Волоконно-оптический кабель: структура, виды, применение.

Оптоволоконный кабель

В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это надежный (защищенный) способ передачи данных, так как электрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя вскрыть и перехватить данные (скопировать, удалить, изменить), от чего не застрахован любой другой кабель, проводящий электрические сигналы.

Кроме того, такие проблемы передачи информации по проводам как электромагнитные помехи, перекрестные помехи, шумы и необходимость заземления, полностью устраняются. Вдобавок, чрезвычайно уменьшается погонное затухание, что позволяет протягивать оптоволоконные связи без регенерации сигналов на значительно большие дистанции, достигающие 120 км.

Оптическое волокно (оптоволокно) — очень тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой (core), покрытый слоем стекла (Рис. 1), называемого оболочкой, с иным коэффициентом преломления в отличии от жилы. В некоторых случаях оптоволокно производят из пластика. Пластик проще в использовании, но минусом является то, что он передает световые импульсы на более меньшие дистанции по сравнению со стеклянным проводником.

Рис. 1

Оптоволоконный кабель, он же кабель оптоволоконный отлично подходит для создания сетевых магистралей, и в частности для соединения между зданиями, так как на него не влияет влажность и другие негативные условия окружающей среды. Также он обеспечивает повышенную (по сравнению с медью) секретность передаваемых данных, так как не испускает электромагнитного излучения, и к нему практически невозможно подключиться без разрушения целостности самого кабеля.

Недостатки оптоволокна связаны со стоимостью его прокладки и эксплуатации, которые обычно намного выше, чем для медной среды передачи данных. Эта разница стала привычной, но в наше время она стала менее значимой. Сама оптоволоконная среда только слегка дороже UTP категории 5. Но независимо от указанных преимуществ и недостатков применение оптоволокна приносит с собой другие проблемы, такие как процесс прокладки.

Разводка оптоволоконного кабеля в основном ничем не отличается от укладки медного, но присоединение коннекторов требует иного инструмента и технических навыков. Требуется специальный оптоволоконный инструмент, предназначенный для правильной работы с данным видом кабеля. К выбору оптоволоконного инструмента также следует подойти основательно, во избежание порчи кабеля.

• многомодовый или мультимодовый оптический кабель дешевле, но менее качественный;
• одномодовый кабель более дорогой и имеет лучшие характеристики по сравнению с первым.

Основное различие между этими двумя типами сводится к разным механизмам прохождения световых лучей в кабеле.

Рис. 2. Распространение света в одномодовом кабеле

В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в следствии они достигают приемника одновременно, и форма сигнала практически не искажается (Рис. 2). Одномодовый кабель оптический имеет диаметр центрального волокна ~ 1,3 мкм и передает свет исключительно с такой же длиной волны (1,3 мкм).

Дисперсия и потери сигнала при этом минимальны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, нежели в случае использования многомодового кабеля. Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие световой пучок с требуемой длиной волны. Такие приемопередатчики пока еще сравнительно дороги и не долговечны.

Однако в ближайшем будущем одномодовый кабель должен стать основным типом благодаря своим отличительным характеристикам. Также лазеры имеют более длительное быстродействие, чем обычные светодиоды. Затухание сигнала в одномодовом кабеле составляет около 5 дБ/км и может быть снижено практически до 1 дБ/км.

Рис. 3. Распространение света в многомодовом кабеле

В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс, в следствии чего форма сигнала на приемном конце кабеля искажается (Рис. 3). Центральное волокно имеет диаметр ~ 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки составляет ~ 125 мкм (второй вариант обозначения — 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, тем самым снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем.

Длина волны света в многомодовом кабеле равна ~ 0,85 мкм, при этом наблюдается разброс длин волн ~ 30 – 50 нм. Допустимая длина кабеля составляет 2 – 5 км. Многомодовый кабель – это основной тип оптоволоконного кабеля в настоящее время, так как он дешевле и доступнее. Затухание в многомодовом кабеле больше, чем в одномодовом и составляет 5 – 20 дБ/км.

Типичная величина задержки для наиболее распространенных кабелей составляет около 4—5 нс/м, что близко к величине задержки в электрических кабелях.

Оптоволоконные кабели, как и электрические, выпускаются в исполнении plenum и non-plenum. Для работы с ними рекомендуется использовать оптоволоконный инструмент, специально предназначенный для этих целей. Оптоволоконный инструмент Вы можете приобрести в нашем интернет-магазине или обратившись к нам.

Вот некоторые из них:

• Fast Ethernet (100BaseFX);
• Gigabit Ethernet (1000BaseFX);
• Token Ring;
• Fiber Distributed Data Interface (FDDI);
• 100VG-AnyLAN;
• Asynchronous Transfer Mode;
• Fibre Channel.

Как и медный, кабель оптоволоконный обычно применяется в сетях топологии «шина» или «звезда», хотя протокол FDDI популяризирует «двойное кольцо» (double ring), которое в целях обеспечения отказоустойчивости состоит из двух резервных «колец», по которым трафик передается в противоположных направлениях.

Купить оптоволоконный кабель от производителя на сайте группы компаний «ЭМИЛИНК»

Для городских телефонных сетей применяется кабель облегченной конструкции. Они прокладываются в канализации, коллекторах, трубах и внутри зданий. Телефонный кабель сконструирован с большим количеством волокон в каждом оптическом модуле. Строение:

• Центральный силовой элемент, расположенный в центре;
• Оптические модули, расположены вокруг силового элемента;
• Оптические волокна;
• Гидрофобный заполнитель, между модулями;
• Связывающие ленты;
• Наружная полиэтиленовая оболочка.

Конструкция волоконно-оптического кабеля для морского дна

В отличие от всем нам знакомой витой пары, которая вне зависимости от места применения имеет примерно одну и ту же конструкцию, оптоволоконные кабели связи могут иметь значительные отличия исходя из сферы применения и места укладки.

Можно выделить следующие основные виды оптоволоконных кабелей для передачи данных исходя из области применения:

• Для прокладки внутри зданий;
• для кабельной канализации небронированный;
• для кабельной канализации бронированный;
• для укладки в грунт;
• подвесной самонесущий;
• с тросом;
• подводный.

Наиболее простой конструкцией обладают кабели для прокладки внутри зданий и канализационный небронированный, а самыми сложными — для прокладки в землю и подводные.

Существуют определенные требования к физико-механическим параметрам оптических кабелей:

• большая прочность на разрыв;
• влагонепроницаемость;
• буферная защита для уменьшения потерь, вызванных механическим напряжением материалов;
• диапазон рабочей температуры от минус 40 до плюс 50 по цельсию;
• стойкость к радиационному воздействию;
• хорошая гибкость и возможность прокладки по существующим трассам;
• стойкость к воздействию агрессивных сред;
• стойкость к ударам;
• простота монтажа и укладки;
• срок работы не менее 20 лет.

В процессе производства оптических кабелей важно учитывать взаимное расположение силовых элементов и оптических волокон. В основном используют два варианта расположения:

• Упрочняющий элемент располагается в центре кабеля, а оптические волокна вокруг него.
• Оптические волокна располагаются в центре, а силовой элемент вокруг волокон.

Оптический кабель производится в разных страна и в настоящее время разработано несколько вариантов конструкций. Большое распространение получено несколькими из них:

• Ленточный тип;
• С профильным сердечником;
• Со свободной трубкой;
• Со свободным пучком волокон.

Кабели для морского дна испытывают самые большие нагрузки, поэтому к ним предъявляются особые требования. Большую часть их конструкции составляют защитные элементы.Строение кабеля:

• Полиэтилен;
• Медь;
• Стальная проволока;
• Нейлон;
• Оптическое волокно;
• Эластомер.

Конструкция включает следующие элементы:

• Оптические волокна;
• Буферную оболочку;
• Силовой элемент;
• Внешняя оболочка.

Оптика для внутренней прокладки разделяется на:

• Симплексные кабели;
• Дуплексные;
• Многоволоконные;
• Для эксплуатации в тяжелых условиях;
• Пожаробезопасные.

Волоконно-оптические кабели, применяемые в СКС, используются для передачи оптических сигналов внутри зданий и между ними. На их основе могут быть реализованы все три подсистемы СКС, хотя в горизонтальной подсистеме волоконная оптика в данное время находит ограниченное применение для обеспечения нормального функционирования ЛВС.

Распределительный кабель Distribution внешней прокладки используются при создании подсистемы внешних магистралей и связывают отдельные здания, конструкции и сооружения. Ключевой областью использования кабелей внутренней прокладки является организация внутренней магистрали здания, а кабели типа Zip-cord предназначены для изготовления соединительных патч-кордов, а также для выполнения горизонтальной разводки.

Стекла для волоконной оптики должны обладать комплексом физико-химических свойств, не традиционных для классической оптики. Для обеспечения нормального процесса формирования волокон из расплавов двух стекол необходимо, чтобы вязкости, коэффициенты линейного термического расширения стекол сердцевины и оболочки были совместимы в широком интервале температур [11].

Наибольшая часть применяемых в оптике стекол относится к числу оксидных и в свою очередь в зависимости от химического состава делится: по виду окисла-стеклообразователя на силикатные, боратные, фосфатные, германатные, альминатные, борсиликатные, алюмоборсиликатные и т.д.; по содержанию щелочных окислов на бесщелочные (не содержат щелочных, но могут содержать щелочноземельные окислы — MgO, СаО, ВаО и пр.), малощелочные, многощелочные [12].

Выбор материалов для изготовления ОВ определяется необходимостью удовлетворения одновременно следующих требований: способностью вытягиваться в нить, обладающую высокой прочностью и гибкостью; возможностью варьирования в широком интервале ПП для создания различных типов оптических сред; низкими оптическими потерями на несущей частоте излучения и т.д.

Стекла характеризуются следующими физико-химическими параметрами, важными для эксплуатации ОВ.

Механическая прочность стекла зависит не столько от его химического состава, сколько от состояния поверхности. Теоретическая прочность при разрыве кварцевого стекла, рассчитанная исходя из прочности связи Si-О, составляет (70-74) ГПа, реальная прочность того же стекла при растяжении может составлять всего 2-5 ГПа.

Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) стекол находится в пределах от 5,8 10-7 (кварцевое стекло) до 150 10-7 град . Большинство стекол с низким ТКЛР отличаются более высокой термической и химической устойчивостью и более высокой температурой размягчения.

Температура размягчения для стекол разного состава изменяется в пределах 350-1730oС. Последняя цифра относится к кварцевому стеклу.

(3.1)

где Аi, li — коэффициенты ряда Селмейера; λ, li выражены в микрометрах.

Для изготовления ОВ, используемых в диапазоне длин волн 0,8 … 1,8 мкм, применяются кварцевые стекла с легирующими добавками окиси германия GeO2, фосфора Р2О3, повышающими показатель преломления кварца, и добавками окиси бора В2О3, фтора F, понижающими его показатель преломления. Значения коэффициентов Аi, li в (3.1) для стекол различных составов приведены в табл. 3.4.

Самым низким значением поглощения в видимой и ближней инфракрасной областях длин волн среди большинства стекол обладает плавленый кварц при высокой степени очистки и гомогенности. Кварц имеет значительные преимущества перед остальными видами стекол из-за малых внутренних потерь на рассеивание. В ОВ из плавленого кварца самое низкое известное значение поглощения составляет 1,9 дБ/км на длине волны 0,85 мкм, 0,291 дБ/км на длине волны 1,3 мкм и 0,154 дБ/км на длине волны 1,55 мкм, следовательно собственное поглощение материала еще меньше.

Таблица 3.4. Коэффициенты ряда Селмейера для кварцевых стекол

Стекла для изготовления ОВ (сердцевины и оптической оболочки) отличаются друг от друга показателем преломления.

Значительное влияние на характеристики ОВ оказывает конструкция защитного полимерного покрытия. Покрытие должно обеспечивать сохранность собственной прочности ОВ, защищая его поверхность от влаги, химических и механических повреждений, фильтрации оболочечных мод и предотвращая возникновение дополнительных потерь на передачу, обусловленных макроизгибами.

Защитная оболочка ОВ из полимерных материалов в общем случае имеет сложную структуру и состоит из первичного, буферного и вторичного покрытий. Первичное покрытие защищает оптическую оболочку ОВ. Буферное — предотвращает возникновение дополнительных потерь на макроизгибах. Вторичное — защищает первичное и буферное покрытия от механических повреждений в процессе изготовления и прокладки ОК. Первичное и буферное покрытия наносятся в процессе вытяжки ОВ, вторичное — методом экструзии при вытяжке ОВ или осуществляется отдельная операция.

В качестве вторичной защиты ОВ могут служить (рис. 3.5): трубки оптических модулей или пазы профилированных сердечников ОК; плотные покрытия из полимеров; ленточно-элементная укладка.

Первичное защитное покрытие (ПЗП) наносится на оптическую оболочку в виде лака с последующим отверждением. Несмотря на его небольшую толщину (от единиц до десятков микрон), ПЗП существенно улучшает характеристики ОВ. Так, например, ПЗП из силиконового компаунда почти на 50 % уменьшает чувствительность одномодового ОВ (в части стабильности фазы) к воздействию раздавливающих нагрузок.

Это позволяет во многих случаях использовать для передачи сигналов с повышенным требованием к сохранению поляризации обычные одномодовые ОВ. При воздействии раздавливающей нагрузки на ОВ с кварцевой сердцевиной и кварцевой оптической оболочкой в ПЗП возникают микроизгибы вследствие шероховатости поверхности основания какого-то элемента кабельной конструкции.

Волоконно-оптический кабель для внутренней прокладки в зданиях

Согласно техническим требованиям ОК, предназначенные для прокладки в грунт должны быть бронированными, грозостойкими. Внешняя защитная оболочка кабелей должна иметь сопротивление изоляции относительно электрода заземления не менее 10 МОм·км при напряжении не менее 10 кВ переменного тока в течение 5 с. Кабели должны быть сертифицированы для применения на ВСС РФ.

Температурный диапазон эксплуатации подземных ОК -400С… 500С. Некоторые заводы указывают более широкий диапазон температур. Например, ЗАО «Севкабель-оптик» от -600С до 700С.

На магистральных и внутризоновых сетях в грунт в основном прокладываются ОК с броней из круглых оцинкованных проволок. В зависимости от сложности грунтов на трассе ВОЛП эти кабели имеют разные допустимые растягивающие усилия.

Для грунтов всех групп, включая грунты, подверженные мерзлотным деформациям, а также на речных переходах, через судоходные реки и на глубоководных участках водоемов рекомендуется использовать ОК типа 1 с двухслойной круглопроволочной броней, имеющий допустимое растягивающее усилие 80 кН.

Для грунтов всех групп, включая скальные и сложные грунты, а также через неглубокие несудоходные реки и болота рекомендуется использовать ОК типа 2 с однослойной круглопроволочной броней, имеющий допустимое растягивающее усилие 20 кН.

Для прокладки ОК в легких грунтах, по мостам и эстокадам, а в некоторых случаях и в телефонной канализации используется ОК типа 3 с однослойной круглопроволочной броней, имеющий допустимое растягивающее усилие 7 кН.

Здесь следует отметить, что в зависимости от местных условий заказчики могут заводам заказать ОК и с другими допустимыми растягивающими усилиями. Например, ЗАО «СОКК» предлагает ОК с круглопроволочной броней с допустимыми растягивающими усилиями на 10 и 40 кН.

На рисунке 2.5 представлены конструкции ОК с многомодульным оптическим сердечником производства ЗАО «СОКК», а на рисунке 2.6 – конструкции ОК с одномодульным оптическим сердечником производства ЗАО «ОКС-01».

ОК с круглопроволочной броней для прокладки в грунт выпускается многими кабельными заводами России. Особенности конструкций этих кабелей изложены в [34].

Рис. 2.5. Конструкции ОК с многомодульным оптическим сердечником и круглопроволочной броней производства ЗАО «СОКК» марки ОКЛК: а) на 7, 10, 20 и 40 кН; б) на 80 кН: 1 – оптические волокна; 2 – ЦСЭ; 3 – кордель заполнения; 4 – поясная изоляция из лавсановой ленты; 5 – гидрофобный компаунд; 6 – внутренняя полиэтиленовая оболочка; 7 – броня из круглых оцинкованных проволок: а) в один слой; б) в два слоя; 8 – наружная полиэтиленовая оболочка

Рис. 2.6. Конструкции ОК с одномодульным оптическим сердечником с центральным оптическим модулем производства ЗАО «ОКС-01» марок ОПС, ОАС и ОА2: 1- полимерная трубка; 2 — оптическое волокно, сгруппированное в пучки; 3 – гидрофобный компаунд; 4 – водоблокирующая и алюмополиэтиленовая лента; 5 – броня из стальных оцинкованных проволок; 6 – наружная оболочка; 7 — наружная оболочка

Согласно ведомственных норм технологического проектирования в телефонной кабельной канализации допускается прокладка ОК практически всех конструкций, т.к. все линейные кабели имеют внешнюю защитную пластмассовую оболочку. Однако по технико-экономическим соображениям и учитывая, что в телефонной кабельной канализации, а также в коллекторах, тоннелях, на мостах и эстакадах ОК могут повреждаться грызунами рекомендуется прокладывать кабели с бронепокровом из стальной гофрированной оболочки.

Такие кабели выпускаются многими отечественными производителями ОК. На рисунке 2.9. в качестве примера представлена конструкция ОК ЗАО «СОКК» марки ОКЛСт со стальной гофрированной броней типа Zetabon, которая представляет собой стальную ленту на которую с обеих сторон электролитическим путем нанесено полимерной покрытие.

В процессе нанесения наружной оболочки полимерное покрытие стальной ленты расплавляется и образует надежную приварку стальной ленты к защитной оболочке, что обеспечивает защиту от грызунов, механических воздействий, а также от поперечной диффузии влаги. Кабели выпускаются с одной наружной полиэтиленовой оболочкой или с двумя (внутренней и наружной).

Рис. 2.9. Конструкции ОК производства ЗАО «СОКК» с многомодульным оптическим сердечником марки ОКЛСт: 1 – оптические волокна; 2 – центральный силовой элемент из стеклопластикового прутка; 3 – кордели; 4 – поясная изоляция в виде лавсановой ленты; 5 – гидрофобный компаунд; 6 – броня в виде стальной гофрированной ленты с водоблокирующей лентой под ней; 7 — Наружная оболочка, выполненная из композиции ПЭ средней или высокой плотности

Волоконно – оптические кабели внутренней прокладки, иногда называемые кабелями внутриобъектовой прокладки, используются для построения горизонтальной подсистемы и подсистемы внутренних магистралей структурированных кабельных систем (СКС). От кабелей внешней прокладки они отличаются по двум основным параметрам [64]:

• меньшим внешним диаметром и массой в сочетании с более высокой гибкостью за счет отсутствия гидрофобного заполнителя и применения облегченных упрочняющих покрытий без броневых покровов;
• лучшими характеристиками пожарной безопасности.

Волоконно – оптические кабели внутренней прокладки, применяемые в СКС, должны соответствовать требованиям пожарной безопасности. Свойства кабеля с точки зрения пожарной безопасности определяются материалом диэлектриков, используемых в его конструкции (главным образом, материалом внешней оболочки).

ОВ кабелей рассматриваемой группы обязательно снабжаются вторичным защитным полимерным покрытием диаметром 900 мкм, которое без зазора уложено на первичное покрытие диаметром 250 мкм. Волокно в таком покрытии допускает непосредственную установку вилки оптического разъема без применения каких-либо дополнительных элементов.

Для защиты кабельного сердечника от механических воздействий в кабелях внутренней прокладки используется слой кевларовых нитей, который расположен непосредственно под шлангом внешней оболочки. В отличие от кабелей внешней прокладки здесь наблюдается свободная укладка этих нитей без сплетения в оплетку.

Кабели внутренней прокладки известны в двух основных конструктивных разновидностях. Изделия первой группы называются распределительными кабелями (distribution) и содержат ОВ в буферном покрытии 0,9 мм, которые вместе с кевларовыми упрочняющими нитями помещены в общую защитную оболочку. Их разделка осуществляется в коммутационных устройствах.

В так называемых композитивных кабелях (breakout) каждое ОВ дополнительно помещено в защитный шланг внешним диаметром 2 – 3 мм. Таким образом, данное изделие может рассматриваться как конструктивный аналог многоэлементного электрического многопарного кабеля. Такие конструкции обладают большим внешним диаметром и механической прочностью, что определяется как наличием центрального силового элемента, так и дополнительным слоем кевларовых нитей под каждым индивидуальным защитным шлангом.

Они ориентированы, в первую очередь, на изготовление претерминированных сборок и, как это следует из названия (breakout по-английски означает место отвода из многожильного кабеля), выполнение отводов отдельных ОВ без использования разветвительных муфт. Не исключается, хотя и редко применятся на практике, возможность изготовления многоволоконных соединительных шнуров.

Пример конструкции кабелей внутренней прокладки показан на рис. 2.16, а в таблице 2.4 приводятся типовые механические характеристики современных серийных изделий этого типа.

Основная цель прокладки волоконно-оптических кабелей и соответствующего оборудования на участках, проходящих внутри здании, аналогична цели их прокладки на участках линейно-кабельных сооружений.

Таким образом, конструкция, характеристики окружающей среды и механические характеристики, а также методы испытаний волоконно-оптических кабелей на участках, проходящих внутри зданий, в основном такие же, что и волоконно-оптического кабеля, применяемого на участках линейно-кабельных сооружений. Существенные различия состоят в использовании для оболочки материалов, не поддерживающих горение и в исключении гидрофобных компаундов, поскольку таковые не требуются.

Система прокладки волоконно-оптического кабеля внутри зданий и помещений была разработана для сооружений как локальных сетей (сетей LAN), так и внутренних систем передачи, а также для реализации высокоскоростных широкополосных цифровых и видео конференц-связей.

Рис. 2.16. Основные варианты конструктивного исполнения кабелей внутренней прокладки: а) распределительный кабель (distribution); б) композитивный кабель (breakout)

Таблица 2.4. Типовые механические характеристики кабелей внутренней прокладки

Параметр	Значение
Число волокон Внешний диаметр кабеля, мм Рабочий температурный диапазон: — прокладка — эксплуатация Минимальный радиус изгиба: — прокладка — эксплуатация Максимально допустимое усилие на растяжение во время монтажа, Н Максимальное допустимое усилие на сдавливание, Н/см	2 – 36 5 – 15 0… 300С -20… 700С 15 внеш. диаметров 10 внеш. диаметров 400 – 3000 1500 – 2000

Систему прокладки волоконно-оптического кабеля внутри зданий и помещений можно, в основном, классифицировать следующим образом:

• основная распределительная часть, которая представляет собой систему прокладки кабеля в вертикальной кабельной канализации внутри шахтных стволов от панели MDF (главной панели переключений) к панелям IDF (промежуточным панелям переключений) или в таких местах соединения кабелей, как шкаф;
• напольная распределительная часть, которая представляет собой систему горизонтальной прокладки кабеля между такими местами соединения кабелей, как шкаф, в/на стене, под полом, на полу;
• оконечная часть, которая представляет собой систему прокладки кабелей, идущую от таких мест соединения кабелей, как шкаф, до устройства SDU (устройство цифровой связи) или выходов; часто в качестве оконечной части применяются одно- и двухволоконные кабели;
• место соединения кабелей, волоконно-оптические кабели и относящиеся к ним устройства внутри зданий в отличие от внешних кабелей могут применяться на ограниченных участках сети электросвязи; при определении конструкции кабеля и относящихся к нему устройств необходимо очень тщательно рассматривать большое количество различных условий окружающей среды, чтобы обеспечить возможность непрерывного поддержания требуемых характеристик.

Небронированный канализационный кабель

Небронированная оптика используется для укладки в канализации, при условии, что на нее не будет внешних механических воздействий. Также подобный кабель прокладывается в тоннелях, коллекторах и зданиях. Но даже в случаях отсутствия внешнего воздействия на кабель в канализации, его могут укладывать в защитные полиэтиленовые трубы, а монтаж производится либо вручную, либо при помощи специальной лебедки.

Бронированные оптоволоконные кабели используются при наличии больших внешних нагрузок, в особенности, на растяжение. Бронирование может быть различным, ленточным или проволочным, последнее подразделяется на одно- и двухповивное. Кабели с ленточным бронированием используются в менее агрессивных условиях, например, при прокладке в кабельной канализации, трубах, тоннелях, на мостах.

Ленточное бронирование представляет собой стальную гладкую или гофрированную трубку толщиной в 0,15-0,25 мм. Гофрирование, при условии, что это единственный слой защиты кабеля, является предпочтительным, так как оберегает оптоволокно от грызунов и в целом повышает гибкость кабеля. При более суровых условиях эксплуатации, например, при закладке в грунт или на дно рек используются кабели с проволочной броней.

Какие требования предъявляются к волоконно-оптическим кабелям

В соответствии с [37] основные технические требования к ОК, применяемых на ВСС России сводятся к следующему [34,38].

Оптические кабели должны быть рассчитаны на возможность передачи всех видов информации на базе современных и перспективных оптических технологий передачи. Как правило, линейные ОК не должны иметь внутри оптического сердечника металлических элементов, чтобы не возникали дополнительные затраты на защиту от внешних электромагнитных воздействий.

Оболочка ОК должна в течение всего срока службы сохранять герметичность, влагонепроницаемость, электрическую прочность, стойкость к воздействию соляного тумана, солнечного излучения, стойкость к избыточному гидростатическому давлению, к низким и высоким температурам, обеспечивать нераспространение горения (при прокладке внутри помещений) и иметь требуемые механические свойства на растяжение, сдавливание, удары и изгибы.

Броня, применяемая в ОК, должна обладать механические свойствами, адекватными условиям прокладки и эксплуатации ОК, и сохранять эти свойства в течение всего срока службы, обеспечивать защиту от грызунов.

Оптические кабели должны иметь сертификат соответствия Министерства информационных технологий и связи России.

Требования к одному из основных характеристик ОК коэффициенту затухания, обусловленные необходимостью создания больших длин элементарных кабельных участков для высокоскоростных ВОСП, стремлением уменьшить затраты на строительство, эксплуатацию, а в дальнейшем и реконструкцию линий передачи, приведены в таблице 2.2.

Важными характеристиками, позволяющими контролировать состояние ОК в процессе его эксплуатации, являются:

• электрическое сопротивление изоляции наружной полиэтиленовой оболочки постоянному току между металлическими элементами и землей (водой), которое должно быть не менее 2000 МОм∙км;
• испытательное напряжение наружной полиэтиленовой оболочки между соединенными вместе металлическими элементами кабеля и водой в течение 5с величиной 10 кВ переменным током частотой 50 Гц и 20 кВ постоянным током.

I категория Iм {amp}gt; 105 кА;

II категория 80 кА ≤ Iм {amp}lt; 105 кА;

III категория 55 кА ≤ Iм {amp}lt; 80 кА;

IV категория Iм {amp}lt; 55 кА.

Требования к механическим параметрам ОК и рабочей диапазон температур приведены в таблице 2.3.

Оптические кабели вне зависимости от условий применения должны выдерживать циклическую смену температур от низкой до высокой рабочей температуры.

Таблица 2.2. Коэффициент затухания ОВ и ОК

Подвесные ОК должны быть стойкими к воздействию атмосферных осадков, соляного тумана, солнечного излучения (радиации).

Подводные ОК должны выдерживать избыточное гидростатическое давление 70 МПа (при прокладке на береговых и морских участках) и 0,7 МПа (при прокладке на речных переходах и на глубоководных участках водоемов).

Оптические кабели должны иметь защиту от продольного распространения влаги.

Гидрофобный компаунд, заполняющий оптический кабель, не должен становиться текучим при температуре до 700С и должен быть совместим с другими материалами оптического кабеля. Гидрофобный компаунд не должен влиять на параметры оптических волокон, должен легко удаляться при монтаже, не быть токсичным и не вызвать коррозию.

Оптические кабели, предназначенные для прокладки внутри зданий, в коллекторах и тоннелях, должны иметь наружную оболочку из материала, не распространяющего горение.

Срок службы оптических кабелей должен быть не менее 25 лет.

2.3. Основные производители и номенклатура ОК

В настоящее время в России ОК выпускают достаточно большим количеством отечественных предприятий. Оснащение производства современным высокопроизводительным и полностью автоматизированным оборудованием ведущих зарубежных фирм, использование отечественного и импортного высококачественного сырья и материалов, современной испытательной и измерительной техники, а также внедрение систем качества, отвечающих требованиям отечественных и зарубежных стандартов позволяют кабельным заводам успешно конкурировать с ведущими зарубежными фирмами-изготовителями оптических кабелей. На сегодняшний день на сети связи России в основном поступает ОК отечественного производства.

Перечислим основные заводы-изготовители оптического кабеля.

Совместные предприятия:

• СП ЗАО «Самарская оптическая кабельная компания» (г. Самара), одним из соучредителей которой является фирма Corning Inc., США;
• СП ЗАО «Москабель-Фуджикура» (г. Москва), одним из соучредителей которой является фирма Fujikura, Япония;
• СП ЗАО «ОФС Связьстрой-1», «Волоконно-оптическая кабельная компания» (г. Воронеж), соучредителем которой являются фирмы Furukava (Япония) и Commscope (США).

Отечественные предприятия:

• ЗАО НФ «Электропровод» (г. Москва);
• ЗАО «Севкабель-оптик» (г. Санкт-Петербург);
• ООО «Оптен» (г. Санкт-Петербург);
• ЗАО «ОКС-01» (г. Санкт-Петербург);
• ООО «Сарансккабель-оптика» (г. Саранск);
• ООО «Эликс-кабель» (г. Реутов Московской области);
• ЗАО «Трансвок» (г. Боровск Калужской области);
• ЗАО «Еврокабель» (г. Щелково Московской области).

На российский рынок также поставляют ОК ОАО «Одесскабель» (г. Одесса, Украина) и завод «Союз-кабель» (г. Витебск, Республика Беларусь), который начал свою деятельность в 2003г.

Большинство кабельных заводов придерживается стратегии выпуска ОК, при которой потребителю предлагается на выбор конструкции ОК с несколькими базовыми конструкциями оптических сердечников (с центральным ОМ или с различным числом ОМ и элементов заполнения вокруг ЦСЭ), несколькими вариантами брони (круглая проволока, стальная лента, арамидные нити, стеклопластиковые прутки и т.п.), внутренних и наружных оболочек.

Таблица 2.3. Механические параметры ОК

Типы ОК по условиям применения	Статическое растягивающее усилие, не менее, кН	Раздавливающее усилие, не менее, кН/10 мм	Стойкость к удару с начальной энергией, не менее, Дж	Стойкость к изгибу	Стойкость к осевому кручению	Стойкость к вибрационной нагрузке	Диапазон температур, t0C
Подземные
В грунтах, кроме скальных и подверженных мерзлотным деформациям	25	0,4	10	20 циклов изгибов на угол ±900 с радиусом не более 20 наружных диаметров в нормальных климатических условиях при температуре не ниже минус 100С	10 циклов осевого кручения на угол ±3600 на длине не более 4 м	С ускорением 40 м/с2 с частотой 10…200 Гц	-40… 50
В грунтах скальных и подверженных мерзлотным деформациям	20	0,4	10				-40… 50
В кабельной канализации	1,5	0,4	5,0				-40… 50
В специальных защитных пластмассовых трубах (ЗПТ)	1,0	0,2	3,0				-40… 50
Подводные
На речных переходах	20	1,0	В соответствии с документацией завода производителя	То же, что и для подземных			-40… 50
На глубоководных участках водоемов	30	1,0					-40… 50
На береговых участках	50	1,0					-40… 50
На морских участках	25	1,5					4… 50
Подвесные
На опорах ВЛС, городского электрохозяйства, эл.ж.д. и ЛЭП напряжением менее 110 кВ	3,0	1,0	10	То же, что и для подземных			-60… 70
На опорах ЛЭП (ОК в грозотросе)	7,0	2,0					-60… 70
Внутриобъектовые
Распределительные	1,0	0,2	3,0	То же, что для подземных, но только в нормальных климатических условиях			-10… 50
Станционные (монтажные)	0,05	0,05	1,0				-10… 50
Примечание. Динамическое растягивающее усилие в соответствии с документацией завода производителя, величина которого должна быть на 15% больше, чем статическое растягивающее усилие

Выпускаются ОК различного назначения (линейные, внутриобъектовые) и для различных условий прокладки и эксплуатации (подземные, подводные, подвесные, для прокладки внутри зданий — распределительные и станционные).

Унификация выпускаемых ОК заключается прежде всего в унификации оптического сердечника ОК. Применяются две конструкции:

• ОК с оптическим сердечником, в центре которого расположен силовой элемент (ЦСЭ) и несколько элементов повива – оптических модулей (ОМ) и корделей заполнения;
• ОК с оптическим сердечником, в центре которого расположена полимерная трубка с ОВ, выполняющая роль центрального оптического модуля.

Всеми кабельными заводами освоены конструкции ОК с многомодульным оптическим сердечником повивного типа, т.е. несколько ОМ и корделей заполнения располагаются вокруг центрального силового элемента. Для многомодульных конструкций хорошо отработана не только технология изготовления, но и технология монтажа ОК, что способствует сохранению стабильности конструкции ОК как в процессе прокладки, так и эксплуатации.

В многомодульном оптическом сердечнике может быть от 2 до18 ОМ, а в каждом ОМ от 2 до 24 ОВ. ОК могут выпускаться емкостью до 288 ОВ. Ряд кабельных заводов освоили конструкции ОК с одномодульным оптическим сердечником в виде полимерной трубки с ОВ, выполняющей роль центрального оптического модуля, внутри которой могут свободно размещаться от 2 до 48 ОВ. Эти конструкции в соответствии с техническими условиями рассчитаны на допустимые растягивающие усилия до 20 кН.

Пределы допустимых растягивающих и раздавливающих усилий зависят от марок ОК и определяются материалом, площадью сечения оболочек и металлических элементов, применяемых в ОК. По требованию заказчика кабельные заводы могут выпускать ОК с любыми механическими параметрами, но не хуже, чем указано в технических условиях.

По критерию «допустимое растягивающее усилие» для прокладки и эксплуатации на магистральной сети связи с учетом природно-климатических условий, в основном, можно выделить четыре типа подземных и подводных ОК:

• тип 1 – не менее 80 кН;
• тип 2 – не менее 20 кН;
• тип 3 – не менее 7 кН;
• тип 4 – не менее 2,7 кН.

Указанные типы ОК были использованы при строительстве Транссибирской ВОЛП.

В систематизированном виде технические параметры этих типов подземных, подвесных и подводных ОК, наиболее оптимальные условия их прокладки и эксплуатации, а также марки ОК, соответствующие допустимому растягивающему усилию для конкретного типа ОК с конкретным количеством ОВ, и производители ОК приведены в [34].

2.4. Оптические кабели для прокладки в грунт

В условиях влажного грунта используется модель кабеля, оптоволоконная часть которого заключена в герметичную металлическую трубку, а бронеповивы проволоки пропитаны специальным водоотталкивающим компаундом. Тут же в дело вступают расчеты: инженеры, работающие на укладке кабеля, не должны допускать превышения растягивающих и сдавливающих нагрузок сверх допустимых. В противном случае, сразу или со временем, могут быть повреждены оптические волокна, что приведет кабель в негодность.

Броня влияет и на значение допустимого усилия на растяжение. Оптоволоконные кабели с двухповивной броней могут выдержать усилие от 80 кН, одноповивные — от 7 до 20 кН, а ленточная броня гарантирует «выживание» кабеля при нагрузке не менее 2,7 кН.

2.7. Подвесные оптические кабели

Подвесные самонесущие кабели монтируются на уже существующих опорах воздушных линий связи и высоковольтных ЛЭП. Это технологически проще, чем прокладка кабеля в грунт, но при монтаже существует серьезное ограничение — температура окружающей среды во время работ не должна быть ниже — 15 оС. Подвесные самонесущие кабели имеют стандартную круглую форму, благодаря которой снижаются ветровые нагрузки на конструкцию, а расстояние пролета между опорами может достигать ста и более метров.

В конструкции самонесущих подвесных оптических кабелей обязательно присутствует ЦСЭ — центральный силовой элемент, изготовленный из стеклопластика или арамидных нитей. Благодаря последним оптоволоконный кабель выдерживает высокие продольные нагрузки. Подвесные самонесущие кабели с арамидным нитями используют в пролетах до одного километра.

В зависимости от строения сердечника различают несколько типов подвесного кабеля:

• Кабель с профилированным сердечником — содержит оптические волокна или модули с этими волокнами – кабель устойчив к растяжению и сдавливанию;
• Кабель со скрученными модулями — содержит оптические волокна, свободно уложенные, кабель устойчив к растяжениям;
• Кабель с одним оптическим модулем – сердечник данного типа кабеля не имеет силовых элементов, поскольку они находятся в оболочке. Такие кабели обладают недостатком, связанным с неудобством идентификации волокон. Тем не менее, они обладают меньшим диаметром и более доступной ценой.

Подвесные ОК достаточно широко используются на ВСС России как по линии Министерства информационных технологий и связи, так и в других Министерствах и ведомствах. Например, на опорах железных дорог России (ОАО «ТрансТелеком») подвешены десятки тысяч километров магистральных оптических кабелей.

Наиболее широко используются конструкции ОК:

• для подвески на опорах ЛЭП;
• для подвески на опорах контактной сети центральной блокировки железных дорог, а также на опорах городского электрохозяйства.

Для подвески на опорах ЛЭП напряжением 110 кВ и выше в России в основном используются ОК, встроенные в грозозащитный трос [35]. Такие кабели наиболее целесообразно обозначать (маркировать): ОКГТ – оптический кабель, встроенный в грозозащитный трос. Эффективность подвески ОК на ЛЭП определяется следующими факторами:

• наличием в разветвительной сети высоковольтных линий электропередачи и, следовательно, возможностью не строить самостоятельную линию связи, а подвешивать кабель к уже существующим, механически прочным опорам;
• совмещением ОК с обязательным на ЛЭП грозозащитным тросом, который одновременно служит силовым несущим элементом кабеля связи и экранирует его от внешних электромагнитных влияний.

Кабели в грозотросе можно классифицировать по ряду признаков, определяемых, в основном, конструкцией сердечника. Кабели бывают как с пластмассовыми, так и с металлическим модулями. Модуль – это самостоятельный конструктивный элемент кабеля, содержащий одно или несколько оптических волокон.

В ОКГТ используются, как правило, так называемые свободные трубчатые модули – пластмассовые или металлические трубки, в которых ОВ располагается свободно с небольшой избыточной длиной по отношению к длине кабеля. Делается это для того, чтобы волокна не испытывали деформации при воздействии на кабель растягивающего усилия.

Кабели бывают одномодульные и многомодульные. В центре одномодульного кабеля находится трубка относительно большого диаметра, в которой помещаются все ОВ. В многомодульном кабеле несколько модулей скручиваются вместе, образуя повив, чаще всего, вокруг центрального силового элемента. Возможна скрутка металлических трубок и без центрального элемента.

Герметичные металлические трубки защищают волокна от проникновения извне влаги и свободного водорода и обладают высоким сопротивлением раздавливанию.

Через пластмассовые трубки возможна диффузия паров воды и свободного водорода, выделяющегося некоторыми защитными материалами. Водород и образованные им гидроксильные группы ОН могут проникать в кварцевое волокно, что приводит к повышению коэффициента затухания. Поэтому пластмассовые трубки модулей обязательно заполняются гидрофобным компаундом, защищающим волокна не только от влаги и от вибрации.

Центральный силовой элемент в многомодульных кабелях может быть либо диэлектрический: стеклопластиковый круглый стержень – кордель, либо металлический: стальная круглая проволока, плакированная алюминием (алюминированная); профилированный алюминиевый (или из сплава) стержень с пазами.

Оптический сердечник в ряде конструкций заключается в трубку – полимерную или металлическую (алюминиевую, из алюминиевого сплава, из нержавеющей стали). Во всех кабелях поверх поясной трубки располагается один или два повива металлических проволок, образующих грозозащитный трос. Проволоки могут быть стальные; алюминиевые;

В двухповивном тросе внешний повив состоит из проволок повышенной электропроводности (алдрей, алюминий), а внутренний – из проволок высокой механической прочности (сталь, плакированная сталь), таким образом, проволоки, обеспечивающие механическую прочность троса и, следовательно, кабеля, защищены от воздействия ударов молнии.

Короткие замыкания в высоковольтных ЛЭП приводят к высокой плотности тока в тросе и сопровождаются повышением температуры внешних алдреевых или алюминиевых проволок, чего не испытывают стальные проволоки внутреннего повива, защищая тем самым от нагрева оптические модули. В одноповивном тросе сочетаются оба типа проволок.

Кабели ОКГТ способны выдерживать очень высокие механические и электрические нагрузки, имеют длительный срок службы, обеспечивают оптимальную механическую защиту ОВ (например, от пулевых повреждений) и оптимальную молниезащиту, так как стальная проволока, обеспечивающая механическую прочность во внутреннем слое, хорошо защищена.

Высокие электрические и механические характеристики обеспечиваются запатентованной отечественной конструкцией кабеля ОКГТ [41] в которой оптический сердечник размещается в металлической оболочке, поверх которой накладывается броня (рис.2.10).

Рис. 2.10. Грозозащитный трос с оптическими волокнами

Внешняя поверхность металлической оболочки имеет продольно-гофрированную структуру, броня выполнена из повива круглых проволок с разными механической прочностью и проводимостью. За счет этого увеличивается теплообмен без уменьшения механической прочности и увеличивается эксплуатационная надежность.

Гофрировка на внешней поверхности металлической оболочки и повив проволок на внешней поверхности металлической оболочки улучшают теплообмен между металлической оболочкой и внешней средой и круглыми проволоками и внешней средой.

За счет хорошего теплообмена с внешней средой и протекания половины тока по проволокам брони с высокой проводимостью металлическая оболочка не перегревается и диэлектрические элементы не оплавляются. Проволоки брони обеспечивают высокую механическую прочность и могут иметь различный диаметр и форму поперечного сечения для получения необходимого эффекта по сохранению механической прочности и получению высокой проводимости.

ОК, встроенные в грозозащитной трос выпускаются многими зарубежными фирмами. Конструкции таких ОК некоторых зарубежных фирм рассмотрены в [35].

ЗАО «Самарская оптическая кабельная компания» разработала и предлагает ОК, встроенный в грозозащитный трос, марки ОКГТ (рис.2.11).

количество ОВ, шт	до 48
номинальный внешний диаметр кабеля, мм	13,2
масса кабеля, кг/км	590
сечение стальной части кабеля, мм2	56,27
сечение алюминиевой части кабеля, мм2	43,26
минимальная разрывная нагрузка, кг	7600
максимально допустимая растягивающая нагрузка, кг	4500
среднеэксплуатационная нагрузка, кг	1900
модуль упругости (начальный), кг/мм2	11735
модуль упругости (конечный), кг/мм2	14130
сопротивление постоянному току при 200, Ом/км	0,47
допустимый ток КЗ в 1 с, кА	9,0
термическая стойкость к КЗ, кА2∙с	81
коэффициент линейного термического расширения, 1/0С	1,6х10-5
минимальный радиус изгиба, мм	260

Рис. 2.11. Конструкция ОК марки ОКГТ производства ЗАО «СОКК»: 1 – оптическое волокно; 2 – гидрофобный компаунд; 3 — центральная полимерная или стальная трубка; 4 – проволоки стальные оцинкованные; 5 – алюминиевая оболочка; 6 – проволоки из алюминиевого сплава; 7- проволоки стальные с алюминиевым покрытием

Параметрами ОК уточняются для каждого конкретного проекта ВОЛП. В зависимости от числа оптических волокон кабели могут иметь сердечник одномодульной и многомодульной конструкции.

Наиболее узким местом внедрения волоконно-оптической техники является сельская местная связь. Масштабная информатизация в глубинке сдерживается относительно высокой стоимостью строительства линейно-кабельных сооружений связи по традиционной технологии. При этом в России намечается большая работа по реконструкции воздушных ЛЭП напряжением до 10 кВ путем подвески самонесущих изолированных проводов (СИП-3) взамен устаревших самонесущих изолированных фазных проводов.

Срочной замены требуют более 700 тыс. км распределительных, находящихся в эксплуатации. В связи с этим ОАО «Севкабель» и ЗАО «Севкабель-оптик» (г. Санкт-Петербург) разработали, испытали и представили на рынок новый для ЛЭП напряжением ниже 10 кВ комбинированный кабель-провод, одновременно выполняющий функции фазного провода и ОК [41].

2.5. Оптические кабели для пневмозадувки в защитные пластмассовые трубы

В настоящее время все шире в России стал использоваться метод пневмозадувки ОК в предварительно проложенные в грунт кабелеукладочной техникой защитные пластмассовые трубы (ЗПТ). Для задувки в ЗПТ применяются ОК облегченной конструкции без бронепокровов.

Основные требования к таким кабелям – малая масса и небольшие габариты. Кабели для пневмозадувки в ЗПТ, как правило, изготавливаются чисто диэлектрическими, не содержащими металлических элементов. В этом случае для определения трассы прокладки ОК в ЗПТ необходимо устанавливать электронные маркеры. На рисунке 2.

7 представлена конструкция ОК марки ОКЛ для пневмозадувки производства ЗАО «СОКК». На рисунке 2.8 представлена конструкция ОК для пневмозадувки производства ЗАО «ОКС-01», которая может быть чисто диэлектрической (ДПО) и с алюмополиэтиленовой оболочкой (ДАО). Алюмополиэтиленовая лента под полиэтиленовой внешней оболочкой позволяет упростить поиск трассы ВОЛП в процессе ее эксплуатации и более надежно защитить кабель от проникновения в него влаги.

Конструкции ОК для пневмозадувки других отечественных производителей представлены в [34].

Рис. 2.7. Конструкции ОК с многомодульным оптическим сердечником марки ОКЛ производства ЗАО «СОКК»: 1 – оптические волокна, свободно уложены в полимерных трубках (оптические модули), заполненных гидрофобным компаундом; 2 – центральный силовой элемент из стеклопластикового прутка; 3 – кордели – сплошные ПЭ стержни для устойчивости конструкции;

Рис. 2.8. Конструкции ОК с многомодульным оптическим сердечником марок ДПО и ДАО производства ЗАО «ОКС-01»: 1- ЦСЭ; 2 — оптические волокна; 3 – полимерная трубка (модуль); 4 – гидрофобный компаунд; 5 – кордель; 6 – водоблокирующая и алюмополиэтиленовая лента; 5 – броня из стальных оцинкованных проволок; 6 – наружная оболочка; 7 — наружная оболочка

 Оптический кабель с тросом

Оптические кабеля с тросом — это разновидность самонесущих кабелей, которые также используются для воздушной прокладки. В таком изделии трос может быть несущим и навивным. Еще существуют модели, в которых оптика встроена в грозозащитный трос.

Усиление оптического кабеля тросом (профилированным сердечником) считается достаточно эффективным методом. Сам трос представляет собой стальную проволоку, заключенную в отдельную оболочку, которая в свою очередь соединяется с оболочкой кабеля. Свободное пространство между ними заполняется гидрофобным заполнителем.

Часто такую конструкцию оптического кабеля с тросом называют «восьмеркой» из-за внешнего сходства, хотя лично у меня возникают ассоциации с перекормленной «лапшой». «Восьмерки» применяют для прокладки воздушных линий связи с пролетом не более 50-70 метров. В эксплуатации подобных кабелей есть некоторые ограничения, например, «восьмерку» со стальным тросом нельзя подвешивать на ЛЭП. Надеюсь, объяснять, почему именно, не нужно.

Но кабели с навивным грозозащитным тросом (грозотросом) спокойно монтируются на высоковольтных ЛЭП, крепясь при этом к проводу заземления. Грозотросный кабель используется в местах, где есть риски повреждения оптики дикими животными или охотниками. Также его можно использовать на больших по дистанции пролетах, чем обычную «восьмерку».

Оптоволоконные кабели для телефонных сетей связи

В связи с этим ОК классифицируются по назначению на две основные группы [34]:

• линейные – для прокладки в не зданий (для наружной прокладки и эксплуатации);
• внутриобъектовые – для прокладки внутри зданий (для внутренней прокладки и эксплуатации).

Определяющим фактором применения линейных ОК на сетях связи являются условия их прокладки и эксплуатации. Линейные оптические кабели позволяют создавать сети во всех средах: на суше, в воде и воздухе. С учетом этого линейные ОК можно классифицировать на три группы: подземные; подвесные; подводные. Внутриобъектовые ОК по условиям применения можно классифицировать на две группы: распределительные; станционные (монтажные).

Условия прокладки и эксплуатации ОК в одной и той же среде далеко не одинаковы, поэтому целесообразно классифицировать ОК и по вариантам их применения.

Классификация оптических кабелей по назначению, условиям и вариантам применения представлена на рисунке 2.1. Предложенная классификация ОК исходит из требований нормативно-технического документа, определяющего технические требования к ОК с учетом их назначения, условий и вариантов применения на Взаимоувязанной сети связи (ВСС) России [4].

Здесь представлена обобщенная классификация ОК. Более подробно классификация по конструкциям и условиям работы для подземных, подвесных, подводных ОК изложена в [36,41].

Рис. 2.1. Классификация оптических кабелей.

В 1985 г. был проложен первый глубоководный оптический кабель связи большой емкости между двумя Канарскими островами (ОК первого поколения).

Эта глубоководная система содержала несколько регенераторов, скорость передачи составляла 280 Мбит/с на 2 ОВ, передача осуществлялась на длине волны 1,3 мкм.

В настоящее время подводные волоконно-оптические кабели имеют протяженность более 300000 км и обеспечивают связь между 90 странами. Запущенная в 1988 г. Трансатлантическая линия ТАТ-8 между США, Францией и Англией, работала также на длине волны 1,3 мкм и обеспечивала емкость 280 Мбит/с на 2 ОВ. До этого момента 65% всех международных каналов между США и Европой обеспечивалось с помощью спутников.

Второе поколение ОК также использовало регенераторы, но уже работало на длине волны 1,55 мкм и на скорости передачи 560 Мбит/с на 2 ОВ. К этому поколению относятся ТАТ-9 (США – Канада – Англия, Франция – Испания), ТАТ-10 (США – Германия), ТАТ-11 (США – Англия – Франция) и ТРС-4 (США – Канада – Япония). ТАТ-9 обеспечивало электронное мультиплексирование и демультиплексирование в подводной части системы.

Третье поколение ОК (1995 г.) обеспечивало начальный сегмент первой трансокеанской кольцевой системы ТАТ-12, ТАТ-13 и ТРС-5. На пару ОВ обеспечивалась скорость 5 Гбит/с синхронной цифровой иерархии, использовались эрбиевые усилители оптических сигналов и длина волны 1,55 мкм.

Четвертое поколение ОК позволило использовать системы, которые обеспечивают прямое усиление оптических сигналов.

Прогноз роста объемов передачи информации дальней связи отмечает, что пропускная способность и скорость передачи удваивается каждые два года.

Подводные ОК должны обладать повышенной прочностью на разрыв и выдерживать давление воды – до 75 МПа. При конструировании подводных ОК приходится учитывать такие требования, как гибкость, устойчивость к шторму, необходимые при прокладке на дне и извлечении непосредственно со дна и из траншеи, подвеске к бонам при ремонте; простоту и быстроту ремонта. Необходимо учитывать, что стоимость самого ОК составляет значительную часть от стоимости всей системы.

Конструкция кабеля для подводной системы зависит от места их прокладки. Существуют: глубоководные кабели с защитой от значительного гидростатического давления; кабели для прокладки в мелководных местах с защитой от сетей и якорей; кабели для прибрежной прокладки с повышенной механической защитой и кабели для прокладки в земле, траншеях к распределительному пункту для присоединения к наземной сети.

При изготовлении кабеля необходимо добиваться минимума остаточных напряжений в ОВ. В настоящее время в лучших образцах она составляет 0,05% от допустимой. ОВ очень чувствительны к воздействию морской воды [35]. При ремонте линии необходимо удалить куски ОК, в которых обнаружены следы воды. При наличии постоянного гидростатического давления скорость проникновения воды вдоль кабеля постоянна, но может быть уменьшена за счет применения гидрофобного заполнения.

Другая проблема заключается в появлении внутри кабеля водорода, который отрицательно действует на ОВ. Водород может выделяться вследствие взаимодействия материалов, из которых изготовлен ОК, с морской водой. Недавние исследования показали, что наименьшего влияния водорода на ОВ достигают за счет металлизации поверхности волокна. Начаты исследования триаксиальной конструкции ОВ, которая также повышает его стойкость к воздействию водорода.

Уменьшить влияние гидростатического давления на ОВ можно за счет использования в конструкции кабеля полой трубки, которая может быть выполнена из металла и несет на себе функции токопроводящей жилы. Сечение трубки и ее размеры часто определяет не давление, а требование по передаваемой электрической мощности. Трубку довольно часто выполняют из меди или алюминия.

Кроме этого способа защиту от гидростатического давления можно осуществлять путем применения скрутки стальными проволоками, которые образуют прочную конструкцию. Армирующие стальные элементы должны обеспечить прочность не только при воздействии статических, но и динамических нагрузок. При двухслойном расположении проволок (направление скрутки проволок в слоях противоположное) добиваются нейтрализации крутящих моментов и исключают возможность возникновения петель.

В [35] приведенные конструкции и характеристики подводных ОК для различных условий эксплуатации и глубины водоемов зарубежных фирм и ЗАО «Севкабель-оптик», г. Санкт-Петербург. Следует отметить, что выпуск глубоководных ОК начинает осуществляться на отечественных заводах. Так, специалистами ЗАО «Севкабель-оптик» разработаны оптические кабели для подводной морской прокладки на глубину до 400 м и до 1000 м.

Кабель представляет собой аксиальную конструкцию, в центре которой расположен оптический модуль в виде герметичной трубки, изготовленной из нержавеющей стали со свободно расположенными оптическими волокнами. Поверх модуля располагается повив медных проводников дистанционного электропитания. Далее следуют промежуточная полиэтиленовая оболочка и внешние покровы, состоящие из бронеповива стальных проволок и наружной полиэтиленовой оболочки.

На рисунке 2.15 представлена конструкция подводного ОК для прокладки на глубину до 400 м марки ПОК-400.

Рис. 2.15. Конструкция подводного ОК марки ПОК-400 производства ЗАО «Севкабель-Оптик» с медными жилами для дистанционного питания: 1 – центральная трубка из полимерных композиций со свободно уложенным оптическим волокном или пучками волокон, заполненная гидрофобным компаундом; 2 – медная проволока (токопроводящая жила дистанционного электропитания);

Количество оптических волокон в кабеле	2—48
Диаметр кабеля, мм	21,5
Масса кабеля, кг/км — в воздухе; — в воде	не более 972 не более 625
Радиус изгиба, мм	не менее 322
Стойкость к продольному растяжению, кН	не менее 50
Стойкость к раздавливающим усилиям, кН/см	не менее 1,5
Стойкость к радиальному гидростатическому давлению, МПа	не менее 4,0
Температурный диапазон эксплуатации, ° С	от минус 40 до плюс 40
Электрическое сопротивление токонесущего элемента дистанционного питания (совокупности медных проволок), Ом/км	не более 1,0
Максимальная строительная длина кабеля, км — при поставке на барабане; — при отгрузке на судно-кабелеукладчик	8 50

В стадии разработки и испытаний находятся и более мощные подводные оптические кабели.

Уникальное географическое положение ЗАО «Севкабель-оптик» — цех по производству оптических кабелей расположен на берегу залива и имеет собственный глубоководный причал – позволяет существенно модернизировать процесс подготовки подводного кабеля к прокладке. Предприятие, обладая тенксами – емкостями для хранения больших строительных длин подводного кабеля, готово проводить комплексные работы по созданию будущих подводных ВОСП, включая монтаж муфт и оптических усилителей, накладку и тестирование линейного тракта.

Данный тип оптических кабелей стоит в сторонке от всех остальных, так как прокладывается в принципиально иных условиях. Почти все типы подводных кабелей, так или иначе, бронированы, а степень бронирования уже зависит от рельефа дна и глубины залегания.

Различают следующие основные типы подводных кабелей (по типу бронирования):

• Не бронирован;
• Одинарное (одноповивное) бронирование;
• Усиленное (одноповивное) бронирование;
• Усиленное скальное (двухповивное) бронирование;

Подробно конструкцию подводного кабеля я рассматривал больше года назад, поэтому тут приведу только краткую информацию с рисунком:

1. Полиэтиленовая изоляция.
2. Майларовое покрытие.
3. Двухповивное бронирование стальной проволокой.
4. Алюминиевая гидроизоляционная трубка.
5. Поликарбонат.
6. Центральная медная или алюминиевая трубка.
7. Внутримодульный гидрофобный заполнитель.
8. Оптические волокна.

Производство

Теперь, когда мы познакомились с наиболее распространенными видами оптоволоконных кабелей, можно проговорить и о производственном процессе всего этого зоопарка. Все мы знаем об оптоволоконных кабелях, многие из нас имели с ними дело лично (как абоненты и как монтажники), но как становится ясно из информации выше, оптоволоконные, в особенности магистральные, кабели могут серьезно отличаться от того, с чем вы имели дело в помещении.

Так как для прокладки оптоволоконной магистрали требуются тысячи километров кабеля, их производством занимаются целые заводы.