броню из стальных оцинкованных проволок, обеспечивающую надежную защиту от грызунов.

Сердечник состоит из оптических модулей, скрученных вокруг центрального силового элемента. Кабели ДАС и САС дополнительно защищены водоблокирующей алюминиевой лентой.

Оболочки кабелей ДПН и СПН выполнены из негорючего материала, оболочки кабелей ДПГ и СПГ выполнены из материала, не содержащего галогены.

Кабели для подводной прокладки имеют конструкцию, зависящую от места их прокладки. Так например, глубоководный ОК для прокладки на дне морей и океанов имеет защиту от гидростатического давления, а кабель для прокладки на мелководье или в прибрежной полосе обеспечивается защитой от сетей и якорей. Также учитывается гибкость, нагрузки на кабель при его прокладке и извлечении со дна. Для защиты ОК от воздействия морской воды, которая под высоким давлением легко проникает через пластмассу, сердечник кабеля обычно защищается медной алюминиевой или свинцовой трубкой, а свободное пространство заполняется гидрофобом. Для необходимой механической прочности используется, как правило, двухслойная проволочная броня из гальванизированной стали. Слои проволоки скручиваются в противоположных направлениях для исключения возможности образования петель.

Одна из возможных конструкций ОК для прокладки через водоемы представлена на рисунке.

Рис. Оптический кабель для прокладки через озера и реки: 1 - ОВ в первичном покрытии; 2 - трубка модуля; 3 - ЦСЭ; 4 - гидрофобное заполнение; 5 - внутренняя оболочка из ПЭ, наложенная поверх скрепляющей пластиковой пленки; 6 - стальная гофрированная лента; 7 - внутренняя оболочка из ПЭ; 8 - подушка под броню; 9 - броня из стальной проволоки; 10 - защитный шланг из ПЭ.

Кабели для воздушной подвески: Кабели для воздушной подвески делятся на самонесущие диэлектрические, самонесущие с несущим тросом, навивные и встроенные в грозозащитный трос или провод высоковольтных линий электропередачи.

а) б)

Рис. Конструкции подвесных кабелей: а) - диэлектрический самонесущий кабель; б) - самонесущий кабель с тросом: 1 - ОВ; 2 - трубка модуля; 3 - центральный силовой элемент; 4- оболочка ЦСЭ; 5- гидрофобный заполнитель; 6- ПЭ оболочка; 7-стальная гофрированная лента; 8-защитный шланг; 9-стальной трос; 10-арамидная пряжа

Самонесущие кабели используются при подвеске на опорах воздушных линий связи и высоковольтных ЛЭП, контактной сети железнодорожного транспорта, а также на стойках воздушных линий городской телефонной сети. Диэлектрическая конструкция таких ОК имеет круглую форму, что снижает нагрузки, создаваемые ветром и льдом, и позволяет использовать кабель при больших расстояниях между опорами (до 100 метров и более). В качестве силового элемента таких ОК используется ЦСЭ из стеклопластика и пряжа из арамидных нитей, заключенная между полиэтиленовой оболочкой и полиэтиленовым защитным шлангом (рисунок).

Для прокладки в сельских районах, а также для устройства переходов от одного здания к другому могут применяться ОК с несущим тросом. Конструкция самонесущих кабелей с металлическим тросом имеет форму восьмерки; несущий трос вынесен отдельно от оптического сердечника и скрепляется с ним в единую конструкцию ПЭ оболочкой. В обоих видах кабелей свободное пространство заполнено ГЗ, но возможно использование водоблокирующих нитей и лент для уменьшения веса и ускорения процесса монтажа.

Кабель может эксплуатироваться при температуре от -40°С до +50°С, максимальное растягивающее усилие при установке 50 кН, минимальный радиус изгиба 300 мм, количество ОВ от 4 до 72.

Рис. Конструкция ОК с несущим тросом из неметаллических элементов для воздушной подвески: 1 - защитный шланг, 2 - кевлар, 3 - оболочка из полиэтилена, 4 - ОВ, 5 - сердечник из полимерного материала.

Оптические кабели для внутренней прокладки марки ОКВО - /„Электоропровод“ , Москва/: предназначены для прокладки внутри аппаратуры, зданий и эксплуатации при температуре окружающей среды от –10 до +50° С.

Рис. 1. Центральный силовой элемент: — стальной трос — Т. 2. Оптическое волокно: — одномодовое (рекомендация МСЭ-Т G.652)—10, — одномодовое с ненулевой смещенной дисперсией, (МСЭ-Т G.655) — 8, — многомодовое градиентное с диаметром сердцевины 50 мкм (МСЭ-Т G.651) —50, — многомодовое градиентное с диаметром сердцевины 62,5 мкм (МСЭ-Т G.651) — 62,5. 3. Арамидные нити. 4. Оптический модуль (ОМ). 5. Промежуточная оболочка из ПВХ. 6. Оплетка из стальной оцинкованной проволоки. 7. Защитная оболочка из ПВХ

Расчет ОВ на элементарном кабельном участке ВОЛС

На ЭКУ при проектировании обязательно производится расчет затухания (для всех типов оптических каналов) aэку и дисперсии Дэку.

Дисперсия может не рассчитываться до скоростей передачи примерно до 10 Гбит/с, а для более высоких дисперсия обязательно расчитывается.

Затухание в теории и технике связи определяется в специальных единицах дБ (децибеллах) и определяется по формуле а=10lg(Рпер/Рпр), где Рпер — мощность сигнала на выходе оптического передатчика, который обычно называют ПОМ (передающий оптический модуль), а Рпр — оптическая мощность на входе в приемник оптического устройства, которое называют ПрОМ (приемный оптический модуль).

(прим. т.к. напечатать символ проблема, то поясняю, что мощность обозначается буквой Р с подчеркиванием, а уровень буквой р с удлиненной ножкой вниз)

Уровни передачи и приема определяют по формуле:

рпер(пр)=10lg(Рпер(пр)/1 мВт), дБм (по мощности)

Отметим, мощность оптического сигнала в технике оптической связи измеряется в милливатах и микроватах, и уровни передачи, которые соответствуют этой мощности измеряются в дБ, относительно мощности в 1 мВт. Уровень в 0 дБ соответствует мощности 1 мВт.

Уровни передачи обязательно указываются со знаками + или -.

Затухание ЭКУ явдяется одним из важнейших технических параметров, который в основном определяется качеством переданного оптического сигнала на данном ЭКУ. аэку (дБ) определяет на сколько уменьшится мощность оптического сигнала после выхода ПОМ, до входа в ПрОМ ВОСП противоположного узла связи.

Границами ЭКУ являются порты (оптические розетки) на оптических кроссах (ODF) станций А и Б.

Станционные оптические соединительные шнуры (патчкорды) физически не входят в состав ЭКУ, но их затухание и затухание оптических соединений на разъемах, которые образованы с помощью этих шнуров для подключения станционного оборудования ВОСП к портам ЭКУ необходимо учитывать в общей величине аэку.

Затухание ЭКУ определяется отдельно для каждого направления передачи. т. е. На каждом ЭКУ определяется аэкуА-Б и аэкуБ-А. Эти величины всегда отличаются.

Расчет ожидаемого затухания производится по формуле:

аэку=α(λ)*lов+Σанс+ Σарс+астар.ВОК+амакроизгиб.*nизг.+Δаизм., дБ

nнс nрс

α(λ) — коэффицент затухания для данного ОВ на данной длине волны

lов — оптическая длина ЭКУ (длина ОВ на ЭКУ)

анс — затухание на неразъемных соединениях (сварных)

nнс — число неразъемных соединений

арс — затухание на разъемных соединениях

nрс — число разъемных соединений

астар.ВОК — ввеличина вводимая для учета старения ОВ

амакроизгиб. — потери на макроизгибах в ОВ

nизг. — число макроизгибов

Δаизм. — погрешность измерительного прибора

Современный оптические системы связи работают в основном на двух длинах волн:

λ=1,31 мкМ, α(1,31)=0,34 дБ/км

λ=1,55 мкМ, α(1,55)=0,22 дБ/км

Оптическая длина lов это длина оптического волокна. При составлении паспорта ЭКУ в нем указывается 3 длины:

• оптическая длина, которая измеряется оптическим рефлектометром

• длина ВОК на ЭКУ, которая всегда меньше ОВ (lов=1,05*lвок для учебных целей)

• протяженность трассы (lвок=1,1*lтр для учебных целей)

На любом ЭКУ имеются сварные соединения оптического волокна, которые находятся в муфтах.

Они называются наразъемными соединениями, каждая сварка вносит затухание в ОВ, их величины различны и зависят от множества факторов.

Величины затухания на сварных соединениях нормируются документацией министерства связи в виде таблицы:

Длина волны λ, мкМ	Потери анс дБ не более % от чиста nнс
	100,00%	50,00%
1,31	0,2	0,1
1,55	0,1	0,05

При измерении на новом патч-корде статистическими методами было установлено, что затухание на разъемном соединении може меняться достатоно широко, но вероятности распределяются примерно следующим образом:

0,1 дБ — 10%; 0,3 дБ — 70-80%; 0,5 дБ — 10%

Поэтому при расчетах можно принимать среднее значение 0,3 дБ

Для того, чтобы затуханием макроизгибов можно было пренебречь по сравнению с затуханием других элементов ЭКУ, необходимо, чтобы радиус макроизгиба Rмакро > 20*Dвок. (диаметр)

Средняя величина погрешности оптических тестеров при измерении затухания ЭКУ обычно составляет 0,5дБ.

Обычно рекомендованая величина на запас старения составляет 10%.