Магистральный оптоволоконный кабель это

Магистральные оптические кабели

Сегодня весь мир остаётся на связи благодаря огромной паутине магистральных сетей, так как они формируют основную сеть передачи информации внутри городов и населённых пунктов, а также между ними.

Рис 1. Карта магистральных кабелей связи России на 2020 год (скачать pdf)

Для строительства магистральных линий связи могут применяться как медные, так и оптические кабели. Конструкции отличаются материалом передающего элемента: в медных кабелях это медная жила, в оптических — оптическое волокно.

С учётом постоянно растущего объёма и скорости передачи данных, волоконно-оптические кабели обеспечивают намного большую пропускную способность и дальность передачи информации. Они легче, занимают меньше места и требуют меньшего количества репитеров. Кроме того, существенно снижаются расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание такой линии связи.

Волокно — это сердце оптического кабеля, а он, в свою очередь, один из элементов волоконно-оптической линии связи (ВОЛС).

Классификация магистральных ВОЛС

Тип магистрального оптического кабеля выбирается исходя из условий применения — способа прокладки ВОЛС. Их условно можно разделить на 4 вида.

Подвесные по опорам ЛЭП

Подвес оптических кабелей на существующие опоры ЛЭП — самый распространённый в России, а также самый бюджетный способ строительства. Позволяет ввести линию в эксплуатацию в короткий срок и не требует большого количества специальной техники.

Однако, чтобы линия бесперебойно работала в течении всего срока службы, необходимо правильно подобрать оптический кабель, а также знать и соблюдать технологию монтажа. Кроме того, воздушные ВОЛС визуально «загрязняют» городскую среду. Во многих европейский странах запрещено возводить воздушные линии связи в черте города, и такая тенденция постепенно приходит и в Россию.

Альтернативный способ — строительство ВОЛС под землей.

ВОЛС в грунт

Укладка кабеля в грунт — один из самых надёжных способов строительства ВОЛС под землей. И несмотря на то, что он более дорогостоящий и длительный по сравнению с подвесом кабеля по опорам линий электропередач, бывает единственным возможным и превосходит подвесной способ по срокам эксплуатации. Надёжность такого способа строительства сетей связи обусловлена применяемыми конструкциями кабеля, которые имеют проволочную — стальную, либо диэлектрическую броню из стеклопластиковых прутков.

ВОЛС в кабельной канализации

Кабельная канализация представляет собой систему подземных сооружений, состоящую из трубопроводов и смотровых устройств (колодцев и коробок). Она обеспечивает прокладку, монтаж и замену кабелей, производство измерений, ремонтных и профилактических работ на линии без вскрытия уличных покровов и раскопок грунта, а также защиту кабелей от механических повреждений и электрохимической коррозии.

Кабельная канализация — наиболее перспективный вид коммуникаций для прокладки кабельных сетей. При правильном устройстве она обеспечивает оптимальные условия эксплуатации проложенных кабелей, простоту и легкость замены или прокладки новых, создавая таким образом надёжную кабельную сеть с гибкой структурой.

Вместе с неоспоримыми достоинствами у этого способа строительства сетей есть и очевидные недостатки: повреждение грызунами, затопление и замерзание затопленных участков, а также возможные негативные последствия повреждений внешней оболочки при протяжке кабеля по лоткам.

Пневмопрокладка (задувка) кабеля в защитные полиэтиленовые трубы (ЗПТ)

Прокладка оптического кабеля в защитные полиэтиленовые трубы пока не так популярна в России, но достаточно перспективна по причине удобства и практичности. Технология проста: в землю закапывают трубу, изготовленную из полиэтилена высокой плотности. С помощью пневмооборудования в трубу задувают кабель. Пневмопрокладка обеспечивает высокую скорость монтажа. Плотная труба защищает кабель от подвижек грунта и возможных механических повреждений, а растягивающее усилие при задувке распределяется по кабелю равномерно, что снижает требования к стойкости к нагрузкам. Если в кабельной канализации до линии могут добраться грызуны и влага, то в трубы они не проникают. Это позволяет укладывать в трубы кабель простой конструкции: без промежуточной оболочки, брони и дополнительной защиты от влаги.

Все конструктивные элементы оптического кабеля призваны защищать волокно от повреждений, чтобы обеспечить бесперебойную работу линии связи в течение всего срока эксплуатации. Поэтому конструкции магистральных оптоволоконных кабелей разрабатываются с учетом особенностей условий эксплуатации и под конкретный способ строительства ВОЛС.

Как правильно подобрать оптический кабель

1. Определите назначение кабеля.
   В первую очередь необходимо учитывать способ строительства ВОЛС, который определён техническим заданием. Как правило, кабель имеет разную степень защиты оптического волокна, которая как раз определяется условиями эксплуатации и способом прокладки. Часто к кабелю предъявляются дополнительные требования, например, пожаробезопасность, диэлектрическая конструкция, защита от наведённого потенциала и другие.

1. Определите особенности конструкции.
   После того, как условия прокладки определены, необходимо уточнить особенности конструкции. Например, при выборе кабеля для кабельной канализации важно учитывать риск повреждения грызунами и исходя из этого выбирать эффективную защиту. Подбирая кабель для задувки в полиэтиленовые трубы, нужно соблюдать правильное соотношение диаметра конструкции к внутреннему диаметру трубы. Самые важные характеристики кабеля для прокладки в грунт: стойкость к раздавливающим нагрузкам и максимально допустимая растягивающая нагрузка. Выбирая кабель для подвеса на опорах ЛЭП, необходимо понимать климатические особенности зоны, в которой подвесят кабель, а также уделять большое внимание подбору правильной арматуры.
   Также необходимо учитывать особенные, нестандартные случаи. Например, при строительстве ВОЛС на опорах ЛЭП иногда возникает необходимость проложить самонесущий подвесной кабель под землей (например, когда линия связи проходит через автомагистраль). Чтобы не делать «вставку» специализированного кабеля, можно проложить под землей конструкцию, предназначенную для подвеса. Однако в этом случае нужно защитить кабель от соприкосновения с грунтом, поэтому рекомендуется прокладывать его в трубу ПНД, загерметизировав ее после прокладки.

1. Выберите подходящий тип оболочки кабеля.
   Стандартные конструкции подразумевают наличие оболочки из полиэтилена. При этом полиэтилен может быть низкой, средней и высокой плотности. Использование конкретного материала может быть обусловлено требованиями проекта или условиями прокладки кабеля.
   Если к кабелям предъявлено требование пожаробезопасности, используется оболочка не распространяющая горение при групповой прокладке, малодымная, безгалоленная. На объектах, где существуют повышенные требования к пожарной безопасности (например, на нефтеперерабатывающих заводах, в учреждениях здравоохранения, метро), необходимо прокладывать огнестойкий кабель, сохраняющий работоспособность даже в условиях воздействия пламени. Для изготовления огнестойких кабелей используется специальный безгалогенный компаунд.
   При подвесе самонесущих оптических кабелей может возникнуть потребность в оболочке из трекингостойкого материала. Такая оболочка нужна в случае воздействия на кабель электрического поля с потенциалом от 12 до 25 кВ (при подвесе на высоковольтных линиях 110 кВ и выше).

1. Определите необходимое число волокон.
   Обычно необходимое число волокон определено техническим заданием. Однако в проект эффективнее закладывать не только текущую потребность в пропускной способности, а потенциальную, с учетом дальнейшей модернизации и постоянно увеличивающейся потребности в объёмах передаваемых данных на весь срок эксплуатации, который составляет не менее 25 лет.

1. Выберите тип волокна.
   В магистральных ВОК, как правило, применяется стандартное одномодовое волокно, соответствующее стандарту G.652D. Такое волокно отвечает всем необходимым требованиям по организации связи и доступно на рынке без увеличения цены на кабель.
   Многомодовое волокно используется для организации связи на коротких расстояниях, так как имеют ограничение по длине передаваемого сигнала и существенно дороже.

1. Определите необходимую стойкость к растяжению.
   Требования к стойкости на растяжение (или МДРН — максимально допустимая растягивающая нагрузка) напрямую зависят от способа прокладки кабеля. Например, стандартная МДРН для кабелей для прокладки в кабельную канализацию составляет 1,5 или 2,7 кН. Для укладки кабеля в грунт стойкость к растяжению может варьироваться от 7 кН до 80 кН в зависимости от характеристик грунта.
   При определении стойкости к растяжению подвесных оптических кабелей необходимо учитывать расстояние между опорами, высоту подвеса, климатические условия, а также возможные ограничения на растяжение по условиям прочности опор и на допускаемые отклонения кабеля. Расчеты МДРН для подвесных кабелей обычно проводит проектная организация. Также, можно воспользоваться электронными помощниками на сайте производителя, облегчающими выбор необходимого кабеля.

Часто используемые оптические кабели для магистральных ВОЛС

Для задувки в трубы

Конструкция ДПО — с модульной скруткой, усиленная стеклонитями.

• До 144 оптических волокон;
• Допустимая растягивающая нагрузка (МДРН) — 1,5 кН;
• Диэлектрический — не чувствителен к электромагнитным полям;
• Сухая конструкция кабеля — удобен при монтаже;
• Уменьшенный вес и размер.

Для прокладки в кабельной канализации

Конструкция ДОЛ — с модульной скруткой и стальной лентой.

• До 144 оптических волокон;
• Допустимая растягивающая нагрузка (МДРН) — 2,7 кН;
• Броня из стальной гофрированной ленты — отличная защита от грызунов;
• Оптимальное соотношение цены и качества;
• Уменьшенный вес и размер.

Конструкция ТОЛ — с центральным модулем и стальной лентой.

• До 24 оптических волокон;
• Допустимая растягивающая нагрузка (МДРН) — 2,7 кН;
• Уменьшенный вес и размер;
• Броня из стальной гофрированной ленты — отличная защита от грызунов.

Для прокладки в грунт

Конструкция ТОС — с центральным модулем и броней из стальных проволок.

• До 24 оптических волокон;
• Допустимая растягивающая нагрузка (МДРН) — 2,7 кН;
• Экономичная конструкция;
• Уменьшенный вес и размер.

Конструкция ДПС — с модульной скруткой, броней из стальных проволок и промежуточной оболочкой.

• До 144 оптических волокон;
• Допустимая растягивающая нагрузка (МДРН) до 80 кН;
• Броня — надёжная защита от сильных механических повреждений;
• Отличная защита от грызунов. Можно прокладывать в кабельной канализации.

Для подвеса

Конструкция ТПОд2 — с центральным модулей и двумя стеклопрутками.

• До 24 оптических волокон;
• Допустимая растягивающая нагрузка (МДРН) — 1,4 кН;
• Подвес до 100 метров;
• Низкая гололёдная и ветровая нагрузка;
• Применим в качестве «последней» мили в коттеджных поселках.

Конструкция ТПОм — с центральным модулей и стальным тросом.

• До 24 оптических волокон;
• Допустимая растягивающая нагрузка (МДРН) до 12 кН;
• Низкая стоимость монтажа;
• Уменьшенный вес и размер.

Конструкция ДОТа — с модульной скруткой, усиленная арамидными нитями.

• До 144 оптических волокон;
• Допустимая растягивающая нагрузка (МДРН) до 10 кН;
• Низкая гололедная и ветровая нагрузка;
• Применяется для подвеса на ЛЭП до 35 кВ. Конструкции на 3 кН рекомендованы МРСК для подвеса на ЛЭП до 10 кВ;
• Широкий диапазон рабочих температур. Температура монтажа до ­–30˚С.

Смотрите весь каталог оптического кабеля Инкаб — Скачать каталог

Источник

Особенности волоконно-оптического кабеля

Волоконно-оптический кабель отличается целым рядом особенностей, определяющих его огромные функциональные возможности. Высокий потенциал ВОК достигается благодаря оптической среде передачи данных и особой конструкции оптического волокна.

Что такое волоконно-оптический кабель?

Волоконно-оптический кабель — это кабельное изделие, в котором полезные сигналы передаются по оптическим волокнам (ОВ), а не по медным жилам. Передача информации осуществляется в оптическом формате при помощи светового излучения.

В конструкцию ВОК входят от двух до нескольких сотен ОВ, количество которых зависит от назначения оптоволоконного кабеля. Оптоволокно производится из разных типов кварцевого стекла с добавлением определенных легирующих материалов, которые изменяют коэффициент преломления светового луча.

Конструкция волоконно-оптического кабеля

Конструкция ВОК изменяется в зависимости от его типа и назначения при общем сходстве отдельных конструктивных элементов. Познакомимся с особенностями кабельной конструкции на примере оптоволоконного кабеля, изображенного на рисунке.

Волоконно-оптический кабель в разрезе

В центре конструкции виден силовой элемент из стеклопластикового прутка, предназначенный для демпфирования нагрузок, создаваемых при монтаже и эксплуатации. Волокна расположены внутри оптических модулей, оберегающих их от внешнего воздействия. Модули представляют собой пластиковые трубки, имеющие оптимальный диаметр для группирования нужного количества ОВ.

В состав ВОК входят один или несколько модулей, что зависит от общего числа волокон. Модульное группирование оптических волокон и их цветовая маркировка намного облегчают идентификацию каждого конкретного оптоволокна при монтаже муфт и расшивке оптоволоконного кабеля на кроссе.

Оптические модули покрыты водоотталкивающим гелем, предохраняющим от проникновения влаги. Бандажная лента из полиэтилена фиксирует оптические модули и не дает вытечь гелевому наполнителю.

Внутренняя полиэтиленовая оболочка является буферным слоем, разделяющим оптические модули и армирующую броню. В данном примере бронирование выполнено стальной оцинкованной проволокой, надежно защищающей от грызунов и экстремальных нагрузок.

Важнейшим элементом защиты является внешняя оболочка из негорючего высокоплотного полиэтилена. От надежности наружного покрытия зависит длительность безотказного функционирования оптоволоконного кабеля, что диктует строгие требования к технологии его производства.

Принцип работы волоконно-оптического кабеля

Принцип работы волоконно-оптического кабеля базируется на передаче модулированного светового потока, инициируемого лазером или специальным светодиодом в составе оптического трансивера. Электрические сигналы преобразуются в свет на одном конце ВОК, передаются по оптоволокну и принимаются на другом конце кабеля. На приеме свет конвертируется в исходные электрические сигналы.

Разработчики оптического волокна нашли гениальное решение, разделив его на сердцевину и оболочку с разными показателями преломления света. Лазерное излучение проходит по сердцевине, отражаясь от оболочки, что способствует минимальным потерям мощности даже на протяженных магистралях. Физические параметры полученного световода легко рассчитываются, позволяя изготавливать оптоволоконные кабели с заданными характеристиками, предназначенные для решения конкретных задач.

Дальность распространения световых импульсов ограничивается затуханием и дисперсией. Причинами затухания в оптическом кабеле являются внутренние отражения, рассеяние и поглощение. Дисперсия приводит к искажению исходной формы сигналов, а именно к увеличению их длительности.

Современные ВОК имеют параметры, предоставляющие возможность передавать сигналы на расстояние до 100 км. Учитывая эти ограничения, на магистральных трактах через каждые 80 — 100 км устанавливаются регенерационные пункты, в которых полностью восстанавливается исходный сигнал. Таким образом, можно строить линии связи в несколько десятков тысяч километров.

Типы волоконно-оптического кабеля

Волоконно-оптические кабели разделяются на разные типы, что важно понимать при выборе ВОК для индивидуального проекта. Зная типовые особенности оптоволоконного кабеля, можно без труда подобрать наиболее подходящий вариант.

По виду оптоволокна

По виду оптоволокна ВОК подразделяются на одномодовые и многомодовые. Под модой понимается траектория распространения светового луча внутри световода. ОВ этих видов отличаются диаметром сердцевины и оболочки.

Световой луч вводят в оптическое волокно одним их двух способов:

• под нулевым углом — одномодовое волокно. Возникает лишь одна мода, распространяющаяся прямолинейно;
• под небольшим углом — многомодовое волокно. Образуются много мод, которые распространяются, многократно отражаясь от оболочки, и достигают точки приема за различное время.

Схема ввода светового луча в оптоволокно

Оптоволоконные кабели с одномодовыми волокнами обеспечивают повышенную дальность передачи без восстановления сигнала и лучшую пропускную способность. Для сравнения:

• одномодовое волокно — 100 км, до 200 Тбит/сек;
• многомодовое волокно — 500 м, до 10 Гбит/сек.

Очевиден вывод о эффективности применения одномодовых волоконно-оптических кабелей на магистралях связи большой протяженности и подключения удаленных сегментов высокоскоростных информационных сетей. Для мультимодовых ВОК находится применение при создании локальных кабельных сетей на небольшой территории.

По назначению

Специалисты выделяют несколько типов волоконно-оптических кабелей по назначению. Встречается аналогичное разделение по способу монтажа. В принципе, это одно и тоже, что нужно учитывать при выборе кабельной продукции. Основным отличием ВОК разных типов являются их конструктивные особенности, например, параметры внешней оболочки, наличие и материал брони/силовых элементов, огнестойкость, уровень защиты от влаги.

Для монтажа внутри зданий

Волоконно-оптические кабели внутри зданий монтируются в пространстве кабельных лотков и кабель-каналов от оптических кроссов до мест подключения абонентских устройств. Наружную оболочку ВОК производят из материалов с пониженным уровнем дымовыделения, не распространяющих горение, чтобы соблюсти требования противопожарной безопасности. Броня и силовые элементы, как правило, отсутствуют. Защитные функции выполняет армирование кевларовыми нитями.

Кабели характеризуются минимальным весом, небольшим радиусом изгиба. Количество ОВ может варьироваться от 2 до 24. В случае прокладки по помещениям с наличием агрессивной, пожароопасной или взрывоопасной среды применяются специализированные оптоволоконные кабели.

Для прокладки в канализации

Для прокладки в канализации и коллекторных сооружениях востребованы волоконно-оптические кабели с броней, выдерживающие большой уровень растягивающих и раздавливающих нагрузок. Виды бронирования:

• ленточное;
• проволочное — с 1 или 2 повивами.

Чаще применяется ленточное бронирование, которое выполняется в виде гладкой или гофрированной трубки из стали 0,1 — 0,2 мм. Гофрированная лента эффективнее противостоит грызунам и повышает гибкость кабельного изделия. Массивная проволочная броня выбирается в случае особо сложных условий окружающей среды.

Особое внимание уделяется кабельной оболочке, изготавливаемой из негорючего полиэтилена высокой плотности, выдерживающего значительные перепады температур. Оптические модули обязательно защищаются слоем водоотталкивающего геля. Такое решение отлично зарекомендовало себя в условиях влажной атмосферы канализации и коллекторов.

Для укладки в грунт

Укладка в грунт предполагает эксплуатацию волоконно-оптического кабеля в крайне агрессивной внешней среде и риск критических механических воздействий. Нередки случаи повреждений ВОК в результате работы тяжелой строительной техники, ошибочно организованной в охранной зоне на трассе оптоволоконной линии связи.

Для минимизации ущерба оптическим волокнам применяют кабели с мощной проволочной броней, имеющей один или два повива, очень редко с ленточной броней. Такой выбор становится понятен, если учитывать, что проволочное бронирование обеспечивает:

• максимальную нагрузку при растяжении — до 80 000 Ньютон/100 мм;
• допустимое раздавливающее усилие — до 4 000 Ньютон/1 см.

У ленточного бронирования эти показатели гораздо ниже: 2 700 Ньютон/100 мм и 500 Ньютон/1 см соответственно.

Сохранность ОВ от проникновения влаги, особенно в период дождей, обеспечивается надежной изоляцией оптических модулей гидрофобным гелеобразным наполнителем

Для воздушной подвески

Для воздушной подвески на опорах низковольтных и высоковольтных линий электропередачи, связи, освещения или между зданиями/сооружениями применяются самонесущие волоконно-оптические кабели. Название «самонесущие» хорошо отражает преимущество этого типа ВОК — отсутствие необходимости в использовании дополнительного стального троса для подвески кабеля.

Основными видами самонесущих ВОК являются:

• кабели круглого сечения — полностью диэлектрические, с силовым элементом из стеклопластиковых прутков или армирующих арамидных нитей. Это грамотный выбор для подвески на ЛЭП ввиду отсутствия металла в конструкции кабеля. Можно применять на протяженных пролетах ввиду небольшой парусности. Крепление ВОК выполняют арматурой, а соединение кабельных строительных длин — с помощью оптических муфт;
• кабели с сечением в форме цифры «восемь» — интересны наличием вынесенного силового элемента: стального троса или стеклопластикового стержня в изолированной оболочке.

ВОК со стальным тросом не допускается к подвеске на ЛЭП из-за высоковольтных наводок от электромагнитного поля, представляющих опасность для линейного персонала. Длина пролетов ограничивается 70 метрами из-за увеличенной парусности ВОК. Кабель монтируется в поддерживающих и натяжных зажимах, позволяющих добиться необходимого значения провеса.

Оптоволоконные самонесущие кабели могут эксплуатироваться в условиях крайнего севера и юга с температурными перепадами в пределах -60 О — +70 О . Оптические волокна надежно защищены гидрофобным гелем от воздействия осадков.

Преимущества волоконно-оптического кабеля

В завершение обзора волоконно-оптического кабеля сформулируем его основные преимущества:

• Увеличенная пропускная способность — до 2 Тбит/с (и более в перспективе).
• Экономические выгоды:
  • стоимость намного ниже по сравнению с «медным» кабелем;
  • требуется меньшее количество усилителей/регенераторов — одно устройство на 100 км. Для электрической линии связи нужен усилитель на каждые 5 км.
• Минимальный коэффициент шума.
• Устойчивость к любым помехам и наводкам.
• Малый вес и компактный объем.
• Пожарная безопасность.
• Взрывобезопасность.
• Невозможность злоумышленного съема информации.

Совокупность преимуществ оптоволоконного кабеля позволяет сделать вывод о его комплексном превосходстве над традиционным «медным» кабелем. ВОК выгоднее применять в проектах по организации информационных сетей любого масштаба и линий связи любой протяженности.

Источник