Оптический кабель

Волоконно-оптические кабели - специальный род коммуникационных кабелей, предназначенных для передачи информационных сообщений с помощью дискретных импульсов света.

Элементы оптических кабелей

Бронированный волоконно-оптический кабель предназначенный для внешней прокладки.

Волоконно-оптический кабель предназначенный для непосредственной прокладки в грунте.

Волоконно-оптический кабель состоит из:

1. центрального силового элемента (ЦСЭ),
2. оптических модулей (ОМ) - полимерные трубки со свободно размещёнными в них оптическими волокнами (ОВ),
3. силовых элементов,
4. брони,
5. защитных оболочек,
6. внешней оболочки кабеля.

Сердечник кабеля

Для повышения механической прочности волоконно-оптических кабелей, оптические модули этого кабеля свиваются вокруг центрального силового элемента, являющегося сердцевиной кабеля. При этом центральный силовой элемент может служить как опорой для защиты от продольного изгиба, так и для защиты от нагрузок на растяжение. Благодаря скрутке ОВ в оптических модулях имеют определённое пространство, в пределах которого нагрузки на растяжение, изгиб, сжатие, не выходящее за определённые рамки, не оказывают влияния на передаточные характеристики. Наряду с оптическими модулями вокруг силового элемента могут навиваться наполнители (кордели), т. е. модули без ОВ или сплошные пластмассовые стержни, а также медные жилы в виде витых пар или четвёрок. Совокупность этих скручиваемых элементов и силовых элементов, а также скрепляющей ленты или оболочки вокруг них, если таковая имеется, называется сердечником кабеля.

Скрутка

В волоконно-оптической кабельной технике в основном применяется скрутка слоями (повивами). При этом скручиваемые элементы располагаются концентрически вокруг центрального силового элемента. Если скручиваются отдельные элементы (оптические модули, медные жилы, наполнители), то в этом случае говорят о кабеле повивной скрутки. Если же сердечник кабеля свивается из модулей состоящих из скрученных элементов (жгутов), то такой кабель называется модульным кабелем или кабелем жгутовой скрутки. Существуют два типа скрутки: спиральная скрутка и SZ-скрутка (скрутка с чередованием направления скрутки).

Заполнение сердечника

Для обеспечения водонепроницаемости волоконно-оптического кабеля по его длине при попадании воды, свободное пространство между элементами сердечника заполняется специальным гидрофобным компаундом под высоким давлением. При этом компаунд должен иметь состав не оказывающий вредного влияния на характеристики элементов кабеля и иметь малый коэффициент линейного расширения. Существуют так же, так называемы "сухие" конструкции сердечников, когда используются сухие водоблокирующие материалы (порошки, нити, ленты и пр.). При взаимодействии влаги с этими материалами образуются частички гелеобразного вещества, происходит увеличение объема этих материалов, заполнение пустот между элементами сердечника и, как следствие, блокировка распростанения влаги.

Оболочка кабеля

Оболочка кабеля должна защищать сердечник волоконно-оптического кабеля снаружи от механических, тепловых, химических, световых воздействий, а также от влаги. Наиболее часто используют полиэтилен. Для кабелей предназначенных для внутренней прокладки, в качестве материала оболочки используют перфторэтилен-пропилен, перфторалкокси-сополимер, сополимер этилена и винилацетата. Если для кабелей с наполнителем сердечника требуется диэлектрическая оболочка, не содержащая металл, то между оболочкой кабеля и упрочняющими волокнами помещается предохранительный слой пластика из полиамидного расплавленного связующего вещества. Он предотвращает попадание компаунда из сердечника кабеля в его оболочку. Основные типы оболочек кабеля: полиэтиленовые, поливинилхлоридные, оболочки из фтористых пластмасс, оболочки из материалов не содержащие галогенов.

Защитная оболочка

Для кабелей наружной прокладки и специальных кабелей требуются полиэтиленовые или поливинилхлоридные защитные покрытия, а для особых случаев — покрытие из полиамида. Они защищают броню, нанесённую поверх оболочки кабеля, от коррозии и от внешних повреждений, например при непосредственной прокладке кабеля в грунт или протягивании по кабельной канализации.

Броня

Для защиты сердечника волоконно-оптического кабеля и его оболочки в особых случаях, как например, для прокладки под водой или в шахтах, для кабелей с защитой от грызунов, для самонесущих кабелей или для случаев, когда требуются очень высокие величины механических нагрузок на растяжение и/или сжатие, применяется дополнительная броня. Броня может быть выполнена из волокон арамида (кевлара), стальных лент, стальной проволоки, гофрированной стальной ленты и пр.

Типы конструкции кабелей

Конструкции волоконно-оптических кабелей классифицируются в соответствии с определёнными характеристиками на следующие типы:

1. кабели наружной прокладки,
2. кабели внутренней прокладки,
3. специальные кабели.

Кабели наружной прокладки

Кабели для наружной прокладки, обычно с полиэтиленовой оболочкой, имеют такую конструкцию и размеры, что они удовлетворяют всем требованиям предъявляемым к кабельным линиям с прокладкой в земле или в трубах кабельной канализации.

В зависимости от числа требуемых световодов применяются односветоводные модули с полой оболочкой либо многосветоводные модули с полой оболочкой с количеством оптических волокон от 2 до 12 или жгутовые модули в центральной трубке. Обычно, исходя из конструктивных и экономических соображений, для кабелей с числом световодов до 10 применяются односветоводные модули с полой оболочкой, а начиная с 10 оптических волокон - многосветоводные модули с полой оболочкой или жгутовые модули в центральной трубке.

Одно- и многосветоводные модули с полой оболочкой свиваются слоями вокруг центрального элемента.

В кабелях для наружной прокладки поверх неметаллических силовых элементов, предотвращающих нагрузки на растяжение, может накладываться полиэтиленовая оболочка или слоистая оболочка из ламинированного алюминием полиэтилена. Благодаря заполнению модулей кабеля гидрофобным компаундом, они являются водонепроницаемыми по сечению.

Для особо ответственных случаев применения поверх оболочки кабеля дополнительно налагается броня с защитным покрытием. Для защиты от грызунов в качестве брони обычно используется армирование гофрированной стальной лентой или оплётка из двух стальных лент толщиной 0,1 мм.

При прокладке волоконно-оптических кабелей с ними обращаются как с обычными медными кабелями, обеспечивая соблюдение минимального радиуса изгиба. Оптические кабели даже обладают дополнительным преимуществом, так как в связи с их небольшим весом возможна прокладка цельных отрезков кабеля длиной до 2000 метров и более.

Кабели внутренней прокладки

Волоконно-оптические кабели внутренней прокладки применяют внутри строений и зданий. Различают внутренние распределительные кабели и соединительные кабели. Все внутренние кабели не содержат металла, поэтому для них не требуется заземление и грозозащита. Полностью диэлектрическая конструкция обеспечивает электромагнитную совместимость. Внутренние кабели всех типов состоят из оптических волокон с вторичным буферным покрытием толщиной 900 мкм. Малый диаметр внутренних кабелей, небольшой вес и гибкость облегчают монтаж, прокладку и эксплуатацию, особенно в стеснённых в пространственном отношении условиях.

Распределительные кабели делают возможным индивидуальную разводку или разводку отдельных световодов для оконцевания разъёмами или для техобслуживания. Существуют три различных типа конструкции: с модулями диаметром 2,7 мм для тяжёлых условий применения, с модулями 2,4 мм для стандартных условий и с модулями 2,0 мм для облегчённых условий.

Эти кабели прокладываются между рядом расположенными зданиями в кабельных каналах ниже максимальной глубины промерзания а также внутри зданий в вертикальных шахтах, под фальшполами компьютерных залов. Из-за значительно более высокой стоимости распределительных кабелей, большого веса и размеров эти кабели должны применяться в основном на коротких и средних участках сети.

Соединительные кабели бывают в одно- или двухволоконном исполнении и оптимизированы для оконцевания штекерными разъёмами и использования в качестве кабельных перемычек в распределительных устройствах зданий. Небольшой диаметр кабеля и малый радиус изгиба делают возможным лёгкий монтаж в ограниченном пространстве и быстрое оконцевание разъёмами на мести. Они также могут поставляться в виде кроссовых кабелей, оконцованных разъёмами в заводских условиях для использования в распределительных шкафах и в рабочей зоне.

Специальные кабели

Существуют универсальные кабели для внутренней и наружной прокладки. Эти кабели полностью водонепроницаемы по всей длине и пригодны для применения внутри и снаружи зданий. Для кабелей этого типа не требуется дополнительного сращивания или концевой разделки при входе кабеля из городских кабельных каналов в здание. Они могут быть проложены без разделки до первого пункта сращивания снаружи или применены в качестве многосветоводных кабелей в зоне стояков внутри зданий, особенно в местах с ограниченным пространством или в кабельных шахтах. Эти кабели должны удовлетворять специальным противопожарным нормам.

Воздушные кабели

Существует большая группа воздушных кабелей. Эти кабели прокладывают по столбам связи, освещения, столбам контактной сети электротранспорта, столбам линий электропередач (ЛЭП). У этих кабелей может быть совершенно различное устройство. В зависимости от применения к этим кабелям предъявляются различные требования. Например прочность кабеля на разрыв должна быть выбрана такой, чтобы в подвешенном состоянии он мог выдерживать не только собственный вес, но и возможные дополнительные нагрузки, вызываемые ветром и обледенением. Такие кабели часто выполняют с внешним стальным тросом и имеющим общую оболочку с кабелем. В разрезе такие кабели похожи на цифру 8, поэтому их так и называют: 8-образные кабели. Кроме того, кабели прокладываемые например по опорам ЛЭП должны быть полностью диэлектрическими. В таких кабелях центральный силовой элемент обычно изготовлен из стеклопластика и имеет внешнюю несущую оболочку из волокон армида (кевлара). В то же время есть отдельная группа оптических кабелей выполненных в проводящем грозозащитном тросе. В таких кабелях внутри оплётки из проводящих жил находится металлическая или пластмассовая трубка с оптическими волокнами. Грозозащитный трос прокладывается между опорами ЛЭП и расположен над проводами по которым проходит электрический ток (самый верхний кабель на ЛЭП).

Подводные кабели

Для прокладки оптических кабелей под водой используют подводные кабели. У таких кабелей очень специфические условия эксплуатации. Прокладка кабеля на глубине до 6000 метров, длина ретрансляционного участка до 400 км. В таких кабелях для того, чтобы выдерживать высокое гидростатическое давление на больших глубинах и для того, чтобы обеспечить герметичное уплотнение световодов от молекулярного водорода, центральная трубка изготавливается из меди и заполняется гидрофобным гелем. Броня такого кабеля состоит из нескольких (до трёх) слоёв высокопрочных стальных оцинкованных проволок. Слои отделяются друг от друга полиэтиленовой прослойкой. Наружная оболочка состоит из полиэтилена. Прочность такого кабеля обычно повышают при помощи "протектора". Он состоит из двух стальных тросов, покрытых защитной полиэтиленовой оболочкой прикреплённых к оптическому кабелю.

Типичные температурные диапазоны для внешних волоконно-оптических кабелей:

• Температура транспортировки и хранения от -25°С до +70°С
• Температура монтажа от -5°С до +50°С
• Температура при эксплуатации от -20°С до +60°С

Стандартная длина поставляемых волоконно-оптических кабелей для наружной прокладки от 2000 метров до 6000 метров.

Маркировка оптических волокон

Таблица 1. Цветовое кодирование согласно стандарту IEC 60304

Таблица 2. Цветовое кодирование оптических волокон, используемое зарубежными производителями оптических кабелей.

В 1982 г. стандартом IEC 304 Международного электротехнического комитета (МЭК) были определены двенадцать стандартных цветов изоляции низкочастотных кабелей и проводов (табл. 1), которые используются и для цветового кодирования оптических волокон (ОВ) в группах, содержащих до 12 ОВ. Нумерация же ОВ, сопоставляемая с цветом, предусмотренным названным стандартом МЭК, определяется национальными стандартами (табл. 2).

В случае, если в одном оптическом модуле одновременно находятся более 12-ти оптических волокон, то оболочки следующих по счёту оптических волокон, повторяют последовательность цветов предыдущих волокон с той разницей, что на них по всей длине ещё наносятся поперечные метки в виде например, чёрной полосы, через каждые 25 мм.

В некоторых случаях метки на оболочках последующих волокон, наносят через большие промежутки например, 40 мм., 60 мм, 80 мм. Некоторые производители оптических кабелей поступают иначе. Все волокна в каждом оптическом модуле разделяют на группы по 12 цветов в соответствии с принятым обозначением, оборачивая каждую группу оптических волокон нитью окрашенной в различные цвета (обычно красный, зелёный, синий и т. д.).

Маркировка оболочки огнестойких кабелей

Высокая огнестойкость особенно требуется для кабелей внутренней прокладки. Существуют различные требования по огнестойкости. Некоторые из них приведены ниже:

FR огнестойкий

Кабель изготовлен из особых материалов, которые позволяют работать в условиях пожара в течении заданного времени и после его прекращения. При этом также важную роль играет конструкция кабеля.

NC не корродирующий

Оболочка и модули кабеля не содержат корродирующих материалов, воздействующих на электронную аппаратуру и дыхательные пути. Корродирующие материалы обычно состоят из соединений, содержащих хлор, бром и фтор. Например, ПВХ при горении выделяет корродирующий хлор.

LS малодымный

Материалы оболочки и модулей кабеля при горении выделяют очень мало дыма. Это особенно важно для аварийных и запасных выходов.

OH(ZH) не содержащий галогенов

Кабели без галогенов - это подгруппа не корродирующих кабелей, которые не содержат корродирующих галогенов. Однако они могут содержать другие корродирующие материалы.

Для обозначения огнестойкости волоконно-оптических кабелей часто используются комбинации вышеуказанных символов, например FRNC или LSOH

См. Также

• Оптическое волокно
• Многомодовое оптическое волокно
• Одномодовое оптическое волокно
• Сварка оптического волокна
• Сплайс-пластина
• Оптический кросс
• Оптическая муфта
• Оптический адаптер
• Оптический коннектор
• Оптический сплайс
• Оптический пигтейл
• Оптический патчкорд
• Оптический ответвитель
• Оптический WDM ответвитель
• Оптический аттенюатор
• Оптический кабель
• Оптический скалыватель
• Волоконно-оптическая связь
• Оптические устройства

Литература

• Fiber Optic Cables by G. Mahlke., P. Gossing, 1993 by Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich.
• Гюнтер Мальке, Петер Гёссинг «Волоконно-оптические кабели», 2001 Новосибирск, Издательский дом «Вояж».