Общие характеристики оптических кабелей
Кабели состоят из оптических волокон, сердечника модульной конструкции или на основе центральной трубки,
армирующих и защитных покровов и наружной оболочки.
Кабели наружной прокладки содержат внутримодульный гидрофобный заполнитель, а также гидрофобный
заполнитель или водоблокирующие элементы (нити, ленты и т. п.), обеспечивающие заполнение пустот в
защитном покрове и межмодульном пространстве.
Кабели, предназначенные для прокладки внутри зданий, по коллекторам и тоннелям, имеют наружную оболочку
из материала, не распространяющего горение. Все внутриобъектовые кабели изготавливаются с оболочкой,
не распространяющей горение, и отличаются от кабелей наружной прокладки отсутствием гидрофобных
заполнителей, меньшим диапазоном рабочих температур и ограниченной стойкостью по отношению
к внешним воздействиям.
Температурный диапазон эксплуатации:
| – оптического кабеля, предназначенного для подземной прокладки | — от минус 40 до + 50°С; |
| – оптического кабеля, предназначенного для прокладки на мостах и эстакадах | — от минус 50 до + 50°С; |
| – оптического кабеля, предназначенного для воздушной прокладки | — от минус 60 до + 70°С; |
| – для внутриобъектовых кабелей | — от минус 10 до + 50°С. |
| – кабелей подземной прокладки | — от минус 50 до + 50°С; |
| – кабелей воздушной прокладки | — от минус 50 до + 50°С; |
| – внутриобъектовых кабелей | — от минус 10 до + 50°С. |
Кабели обеспечивают возможность прокладки и монтажа при температуре до минус 10°С.
Электрические характеристики:
Электрическое сопротивление изоляции цепи «металлические элементы конструкции – земля (вода)»
составляет не менее 2000 МОм × км.
Изоляция цепи «металлические элементы конструкции – земля (вода)» выдерживает напряжение 20 кВ
постоянного тока или 10 кВ переменного тока частотой 50 Гц в течение 5 секунд.
Оптический кабель выдерживает импульсный ток растекания величиной 105 кА (60 мкс).
Наружная оболочка кабелей, предназначенных для наружной прокладки,
устойчива к солнечному излучению.
Минимальный радиус изгиба — 20 наружных диаметров кабеля.
Гарантийный срок оптических кабелей — 2 года со дня ввода в эксплуатацию,
но не более 3 лет со дня отгрузки потребителю.
Срок службы оптических кабелей, включая срок хранения, при соблюдении указаний по монтажу
и эксплуатации и при отсутствии воздействий, превышающих указанные в технических условиях
не менее 25 лет.
Каков срок службы оптического кабеля?
Срок службы кабелей, включая срок сохраняемости, при соблюдении указаний по эксплуатации и при отсутствии воздействий, превышающих допустимые, составляет не менее 25 лет.
У вас тоже есть вопрос?
Задайте его нашим экспертам!
Обзор скалывателей оптического волокна
Для создания сварного соединения необходимо провести ряд подготовительных работ. Первый шаг — подготовка оптического волокна к сколу: снятие защитного акрилового.
Монтаж СКС: стандарты, необходимый инструмент и этапы работ
27 сентября 2022
Оконцовка волоконно-оптического кабеля: соединения ОВ, типы оптических коннекторов
Волоконная оптика в компьютерных сетях
Задумывались ли Вы о причинах невысокой производительности и надежности компьютерной сети, особенно если в ней присутствуют протяженные коаксиальные сегменты? Очевидно, да. И выход из этой ситуации Вам тоже известен — заменить коаксиальные фрагменты на оптоволокно. Основным препятствием Вы считаете чрезмерно высокую стоимость волоконно-оптических линий и большие трудности при монтаже и обслуживании. Однако развитие специальных технологий обработки волокна и жесткая конкуренция между фирмами-производителями привели к устранению этих препятствий.
Стремительный прогресс в компьютерных технологиях немыслим без развития сетей передачи информации. От современных сетей требуются все большие скорости передачи данных на значительные расстояния. Традиционные методы, основанные только на коаксиальном кабеле и витой паре, приемлемы лишь в некоторых случаях.
Волоконная оптика позволяет осуществлять обмен информацией на существенно более высоких скоростях, по сравнению с медными кабелями, и имеет перед ними неоспоримые преимущества:
- малое затухание оптического сигнала в волокне приводит к возможности передачи данных на большие расстояния (> 100 км.) при относительно небольшом динамическом диапазоне оптических приемопередатчиков (20. 30 дБ);
- очень большая полоса пропускания позволяет передавать по волокну гигантские потоки информации (до 10 000 Гбит в секунду), что сможет в обозримом будущем обеспечить потребности компьютерных технологий (ни одна другая (из известных сегодня) среда передачи не может конкурировать с оптическим диэлектрическим волноводом);
- крайне малый уровень рассеивания светового пучка в оптическом волокне обеспечивает очень высокую защищенность от несанкционированного доступа к передаваемой информации. Этому способствуют также буферные оболочки на волокнах, которые, помимо механической прочности, дают полную оптическую изоляцию от внешней среды. В многоволоконных кабелях не возникает проблемы перекрестного влияния, которое присуще многопарным медным кабелям;
- диэлектрическая структура волокна приводит к следующим полезным свойствам: полная гальваническая развязка приемников и передатчиков (разность потенциалов между корпусами электронного оборудования не влияет на работоспособность сети); невосприимчивость к внешним электромагнитным полям, что позволяет прокладывать оптические кабели в непосредственной близости от мощных источников помех, подвешивать на высоковольтных линиях электропередач и т.д.; высокая взрыво- и пожаробезопасность (вследствие отсутствия искрообразования) позволяет резко повысить безопасность сетей передачи информации на нефтеперерабатывающих, химических и других предприятиях повышенного риска.
Минимальный срок службы волоконно-оптического кабеля составляет в среднем 25 лет. Деградация волокна связана с диффузионным проникновением в стекло различных примесей, приводящих к увеличению затухания в волокне и ухудшению его механической прочности.
Недостатки волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) связаны в основном с дороговизной прецизионного монтажного оборудования, относительно высокой стоимостью интерфейсного оборудования и работ по монтажу и тестированию сетей связи. Однако в связи с расширением рынка оптоволоконных технологий отчетливо видна тенденция к снижению стоимости инсталляции ВОЛС. Этот факт хорошо иллюстрирует пример, следующий далее. Два-три года назад полная стоимость волоконно-оптических проектов (включая стоимость 4-х волоконного кабеля и полный комплекс работ) в Республике Беларусь составляла около 4-5 тысяч долларов за один километр. Сегодня аналогичные проекты обходятся заказчикам в сумму от 1000 до 2500 долларов в зависимости от типа применяемого кабеля и условий его прокладки.
Преимущества ВОЛС настолько велики, что несмотря на некоторые недостатки оптического волокна, дальнейшие перспективы применения волоконно-оптических технологий в информационных сетях очень велики.
Волоконную оптику рекомендуется применять в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных; химическом, металлургическом и др. производствах, где очень важна помехозащищенность и невосприимчивость к воздействию окружающей среды; глобальных телефонных и других системах связи, требующих передачи на сотни и тысячи километров высокоскоростных информационных потоков.
Широко применяются ВОЛС в системах кабельного телевидения, когда необходимо охватить большие жилые районы и обеспечить передачу большого количества телевизионных каналов, в том числе каналов телевидения высокой четкости, с возможностью в перспективе предоставить услуги мультимедийных служб, интерактивного телевидения и др.
Особо хочется выделить глобальную сеть Internet. Обеспечить растущую потребность в недорогих широкополосных линиях связи можно только применяя оптический кабель.
1. Оптическое волокно
Оптическое волокно представляет собой среду, передающую оптический сигнал подобно тому, как волновод СВЧ диапазона передает электромагнитную волну внутри себя. Основные физические процессы (полное отражение от границы сред, наличие критической длины волны, при переходе через которую происходит смена одномодового режима распространения волны на многомодовый, отражение от любых неоднородностей, возможность фазированного сложения или разделения волн и т.д.) одинаковы для этих передающих сред.
Оптическое волокно имеет два концентрических слоя — сердцевину (ядро) и оптическую оболочку. По сердцевине переносится оптическая энергия. Оптическая оболочка обеспечивает полное внутреннее отражение света в ядро за счет меньшего показателя преломления. Различие в показателях преломления сердцевины и оболочки невелико: от 1 до 4 процентов в зависимости от типа оптического волокна. Производители строго поддерживают эту разность для получения нужных характеристик волокна.
Передача света вдоль волокна зависит от геометрических размеров сердцевины и оболочки, профиля показателя преломления в сердцевине, материала волокна, способа инжекции света в ядро волокна.
Волокно имеет малые геометрические размеры. Наиболее распространенные оптические волокна имеют диаметр оптической оболочки 125мкм (микрометров). Диаметр ядра варьируется в зависимости от типа волокна: 8..10мкм — для одномодового, 50 или 62.5мкм — для многомодового.
Широко используемые в настоящее время волокна изготовлены из сверхчистого диоксида кремния (плавленый кварц). Для получения требуемого показателя преломления в кварц добавляют примеси. Производят волокно методом вытягивания из расплава через прецизионные отверстия на специальных установках, причем ядро и оптическую оболочку получают в одном технологическом цикле.
В сетях передачи данных чаще используются следующие типы волокон:
| Тип волокна | Диаметр ядра, мкм | Диаметр оболочки, мкм | Основное назначение |
| Многомодовое градиентное волокно | 50 | 125 | ЛВС (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM) |
| Многомодовое градиентное волокно | 62.5 | 125 | ЛВС (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM) |
| Одномодовое ступенчатое волокно | 8. 10 | 125 | Протяженные сети (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM) |
| Одномодовое волокно со смещенной дисперсией | 8. 10 | 125 | Сверхпротяженные сети, супермагистрали |
| Одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией | 8. 10 | 125 | Сверхпротяженные сети, супермагистрали |
У многомодового градиентного и у одномодового волокна со смещенной дисперсией показатель преломления ядра зависит от радиуса. Такой профиль делается для улучшения технических параметров волокна, основным из которых является дисперсия.
Дисперсия — это расширение светового импульса по мере его движения по оптическому волокну. Дисперсия ограничивает ширину полосы пропускания и, как следствие, информационную емкость волокна. Измеряется в пикосекундах на километр (пс/км). Чем ниже скорость передачи сигналов или чем короче расстояние между передатчиком и приемником, тем большая дисперсия допустима. Для многомодового кабеля производители указывают не значение дисперсии, а величину полосы пропускания. Полоса пропускания в 500 МГц*км означает возможность передачи сигнала в полосе частот 500 МГц на расстояние в 1 км. Это также означает, что произведение максимальной частоты сигнала в мегагерцах на длину линии связи в километрах не может превышать 500.
Следует также иметь в виду, что полоса пропускания имеет разные значения для различных длин волн передаваемого сигнала в одном и том же волокне. Как правило, значение полосы пропускания для оптического кабеля указывается производителем на длине волны 1300 нм (нанометров). Это же замечание справедливо и для значения затухания сигнала в волокне. В то же время в небольших локальных сетях используются относительно недорогие приемо-передающие устройства с длиной волны 850 нм. На этой длине волны многомодовое волокно имеет основные параметры значительно хуже, чем на длине волны 1300 нм (в 3-4 раза). При проектировании ВОЛС надо внимательно подходить к выбору приемопередающего оборудования и применяемого волокна.
Затуханием называется потеря оптической мощности при движении света по волокну. Измеряется в децибелах на километр (дБ/км). На затухание влияют потери при поглощении, потери при рассеивании, кабельные потери. Первые два вида потерь называют собственными. Они зависят от чистоты изготавливаемого волокна и наличия неоднородностей микроскопического масштаба в волокне. Кабельные потери обусловлены деформациями, скруткой и изгибами волокон, возникающих в процессе производства кабеля, а также в процессе инсталляции ВОЛС. Соблюдение требований стандартов при прокладке кабеля, монтаже оптических муфт и боксов гарантирует вклад в общее затухание со стороны кабельных потерь не более 15-20 процентов.
| Значения затухания оптического волокна | |||
| Многомодовое 50/125 | Многомодовое 62.5/125 | Одномодовое 8/125 | |
| Затухание на длине волны 850нм, дБ/км | <2.4 | <2.8 | — |
| Затухание на длине волны 1300нм, дБ/км | <1 | <0.8 | <0.5 |
| Затухание на длине волны 1550нм, дБ/км | — | — | <0.25 |
(Продолжение следует)
Материал подготовил СОКОЛОВСКИЙ Д.Т.,
ведущий специалист фирмы «Сетевые Системы»
По вопросам построения сетей с применением волоконно-оптических технологий обращайтесь по тел. 236-56-98
Исследование вопросов старения оптического волокна
Волоконно-оптические кабели применяются в России вот уже более двух десятков лет и соответственно некоторые думающие люди начинают задаваться вопросами: «Теоретически срок службы волоконно-оптических кабелей составляет 25 лет, а как эта цифра согласуется с практикой? Придется ли в скором будущем менять кабели, проложенные в 90-х годах? Сталкивался ли кто-нибудь с выходом оптики из строя из-за старости?»
Действительно, цифра в 25 лет фигурирует в технических условиях компаний-изготовителей оптического кабеля. Несмотря на то, что кабельная промышленность постоянно развивается, разрабатываются новые материалы для кабелей, значение в 25 лет остается пока неизменным. Как в новых технических условиях, так и в старых, (например ТУ К04.037-98 ООО «Сарансккабель-Оптика» от 1998 г.) фигурирует цифра 25.
Важно еще отметить, что срок службы устанавливают в ТУ на кабели конкретных марок. В зависимости от конструкции кабеля и области его применения значения срока службы может варьироваться от 2 до 45 лет (что утверждено в ГОСТ Р 52266-2004). Например, для оптических кабелей связи производства ЗАО «ОКС 01» (г. Санкт-Петербург) указывается срок службы 40 лет. Не стоит путать указываемый производителями минимальный срок службы 25 лет с гарантийным сроком. Последний, как правило, составляет 2 года со дня ввода в эксплуатацию и его исчисляют с даты ввода кабеля в эксплуатацию, но не позднее 6 месяцев с даты реализации кабеля заводом-изготовителем.
На сайте Интегра-Кабель можно найти следующую фразу, встречающуюся также и в ТУ: «Срок службы оптических кабелей, включая срок хранения, при соблюдении указаний по монтажу и эксплуатации и при отсутствии воздействий, превышающих указанные в технических условиях, не менее 25 лет». В данной фразе стоит обратить внимание на следующие два момента. Во-первых, заявленный срок службы кабеля будет порядка 25 лет только при соблюдении всех технических режимов изготовления ОВ, при соблюдении технологии прокладки и монтажа кабеля, а также при обеспечении должной защиты волокон от атмосферно-климатических и механических воздействий в процессе эксплуатации. Напомним, что на оптический кабель могут влиять циклическая смена температуры, плесневые грибы, роса, дождь, иней, соляной туман, солнечное излучение и др. факторы.
Во-вторых, в срок службы 25 лет входит срок хранения кабеля на барабане. Согласно тем же техническим условиям, минимальный срок сохраняемости кабелей при хранении в отапливаемых помещениях – 25 лет; в полевых условиях под навесом – 10 лет.
Для тех, кто с оптикой особо не знаком, поясним вкратце первый момент: как механические нагрузки, воздействующие на кабель, а значит потенциально и на волокно, влияют на срок службы последнего. Стекло принято считать очень хрупким материалом, не способным выдерживать различные механические воздействия: растяжение, изгиб и т.д. Если мы возьмем стеклянный цилиндр, например лампы дневного освещения, очевидно, гнуться он не будет. Однако в силу своих микроскопических размеров, стеклянные волокна довольно хорошо изгибаются. Также волокна достаточно прочны на растяжение. Предел прочности волокна на разрыв превосходит ту же величину для стальной нити идентичного размера. Более того, медный проводник должен иметь вдвое больший диаметр, чтобы обеспечить тот же предел прочности, что и волокно.
Основная причина, обуславливающая хрупкость волокна – наличие микротрещин на поверхности и дефектов внутри волокна. При этом поверхностные трещины более существенны (Рис. 2). Они могут возрастать под воздействием нагрузки, приложенной к волокну (волокно подвергается нагрузкам во время производства кабеля, его прокладки, монтажа и дальнейшей эксплуатации).
Теоретическая прочность волокна на растяжение составляет 20 ГПа (или 20 кН/мм2). В реальности из-за различных дефектов, прочность намного ниже – около 5 ГПа (или 5 кН/мм2). Чтобы проверить, насколько данное значение соответствует действительности, был проведен эксперимент, целью которого являлось определение значений предельно допустимой нагрузки на разрыв современных волокон G.652 и G.657. Сразу стоит отметить, что эксперимент проводился на «бытовом уровне», без применения высокоточного выверенного измерительного оборудования. Поэтому о высокой точности полученных результатов мы не говорим. В качестве движущей силы выступал энтузиазм, измерительная установка собиралась «на коленке». Конечно, подобные испытания проводятся при изготовлении волокон, однако эти сведения нам недоступны. Эксперимент заключался в следующем. Были взяты 20 отрезков волокна серии G.652 SMF28+ Conring inc. (рис. 3) и 10 отрезков волокна серии G.657. Для каждого образца измерены значения предельно допустимой нагрузки на разрыв.
Рис. 3 Волокна серии G.652 SMF28+ Conring inc.
После серии испытаний и расчетов погрешностей получилось, что среднее значение предельно допустимого растягивающего усилия оптического волокна G.652 Сorning составляет 57,202 ± 1,170 Н, среднее значение предельно допустимого растягивающего усилия волокна G.657 – 62,8 ± 0,2 Н. По данным результатам можно сделать вывод о том, что волокна G.657 несколько прочнее на разрыв оптических волокон G.652. Данный результат объясняется наличием в конструкции ОВ G.657 плотного буферного покрытия. Если данный эксперимент вызвал у вас интерес, в будущем могу представить его со всеми подробностями.
С влиянием механических нагрузок на прочность волокна вроде все предельно понятно, но почему в срок службы кабеля входит срок хранения. Неужели волокно портится со временем, даже если не эксплуатируется?
Дело в том, что помимо механических воздействий, на срок службы волокна также влияют температурные изменения, химические воздействия, перепады влажности и многие другие факторы. Все они также приводят к появлению дефектов.
Таким образом, для ответа на вопрос, сколько прослужит оптический кабель, необходимо изучить степень влияния на волокно множества факторов. Поэтому далее будем рассматривать данный вопрос поэтапно с разных сторон. Начнем с вопроса, как старость волокна влияет на его предельную прочность на разрыв.
Исследование предельной прочности на разрыв старого волокна
Данное исследование проводили не так давно в компании Corning. Требуемая прочность волокна гарантирует возможность его эксплуатации.
Для проведения такого рода исследования необходимо искусственно состарить волокна. Старение волокон в лаборатории – это процесс, посредством которого волокно содержится в условиях повышенной температуры и влажности, с целью ускорения процесса старения и образования на его поверхности микроскопических дефектов.
В данном эксперименте целью испытания волокон на прочность является получение предельных значений на разрыв. Распределение значений прочности на разрыв волокна зависит от длины образца, скорости растяжения и условий окружающей среды. Результаты представляют в виде статистического распределения. Испытание волокон производится после выдержки образцов в специальной камере искусственного климата при заданной температуре и влажности.
Описание проведения эксперимента
Приведем описание климатических условий, которые создавались в лабораторной камере для преднамеренного старения волокна. Процесс ускорения старения проходил в два этапа: в климатической камере и в естественных условиях.
Лабораторные испытания содержали следующие этапы:
1) в течение 15 дней кабель содержался в условиях циклического изменения температуры, пиковое значение достигало 70°C;
2) на 7 дней кабель погружался в воду, температура воды 80°C;
3) 5 недель хранения кабеля в условиях повышенной температуры и влажности (при относительной влажности 94% и температуре 80°C).
Старение в условиях естественной окружающей среды: кабель был намотан на деревянной катушке и хранился без какой-либо защиты на открытом пространстве более 2 лет.
Такое комбинированное воздействие методов ускорения процесса старения волокон в лаборатории и под действием окружающей среды можно считать достаточно серьезным. Это подтверждает тот факт, что в результате данных манипуляций полностью разрушился барабан и перед тестированием необходимо было перемотать кабель на другую катушку.
Рис.4 Конструкция тестируемого кабеля
Для тестирования были выбраны волокна из тех участков кабеля, которые были наиболее удалены от оси кабельного барабана, т.е. которые непосредственно контактировали с внешней агрессивной средой.
От тестируемого кабеля были отрезаны куски длиной приблизительно два метра, из которых были аккуратно извлечены волокна. С волокон был тщательно удален гидрофоб тканью Kimwipe пропитанной D-гелем. После очистки все волокна были подвешены вертикально. Данные работы производились при относительной влажности воздуха 45% и температуре 23°C.
Тестирование на прочность было выполнено с помощью стандартной измерительной установки. Число экземпляров – 15. Расчетная длина волокон – 0.5 метра, скорость растяжения – 70% от длины волокна в минуту. Климатические условия – относительная влажность 45%, температура 23°C.
Результаты тестирования волокон на прочность приведены в Таблице 2.
Таблица 2 – Результаты тестирования волокон на прочность
Как видно из таблицы, для разных образцов значения растягивающей нагрузки на разрыв имеют небольшой разброс. Среднее значение для стандартных волокон составляет 545 кгс/мм2 (5.35 ГПа), что соответствует требованиям. Таким образом, можно сделать вывод, что старение кабеля не сильно ухудшило прочности волокон. Данная величина находится в допустимых пределах и волокна пригодны для дальнейшей эксплуатации.
Заключение
Созданные условия по старению волоконно-оптического кабеля сильно не ухудшили свойства волокна по прочности на разрыв. Полученные значения считаются допустимыми. Данные результаты говорят о том, что кабельные компоненты хорошо выполняют свои защитные функции ОВ от ускоренного старения.
Некоторые монтажники утверждают, что в работе им попадались оптические кабели 93-94 годов изготовления и прокладки, которым особо ничего не сделалось, и они продолжают работать. Другим попадались старые кабели, модули которых буквально рассыпались в руке. Конечно, многое зависит от производителя кабеля, от применяемых им материалов для кабеля, их качества, от соблюдения технологий монтажа и др. В общем, вопрос старения ВОЛС является довольно многопрофильным. Вряд ли кто-нибудь сможет сказать определенно, насколько с каждым годом увеличивается затухание в волокне. В данной статье затронута только небольшая часть этой проблемы. В будущем планируется рассмотреть влияние климатических факторов на другие параметры волокна и срок его службы. Если у вас есть какой-либо опыт в данном вопросе или интересные примеры, можете поделиться ими здесь с коллегами.