2.1.7 Конструкция волоконно-оптических кабелей связи.
Для надежной работы оптических волокон в реальных условиях окружающей среды их помещают в кабельные конструкции, которые защищают их при прокладке и функционировании. В отличие от медных кабелей оптическим кабелям нужны силовые элементы и прочные вторичные покрытия для защиты волокон от внешних ударов, температурного расширения и сжатия. Эти специальные требования удовлетворяются использованием стальных или неметаллических силовых элементов, помещаемых в сердечник кабеля, его защитное покрытие либо в оба эти места одновременно.
Существует большое количество типов ВОК в зависимости от назначения, условий прокладки и конструкции составляющих элементов. Оптический кабель состоит из скрученных по определенной системе оптических волокон из кварцевого стекл), заключенных в общую защитную оболочку. При необходимости кабель может содержать силовые (упрочняющие) и демпфирующие элементы. Основным элементом ОК является оптическое волокно (световод), выполненное в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы, по которому передаются световые сигналы с длинами волны 0,85...1,6 мкм. Сердцевина волокна состоит из кварца, а оболочка может быть кварцевая или полимерная. Первое волокно называется кварц – кварц, а второе кварц – полимер. Исходя из физико-оптических характеристик, предпочтение отдается первому. Снаружи световода располагается защитное покрытие для предохранения его от механических воздействий и нанесения расцветки. Защитное покрытие обычно изготавливается двухслойным: вначале кремнеорганический компаунд, а затем – нейлон, полиэтилен или лак. Важнейшая проблема оптической связи – создание оптических волокон с малыми потерями.
Конструкции ОК в основном определяются назначением и областью их применения. В связи с этим имеется много конструктивных вариантов. В настоящее время в различных странах разрабатывается и изготавливается большое число типов кабелей. Однако все многообразие существующих типов кабелей можно подразделять на три группы:
1 кабели повивной концентрической скрутки (с центральным модулем или многомодульные);
2 кабели с профилированным сердечником;
3 плоские кабели ленточного типа.
Кабели первой группы имеют традиционную повивную концентрическую скрутку сердечника по аналогии с электрическими кабелями. Чаще всего волокна располагаются в отдельных пластмассовых трубках, образуя модули. Кабели второй группы имеют в центре фигурный пластмассовый сердечник с пазами, в которых размещаются ОВ. Пазы и соответственно волокна располагаются по спирали, и поэтому они не испытывают продольного воздействия на разрыв. Если необходимо иметь кабель большой емкости, то применяется несколько первичных модулей. Кабель ленточного типа состоит из стопки плоских пластмассовых лент, в которые вмонтировано определенное число ОВ. Кабели модульной конструкции в тех или иных конструктивных разновидностях имеют, как правило, емкость не более 100 волокон и в настоящее время занимают доминирующее положение в общем объеме выпуска кабельной продукции. Это объясняется хорошей защитой отдельных волокон от механических и климатических воздействий, а также простотой и удобством разделки. Кабели с профилированным сердечником уступают кабелям модульной конструкции по уровню защиты световодов от механических воздействий и в настоящее время почти полностью вытеснены из практического использования. Ленточные кабели обеспечивают максимальное преимущество над конструкциями других типов при большом (до нескольких сотен) количестве, однако требуют использования специализированного оборудования [2]. В Республике Беларусь получили распространение только кабели первого типа
В настоящее время применяются две конструктивные разновидности оптических кабелей: кабели, содержащие металлические элементы и полностью диэлектрические кабели. К достоинству первых относится более высокая механическая прочность и влагоустойчивость, кабели второго типа менее подвержены влиянию электромагнитных воздействий и имеют несколько меньшие габариты и массу.
В оптических кабелях кроме ОВ, как правило, имеются следующие элементы:
• силовые (упрочняющие) стержни, воспринимающие на себя продольную нагрузку, на разрыв;
• заполнители в виде сплошных пластмассовых нитей;
• армирующие элементы, повышающие стойкость кабеля при механических воздействиях;
• наружные защитные оболочки, предохраняющие кабель от проникновения влаги, паров вредных веществ и внешних механических воздействий.
Для получения необходимой влагостойкости оптического кабеля необходимо решить задачи обеспечения его продольной и поперечной герметизации. Основным средством обеспечения продольной герметизации является гидрофобный гель, который заполняет пустоты кабельного сердечника. Поперечная герметизация кабеля задается наружными оболочками. В некоторых кабелях дополнительно применяется слой целлюлозной бумаги, которая при попадании на нее влаги разбухает и герметизирует небольшие проколы оболочки.
На рисунке 2.15 приведена конструкция многомодульного волоконно-оптического кабеля, предназначенного для прокладки в грунт
1 – центральный силовой элемент; 2 – оптическое волокно; 3 – оптический модуль; 4 – промежуточная оболочка из полиэтилена; 5 – гидрофобный заполнитель; 6 – круглая стальная оцинкованная проволока; 7 – внешняя оболочка из полиэтилена.
Рисунок 2.15– Конструкция многомодульного волоконно-оптического кабеля, предназначенного для прокладки в грунт.
У разных производителей, поставщиков и провайдеров существует некая путаница в классификации типов волоконно-оптических кабелей [10].
Существует общая классификация волоконно-оптических кабелей по способам прокладки, согласно ней волоконно-оптические кабели делятся на 3 основных вида:
кабели внешней прокладки (outdoor cables);
кабели внутренней прокладки (indoor cables);
специальные кабели.
По назначению оптические кабели делятся на:
линейные;
внутриобъектовые.
Линейные подразделяются на:
распределительные (оптическая сеть доступа);
соединительные (городские и соединительные линии);
междугородные (магистральные и зоновые ВОЛС).
Магистральные ВОК предназначаются для передачи информации на большие расстояния и значительное число каналов. Они должны обладать малыми затуханием и дисперсией и большой информационно-пропускной способностью. Зоновые ВОК служат для организации многоканальной связи между областным центром и районами. Городские и соединительные ВОК применяются в качестве соединительных между городскими АТС и узлами связи. Эти линии, как правило, работают без промежуточных линейных регенераторов.
Подводные ВОК предназначаются для осуществления связи через большие водные преграды. Они должны обладать высокой механической прочностью на разрыв и иметь надежные влагостойкие покрытия. Для подводной связи также важно иметь малое затухание и большие длины регенерационных участков.
Внутриобъектовые кабели делятся на:
абонентские;
станционные.
Внутриобъектовые ВОК служат для передачи информации внутри объекта. Сюда относятся учрежденческая и видеотелефонная связь, внутренняя сеть кабельного телевидения, а также бортовые информационные системы подвижных объектов (самолет, корабль и др.).
По условиям использования оптические кабели подразделяются на:
подвесные;
подземные;
подводные.
Подвесные кабели подразделяются на:
самонесущие;
волоконно-оптические кабели со встроенным несущим тросом;
волоконно-оптические кабели, армированные кевларовыми нитями;
волоконно-оптические кабели, встроенные в грозозащитный трос;
волоконно-оптические кабели, встроенные в фазный провод;
волоконно-оптические кабели, которые наматываются на грозозащитный трос или фазный провод;
Подземные кабели подразделяются на:
волоконно-оптические кабели для прокладки в кабельную канализацию;
волоконно-оптические кабели для прокладки непосредственно в грунт
волоконно-оптические кабели, облегчённой конструкции для прокладки в защитных пластиковых трубках;
волоконно-оптические кабели, для прокладки в туннелях, шахтах и т. п.
Такая классификация оптических кабелей при выборе кабеля для непосредственного применения на практике не подходит. Выбор кабеля производится индивидуально для каждой трассы, исходя из условий прокладки и эксплуатации ВОЛС.
Общая классификация волоконно-оптических кабелей на практике является не совсем удобной. Можно классифицировать оптические кабели по конструктивным особенностям и характеристикам относительно окружающей среды.
По типу оптических волокон:
с одномодовыми волокнами (SM);
с многомодовыми волокнами (MM);
комбинированный ( SM + MM).
По типу центрального силового элемента:
со стальным тросом;
с пластиковым тросом;
с центральной трубкой.
По типу буфера в модулях:
с плотным буфером;
со свободным буфером.
По количеству модулей
одномодульные;
Многомодульные.
По типу силового элемента в оболочке:
небронированные;
бронированные стальной лентой;
бронированные проволокой;
с кевларовыми нитями.
По огнестойкости оболочки:
с огнестойкой оболочкой;
с горючей оболочкой.
По величине допустимого растягивающего усилия:
2,7 кН;
4,0 кН;
6,0 кН;
8,0 кН;
9,0 кН;
12,0 кН;
15,0 кН;
20,0 кН.
По диапазону температуры эксплуатации, 0С:
от -12 до +75;
от -20 до +60;
от -40 до +60;
от -60 до +60;
от -60 до +70
Значения допустимого растягивающего усилия и диапазона температуры эксплуатации у разных производителей могут незначительно отличаться.