Широкое внедрение волоконно-оптических сетей (ВОС) на Взаимоувязанной сети России объясняется возможностью создания ВОС за короткий период времени, низкой стоимостью и высокой надежностью сетей.
Оптический кабель (ОК) может быть проложен по опорам железных дорог, на линиях электропередачи, в силовых кабелях, в канализационных и водопроводных трубах, по руслу рек и дну озер, вдоль автомобильных дорог.
Подразделяют ОК по таким признакам, как: назначение и условия применения; способ прокладки; конструктивные и технологические особенности; число ОВ и электрических жил (табл. 1).
Таблица 1
По ГОСТ 26793-85 |
В соответствии с публикуемой МЭК 794-1 (50) |
Магистральный |
Для прокладки в земле |
Зоновый |
- |
Городской |
Для прокладки в коллекторах или трубах |
Полевой |
Полевой |
Подводный грузонесущий |
- |
Подводный негрузонесущий |
Подводный |
- |
Подводный для относительно коротких водных преград |
Для стационарных объектов и сооружений |
Внутриобъектовый |
Для подвижных объектов |
- |
- |
Для воздушной прокладки |
Специальный для дистанционного управления |
Специальный |
Монтажный |
Монтажный |
Шнур |
- |
В общем случае деление по группам, установленное ГОСТ и публикацией МЭК, достаточно условно, так как требования, предъявляемые к каждой группе кабелей в нашей стране и за рубежом, отличаются в значительной степени как по уровню параметров, так и по их комбинации. Сравнение групп позволяет выделить типовые конструкции, характерные для каждой группы, и провести их анализ.
Выбор той или иной конкретной конструкции в пределах одной группы или вида зависит от многих переменных и определяется параметрами системы передачи, внешними воздействиями и стоимостью.
Согласно классификации МСЭ-Т оптические кабели можно разделить на кабели для внешней и внутренней прокладки (табл. 2).
Таблица 2
Внешние кабели междугородные, межстанционные соединительные и распределительные |
Внутренние кабели у абонента и на станции |
||||
Воздушный |
Проложенный в грунте |
Проложенный в канализации |
Проложенный в туннеле |
Подводный |
Внутри здания |
Классификация ОК для внешней прокладки, т. е. линейных кабелей, представлена на рис. 1, ОК для внутренней прокладки, т. е. внутриобъектовых кабелей, - на рис. 2.
По условиям применения кабели делятся на подвесные, подземные и подводные. Самый распространенный вид прокладки оптических кабелей - подземный (рис. 3).
Способы прокладки подвесных и подводных ОК представлены соответственно на рис. 4 и 5.
Конструкция подводных оптических кабелей связи выбирается в зависимости от вида водной системы (река, озеро, залив, островные протоки) и существующего риска, связанного с рыболовством (табл. 3).
Таблица 3
Степень риска, связанная с применением подводных кабелей
Водная система |
Характеристика водной системы |
Состояние дна |
Внешняя опасность |
Степень риска |
|||
Длина |
Глубина |
Профиль местности |
Течение |
Рыболовство |
Якоря, тралы |
||
Река |
Короткая |
Мелкая |
Мягкий ил |
Может быть сильное, но стабиль ное |
- |
Малая |
Малая |
Озеро |
Короткая - средняя |
Мелкая - средняя |
Мягкий ил |
Слабое |
Ограниченная |
- |
Минимальная |
Фиорд |
Короткая
|
Средняя - глубокая |
Мягкий или скалы |
Малые приливы и отливы |
Ограниченная |
- |
Малые приливы и отливы |
Островные протоки |
Короткая |
Мелкая |
Резко пере-сеченный |
Малые приливы и отливы |
Ограниченная |
Ограниченная |
Малая |
Кроме того, конструкция и способ производства кабеля определяются его назначением (табл. 4)
Таблица 4
Элемент конструкции кабеля |
Особенности конструкций ОК |
|
Подводный |
Морской |
|
Сердечник: конструкция компоновка содержание волокон |
Аналогичная подземному Одномодульная Высокое (> 100) |
Неглубоководная Одномодульная Среднее (<48) |
Барьер: тип герметичность метод изготовления |
Диэлектрик/металл Частичная/полная Покрытие/экструзия |
Металл Полная Сварка/контактное давление |
Броня: размер мощность брони вид обработки |
Малый/средний Низкая/средняя Гальванизация |
Средний/большой Средняя/высокая Гальванизация |
Компаунд (способ использования) |
Водоблокирование |
Водоблокирование |
Вид оболочки |
Диэлектрик/многослойный |
Многослойный диэлектрик |
Кабель: конструкция способ создания изготовления число типов соединение/переход стоимость |
Простая Быстрый и простой Простое Один или два Ограниченное/нет Низкая |
Сложная Долгий и сложный Очень точное Ограниченное число кабелей Ограниченное число Соединений Относительно высокая |
Физика распространения оптического сигнала и физические свойства оптических волокон отличаются от физики распространения электрических сигналов и физических свойств обычных металлических проводников. Однако основное назначение элементов конструкции волоконно-оптического кабеля аналогично назначению элементов конструкций обычных кабелей электросвязи с металлическими проводниками. Оно заключается в том, чтобы сохранять характеристики передачи и механическую прочность волокон стабильными в процессе изготовления, прокладки и эксплуатации кабеля.
Поскольку кабели электросвязи могут подвергаться всевозможным вредным воздействиям в природных условиях и условиях, связанных с деятельностью человека, необходимы конструкции кабелей, которые могли бы выдержать любые воздействия окружающей среды. Волоконно-оптические кабели должны обладать высокой механической и химической прочностью.
Размеры и характеристики оптических волокон, применяемых в электросвязи, должны соответствовать Рекомендациям МСЭ-Т:
При проектировании волоконно-оптических кабелей должна быть предусмотрена защита волокна от дополнительного затухания и чрезмерной механической деформации при различных условиях эксплуатации, учтены изменения геометрических размеров кабеля, оказывающие влияние на рабочие характеристики волокна. Кроме того, волокно должно быть таким, чтобы легко выполнялись работы по прокладке и сращиванию волокон в кабельных муфтах, а также соединения на стойках при концевой заделке кабелей.
По сравнению с традиционными кабелями электросвязи с металлическими проводниками волоконно-оптические кабели обладают многими достоинствами:
К факторам, учитываемым при проектировании волоконно-оптических кабелей относятся:
Внешние кабели прокладываются в разных условиях и могут подвергаться сильным природным воздействиям, поэтому при выборе кабеля необходимо предусматривать все возможные воздействия окружающей среды (табл. 5-7).
Таблица 5
Результат воздействия на ОК внешних факторов, определяемых условиями окружающей среды.
Внешние факторы |
Внешние кабели междугородные, межстанционные соединительные и распределительные |
Внутренние кабели |
||||||
У абонента |
На станции |
|||||||
Воздушный |
Проложенный в грунте |
Проложенный в канализации |
Проложенный в тунеле |
Подводный |
Внутри здания |
|||
Температура |
В |
Усадка оболочки кабеля с вытягиванием сердечника |
- |
- |
||||
А |
Увеличение затухания в оптическом кабеле под воздействием перепадов температуры |
|||||||
В |
Хрупкость (ломкость) оболочки кабеля под воздействием низкой температуры |
- |
- |
- |
- |
|||
А |
Раздавливание при образовании льда |
- |
- |
|||||
Ветер |
А |
Повреждение под давлением ветра |
- |
- |
- |
- |
- |
|
В |
Повреждение при раскачивании кабеля |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
Соленая вода |
В |
Коррозия несущего троса |
Коррозия брони кабеля |
- |
- |
Коррозия брони кабеля |
- |
- |
Дождь и горячие источники |
В |
Коррозия несущего кабеля |
Коррозия под воздействием горячих источников |
- |
- |
- |
- |
|
Снег и лед |
А |
Повреждение под тяжестью льда |
- |
- |
- |
- |
Повреждение под тяжестью льда |
- |
Удар молнии |
В |
Разрушение при ударе молнии и опасность для персонала |
- |
- |
- |
- |
||
Землетрясения и смещение грунта, камнепады |
В |
Повреждение кабелей при камнепадах |
Обрыв кабелей при смещении грунта |
- |
- |
- |
- |
|
Состав почвы |
В |
- |
Коррозия брони |
- |
- |
Коррозия брони |
- |
- |
Грызуны, птицы и насекомые |
В |
Повреждение оболочки кабеля грызунами, птицами и насекомыми |
- |
- |
- |
- |
- |
|
Водород |
А |
Увеличение потерь в оптическом кабеле под воздействием водорода |
||||||
Водный поток |
В |
- |
- |
- |
- |
Повреждение кабеля |
- |
- |
Разрастание плесневого грибка |
В |
- |
- |
Повреждение оболочки |
- |
- |
Повреждение оболочки |
- |
Здесь и далее в таблицах: А - Наиболее важный фактор; В - Менее важный фактор.
Таблица 6
Результат воздействия внешних факторов, обусловленных деятельностью человека.
Факторы, обусловленные дельностью человека |
Внешние кабели междугородные, межстанционные соединительные и распределительные |
Внутренние кабели |
||||||
У абонента |
На станции |
|||||||
Воздушный |
Проложенный в грунте |
Проложенный в канализации |
Проложенный в туннеле |
Подводный |
Внутри здания |
|||
Заводской дым и загрязнение воздуха |
В |
Коррозия металлов |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Заводской дым и загрязнение воздуха |
В |
Разъедание оболочки химическими веществами |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Движение транспорта (легковые, большегрузные автомобили) |
В |
- |
Повреждение оболочки кабеля и мест соединения |
Переходные затухания в оптическом кабеле при вибрации волокон |
- |
- |
- |
- |
Индуцируемое напряжение (системы электротяги переменного тока, ЛЭП) |
В |
- |
Повреждение кабеля и опасность для персонала |
- |
- |
- |
- |
|
Постоянный ток |
В |
- |
Электролитическая коррозия |
- |
- |
- |
- |
|
Утечка нефтяного газа |
В |
- |
Разъедание оболочки химическими веществами |
- |
- |
- |
- |
|
Огонь |
В |
Пожароопасность |
- |
- |
Пожароопас-ность |
- |
Пожароопасность |
- |
Радиация |
В |
В процессе рассмотрения |
- |
- |
||||
Водород |
А |
Увеличение затухания в оптическом кабеле под воздействием водорода |
- |
- |
||||
Ошибки при прокладке кабеля |
В |
Разрыв или поломка кабеля |
- |
- |
||||
А |
- |
Деформация при растяжении |
||||||
В |
Деформация при растяжении |
- |
||||||
А |
- |
- |
Изгиб канализации |
Изгиб на барабане |
||||
В |
Изгиб на барабане |
Изгиб и сдавливание землеройной машиной |
- |
- |
Таблица 7
Взаимосвязь между внешними факторами и механическими воздействиями и влияниями окружающей среды на оптические волокна.
Внешние факторы |
Механические воздействия и влияния окружающей среды |
|||||||||
Остаточная деформация волокна |
Динамическая деформация волокна |
Макроизгиб волокна |
Микроизгиб волокна |
Физическая или химическая реакция на |
||||||
Воду и влагу |
Водород |
Удар молнии |
радиации |
|||||||
Природные факторы |
Температура |
Высокая и низкая |
- |
- |
- |
Увеличение затухания |
- |
- |
- |
- |
Образование льда |
Снижение
прочности |
- |
- |
То же |
- |
- |
- |
- |
||
Ветер |
Давление |
То же |
Разрыв волокна |
Увеличение затухания |
То же |
- |
- |
- |
- |
|
Снег и лёд |
Нарастание льда |
То же |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
||
Вода и влага |
Просачивание |
То же |
- |
Увеличение затухания, снижение прочности |
- |
- |
||||
Водный поток |
То же |
Разрыв волокна |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
||
Удар молнии |
То же |
То же |
- |
- |
- |
- |
Увеличение затухания |
- |
||
Факторы, обусловленные деятельностью человека |
Водород |
Диффузия |
- |
- |
- |
- |
- |
Увеличение затухания |
- |
- |
Радиация |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Увеличение затухания |
||
Удар |
- |
Разрыв волокна |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
||
Методы прокладки |
Снижение прочности |
То же |
Увеличение затухания |
Увеличение затухания |
- |
- |
- |
- |
||
Изготовление |
То же |
То же |
То же |
То же |
- |
- |
- |
- |
Очень перспективными являются полностью диэлектрические кабели связи, которые не подвержены воздействию сильных электромагнитных полей. Однако при их применении должны быть обеспечены: прочная защита кабеля (и особенно волокон) от механических воздействий (землетрясения, вечная мерзлота, подвижка пластов, оползни, селевые потоки, камнепады), от проникновения паров воды с примесями и других источников атомарного водорода, способствующих коррозии кварцевых волокон, от грызунов и насекомых; электропитание необслуживаемых пунктов; передача сигналов телеконтроля, телемеханики и служебной связи; возможность обнаружения места повреждения трассы подземного кабеля.
Кабели с металлическими элементами в настоящее время широко используются в подземных, подвесных, подводных конструкциях на магистральных, зоновых и местных сетях, в районах землетрясений, в районах с вечно-мерзлыми и оползневыми участками, в местах обитания большого числа грызунов.
При разработке конструкции ОК с металлическими элементами следует различать две большие группы (диэлектрические и с металлическими элементами) и три подгруппы:
Кроме того, ОК с металлическими элементами могут быть разделены еще на две подгруппы: с пассивными металлическими элементами и с пассивными и активными металлическими элементами.
При выборе типа оболочек (диэлектрическая, металлическая, металло-диэлектрическая) кроме электромагнитного воздействия необходимо рассматривать и другие факторы:
Для ОК с активными и пассивными металлическими элементами важным является электромагнитная совместимость в условиях воздействия сильных электромагнитных полей.