Название: Направление системы электросвязи Часть 1 - учебное пособие (Анатолий Денисов, Константин Алексеев)

Жанр: Технические

Просмотров: 3895


2.3.  основные конструктивные элементы ок

 

В оптических кабелях, представляющих собой сложную оптико-физическую систему, в качестве направляющей среды передачи применяется кварцевое оптическое волокно (ОВ). Специфичность оптического волокна заключается не только в особенностях распространения по нему информационных сигналов, но и в конструкции самого ОВ, критичности ОВ к механическим нагрузкам (условия растяжения и сдавливания, изгибы, кручение и удары), чувствительности ОВ к таким факторам, как перепады температур, химическое воздействие, влияние влаги и водорода. Параметры эластичности и механизмы отказа у ОВ другие, чем у медных жил электрических кабелей. Основные воздействующие факторы, которым должны противостоять оптические кабели различного назначения и для различных условий прокладки, приведены в табл. 1. По существу воздействующие факторы и определяют особенности конструкций ОК различного назначения и использование в них конструктивных элементов, обеспечивающих прокладку и эксплуатацию ОК в заданных интервалах воздействия внешних факторов.

Основные конструктивные элементы ОК:

· оптическое волокно;

· оптические модули;

· оптические сердечники;

· силовые элементы;

· гидрофобные материалы;

· броня;

· оболочка.

Таблица  1

Основные факторы, воздействующие на оптический кабель

Условия применения

Механический фактор

Климатические

факторы

Электромагнитные факторы

Подземные

Растягивающие и раздавливающие нагрузки:

  средние – в легких

  грунтах,

Циклическая смена температур в диапазоне рабочих температур

Импульсный ток молнии

Окончание табл.  1

 

Условия применения

Механический фактор

Климатические

факторы

Электромагнитные факторы

 

в тоннелях, коллекторах

значительные – в

остальных грунтах

очень значительные –

в вечномерзлых грунтах

меньше средних – в

кабельной канализации

Изгибы, кручения, удары, вибрация

   Воздействие грызунов

Повышенная относительная влажность

Пониженное атмосферное давление

Плесневые грибы

Влага и вода

Химическое воздействие

Индуктированное напряжение от источников высокого напряжения

Подвесные

Растягивающие и раздавливающие нагрузки:

средние – при подвеске

на опорах ВЛС, эл. ж. д.

и низковольтных ЛЭП

значительные – при

подвеске на опорах

высоковольтных ЛЭП

Вибрация

Пляска проводов

Ветер

Циклическая смена температур в более значительном диапазоне рабочих температур

Атмосферные осадки (снег, дождь, иней).

Воздействие прямого солнечного излучения

Соляной туман

Химическое воздействие

Импульсный ток молнии

Термическое воздействие тока молнии

Подводные

Растягивающие и раздавливающие нагрузки: очень значительные

Высокое избыточное гидростатическое давление

Прямое длительное воздействие воды

Циклическая смена температур в диапазоне рабочих температур (меньше, чем для подземных)

 

 

Распредели-

тельные и станционные

Растягивающие и раздавливающие нагрузки:

близкие к средним

для распределительных

очень незначительные

для станционных

Изгибы и удары

Прямое воздействие огня при пожарах

Циклическая смена температур в диапазоне рабочих температур (меньше, чем для подземных)

 

 

 

Отдельные элементы могут отсутствовать исходя из назначения и условий применения ОК.

Оптическое волокно (ОВ) – это основной конструктивный элемент ОК, выполняющий роль направляющей среды передачи.

Оптический модуль (ОМ) – самостоятельный конструктивный элемент оптического кабеля, содержащий одно и более ОВ, выполняет функции защитного элемента, уменьшает опасность обрыва ОВ и обеспечивает стабильность его работы при воздействии продольных и поперечных сил.

ОМ могут быть следующих типов:

· трубчатые;

· профилированные;

· ленточные.

В трубчатом ОМ оптические волокна могут либо свободно укладываться без скрутки (рис. 7, а) или путем скрутки вокруг центрального силового элемента (рис. 7, б), либо размещаться в плотном буферном покрытии (рис. 7, в). Плотный буферный слой увеличивает сопротивляемость ОВ к сжатию и изгибам.

 

    а                                  б                               в                                г

 

1 – трубка; 2 – воздух или гидрофобный компаунд; 3 – ОВ в защитном покрытии;

4 – ЦСЭ; 5 – лента; 6 – стержень профилированного типа со спиралеобразными

V-образными пазами; 7 – плотный буферный слой

 

Рис. 7

 

В профилированном ОМ в спиралеобразных пазах V-образного типа, образуемых в полимерном стержне, ОВ (одно или несколько) свободно укладывается по спирали. Силовой элемент в центре профилированного стержня обеспечивает необходимые механические параметры и стойкость к температурным изменениям (рис. 7, г).

В ленточном оптическом модуле оптические волокна от двух и более размещаются в линейный ряд, образуя линейный элемент. Фиксация ОВ в линейном элементе может осуществляться с помощью полимерного материала по длине элемента, выполняющего функцию вторичного защитного покрытия (рис. 8, а), или адгезивного слоя и наложенных поверх синтетических лент (рис. 8, б).

Из оптических модулей ленточного типа может создаваться матрица (единичный блок) с определенным числом ОВ, который затем размещается либо в полимерной трубке, либо в пазах спиралеобразного профилированного элемента (стержня).

Оптический сердечник ОК формируется либо из одного ОМ, расположенного, как правило, в центре, либо из нескольких ОМ или пучков ОМ, скрученных вокруг центрального силового элемента (ЦСЭ).

В первом случае оптический сердечник следует рассматривать как одномодульную конструкцию, во втором – многомодульную.

Оптический сердечник повышает механическую прочность ОК, защищает ОВ от изгибов и от нагрузок на растяжение и сдавливание

в пределах, не оказывающих влияния на передаточные параметры. Центральный силовой элемент выполняет основную функциональную нагрузку.

 

 

 

       1        2                                                 1           3            4

 

 

                        а                                                         б

 

Рис. 8

Оптические сердечники могут содержать дополнительные элементы: элементы заполнения, не содержащие ОВ (кордели), медные жилы, пары или четверки из медных жил. Обычно повив оптического сердечника из элементов скрепляется нитями или скрепляющей лентой. Конструкция оптического сердечника (емкость, тип ОМ и его место в сердечнике, медные жилы, пары и четверки из медных жил, элементы заполнения) определяется функциональным назначением и условиями применения ОК.

Примеры конструкций оптических сердечников ОК, образованных из ОМ различного типа, для подвески или прокладки в грунте и внутри зданий приведены на рис. 9.

 

 

 

 

Рис. 9

 

Силовые элементы обеспечивают требуемую механическую прочность ОК и величину деформации ОВ в заданных пределах. В качестве материалов для силовых элементов могут применяться стальная, медная и алюминиевая проволоки, а также арамидные нити и стеклопластиковые стержни, параметры которых приведены в табл. 2, где значение n-коэффициента применимости материала для силового элемента [1, 2] соответствуют лучшим свойствам материала. Силовые элементы размещенные в центре, обеспечивают большую гибкость, а на периферии – большую стойкость ОК к ударам и растягивающим нагрузкам.

Гидрофобные материалы препятствуют проникновению влаги

в ОК, увеличивая срок службы ОВ. Как правило, это специальный и гидрофобный компаунд, водоблокирующая лента (разбухающая при попадании воды) или их комбинации. Свободное пространство в модулях, пазах, а также между оптическими моделями и силовыми элементами заполняется гидрофобным компаундом.

Оболочки ОК защищают оптические сердечники ОК от внешних воздействий и механических повреждений. Тип оболочки выбирают

с учетом механической стойкости (к изгибам, кручению, поперечному сжатию, продольному растяжению и др.), стойкости к воздействию окружающей среды (климатическим и химическим воздействиям, нераспространению горения, выделению водорода и др.), физических характеристик материала (диаметр, масса и др.), а также удобства монтажа. Броня повышает механические свойства и улучшает защитные функции ОК. Наиболее часто она выполняется из круглых проволок, оцинкованных или из нержавеющей стали, в виде одного или нескольких повивов. Например, в ОК для прокладки через судоходные реки, как правило, используется броня из двух повивов, тоже для шельфовых и прибрежных морских ОК, но только из проволок большого диаметра с более высокой прочностью. Применяется также броня из продольно наложенной стальной гофрированной ленты (для защиты от грызунов). В диэлектрических ОК броня может быть выполнена

из арамидных нитей, стеклопластиковых стержней и др.

 

Таблица  2

Материалы силового элемента

Параметр

Еденица измерения

Проволока

арамидные нити

стеклопластиковые стержни

стальная

медная

алюминиевая

Модуль Юнга Е

кг/мм2

20 000

12 000

7000

13000

5000

Удельная плотность ρ

г/см2

7,8

8,9

2,7

1,4

2,0

Коэффициент применимости n = aEρ при допустимой величине деформации ОВ  (а = 0,002)

 

 

 

 

 

32

 

 

15

 

 

11

 

 

25

 

 

8,0