Полностью диэлектрический самонесущий оптический кабель для пригородной сети связи с более низкой стоимостью конструкции

Оптический кабель АГУ представляет собой вариант полностью диэлектрического самонесущего кабеля (АДСС), предназначенного для сложных условий эксплуатации на открытом воздухе. Его эксплуатационные характеристики сочетают в себе передовые достижения в области строительной механики, материаловедения и технологий оптической передачи данных, широко применяемые в воздушной связи, интеллектуальных сетях, железнодорожном транспорте и других областях. Далее систематически анализируются основные характеристики кабеля по шести параметрам: структурные параметры, оптические характеристики, механические свойства, адаптируемость к окружающей среде, совместимость с монтажом и адаптируемость к применению.

I. Структурные параметры: модульная конструкция и оптимизация синергии материалов. Оптический кабель АГУ имеет модульную структуру, состоящую из центральной трубки и симметричных силовых элементов. Параметры каждого компонента строго подобраны для достижения баланса между прочностью, весом и стоимостью.

Структура сердечника кабеля

Свободно навитая трубка: изготовлена из полибутилентерефталата (ПБТ) с толщиной стенки 0,3–0,5 мм. Внутренний диаметр рассчитывается в зависимости от количества волокон (2,8 мм для 2–12 волокон, 3,5 мм для 12–24 волокон). Диапазон рабочих температур: от -60 до +120 °C, устойчива к деформациям, вызванным многократным тепловым расширением и сжатием. Свободно навитая трубка заполнена тиксотропным водонепроницаемым гелем (вязкостью ≥15000 мПа·с), который сохраняет текучесть даже при -40 °C, что исключает механическое воздействие на оптические волокна.

Ёмкость волокон: поддерживает от 2 до 24 одномодовых волокон (G.652D/G.657A1) или многомодовых волокон (ОМ3/ОМ4). Увеличение числа жил достигается за счёт увеличения количества свободных трубок (до 4, всего 96). Отклонение каждой свободной трубки от центральной оси составляет ≤0,1 мм для обеспечения структурной симметрии.

Система армирования

Силовые элементы: двухслойный стеклопластик (армированный волокнами полимер), симметрично расположенный по обеим сторонам свободной трубы, диаметром 2,0–3,0 мм. Внешний слой выполнен из композитного материала на основе стекловолокна и эпоксидной смолы (предел прочности на разрыв ≥1400 МПа), а внутренний – из базальтового волокна и винилэфирной смолы (модуль упругости ≥70 ГПа). Синергия напряжений достигается за счёт обработки поверхности контакта, что обеспечивает деформацию ≤0,3% при длительной нагрузке.

Расстояние между силовыми элементами: 8–12 мм (варьируется в зависимости от наружного диаметра кабеля), что обеспечивает равномерное напряжение с обеих сторон при изгибе и позволяет избежать одностороннего излома.

Структура защитного слоя

Влагонепроницаемый слой: свободная трубка покрыта алюминиево-пластиковым ламинатом (АПЛ) толщиной 0,12 мм. Используется метод продольной накладки (ширина накладки ≥6 мм). Алюминиевый слой имеет чистоту 99,5%, а пластиковый слой изготовлен из модифицированного полипропилена (температура плавления 165 °C) с паропроницаемостью ≤0,1 г/(м²·24 ч).

Оболочка: внешний слой изготовлен из чёрного полиэтилена высокой плотности (ПНД) с добавлением 2% технического углерода, устойчивого к ультрафиолетовому излучению (размер частиц ≤20 нм). Твёрдость по Шору D65±3, относительное удлинение при разрыве ≥300%. После погружения в горячую воду температурой 85°C в течение 168 часов прочность на разрыв сохраняется ≥90%.

Сводная таблица структурных параметров

Стандарт тестирования диапазона значений индекса (МЭК)

Внешний диаметр кабеля 6,8–11,5 мм (2–96 жил) МЭК 60794-1-20

Удельный вес 95-210 кг/км МЭК 60794-1-10

Прочность силового элемента на растяжение ≥1400 МПа МЭК 61156-1

Уровень стойкости оболочки к УФ-излучению: отсутствие трещин после 1000 ч старения под воздействием УФ-излучения В 313 нм МЭК 60068-2-5

II. Оптические характеристики: низкие потери и высокая стабильность

Оптические характеристики оптического кабеля АГУ основаны на сочетании характеристик передачи волокна и структурной стабильности. Его параметры разработаны с целью обеспечения низкого затухания, малой дисперсии и высокой помехоустойчивости для удовлетворения потребностей в передаче сигналов на большие расстояния и высокой частоты.

Характеристики затухания

Одномодовое волокно (G.652D): затухание ≤0,36 дБ/км при длине волны 1310 нм, ≤0,22 дБ/км при длине волны 1550 нм и ≤0,24 дБ/км при 1625 нм (L-диапазон), что лучше рекомендации МСЭ-T G.652 (1310 нм ≤0,4 дБ/км).

Многомодовое волокно (ОМ4): затухание ≤2,5 дБ/км при длине волны 850 нм, с полосой пропускания 500 МГц·км ≥4700 МГц·км, поддержка передачи сигнала 10 Гбит/с на расстояние до 550 м, соответствие стандарту ИИЭЭ 802.3ae.

Влияние температуры на затухание: в диапазоне от -40 ℃ до +70 ℃ изменение затухания на длине волны 1550 нм составляет ≤0,05 дБ/км, что намного ниже среднего показателя по отрасли, составляющего 0,1 дБ/км, что обусловлено буферным эффектом свободной трубки и геля.

Контроль дисперсии

Длина волны нулевой дисперсии: 1300–1324 нм (G.652D), с наклоном нулевой дисперсии ≤0,092 пс/(нм²·км). Значение дисперсии в окне 1550 нм составляет 17 пс/(нм·км), что обеспечивает передачу сигнала со скоростью 100 Гбит/с без ретрансляторов на расстояние ≥80 км (с модулями компенсации дисперсии).

Поляризационная модовая дисперсия (ПМД): коэффициент ПМД кабельной линии связи составляет ≤0,1 пс/√км, с максимальным значением ≤0,5 пс, что соответствует требованиям МСЭ-T G.650.2 для дальней связи, обеспечивая устойчивость поляризации высокоскоростных сигналов (400 Гбит/с и выше).

Эффективность защиты от помех

Полностью диэлектрическая структура (без металлических компонентов): затухание электромагнитных помех (ЭМП) ≥80 дБ (10 кГц–1 ГГц), эффективность экранирования радиочастотных помех (РЧП) ≥60 дБ, подходит для прокладки вблизи высоковольтных электросетей (110 кВ–500 кВ) без дополнительных экранирующих слоев.

Покрытие волокна: двухслойный акрилат (мягкий внутренний слой, жесткий внешний слой) с усилием зачистки 1,5–3,5 Н. Устойчивость к потерям под воздействием водорода: после нахождения в среде водорода при давлении 1 атм в течение 168 часов прирост затухания на длине волны 1550 нм составил ≤0,05 дБ/км.

III. Механические свойства: стойкость к экстремальным нагрузкам и динамическая устойчивость (примерно 600 слов)

Механические свойства оптического кабеля АГУ являются его основным конкурентным преимуществом как самонесущего кабеля. Параметры кабеля учитывают статическую нагрузку, динамическую деформацию, внешние удары и другие условия, обеспечивая структурную целостность в сложных условиях.

Характеристики растяжения

Кратковременное натяжение (во время монтажа): максимально допустимое натяжение составляет 1500–6000 Н (зависит от числа жил и модели кабеля). При таком натяжении деформация волокна составляет ≤0,2%, а изменение затухания — ≤0,1 дБ (1550 нм). Метод испытания соответствует МЭК 60794-1-21 (равномерное натяжение до разрыва с регистрацией натяжения кабеля в момент разрыва волокна).

Длительное натяжение (в процессе эксплуатации): Номинальное длительное натяжение составляет 50% от кратковременного (например, 3000 Н для 24-жильного кабеля АГУ). При таком натяжении в течение 1000 часов кабель не имеет остаточной деформации, а затухание в волокнах остаётся неизменным, что соответствует требованиям по несущей способности для воздушных пролётов длиной 100–150 м (рассчитанное по уравнению цепной линии, стрела провисания в середине пролёта составляет ≤5% от пролёта).

Характеристики изгиба

Статический изгиб: Минимальный радиус изгиба при монтаже составляет 20 внешних диаметров кабеля (например, 200 мм для кабеля с внешним диаметром 10 мм) и 10 внешних диаметров (100 мм) после монтажа. После 100 изгибов с таким радиусом (каждый раз по 1 минуте) изменение затухания в волокне составляет ≤0,1 дБ.

Динамический изгиб: циклический изгиб с частотой 1 Гц и углом изгиба ±90° в течение 1000 раз, волокно не имеет изломов, а приращение затухания составляет ≤0,2 дБ, что подходит для сценариев, требующих частой корректировки маршрута (например, вдоль железнодорожных транзитных линий).

Сопротивление раздавливанию

Выдерживая радиальное давление 2200 Н/100 мм (эквивалентно прокатке грузом массой 500 кг) в течение 1 минуты, кабель деформируется по внешнему диаметру не более чем на 20%, а изменение затухания волокна не более чем на 0,1 дБ. После испытания кабель восстанавливает свою первоначальную форму без структурных повреждений, что соответствует требованиям по прочности на сжатие для непосредственной прокладки в грунт.

Ударопрочность и вибростойкость

Испытание на удар: молоток массой 1,5 кг свободно падает с высоты 1 м (энергия удара 15 Дж), при этом точка удара находится на расстоянии 1 м от места соединения. После испытания волокно не имеет разрывов, а изменение затухания составляет ≤0,5 дБ (в соответствии с МЭК 60794-1-23).

Испытание на вибрацию: при вибрации в диапазоне частот 10–500 Гц с амплитудой 0,75 мм в течение 2 часов изменение затухания волокна составляет ≤0,1 дБ, что подходит для условий с высокой вибрацией, таких как автомагистрали и железнодорожные пути.

Характеристики кручения

Выдерживая кручение ±180°/м (половина оборота на метр кабеля) в течение 10 минут, изменение затухания волокна составляет ≤0,2 дБ, без расслоения структуры, что соответствует крутильным напряжениям, вызванным уклоном местности при прокладке по воздуху в горной местности.

IV. Адаптация к окружающей среде: устойчивость к любым погодным условиям и надежность (примерно 600 слов)

Экологические параметры оптического кабеля АГУ оптимизированы для сложных условий наружного применения, включая температуру, коррозию, повреждение водой, биологическое повреждение и другие сценарии, что обеспечивает расчетный срок службы 25 лет (стандарт Телкордия ГР-20).

Диапазон допустимых температур

Рабочая температура: от -40℃ до +70℃ (кратковременно от -55℃ до +85℃). После 100 циклов изменения температуры (от -40℃ до +70℃, по 2 часа на цикл) в этом диапазоне оболочка кабеля не имеет трещин, а изменение затухания в волокне составляет ≤0,1 дБ.

Характеристики термической усадки: при помещении кабеля в печь при температуре 100 ℃ на 1 час степень усадки составляет ≤0,2%, что позволяет избежать потерь волокна из-за микроизгибов, вызванных изменениями температуры.

Атмосферостойкость и коррозионные характеристики

Стойкость к УФ-старению: после 1000 часов испытаний по стандарту ИСО 4892-2 (испытание на старение ксеноновой лампой) прочность оболочки на растяжение сохраняется ≥80%, а относительное удлинение при разрыве сохраняется ≥70%, без меления и растрескивания, подходит для использования в высокогорных районах (с сильным ультрафиолетовым излучением).

Коррозия в соляном тумане: при помещении в камеру соляного тумана с 5% раствором NaCl при температуре 35°C и рН 6,5–7,2 в течение 1000 часов площадь коррозии металлических компонентов (при наличии) составляет ≤5%. Полностью диэлектрический кабель АГУ не подвержен коррозии и может использоваться в прибрежных районах (в пределах 5 км от береговой линии).

Химическая коррозия: выдерживает погружение в 5% растворы кислот (H₂ТАК₄) и щелочей (NaOH) в течение 168 часов, оболочка не разбухает (изменение веса ≤5%), а эксплуатационные характеристики волокна остаются неизменными, подходит для использования в загрязненных средах, таких как химические заводы и горнодобывающие районы.

Водонепроницаемость и водоблокирующие свойства

Продольная гидроизоляция: берётся кабель длиной 1 м, один конец герметизируется, а к другому прикладывается давление воды 0,1 МПа. В течение 30 минут вода не просачивается. Водоблокирующая пряжа (содержание суперабсорбирующей смолы ≥30%) имеет коэффициент расширения ≥200%, образуя гелевый барьер.

Радиальная водонепроницаемость: давление воды 0,3 МПа прикладывается к внешней стороне кабеля длиной 1 м, при этом радиальное просачивание воды не происходит в течение 24 часов. Герметичное соединение алюминиевой ленты АПЛ и оболочки обеспечивает полную водонепроницаемость, что позволяет прокладывать кабель над головой в дождливых районах.

Защита от биологических и механических повреждений

Устойчивость к грызунам: оболочка содержит 0,5% перметрина, обеспечивающего отпугивание грызунов и зайцев ≥90%. Кроме того, оболочка имеет твёрдость по Шору ≥D65, не прокалываясь после испытания на прокусывание (с использованием металлических зубов, имитирующих зубы грызунов), что позволяет использовать её в сельской местности с высокой активностью грызунов.

V. Установка и совместимость приложений: гибкое развертывание и соответствие сценариям (примерно 300 слов)

Параметры установки оптического кабеля АГУ разработаны для обеспечения легкости, простоты эксплуатации и совместимости с различными сценариями, что позволяет снизить сложность и стоимость строительства.

Совместимость со способами прокладки: Поддерживается тремя способами: надземная прокладка (самонесущий, крюковой), трубопроводная прокладка (с натяжением трубопрокатным устройством) и прокладка в грунт (с армирующим слоем). При надземной прокладке допускается фиксация специальными средствами (натяжными зажимами, подвесными зажимами) с усилием натяжения ≥70% от номинального для предотвращения проскальзывания.

Совместимость муфт: Совместима со стандартными муфтами СК/ЛК/ФК. Свободная трубка может быть непосредственно вставлена в лоток для сварки без дополнительной зачистки силовых элементов. Потери в месте сварки после сварки составляют ≤0,05 дБ (1550 нм), что соответствует стандарту МСЭ-T G.650.1.

Соответствие сценариям применения:

Сельские сети связи: легкие (95 кг/км), подходящие для ручного монтажа, устойчивые к УФ-излучению, адаптируемые к полевым условиям;

Интеллектуальные сети: Полностью диэлектрическая конструкция устойчива к электромагнитным помехам, что позволяет прокладывать линии с напряжением 110 кВ на одном столбе без изоляционного расстояния;

Железнодорожный транспорт: Устойчивость к вибрации и ударам соответствует условиям эксплуатации поездов, а малый радиус изгиба позволяет прокладывать кабель в туннелях.

VI. Соблюдение стандартов и контроль качества

Оптический кабель АГУ полностью соответствует международным и отечественным стандартам: МЭК 60794-1 (Общие технические условия на оптические кабели), МСЭ-T G.652/G.657 (Характеристики волокна), ГБ/T 7424.1 (Общие требования к оптическим кабелям), YD/T 901 (Оптические кабели с центральной трубкой), а также прошел сертификацию CE (ЕС), УЛ (США) и ТСХ (Китай Телеком).

Контроль качества осуществляется на основе "полного контроля процесса: волокна проверяются на затухание и дисперсию при поступлении на завод (100% выборка); механические свойства (прочность на растяжение, изгиб) отбираются и проверяются каждые 100 км в процессе производства кабеля; перед поставкой проводятся 24-часовое испытание под давлением воды (0,3 МПа) и 1000-часовое предварительное испытание на старение (ускоренная проверка срока службы), чтобы гарантировать процент соответствия партии требованиям ≥99,5%.

Подводя итог, можно сказать, что благодаря модульной структуре, высокопроизводительным материалам и проектированию параметров на основе сценариев, оптический кабель АГУ обеспечивает синергетическое преимущество в оптической передаче, механической нагрузке и адаптации к окружающей среде, становясь предпочтительным решением для связи в сложных условиях окружающей среды. Его параметры не только отвечают текущим требованиям к связи 10G/100G, но и позволяют осуществлять модернизацию до 400G/1T, обеспечивая долгосрочную техническую адаптируемость.