Размещено на http://www.allbest.ru/

Волоконно-оптичні кабелі

1. Загальні вимоги до волоконно-оптичних кабелів

Волоконно-оптичний кабель (ВОК), або просто оптичний кабель (ОК) - це електротехнічний виріб, який має одне або декілька волокон, що об'єднані в єдину конструкцію, яка забезпечує їх працездатність в заданих умовах експлуатації і призначеним для передачі оптичних (світлових) сигналів з заданою якістю.

До загальних умов, які висуваються до ОК можна віднести такі:

- можливість прокладки тих же умовах, в яких проводиться прокладка симетричних і коаксіальних кабелів;

- максимальне використання в тих же методик, кабелеукладочної техніки та обладнання, що і для прокладки звичайних кабелів зв'язку.;

- можливість зрощування і монтажу в польових умовах з достатньою легкістю і за прийнятий час;

- стійкість до зовнішніх впливів (механічних, кліматичних) у відповідності до умов експлуатації на мережах зв'язку;

- надійність, яка забезпечує експлуатацію із заданими показниками безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності.

На ряду з цим, ОК повинні задовольняти вимоги, які пов'язані із специфічною ОК, тобто:

- характеристики, матеріали, конструкція ОВ, що застосовано в ОК;

- методи контролю і вимірювання параметрів ОВ, ОК і конкретної системи передачі, для якої застосовано ОК;

- можливість застосування при перспективному розвитку мережі.

Такі параметри ОК як загасання, смуга пропускання, дисперсія, кількість ОВ в кабелі, конструкція та інше великою мірою визначається кон'юнктурою світового ринку. Це пояснює великий діапазон значень параметрів ОК та різноманітність конструкцій ОК, які пропонуються різними фірмами - виробниками ОК.

2. Типи конструкцій оптичних кабелів

Як зазначfлось вище, конструкції ОК мають велику різноманітність. Це пов'язано головним чином з трьома причинами:

1. Широкий діапазон умов застосування, які висувають різноманітні вимоги до кліматичних і механічних параметрів ОК.

2. Велика різниця пропускної спроможності ОК, що обумовлює численні конструктивні проблеми, які мають відношення як до самого кабелю, так до технологічних проблем прокладення ОК, зрощування ОВ та інше. ОК, які призначені для високих швидкостей передачі, звичайно мають обмежену кількість ОВ, а кабелі розподільчих мереж можуть мати до декілька сотень ОВ.

3. Різноманітність заходів, які направлені на збереження характеристик ОВ при зовнішніх впливах, які визвані технологічними діяннями в процесі виготовлення ОК, в процесі прокладання та монтажу, при експлуатації та інше.

Зважаючи на те, що основним елементом ОК є оптичні світловоди, всі конструктивні рішення направлені на захист саме ОВ. У вирішенні цієї задачі можна виділити два основних напрямки: конструкції в яких ОВ мають можливість вільно переміщуватись відносно один одного та інших елементів ОК з малою взаємодією між собою і конструкції, в яких ОВ жорстко пов'язані з елементами ОК. В першому випадку зменшення механічних напруг в ОВ забезпечується наявністю пустот між елементами, в другому випадку - використанням демфіруючих прошарків, а також відповідним їх розміщенням. Порівняльні характеристики кабелів з вільним і жорстким розміщенням ОВ наведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 - Характеристики ОК

Характеристика кабелю	Конструкція кабелю
	з вільним розміщенням ОВ	з жорстким розміщенням ОВ
Радіус вигину	великий	малий
Стійкість до розтягування	висока	низька
Опір удару	низький	високий
Опір тиску	низький	високий
вплив температури	низький	високий

Кабелі з жорстким розміщенням ОВ як правило використовуються на внутрішньо об'єктних локальних обчислювальних та інформаційних мережах. На телекомунікаційних мережах, застосовуються ВОК з вільним розміщенням ОВ.

Конструкції ОК як правило мають такі елементи:

1. Оптичне волокно - як напрямну систему передачі оптичного випромінювання.

2. Осердя, яке може бути силовим елементом, демпфером, оптичним модулем, або об'єднувати ці функції.

3. Захисну оболонку, яка виконує функції захисту елементів кабелю, перед усім ОВ, від зовнішніх впливів.

4. Броню, яка повинна захищати елементи конструкції наряду з захисною оболонкою від зовнішніх впливів, а також від електромагнітних випромінювань, ударів блискавки, корозії ґрунтів, тощо.

Головним елементом ОК є ОВ і тому всі інші елементи призначаються для його захисту та підтримки оптичних характеристик в умовах виготовлення експлуатації, прокладання та монтажу. Висока чутливість ОВ до механічних впливів та інших факторів оточуючого середовища призвели до виникнення специфічних, притаманних лише ОК конструктивних особливостей. Перед усім це наявність силового елемента, мета якого обмежити відносну повздовжню деформацію ОК (до 0.1-1%) при одночасному забезпеченні можливостей вигину кабелю. Він розміщується як правило у центрі конструкції і навколо нього виконується скручування ОВ, або оптичних модулів. Такий елемент носить назву центрального силового елемента (ЦСЕ). Зустрічаються конструкції, де ці силові елементи розміщуються навколо кабельного осердя, в якому розміщені ОВ. Такі кабелі краще витримують поперекові роздавлюючи навантаження, але частково втрачають гнучкість. Силові елементи можуть виготовлюватися з сталевого дроту або тросу, склопластикового стрижня, пучка синтетичних ниток та інше.

Оптичні волокна укладають або окремо, або в трубки з поліетилену (ПЕ) чи з полібутилентерафталату (ПБТ), на декілька ОВ в трубці. Така конструкція зветься оптичним модулем (ОМ). ОВ або ОМ розміщують або в центральній захисній трубці, або в пазах профільованих осердь.

Як правило ОК має круглу форму в поперечному перетині. Іноді в ньому використовуються стрічкові елементи. (Рис. 2.1., в, ж).

ОВ в кабелі укладають або в оптичні модулі, які містять декілька ОВ, (рис.2.1., в, д, е, з), або окремими нитками (рис. 2.1., а, б, г, ж). Як в першому, так і в другому випадках укладка ОВ вільна і оптичні волокна розташовуються по синусоїді так як показано на рис. 2.2., а. Це дає можливість зменшити механічні напруження при розтягуванні (рис. 2.2., б), або при стисненні кабелю (рис. 2.2.,в). Оптичні модулі або окремі волокна скручуються навколо ЦСЕ. Для цього при наявності профільованого осердя пази в ньому прорізаються теж по синусоїді.

Серед конструкцій саме ОК можна умовно виділити чотири основних типи:

1. Багатоповивні кабелі, або кабалі багатоповивної скрутки.

2. Кабелі багато пучкової скрутки.

3. Кабелі з профільованим осердям.

4. Стрічкові кабелі.

Повивна конструкція ефективна для кабелів з числом оптичних модулів не більше ніж 20. Типовий повивний кабель має діаметр 12 мм і 6-8 ОВ. В деяких варіантах в одній повинній скрутці з ОВ розташовуються мідні провідники. Повивна скрутка забезпечує можливість зрощування окремих ОВ.

В кабелях пучкової скрутки кожен пучок може мати повинну конструкцію і представляє собою трубку з вільно укладеними волокнами. Кабель пучкової скрутки ефективний при числі ОВ 25-50. Діаметр типового кабелю з 40 ОВ стан оновить 15-25 мм в залежності від наявності інших елементів і особливостей конструкції.

Кабелі з профільованим осердям можуть містити 8-20 ОВ. Є приклади кабелів із пучковою скруткою де в кожному пучку мається профільне осердя. Такий комбінований ОК може містити до 80 ОВ при діаметрі 20 мм. Кабелі з профільованим осердям зручні при монтажі і забезпечують можливість зрощування окремих ОВ.

Стрічкові кабелі використовуються у вигляді стопки окремих плоских стрічок, які містять ОВ, укладені з кроком між ними декілька десятих долей міліметра. Оболонка кабелю звичайно містить підсилюючі елементи. Стрічкові кабелі відносяться до кабелів з жорстким закріпленням ОВ і характеризуються відносно малими розмірами при великій кількості ОВ. Наприклад кабель з 144 ОВ має розмір 12мм. Слід зазначити, що є варіанти конструкцій стрічкових кабелів з вільною укладкою ОВ в ячейки, утворені стрічками. Таке рішення застосовують з метою покращення температурних та механічних характеристик стрічкових ОК.

Кожен тип конструкції має свої недоліки і переваги, тому в кожному окремому випадку вибір оптимального варіанту буде визначатися конкретними умовами будівництва та експлуатації ВОЛЗ, економічною ефективністю, технологічним рівнем виробництва та іншими чинниками.

3. Оптичні кабелі різного призначення

Найбільш поширеною в наш час класифікацією ВОК є класифікація за призначення, а саме:

- кабелі для прокладання безпосередньо в грунт;

- кабелі для прокладання в кабельній каналізації та тунелях;

- підвісні кабелі;

- кабелі для річкових переходів;

- внутрішньооб'єктові кабелі;

- розподільні кабелі;

- кабелі для міжблочних переключень;

- кабелі спеціального призначення;

- підводні (морські) кабелі.

Оптичні кабелі для прокладання в ґрунті, шахтах, бункерах, колодязях

Оптичні кабелі, що прокладаються безпосередньо в грунт вимагають підвищеного захисту від зовнішніх впливів. Тип та кількість бронепокриттів визначаються характеристиками ґрунту, рельєфом місцевості, технологією прокладання та обладнанням. В якості бронопокриттів використовуються оболонки з гофрованої сталі, сталеві стрічки, сплетіння з сталевих проволок, склопластикові стрижні та інше.

При прокладанні ОК в грунт на рівнині, через малі річки, заболочену місцевість невеликих розмірів використовується броня з сталевих стрічок, гофрованої сталевої оболонки, склопластикових стрижнів. Для захисту від гризунів ефективно показала себе броня з оплетінням сталевими проволоками. В гірській місцевості, на схилах з великими кутами нахилу, як правило, використовують кабелі з бронею із сталевих проволок.

Кабелі фірми Lucent Fitel можуть бути двох видів - з однією (тип N), або з двома (тип R) сталевими гофрованими оболонками. Кабелі можуть містити від 1 до 20 повивів ОМ, в яких розміщується від 2 до 240 одномодових ОВ.

Вітчизняні кабелі ВАТ “Одескабель” мають ЦСЕ із склопластикового стрижня, навколо якого скручені елементи ОК (ОМ, корделі, мідні дроти дистанційного живлення). Внутрішньо модульний та між модульний простір заповнений гідрофобним гелем. Осердя скріплене стрічками обмотки. Поверх стрічки обмотки накладені оболонки з поліетилену або алюмінополіетилену. Броня із двох сталевих стрічок (кабель типу ОКЛБ), із одного (тип ОКЛК), або із двох (тип ОКЛКК) повивів сталевих проволок, оболонки із гофрованої сталі (тип ОКЛБг) та зовнішній шланг з поліетилену. В залежності від діаметру ОМ кабелі можуть містити від 4 до 72 одномодових ОВ.

Продукцію компанії Ericsson Cables AB розглянемо на прикладі кабелю GNSLWLV (рис. 2.2 б). Цей кабель має профільований поліетиленовий ЦСЕ з шістьма пазами, в яких розміщені ОМ, або ОМ та корделі. ОМ містять 4.6 , або 8 одномодових ОВ. Внутрішньо модульний та між модульний простір заповнений гідрофобним гелем або желе. Поверх осердя накладена проміжна ПЕ оболонка, далі оболонка з гофрованої сталі та шланг з ПЕ.

Основні технічні характеристики розглянутих кабелів наведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1- Технічні характеристики ОК

Фірма - виробник	Загасання (дБ)	Коефіцієнт хроматичної дисперсії пс/нм км
	=1310нм	=1550нм	=1310нм	=1550нм
Lucent Fitel	0.5	0.4	до 3.2	до 18
Одескабель	0.350.7	0.210.6	3.56	до 20
Ericsson Cables AB	0.4	0.25	3.5	18

Для прокладання в шахтах, бункерах, колодязях використовуються такі ж ОК, що і для прокладання в грунт. Наявність броні обумовлене необхідністю захисту від гризунів, вібрації та можливих механічних пошкоджень, але на відміну від кабелів, що прокладаються в грунт, полімерні матеріали, з яких виконані елементи конструкції, повинні не розповсюджувати горіння і не давати при нагріванні отруйних газів та задимлення.

Оптичні кабелі для прокладання в кабельній каналізації та тунелях

Наявність телефонної каналізації вирішує проблему захисту ОК від зовнішніх механічних впливів. Тому, як правило, в ОК, що прокладається в каналах кабельної каналізації відсутнє бронепокриття. Розглянемо деякі з таких кабелів на прикладі фірми Lucent Technologies (США);

Типовим кабелем для прокладання в кабельній каналізації є ОК виробництва ВАТ “Одескабель” (Україна) (рис. 2.4, а). Кабель має ЦСЕ із склопластикового стриженя, навколо якого скручені елементи ОК, а саме: ОМ, корделі, мідні дроти дистанційного живлення. Осердя скріплене стрічками обмотки. Внутрішньо модульний простір заповнений гідрофобним гелем. Поверх стрічок обмотки накладена оболонка ПЕ або алюмополіетилену .

Конструкцію кабелю для розподільної мережі, які теж прокладаються в кабельній каналізації, розглянемо на прикладі кабелю фірми Lucent Technologies (США) (рис. 2.4, б). Цей кабель має осердя у вигляді стопки плоских стрічок з ОВ, яка розташована у водоблокуючій стрічці. Стопка стрічок з ОВ і обмотка водоблокуючою стрічкою розташовані в захисній трубці, яка покривається ПЕ обмоткою, армованою силовими елементами.

Підвісні оптичні кабелі

Останнім часом при будівництві ВОЛЗ широко використовуються кабелі, що підвищуються в повітрі на опорах. Кабелі найчастіше підвішуються на опорах ліній електропередачі (ЛЕП), опорах контактної мережі електрифікованих залізничних доріг, повітряних ліній зв'язку та інше. Такі кабелі повинні витримувати великі повітряні навантаження, обледеніння та інші навантаження, що можуть привести до надмірних продовольчих та поперечних зусиль і до обриву кабелю. Іноді в якості підвісних ОК використовуються звичайні ОК, що кріпляться до спеціального тросу за допомогою скоб, але поширення підвісних ВОЛЗ привело до появи спеціальних самонесучих підвісних кабелів. Серед самонесучих підвісних ОК найбільше поширення отримали кабелі з додатковим сталевим тросом (ОК типу “вісімки”), кабелі, які вбудовуються в трос грозозахисту (кабелі OPGW - Optical Fiber Composite Ground Wire), або скручуються навколо тросу грозозахисту (кабелі GWWOP - Ground Wire Wrapped Optical Fiber Cable). Конструкції підвісних самонесучих ОК типу “вісімки”, вбудованого в трос грозозахисту (OPGW) та скрученого навколо нього (GWWOP) наведені 2.5 а, б, в - відповідно.

Закінчення рисунку 2.5 - Деякі конструкції підвісних оптичних кабелів

Оптичні кабелі для річкових переходів

Кабелі, що прокладаються через великі річки та глибокі болота, як правило, мають потужну броню і додаткову мідну, алюмінієву або сталево-дротяну оболонку, а також елементи захисту від проникнення вологи всередину кабелю. На рис. 2.6 наведена конструкція кабелю Російського виробництва ЗАТ “ОКС-01”, призначеного для прокладання через судноплавні річки.

Внутрішньооб'єктові оптичні кабелі

Внутрішньооб'єктові кабелі в процесі прокладення як правило, не піддаються великим розтягуючим зусиллям, але, досить часто виникає потреба забезпечити досить малі радіуси величину та високий опір роздавлювання. Таким чином найбільш ефективною конструкцією для внутрішньооб'єктових ОК є жорстка конструкція. Крім того, однією з основних вимог до внутрішньооб'єктових кабелів є пожежна безпека. Тому оболонки таких кабелів виробляють з матеріалів, що не розповсюджують горіння і не створюють при нагріванні отруйних газів і задимлення.

Кабель містить до 12 захисних трубок, в яких вільно розташовано по одному ОВ. Таким чином захисна трубка і ОВ утворюють одноволоконний ОМ. ОМ, скручені разом з армованою пряжею, утворюють осердя ОК, поверх якого накладається зовнішня оболонка з негорючою ПЕ або ПВХ.

Оптичні кабелі для міжблочних перемикань

Оптичні кабелі для міжблочних перемикань мають як правило одне, іноді два ОВ в жорсткій оболонці з матеріалу, що не розповсюджує горіння - Рис.2.8.

Часто такі кабелі закінчуються роз'ємним оптичним з'єднувачем. Якщо оптичні з'єднувачі наявні з обох кінців, кабель має назву “шнур з'єднувальний”, якщо оптичний з'єднувач присутній тільки на однім кінці , кабель має назву “свинячий хвостик” (pigtail).

Підводні (морські) оптичні кабелі

При будівництві морських (трансокеанських) ВОЛЗ використовують спеціальні ОК з додатковим бронепокриттям та захисними оболонками, що забезпечують надійний захист від роздавлюючи та розтягуючи зусиль.

Цей кабель складається з центральної міцної захисної труби, в якій розміщується від 2 до 96 одномодових ОВ. Вільний простір заповнений гідрофобом. Поверх захисної трубки накладені сталеві дроти та зовнішня поліетиленова оболонка (модифікація LW). Поверх ПЕ оболонки можуть бути накладені додаткові сталеві дроти та шар поліетиленової пряжі (модифікація SA), або два повиви сталевих дротів та шар поліпропіленової пряжі (модифікація DA). волоконний оптичний кабель з'єднувач

4. Прокладання оптичного кабелю

При прокладанні ОК зазнає різноманітних механічних навантажень у всіх можливих площинах як статичного, так і динамічного характеру. В той же час відомо, що ОК має механічну міцність меншу ніж звичайний металевий кабель. Крім того механічні навантаження різного роду можуть привести до погіршання оптичних властивостей ОВ в ОК . Тому механічні навантаження, яких зазнає кабель при прокладанні не повинні перевищувати дозволених рівнів, для чого необхідно приймати додаткові запобіжні заходи і використовувати відповідне обладнання для забезпечення успішного прокладання. На стабільність параметрів ОК негативно впливають також мікро і макро вигини та місцеві залишкові механічні напруги, які можуть виникнути в процесі прокладання. Тому при прокладанні ОК необхідно забезпечувати відсутність залишкових механічних навантажень, а мінімально допустимий радіус вигину ОК повинен бути в діапазоні від 10 - кратного діаметру (при відсутності розтягуючих зусиль в місці вигину) до 20 - кратного (при їх наявності). При прокладанні ОК досить часто виникають пошкодження захисних оболонок внаслідок їх тертя. Найчастіше таке пошкодження виникає при протягуванні ОК в каналах кабельної каналізації. Для запобігання пошкодженню захисних оболонок необхідно використовувати спеціальні матеріали, знижувати швидкості протягування, обмежувати протягуючи зусилля. При прокладанні ОК, а також при його зберіганні необхідно попереджати можливість попадання вологи в середину кабелю. При цьому слід мати на увазі, що наявність гідрофобів та водоблокуючих компаундів не є повною перешкодою для розповсюдження вологи по кабелю.

Найбільш поширеними способами і умовами прокладання ОК які диктують технологічні особливості є такі:

1. Прокладання кабелів безтраншейним способом.

2. Прокладання кабелів у відкриту траншею.

3. Прокладання кабелів в каналах кабельної каналізації.

4. Прокладання кабелів в тунелях та колекторах.

5. Прокладання кабелів в захисній трубці.

6. Підвішування кабелів.

7. Прокладання кабелів вздовж залізниць.

8. Прокладання кабелю через водні перешкоди.

Прокладання кабелів без траншейним способом є одним із різновидів прокладання кабелю в грунт. Прокладання здійснюється спеціальним кабелеукладчиком. За допомогою ножа, який навішується на кабелеукладчик, в грунті прорізується вузька щілина, в яку укладається кабель. Кабель укладається розмотуючись з барабана, який кріпиться теж на кабелеукладчику. Ще один ніж загортає траншею в процесі руху кабелеукладчика. Кабелеукладчик виконується звичайно на базі гусеничних тракторів. Безтраншейний спосіб завдяки високій продуктивності та ефективності процесу є найбільш розповсюдженим.

При прокладанні кабелю у відкриту траншею, траншея відривається попередньо за допомогою екскаватора, як правило траншейного. В особливо складних умовах траншея риється вручну. Кабель укладається за допомогою спеціальних механізмів, які розміщуються або в спеціально обладнаному кузові автомобіля, або кабельного транспортера. В залежності від умов, кабель укладається або зразу на дно траншеї, або на її бровку з послідуючим укладенням в траншею вручну.

При затягуванні в канали кабельної каналізації необхідно, щоби сила тяги не перевищувала дозволену величину з метою попередження розриву кабелю або його оболонки. ОК протягують, як правило за допомогою барабанних лебідок. Зниження зусиль може бути досягнуто за рахунок зменшення тертя між кабелем або тросом та трубою кабельної каналізації при допомозі спеціальних мастил на основі мінеральних масел, використанням механізму обертання кабельного барабану та тягового тросу оптимальної конструкції, а також використанням допоміжних та проміжних тягових пристроїв.

Під тунелями і колекторами розуміються замкнуті підземні проходи прямокутної (1900х240 або 2700 або 3000 мм) та круглої форми (діаметр 3600 мм), що виконані з залізобетонних огороджувальних конструкцій. Тунель розглядається як споруда, що призначена головним чином для розміщення кабелів, а колектор дозволяє сумісне розміщення кабелів, водопроводів, тепло та паропроводів, труб каналізації. Для протягування ОК в колекторах та тунелях використовуються практично ті ж технічні засоби, що і при затягуванні кабелів в кабельній каналізації та укладці їх у відкриту траншею, а також додаткові пристрої у вигляді роликів, жолобів та інше. Після затягування кабель вручну укладається на консолі, що розташовані на контейнерах.

Прогресивний спосіб укладання кабелю в захисну трубку запропонувала англійська фірма Integral Network Systems - прокладання ОК в захистну трубку. Захисна трубка прокладається любим із розглянутих раніше способів. В середину трубки закачується спеціальне мастило, яке містить в своєму складі поліетиленові мікро кульки, що полегшують подальше затягування ОК. Затягування кабелю здійснюється задуванням за допомогою компресора і ковпачка, що кріпиться на кінці кабелі, що першим заводиться в трубку. Іноді затягування здійснюється за допомогою троса, який розміщується в трубці ще на стадії її виготовлення.

Ще на початку 70-х років ХХ століття почались роботи по розробці оптичних кабелів, пристосованих для підвищування на опорах, та технології їх прокладання. В наш час ці технології використовуються практично всіма електроенергетичними фірмами, залізничними та телекомунікаційними компаніями як в світі взагалі, так і в Україні зокрема. Тим не менше, дискусії щодо переваг та недоліків технологій підвішування оптичного кабелю на опорах не вщухають і досі. Розглянемо “за” та “проти” технологій підвішування оптичних кабелів на опорах.

Основною перевагою побудови ліній зв'язку із використанням підвішування оптичного кабелю на опори є значне скорочення будівельних та зниження експлуатаційних витрат.

Зниження будівельних витрат підвішувані ОК обумовлено можливістю виключення земляних робіт, особливо в тяжких грунтах IV-V категорій, на заболочених ділянках та ділянках із складним рельєфом, а також в міських умовах. Переваги метод підвішування ОК має при обладнанні переходів через глибокі судноходні річки, міські затоки, судноплавні канали. Переваги підвішування ОК при подоланні водних перешкод полягають у виключенні цілого комплексу підводних робіт, прокладці та заглибленню ОК. Метод підвішування ОК є ефективним в районах з низькою щільністю населення для організації абонентських ліній великої протяжності, по яким можна передавати всі види сучасного телекомунікаційного трафіку: інтернет, телефонія, передача даних та сигналів телерадіомовлення, сигналізація, дистанційний клімат-контроль та інше.

Крім економіко-технічних переваг, підвішування ОК має і суто економічні переваги, які полягають у можливості уникнути фактора росту цін на землю, що призводить до здорожчання реалізації проектів побудови лінійно-кабельних споруд в багатьох аспектах, в тому числі і в аспекті землевідвода.

Експлуатаційні витрати зменшуються за рахунок доступності ОК для вимірювань, ремонту, профілактичних робіт та інше без земляних робіт.

В той же час, не зважаючи на розглянуті переваги, зовнішній підвіс ОК на опори має і суттєві недоліки. Такий кабель зазнає значних впливів кліматичних, природних та техногенних чинників, які скорочують термін служби кабелю.

До таких чинників можна віднести температурні коливання. Для України такі коливання можуть становити від -400С до +400С, при чому скорочують срок служби не тільки сама температура (для більшості кабелів зазначений діапазон температур є робочим), скільки її коливання з досить частим великим часовим градієнтом її зміни. Крім того, підвішений кабель зазнає впливів сонячної радіації, соляного та кислотного туману, забруднення повітря техногенними викидами промислових підприємств та автомобілів, вплив вітрових навантажень та виникаючих при цьому вібрацій та інше. Проводяться дослідження з метою створення ОК, які мають підвищену стійкість до радіоактивного та електромагнітного випромінювання. Зовнішня підвіска ОК на опори робить його вразливим для протиправних дій. Статистика експлуатації підвісних ОК в Російській Федерації, де такі кабелі мають широке застосування, свідчить про досить часті випадки вандалізму по відношенню до підвісного ОК, зокрема його пошкодження пострілами з вогнепальної зброї. Підвішений ОК більш доступний для несанкціонованого доступу до інформації, що передається по такому кабелю.

Також слід врахувати, що у випадку пошкодження, аварії підвішеного ОК виникає загроза збільшення часу на їх усунення. Це пов'язано з тим, що першочергова увага організацій, які здійснюють технічну експлуатацію опор, а ще найчастіше опори високовольтних ліній електропередачі, контактна мережа залізничного та іншого транспорту, першочергова увага приділяється реалізації профільних завдань. Телекомунікаційним кабелям при цьому відводиться, як правило, другорядна роль.

Вимірювання, ремонт, профілактика та інші завдання, що потребують доступу персоналу до ОК, підвішеного на опорах ЛЕП, контактної мережі та подібних опорах, потребують підвищеної уваги та інших спеціальних заходів до техніки безпеки.

Між тим, підвіс ОК на опорах набуває все більшого розповсюдження.

Як правило при підвішуванні оптичного кабелю використовується техніка та технологічні прийоми, які застосовуються для підвищування на опорах ЛЕП дротів та кабелів зв'язку на стовпах повітряних ліній. На думку фахівців найбільш надійним і безпечним є прокладання ОК, вбудованого в трос грозозахисту (кабель типу OPGW на рис. 2.5 б).

Прокладання кабелю вздовж залізниць останнім часом отримує все більше розповсюдження, що обумовлює не цілим рядом позитивних факторів:

- простота доступу;

- швидкість прокладання - для будівництва ВОЛЗ можуть використовуватись колійні кабелеукладчики;

- надійність і контроль - постійний контроль з боку обхідників та суворий режим проведення земляних робіт в зоні відчуження залізниці;

- простота вводу в міста;

- наявність гарантованого електроживлення від потягових підстанцій.

При будівництві ВОЛЗ вздовж залізниць використовують ті ж самі методи прокладання ОК, що були розглянуті раніше.

Прокладання ОК через водні перешкоди глибиною до 3 м використовуються із заглибленням до 1м. Без заглиблення прокладання дозволяється при глибині водоймищ понад 8 м по узгодженню з організаціями, що експлуатують водоймища. Для подолання більшості водних перешкод використовуються сталеві труби - кожухи, в які закладають внутрішні трубки меншого діаметру, декілька з яких використовуються в якості резервних. Кабель в трубки заводять описаним раніше способом.

5. Монтаж оптичних кабелів

Монтаж оптичних кабелів проводиться з метою з'єднання окремих довжин кабелю між собою, а також підключення кабелів до відповідного обладнання. Монтаж ОК дуже трудомістка і відповідальна задача, яка потребує високої кваліфікації персоналу. З'єднання кабелів часто проводиться у польових умовах, що ще більше підвищує складність цієї роботи.

Монтаж ОК включає в себе розділяння елементів ОК з метою вивільнення ОВ від захисних оболонок, підготовки ОВ до з'єднання, з'єднання ОВ та інших елементів ОК, наприклад дротів дистанційного живлення, перевірки якості з'єднання та монтаж місця з'єднання в спеціальну з'єднувальну муфту, яка забезпечує захист місця з'єднання від зовнішніх впливів. Монтаж ОК проводиться за допомогою спеціалізованого обладнання, яке повинно забезпечити надійність з'єднання, рекомендований рівень втрат в місцях з'єднання, економічність.

В якості критеріїв надійності як правило розглядаються гарантований строк служби, стабільність параметрів та механічні характеристики з'єднань. Майже усі виробники обладнання для монтажу ОК гарантують стабільність параметрів і строк служби з'єднань на протязі 20-30 років, що відповідає строку служби ОК. Механічні характеристики залежать від способу з'єднання і визначаються головним чином механічними властивостями ОВ або конструкцією механічних з'єднувачів при їх використанні. Наприклад при з'єднання ОВ за допомогою зварювання максимальне зусилля на розрив 20-50 Н, а при застосуванні механічних з'єднувачів - в діапазоні від 10 до 35 Н.

З'єднання ОВ призводить до виникання втрат енергії оптичного сигналу. Ці втрати можуть бути досить великими і навіть перевищувати рівень кілометричних втрат ОВ. Причини, що викликають втрати в місцях з'єднання ОВ показані на рис. 2.10. Втрат, які показані на рис. 2.10 в непарних прямокутниках можна уникнути ще на стадії проектування, вибравши відповідним чином кабелі, що з'єднуються. Втрати, які на рис. 2.10 в парних прямокутниках можна зменшити і навіть уникнути, за винятком френелівських втрат, виконавши належним чином з'єднання або вибравши механічний з'єднувач відповідної конструкції.

Френелівське відбиття (втрати), залежність якого наведена на рис. 2.11 г виникає на межі розподілу двох середовищ через наявність тонкого прошарку повітря між з'єднуємими ОВ, через неякісну поліровку торців ОВ та забруднення, наявність мікро тріщин та інше. Для зменшення френелівських втрат в механічних з'єднувачах застосовують імерсійну рідину - рідину, показник заломлення якої точно рівний, або близький до показника заломлення серцевини ОВ. Мінімальний рівень френелівських втрат при ідеальних умовах становить 0,35 дБ.

З'єднування оптичних волокон в кабелі

З'єднання ОВ в кабелі можуть бути роз'ємними і нероз'ємними. Роз'ємні з'єднання виконуються механічними з'єднувачами, нероз'ємні - можуть виконуватися за допомогою склеювання, зварювання, а також механічними з'єднувачами. Для забезпечення якісного з'єднання, необхідно, щоб відхил поверхні торця від перпендикуляра до осі волокна не перевищував1%, а поверхня торця була "дзеркальною" [14]. Це досягається застосуванням спеціального сколюючого інструменту, а також поліруванням торців при механічних з'єднаннях, або оплавленням при зварюванні.

Механічні з'єднувачі

Останнім часом механічні з'єднувачі набувають все більш широкого застосування. Це визначається цілим рядом переваг таких з'єднувачів з точки зору економічності та надійності.. Так за даними різних фірм, що випускають обладнання для ВОЛЗ, вартість одного механічного з'єднувача становить 20-40 USD, в той час, як вартість пристроїв для отримання зварних з'єднань ОВ становить 20-30 тисяч USD. Крім того, отримання з'єднань за допомогою механічних з'єднувачів займає не більше 3 хвилин і може виконуватись робітниками порівняно низької кваліфікації. Виконання ж зварних з'єднань потребує більшого часу і більш високої кваліфікації робітників. В той же час механічне з'єднання займає більше місця і потребує з'єднувальних муфт більших розмірів. Основними вимогами до механічних з'єднувачів є мінімізація втрат, забезпечення високої ремонтопридатності, спрощення монтажу. Для з'єднання ОВ на магістральних ВОЛЗ, де необхідна мінімізація втрат, використовуються з'єднувачі з загасанням не більше 0,3 дБ. Для відносно коротких ліній міжстанційного зв'язку, абонентських та локальних мереж можуть використовуватись більш прості і дешеві з'єднувачі з більшими втратами.

Існує досить велика кількість конструкцій механічних з'єднувачів різних фірм.

З'єднувач складається з 3-х частин: пластмасо - алюмінієвої основи 1, металевого елемента 2 та пластмасової кришки 4. Оптичне волокно 3 уводять в з'єднувач через отвір 5 і кріплять натисканням на пластмасову кришку 4. Для оптичного узгодження ОВ, що з'єднуються, застосовується спеціальний імерсійний гель. Такий з'єднувач має загасання не більше ніж 0,2 дБ, дозволене зусилля на розтяжіння до 0,34 кг, діапазон робочих температур від мінус 400 С до плюс 800 С, час, що потрібен на виконання одного з'єднання не перевищує 3-х хвилин.

Роз'ємні механічні з'єднувачі використовуються там, де необхідні багаторазові з'єднання-роз'єднання ОВ, наприклад при підключенні ОВ до джерел і приймачів випромінювання, а також при необхідності багаторазових з'єднань ОВ між собою. Найбільш широке застосування отримали роз'єми штекерного типу. Основними елементами таких роз'ємів є два штекера-кінцевика, в яких закріплюється ОВ, та роз'ємна муфта, що з'єднує штекери. Неточності при виготовлені кожного з цих елементів викликають появу втрат в роз'ємі. Головними факторами, які викликають такі втрати є поперечне зміщення осей, кут між ними та френелівське відбиття. Для зменшення втрат торці ОВ шліфують та належним чином формують для забезпечення фізичного контакту. Приклади формування ОВ для забезпечення фізичного контакту наведені на Рис. 2.13: а - заокруглення, б - п'єдестал, в - виступаюче ОВ.

Таблиця 2.2 - Характеристики з'єднувачів

Тип (фірма розробник)	Характеристика	Типові втрати, дБ
		Одномодові ОВ	Багатомодові
SMA (Amphenol Corp.)	Роз'єм зроблено з металу. Різьбове кріплення		1.0
Biconic (Lucent Technologies)	Роз'єм зроблено з пластику. Різьбове кріплення. Конусний штекер	0.6	0.7
ST (Lucen Technologies)	Роз'єм зроблено з металу. Байонетний замок. Керамічний штекер	0.25	0.25
D4 (NEC)	Роз'єм зроблено з металу. Різьбове кріплення	0.3	0.3
FC (NTT)	Роз'єм зроблено з металу. Різьбове кріплення з ключем. Металевий або керамічний штекер	0.3	0.3
SC (NTT)	Роз'єм зроблено з пластику. Штекер з цирконію		0.2

Клейові з'єднання ОВ

Клейові з'єднання ОВ відносяться до нероз'ємних. До переваг цього способу слід віднести малий час на виконання з'єднання, відсутність термодеформації ОВ, простота обладнання, порівняно невеликі вимоги до кваліфікації робітників. Однак обмежений час служби, часова та температурна нестабільність втрат в клейових з'єднаннях стримує широке застосування клейових з'єднань ОВ.

Для отримання клейових з'єднань забезпечують суміщення та фіксацію ОВ: в капілярі або в прямокутній трубці за допомогою V- образної канавки, в муфтах за допомогою напрямних струменів.

Узагальнена методика виконання клейових з'єднань виглядає таким чином:

1. Підготовка виконання до з'єднання

2. Введення волокна в капіляр

3. Наповнення емісійною рідиною, гелем або клеєм

4. Юстирування волокон

5. Нанесення адгазивної речовини

6. Цементація адгезиву ультрафіолетовим випромінюванням

Зварні з'єднання ОВ

На наш час зварні з'єднання ОВ залишаються найбільш поширеним методом отримання нероз'ємних з'єднань ОВ. Зварювання передбачає розплавлення кінців ОВ в результаті дії теплової енергії електричного розряду, газового полум'я, лазерного випромінювання. Кожен з цих методів зварювання має свої переваги і недоліки. Перевага зварювання за допомогою лазера є можливість отримання чистих з'єднань без наявності домішок сторонніх речовин і як наслідок - отримання малих втрат, менше 0,1 дБ. Як правило в якості джерела лазерного випромінювання використовуються газові лазери великої потужності (до 5 Вт) на СО2. Таке устаткування виробляється фірмами Cabloptic (Швейцарія) Hewlett-Packard (США).

Зварювання полум'ям газової горілки не забезпечує чистоти з'єднання, але дає можливість отримання з'єднання підвищеної міцності. За допомогою газового полум'я як правило зварюють багатомодові ОВ. Устаткування для такого зварювання випускають фірми Cabloptic, АТ&Т (США) та інші.

Найбільшого застосування отримав спосіб зварювання ОВ у колі електричного розряду. Зварювання ОВ в колі електричного розряду виконується в такій послідовності:

1. Підготовка торцевих поверхонь ОВ

2. Юстирування ОВ, тобто суміщення серцевин ОВ і встановлення необхідної відстані між ОВ.

3. Попереднє оплавлення торців світловодів з метою ліквідації мікро нерівностей.

4. Безпосереднє зварювання ОВ.

Для реалізації зварних з'єднань ОВ розроблено ряд зварювалних апаратів. Їх можна класифікувати таким чином:

1. По способу юстирування ОВ, яке може виконуватися по геометричним розмірам серцевин, або по втратам світла в місці зварювання.

2. По способу проведення операції зварювання - ручні та автоматичні.

3. По типу контрольного пристрою - мікроскоп, монітор на рідких кристалах, інше.

4. Кількості волокон що зварюються - одно волоконні, багато волоконні.

Після здійснення зварювання якість з'єднання перевіряється як візуально і за допомогою рефлектометра, який виміряє рівень втрат і місці з'єднання. Якщо рівень втрат перевищує допустимий рівень проводиться повторне з'єднання і всі операції виконуються наново.

Після отримання якісного зварного з'єднання місце зварки захищається шляхом термічної усадки комплекту деталей для захисту місця зварки. Як приклад можна навести комплект SMOUV компанії Raychem.

В Україні виготовляється комплект деталей для захисту місця зварки волокон (КД33), що має конструкцію, аналогічну конструкції SMOUV.

6. Муфти для монтажу оптичних кабелів зв'язку

Місця зрощування ОК захищаються від механічних та кліматичних впливів за допомогою з'єднувальних муфт. Муфти різняться між собою за кількістю ОВ, які можуть бути в з'єднуємих кабелях, а також за конструкцією. За конструкцією муфти поділяються на прохідні та тупикові. В прохідних муфтах кабелі, що з'єднуються входять в муфту з різних кінців муфти. В тупикових муфтах кабелі, що з'єднуються входять в муфту з одного кінця.

В залежності від особливостей конструкції муфти можуть призначатися для укладки в грунт, на дно рік та океанів, для підвіски на опори ЛЕП і т.д.

Муфти як правило мають два корпуси, які утворюють два простори - внутрішній і зовнішній. Внутрішній простір призначений для розміщення (як правило на спеціальних касетах або платах) зварених ОВ і з'єднаних силових елементів. Зовнішній простір заповнюється гідрофобним гелем. Обидва простори, а з ними і з'єднані елементи кабелю, ізолюються від зовнішніх впливів за допомогою наплавлення поліетиленової стрічки на склострічку, або термоусаджувальних елементів - трубок, рукавів. Деякі муфти (див. рис. 2.16 б) дозволяють робити одне чи декілька відгалужень кабелю. З'єднані ОВ обов'язково повинні мати запас у вигляді петель, які кріпляться до плат або касет у внутрішньому просторі муфти.

На кожну муфту складається паспорт у двох примірниках. Один з них укладається безпосередньо у муфти, другий зберігається разом з документацією на ВОЛЗ.

Размещено на Allbest.ru