eng
Выпуск #1/2012
М.Боев, Аунг Хаинг У
Исследование влияния внешних факторов на оптические кабели, подводящие волокно в дом
Исследование влияния внешних факторов на оптические кабели, подводящие волокно в дом
Просмотры: 4684
В работе представлены результаты исследования стойкости к механическим и климатическим воздействиям, а также в условиях воздействия пламени вновь разработанного ООО "Еврокабель 1" внутриобъектового оптического кабеля марки ОВН-1А-0,3 LS-HF
Теги: mechanical and climate impacts optical fiber механические и климатические воздействия оптическое волокно
Для предоставления абоненту информационных услуг необходимо обеспечить его доступ к сети, и в большинстве случаев для этого используются кабельные линии, причем в последнее время все чаще – оптический кабель (ОК), в котором информация передается по оптическому волокну (ОВ). Считают, что ОВ является самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Обычно кабель – самый долгоживущий элемент сети, свойства этого элемента определяют надежность, скорость и качество передачи информации. Серверы и другие компоненты сети могут многократно меняться, прежде чем будут заменены кабели.
Среди многих технических требований к ОК, прокладываемому в доме, предъявляют специальные требования к механическим и климатическим параметрам, а также требование пожаробезопасности.
В работе представлены результаты исследования стойкости к механическим и климатическим воздействиям, а также в условиях воздействия пламени вновь разработанного ООО "Еврокабель 1" внутриобъектового ОК марки ОВН-1А-0,3 LS-HF. Этот кабель имеет одно ОВ с буферным покрытием из поливинилхлоридного пластиката, плотно нанесенным непосредственно на волокно (рис.1). При этом наружный диаметр ОВ с покрытием становится равным 900 мкм. Оболочка кабеля выполнена из полимерного материала, не распространяющего горение, не содержащего галогенов, с низким дымо- и газовыделением.
Проверка стойкости к механическим воздействиям включала испытания на растяжение, сжатие, осевое кручение и удар. До начала и в процессе испытаний контролировали затухания в ОВ кабеля с помощью рефлектометра MTS 8000 с оптическим блоком 8115SR. При проведении испытаний контролировали затухание на участке кабеля, подвергнутого тому или иному воздействию. Длина этого участка приведена в каждой методике испытаний. Затем измеряли значение затухания на длине кабеля 1,0 км и рассчитывали коэффициент затухания.
Затухание в волокне является мерой того, как импульс света распространяется вдоль волокна и сколько при этом теряет энергии:
А(λ) = -10lg(Рвых/Рвх) [дБ],
где А(λ) – затухание, Рвх – энергия импульса на входе, Рвых – энергия импульса на выходе ОВ.
Коэффициент затухания α'(λ), или затухание на единицу длины волокна, не подвергнутого внешним воздействиям, не зависит от длины волокна, и рассчитывается как
α'(λ) = А'(λ) / L [дБ/км],
где L – длина волокна.
Коэффициент затухания α''(λ) на коротких участках, где происходят внешние воздействия на ОВ, рассчитывают по выражению:
α''(λ) = А''(λ) / l [дБ/км],
где l – длина участка внешних воздействий.
Тогда коэффициент затухания α(λ), определяемый в ходе проведенных исследований, является величиной аддитивной, определенный из соотношения:
α(λ) = (А'(λ) + А''(λ)) / L.
Отсюда следует, что абсолютное значение величины коэффициента затухания при исследовании учитывает влияние локальных внешних воздействий на ОК и позволяет оценить уровень влияния этого воздействия по приращению коэффициента затухания.
Испытание кабелей на стойкость к растяжению проводили по ГОСТ Р МЭК 794-1 (метод Е1) на строительной длине, при этом длина растягиваемого участка кабеля составляла 70 м. Кабель подвергали растяжению со скоростью около 100 мм/мин. Растягивали кабель путем приложения нагрузки ступенями, каждый раз увеличивая нагрузку на 100 Н, на специальной установке для испытаний на растяжение и раздавливание типа РРК-ЕК2. На первой ступени при достижении нагрузки 100 Н дальнейшее растяжение прекращали и после воздействия нагрузки в течение 3 мин измеряли затухание на участке, подвергнутом растяжению. Затем вновь продолжали растяжение, повышая нагрузку до 200 Н, и аналогичным образом измеряли затухание и т.д. При достижении нагрузки 1000 Н растяжение прекращали и также последовательно снижали нагрузку ступенями по 100 Н.
Из результатов измерения затухания (рис.2) видно, что предельно допустимое значение затухания 0,22 дБ/км возникает при увеличении нагрузки при растяжении более 500 Н. Между кривой нагрузки и разгрузки имеется некоторый гистерезис, связанный, очевидно, с релаксацией напряжения ОВ в течение времени, превышающем 3 мин.
Испытание кабелей на стойкость к раздавливанию проводят по ГОСТ Р МЭК 794-1 (метод Е3), тоже на строительной длине кабеля. При этом длина участка, на котором производили раздавливание, составляла 10 см. Измерение затухания и порядок приложения нагрузки аналогичен испытанию на растяжение. Для создания нагрузки использовали разрывную машину типа H5KS, оснащенную специальными зажимами. Из полученных при сжатии результатов измерения затухания (рис.3) видно, что при приложении нагрузки происходит рост затухания. Предельно допустимое значение коэффициента затухания 0,22 дБ/км возникает при увеличении нагрузки сжатия, рассчитанной на 1 см длины кабеля (приведенная нагрузка), более 500 Н/см.
Испытание кабелей на стойкость к осевому кручению проводят по ГОСТ Р МЭК 794-1 (метод Е7) на строительной длине, при этом длина участка, на котором производили скручивание, составляла 4 м, масса натяжного груза – 5 кг. Скручивали кабель ступенями по 360° на специальной установке для испытаний на скручивание типа СК-ЕК2. Вначале кручение производили по часовой стрелке до роста коэффициента затухания, более чем в 20 раз превышающее исходное значение. Затем производили кручение в другую сторону, также до роста коэффициента затухания, более чем в 20 раз превышающее исходное значение. Полученные при кручении результаты измерения (рис.4) показывают, что при приложении нагрузки затухание растет. Предельно допустимое значение коэффициента затухания 0,22 дБ/ км возникает при увеличении нагрузки при растяжении более 500 Н.
Испытание кабелей на стойкость к осевому кручению проводили согласно требованиям ГОСТ Р МЭК 794-1-93 (метод Е7). Длина испытуемого образца кабеля составляла 4 м, масса груза, создающего растягивающее усилие, – 50 Н. Из результатов измерения затухания (см. рис.4) видно, что при увеличении угла скручивания происходит рост затухания. Резкое увеличение коэффициента затухания свыше предельно-допустимого возникает при увеличении угла скручивания более 10800°.
Испытание кабелей на стойкость к удару проводили согласно требованиям ГОСТ Р МЭК 794-1 (метод Е4). Энергию удара (Е) рассчитывали по уравнению E=mgh, где m – масса груза; h – высота; g – ускорение свободного падения.
Затухание измеряли в режиме реального времени, из полученных данных (рис.5) видно, что в момент удара рост коэффициента затухания происходит при увеличении энергии удара.
Проверка стойкости кабеля к климатическим воздействиям включала воздействие пониженной и повышенной температур. Кабель на стойкость к воздействию изменения температуры испытывали по ГОСТ Р МЭК 794-1 (метод F1) на той же строительной длине кабеля. Кабель, намотанный на барабан, помещали в климатическую камеру типа СН 1200С. Концы кабеля выводили из камеры наружу и подключали к рефлектометру. Коэффициент затухания измеряли при нормальных климатических условиях, а также при нагреве до температуры 70°С и при охлаждении до температуры -30°С ступенями через каждые 10°С. Время выдержки при нормальных климатических условиях и на каждой ступени нагрева и охлаждения составляло 2 часа.
Из зависимостей коэффициента затухания от температуры кабеля (рис.6, 7) видно, что нагрев и охлаждение приводят к росту затухания. Если задаться предельно допустимым значением коэффициента затухания 0,22 дБ/км, то температурный диапазон эксплуатации кабеля составляет от -10 до 50°С.
Требования пожарной безопасности к кабельным изделиям изложены в ГОСТ Р 53315-2009 "Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности". Для ОК важно непродолжительное сохранение работоспособности в условиях воздействия пламени.
На рис.8 представлена зависимость коэффициента затухания в ОВ при воздействии различной температуры. Аналитически эта зависимость имеет вид:
если T=T1, то α=α1; если T=T2, то α=α2;
где T – температура.
Анализ этой зависимости показывает, что прирост коэффициента затухания начинается при температуре свыше 1000°С. Естественно, что в этих условиях разрушаются все защитные покрытия, которые использованы в конструкции исследуемого ОК.
Таким образом, проведенные исследования позволили определить основные механические и климатические свойства ОК, предназначенных для ввода ОВ в дом, а также определить поведение таких кабелей в условиях воздействия пламени.
Литература
1. Гроднев И.И., Ларин Ю.Т., Теумин И.И. Оптические кабели. – М.: Энергоатомиздат, 1991.
2. Портнов Э.Л. Оптические кабели связи: конструкции и характеристики. – М.: Горячая линия-Телеком, 2002.
3. Боев М.А., Аунг Хаинг У. Кабели для компьютерной сети. // 13-я Международная конференция электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты. 19–25 сентября, 2010. Труды. – Крым, Алушта, МКЭЭЭ-2010, с.31.
4. Аунг Хаинг У, Боев М.А. Допустимые значения параметров оптических кабелей компьютерных сетей. // 17-я Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. 24–25 февраля, 2011. Тезисы докладов, т. 2. – М.: Издательский дом МЭИ, 2011, с.34–36.
5. Боев М.А., Аунг Хаинг У. Механические и климатические свойства оптических кабелей для ЛВС. – Вестник связи, 2011, №8, с.41–44.
Среди многих технических требований к ОК, прокладываемому в доме, предъявляют специальные требования к механическим и климатическим параметрам, а также требование пожаробезопасности.
В работе представлены результаты исследования стойкости к механическим и климатическим воздействиям, а также в условиях воздействия пламени вновь разработанного ООО "Еврокабель 1" внутриобъектового ОК марки ОВН-1А-0,3 LS-HF. Этот кабель имеет одно ОВ с буферным покрытием из поливинилхлоридного пластиката, плотно нанесенным непосредственно на волокно (рис.1). При этом наружный диаметр ОВ с покрытием становится равным 900 мкм. Оболочка кабеля выполнена из полимерного материала, не распространяющего горение, не содержащего галогенов, с низким дымо- и газовыделением.
Проверка стойкости к механическим воздействиям включала испытания на растяжение, сжатие, осевое кручение и удар. До начала и в процессе испытаний контролировали затухания в ОВ кабеля с помощью рефлектометра MTS 8000 с оптическим блоком 8115SR. При проведении испытаний контролировали затухание на участке кабеля, подвергнутого тому или иному воздействию. Длина этого участка приведена в каждой методике испытаний. Затем измеряли значение затухания на длине кабеля 1,0 км и рассчитывали коэффициент затухания.
Затухание в волокне является мерой того, как импульс света распространяется вдоль волокна и сколько при этом теряет энергии:
А(λ) = -10lg(Рвых/Рвх) [дБ],
где А(λ) – затухание, Рвх – энергия импульса на входе, Рвых – энергия импульса на выходе ОВ.
Коэффициент затухания α'(λ), или затухание на единицу длины волокна, не подвергнутого внешним воздействиям, не зависит от длины волокна, и рассчитывается как
α'(λ) = А'(λ) / L [дБ/км],
где L – длина волокна.
Коэффициент затухания α''(λ) на коротких участках, где происходят внешние воздействия на ОВ, рассчитывают по выражению:
α''(λ) = А''(λ) / l [дБ/км],
где l – длина участка внешних воздействий.
Тогда коэффициент затухания α(λ), определяемый в ходе проведенных исследований, является величиной аддитивной, определенный из соотношения:
α(λ) = (А'(λ) + А''(λ)) / L.
Отсюда следует, что абсолютное значение величины коэффициента затухания при исследовании учитывает влияние локальных внешних воздействий на ОК и позволяет оценить уровень влияния этого воздействия по приращению коэффициента затухания.
Испытание кабелей на стойкость к растяжению проводили по ГОСТ Р МЭК 794-1 (метод Е1) на строительной длине, при этом длина растягиваемого участка кабеля составляла 70 м. Кабель подвергали растяжению со скоростью около 100 мм/мин. Растягивали кабель путем приложения нагрузки ступенями, каждый раз увеличивая нагрузку на 100 Н, на специальной установке для испытаний на растяжение и раздавливание типа РРК-ЕК2. На первой ступени при достижении нагрузки 100 Н дальнейшее растяжение прекращали и после воздействия нагрузки в течение 3 мин измеряли затухание на участке, подвергнутом растяжению. Затем вновь продолжали растяжение, повышая нагрузку до 200 Н, и аналогичным образом измеряли затухание и т.д. При достижении нагрузки 1000 Н растяжение прекращали и также последовательно снижали нагрузку ступенями по 100 Н.
Из результатов измерения затухания (рис.2) видно, что предельно допустимое значение затухания 0,22 дБ/км возникает при увеличении нагрузки при растяжении более 500 Н. Между кривой нагрузки и разгрузки имеется некоторый гистерезис, связанный, очевидно, с релаксацией напряжения ОВ в течение времени, превышающем 3 мин.
Испытание кабелей на стойкость к раздавливанию проводят по ГОСТ Р МЭК 794-1 (метод Е3), тоже на строительной длине кабеля. При этом длина участка, на котором производили раздавливание, составляла 10 см. Измерение затухания и порядок приложения нагрузки аналогичен испытанию на растяжение. Для создания нагрузки использовали разрывную машину типа H5KS, оснащенную специальными зажимами. Из полученных при сжатии результатов измерения затухания (рис.3) видно, что при приложении нагрузки происходит рост затухания. Предельно допустимое значение коэффициента затухания 0,22 дБ/км возникает при увеличении нагрузки сжатия, рассчитанной на 1 см длины кабеля (приведенная нагрузка), более 500 Н/см.
Испытание кабелей на стойкость к осевому кручению проводят по ГОСТ Р МЭК 794-1 (метод Е7) на строительной длине, при этом длина участка, на котором производили скручивание, составляла 4 м, масса натяжного груза – 5 кг. Скручивали кабель ступенями по 360° на специальной установке для испытаний на скручивание типа СК-ЕК2. Вначале кручение производили по часовой стрелке до роста коэффициента затухания, более чем в 20 раз превышающее исходное значение. Затем производили кручение в другую сторону, также до роста коэффициента затухания, более чем в 20 раз превышающее исходное значение. Полученные при кручении результаты измерения (рис.4) показывают, что при приложении нагрузки затухание растет. Предельно допустимое значение коэффициента затухания 0,22 дБ/ км возникает при увеличении нагрузки при растяжении более 500 Н.
Испытание кабелей на стойкость к осевому кручению проводили согласно требованиям ГОСТ Р МЭК 794-1-93 (метод Е7). Длина испытуемого образца кабеля составляла 4 м, масса груза, создающего растягивающее усилие, – 50 Н. Из результатов измерения затухания (см. рис.4) видно, что при увеличении угла скручивания происходит рост затухания. Резкое увеличение коэффициента затухания свыше предельно-допустимого возникает при увеличении угла скручивания более 10800°.
Испытание кабелей на стойкость к удару проводили согласно требованиям ГОСТ Р МЭК 794-1 (метод Е4). Энергию удара (Е) рассчитывали по уравнению E=mgh, где m – масса груза; h – высота; g – ускорение свободного падения.
Затухание измеряли в режиме реального времени, из полученных данных (рис.5) видно, что в момент удара рост коэффициента затухания происходит при увеличении энергии удара.
Проверка стойкости кабеля к климатическим воздействиям включала воздействие пониженной и повышенной температур. Кабель на стойкость к воздействию изменения температуры испытывали по ГОСТ Р МЭК 794-1 (метод F1) на той же строительной длине кабеля. Кабель, намотанный на барабан, помещали в климатическую камеру типа СН 1200С. Концы кабеля выводили из камеры наружу и подключали к рефлектометру. Коэффициент затухания измеряли при нормальных климатических условиях, а также при нагреве до температуры 70°С и при охлаждении до температуры -30°С ступенями через каждые 10°С. Время выдержки при нормальных климатических условиях и на каждой ступени нагрева и охлаждения составляло 2 часа.
Из зависимостей коэффициента затухания от температуры кабеля (рис.6, 7) видно, что нагрев и охлаждение приводят к росту затухания. Если задаться предельно допустимым значением коэффициента затухания 0,22 дБ/км, то температурный диапазон эксплуатации кабеля составляет от -10 до 50°С.
Требования пожарной безопасности к кабельным изделиям изложены в ГОСТ Р 53315-2009 "Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности". Для ОК важно непродолжительное сохранение работоспособности в условиях воздействия пламени.
На рис.8 представлена зависимость коэффициента затухания в ОВ при воздействии различной температуры. Аналитически эта зависимость имеет вид:
если T=T1, то α=α1; если T=T2, то α=α2;
где T – температура.
Анализ этой зависимости показывает, что прирост коэффициента затухания начинается при температуре свыше 1000°С. Естественно, что в этих условиях разрушаются все защитные покрытия, которые использованы в конструкции исследуемого ОК.
Таким образом, проведенные исследования позволили определить основные механические и климатические свойства ОК, предназначенных для ввода ОВ в дом, а также определить поведение таких кабелей в условиях воздействия пламени.
Литература
1. Гроднев И.И., Ларин Ю.Т., Теумин И.И. Оптические кабели. – М.: Энергоатомиздат, 1991.
2. Портнов Э.Л. Оптические кабели связи: конструкции и характеристики. – М.: Горячая линия-Телеком, 2002.
3. Боев М.А., Аунг Хаинг У. Кабели для компьютерной сети. // 13-я Международная конференция электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты. 19–25 сентября, 2010. Труды. – Крым, Алушта, МКЭЭЭ-2010, с.31.
4. Аунг Хаинг У, Боев М.А. Допустимые значения параметров оптических кабелей компьютерных сетей. // 17-я Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. 24–25 февраля, 2011. Тезисы докладов, т. 2. – М.: Издательский дом МЭИ, 2011, с.34–36.
5. Боев М.А., Аунг Хаинг У. Механические и климатические свойства оптических кабелей для ЛВС. – Вестник связи, 2011, №8, с.41–44.
Отзывы читателей
