Для того чтобы спроектировать трассу прохождения волоконно-оптической линии связи и выбрать нужный тип кабеля, необходимо знать условия эксплуатации, конструкцию кабеля и его технические параметры.
Спрос на компоненты волоконно-оптических линий связи постоянно увеличивается. Динамика роста наблюдается не только в сегменте магистральных сетей, которые строят операторы связи. Стабильное увеличение количества оптических инсталляций заметно и в сфере структурированных кабельных систем, что объясняется в первую очередь развитием информационных технологий.
Уже сегодня закладывается основа для построения высокоскоростных оптических линий передачи с возможностью работы на скорости 10 Гбит/с. Востребованными становятся приложения, в которых осуществляется интеграция голоса, данных и видео, где также наилучшим решением является волоконная оптика.
Реализация высокотехнологичных решений подразумевает квалифицированную поддержку со стороны системных интеграторов и поставщиков оборудования, а также высокий профессиональный уровень проектировщиков.
Кабель для внутренних нужд
Тип кабельной оболочки во многом определяется условиями эксплуатации. Для волоконно-оптического кабеля, который будет использоваться внутри помещений, главными характеристиками являются:
- пожарная безопасность;
- хорошая гибкость и простота монтажа;
- монтирование коннектора непосредственно на оптический световод;
- отсутствие геля внутри кабельной оболочки;
- отсутствие металлических элементов.
Безусловно, самой важной характеристикой кабеля для прокладки внутри здания является его устойчивость к воздействию огня. Кабель должен иметь оболочку, которая не распространяет горение, не дымит, не выделяет галогенов и других токсичных соединений под воздействием пламени. При этом подразумевается, что данными свойствами обладает не только внешняя оболочка, но и внутренние элементы конструкции. Таким требованиям отвечает кабель с плотным буфером (Tight-Buffer), у которого каждое волокно дополнительно заключено в 900-микронную оболочку. Эта оболочка обеспечивает достаточную для соответствующих условий эксплуатации защиту от проникновения влаги. Сам волоконно-оптический кабель с плотным буфером легкий и очень гибкий.
Для прокладки внутри зданий чаще всего применяют так называемый "сухой" кабель, который не содержит геля. Одна из причин, почему именно такой кабель рекомендуется использовать внутри помещений, состоит в том, что гель может стать средой распространения огня внутри кабельной оболочки, даже если сама внешняя оболочка не поддерживает горения. Другая причина заключается в явлении, которое иногда называют Axial Migration, что можно перевести как "перетекание геля".
Если гелесодержащий кабель применяется для межэтажной связи сегментов сети, существует большая вероятность того, что летом в волоконно-оптической кроссовой панели нижнего этажа окажется гель, а последствия этого могут быть самыми плачевными. Вместо вытекшего водоотталкивающего состава в трубке с волокном может конденсироваться влага, которая ухудшает параметры оптического световода. Такая проблема возникает, если кабель располагается, например, в неотапливаемой шахте.
Кроме того, это может привести к изменению механических характеристик самого кабеля. Дело в том, что количество оптического волокна в ге-лесодержащей трубке превышает его длину - свободное размещение волокна в трубке в нормальном состоянии напоминает спираль. Само волокно в буфере диаметром 250 микрометров (мкм) закрепляется в месте соединения с коннекторами или гильзами пигтейлов, то есть только в двух точках. В случае вертикального расположения кабеля вместе с гелем сверху вниз перемещается и волокно, в результате чего в верхней части кабеля волокно распрямляется и может находиться в натянутом состоянии.
Теперь все растягивающее усилие, прикладываемое к внешней оболочке, в равной степени передается и тому волокну, которое не имеет дополнительного запаса длины. Растяжение внешней оболочки может возникнуть, например, в теплое время года в результате естественного увеличения длины при повышении температуры. В конечном итоге это приведет к изменению характеристик волокна, микротрещинам или даже вырыванию световода из оптического коннектора. В нижней части вертикально расположенного кабеля будет, наоборот, наблюдаться избыток волокна, что также может отразиться на механической прочности кабеля и, следовательно, на надежности волоконно-оптической линии связи в целом.
Для кабеля, который применяется внутри помещений, предпочтительной считается установка коннекторов непосредственно на волокно. В этом случае обеспечивается дополнительное крепление за плотный буфер диаметром 900 мкм, что в некоторой степени позволяет снять возможные напряжения с оптического волокна.
Кроме того, реализация технологии Fiber to the Desk базируется на подключении рабочих мест к СКС с использованием волоконно-оптического кабеля, который необходимо оконечить в специальной розетке (рис. выше). Такие розетки не приспособлены для того, чтобы монтировать в них сплайс-кассеты для гильз сварных соединений, а требуют монтажа коннекторов непосредственно на волокно. Кабель Tight Buffer с буфером диаметром 900 мкм наилучшим образом подходит для решения этой задачи.
Настенная розетка R&M для оконечивания 4-жильного кабеля типа Tight Buffer
Кабель, в котором волокна могут располагаться в одной или нескольких термопластиковых трубках, заполненных водоотталкивающим составом, называется "кабелем со свободным буфером" или Loose Tube. Основные отличия кабелей Loose Tube и Tight Buffer приведены в таблице.
Маркировка согласно DIN VDE 0888
Почти все европейские производители наносят на оптоволоконный кабель маркировку, соответствующую системе стандарта DIN VDE 0888.
По этому стандарту каждому типу кабеля ставится в соответствие последовательность букв и цифр, в которых заключены все характеристики волоконно-оптического кабеля.
Мало кто из производителей для маркировки волоконно-оптического кабеля применяет все пятнадцать знаков, часто ограничиваясь только несколькими первыми символами.
Например, I-V(ZN)H 1x4 G50/125 обозначает кабель для применения внутри помещений [I]. Волокна находятся в плотном буфере диаметром 900 мкм [V], с неметаллическими силовыми элементами [ZN], с негорючей и слабодымной оболочкой [Н]. Количество волокон - 4. Тип волокна - многомодовое [G50/125] с размером ядра и волоконной оболочкой 50 и 125 мкм соответственно.
A/I-DQ(ZN)(SR)H 1x8 G50/125 обозначает кабель для применения снаружи, а также внутри помещений [A/I]. Волокна размещаются в центральной трубке, заполненной водоотталкивающим составом [DQ]. Кевларовые или стекловолоконные нити [ZN] в металлической гофрированной броне [SR]. Внешняя оболочка - LSZH, слабодымная, не выделяющая галогенов при горении [Н]. Трубка одна с восемью волокнами [1x8]. Тип волокна - многомодовое [G50/125] с размером ядра и волоконной оболочкой 50 и 125 мкм соответственно.
A-DF(ZN)2Y(SR)2Y 6x4 Е9/125 - кабель для использования вне помещений [А]. Имеет две полиэтиленовые оболочки [2Y]: внешнюю и внутреннюю, между которыми расположена металлическая броня в виде гофрированной ленты [SR]. Волокна расположены в шести трубках по четыре в каждой [6x4]. Внутренность трубки, а также пустоты между трубками заполнены водоотталкивающим составом [DF]. В качестве силовых компонентов [ZN] используются кевларовые нити и центральный неметаллический элемент. Тип волокна - одномодовое [Е9/125] с размером ядра и волоконной оболочкой 9 и 125 мкм соответственно.
Все остальные технические характеристики оптического волокна и кабельной оболочки производители должны указывать в сопроводительной документации.
Кабель для использования вне помещений
Типы волоконно-оптических кабелей для прокладки вне помещений отличаются сегодня большим разнообразием, что объясняется условиями эксплуатации и способами их инсталляции. Такие кабели можно условно разделить на две группы: те, которые могут непосредственно вкапываться в грунт, и те, которые прокладываются в специальных канализациях. Отдельно можно также выделить кабели, которые подвешиваются на открытом пространстве между столбами на несущем тросе или на кронштейнах вдоль зданий.
Кабели, подвешиваемые между опорами ЛЭП, должны иметь минимальный вес, но при этом обеспечивать хорошую защиту от разрушающего воздействия солнечного излучения и быть полностью диэлектрическими. Кроме того, их оболочка должна надежно выполнять свои защитные функции не только при низких или высоких температурах, но и при частых перепадах температур. Некоторые волоконно-оптические кабели не пригодны для применения в наших широтах, так как имеют нижнюю границу эксплуатации -20°С.
Однако грызуны для кабеля, который прокладывается в телекоммуникационных канализациях, могут стать еще большей проблемой. Металлическая или неметаллическая броня, плотный слой стекловолоконных нитей, специальные химические добавки во внешнюю оболочку кабеля - вот способы решения этой проблемы. Для уменьшения силы трения при протягивании кабеля в кабелеводах его внешняя оболочка должна обладать низким коэффициентом трения и быть очень прочной. Достигается это с помощью специальных материалов, например, полиамида (РА). Особое внимание должно уделяться защите кабеля от проникновения влаги в расчете на возможность затопления кабельных канализаций водой. В этом случае лучше всего подходит кабель, у которого оптические волокна помещаются в заполненных гелем термопластиковых трубках. Если в кабеле такая трубка одна, то он называется Uni Tube (рис. справа), если трубок несколько - Multi Tube (рис. справа).
Каждый из типов кабеля имеет свои плюсы и минусы, а выбирать Uni Tube или Multi Tube надо в зависимости от конкретной задачи. Например, для удобства эксплуатации кабели с количеством волокон более 12 имеют в основном конструкцию Multi Tube. Это связано с тем, что кассета для монтажа сварных соединений, в которую заводится волоконносодержащая трубка, чаще всего рассчитана только на 12 волокон. Кроме того, в кроссовых панелях, монтажных коробках волоконно-оптические соединители также чаще располагаются группами по 12. Поэтому, если необходимо использовать 16-жиль ный кабель, лучше выбрать Multi Tube, у которого каждая из четырех трубок содержит по четыре световода. Для сохранения круглой формы кабеля совместно с четырьмя гелезаполненными трубками обязательно использовать еще пару пластиковых стержней (рис. вверху). Например, 24-жильный кабель содержит шесть трубок по четыре волокна или четыре трубки по шесть волокон.
Конструкция кабеля
а) Uni Tube-кабель с центральной трубкой
б) Multi-Tube кабель с четырьмя волоконносодержащими трубками
В кабеле Multi Tube трубки с волокнами размещаются вокруг центрального силового элемента. Такой кабель имеет большую величину допустимого растяжения, чем Uni Tube. Естественно, он тяжелее и у него большее поперечное сечение. Для вкапывания в грунт это не имеет решающего значения, но при втягивании такого кабеля в телекоммуникационные канализации размер разовой платы за доступ, равно как и стоимость ежемесячной платы, может напрямую зависеть от диаметра прокладываемого кабеля. В этом случае, с экономической точки зрения, кабель Uni Tube использовать предпочтительнее.
Также не стоит забывать о величине длины кабеля, который можно затянуть в кабельную канализацию. Этот фактор следует учитывать в первую очередь при расчете количества муфт, которые требуются для сращивания оптических волокон. Сразу заметим, что длина кабеля, который физически можно протянуть в канализацию, отличается от той длины, которая гарантировала бы надежное функционирование волоконно-оптической линии связи.
Дело в том, что в процессе инсталляции кабель последовательно протягивают через некоторое количество телекоммуникационных колодцев, расстояние между которыми составляет несколько десятков метров. Так как эти колодцы расположены не по прямой линии, кабель приходится постоянно изгибать, растягивать, скручивать. Все эти механические воздействия могут стать причиной образования в оптоволокне микротрещин, которые могут принести вред лишь спустя несколько лет.
Кроме того, при затяжке больших отрезков кабеля по колодцам внешняя оболочка может стереться или поцарапаться настолько, что утратит свои защитные функции. Поэтому рекомендуемая для затягивания через телекоммуникационные колодцы длина кабеля - 1-1,5 км. Конечно, можно сначала затянуть 1 км кабеля в одну сторону, потом отмотать с барабана и затянуть еще 1 км в другую. В результате получится сегмент длиной в 2 км, но выполнять подобные работы под силу только высококвалифицированным специалистам.
Если необходимо вкопать кабель в грунт, в первую очередь стоит учитывать защиту от грызунов и сохранение механической прочности, а также принимать во внимание влияние ультрафиолетового излучения, наличие гладкой оболочки и условия работы при особо низких температурах. Как правило, укладка такого кабеля в траншею происходит с использованием специальных механических средств. Для вкапывания в грунт можно применять как Uni Tube, так и Multi Tube-кабель. Защиту от грызунов можно в одинаковой степени реализовать в каждом из них, но защита от влаги в Multi Tube будет намного эффективнее, если пространство между волоконносодержащими трубками дополнительно заполнить гидрофобным составом. Кроме того, в Multi Tube-кабеле можно достичь большей величины допустимого продольного растяжения, так как в конструкции кабеля, кроме кевларовых или стекловолоконных нитей, есть еще и центральный силовой элемент.
Для всех волоконно-оптических кабелей величина допустимого продольного растяжения имеет большое значение.
Волоконно-оптические кабели специального назначения:
а) грозозащитный трос ЛЭП
б)"морской" кабель
в) особо защищенный "легкий" волоконно-оптический кабель
Например, для самонесущего кабеля, который подвешивается между опорами, эта величина может составлять несколько десятков килоньютонов (кН). Но всегда ли необходимо стремиться к увеличению этого показателя? Практика показывает, что нет. Например, для кабеля, который вкапывается в грунт, величина допустимого растяжения может не превышать 3 кН. Объясняется это очень просто. Нередко рядом с трассой залегания кабеля ведутся земельные работы организацией, которая к волоконно-оптическому кабелю не имеет никакого отношения. Ее экскаваторы с одинаковой легкостью повреждают кабели с допустимым продольным растяжением и в 3 кН, и в 10 кН. Разница может заключаться лишь в том, что во втором случае физического разрыва конструкции кабеля может и не произойти, но оптические волокна в обоих случаях будут повреждены обязательно.
Для решения проблемы возможного повреждения кабеля при строительных работах существует более эффективный способ. На половину глубины залегания волоконно-оптического кабеля закапывается специальная сигнальная лента. Ее назначение понятно из названия. Изготавливается такая лента чаще из полиэтилена с большим коэффициентом растяжения. Лента может иметь ширину более десяти миллиметров, и на нее могут наноситься пояснительные надписи. Проложенная на протяжении всей трассы, сигнальная лента яркого цвета предотвращает случайное повреждение волоконно-оптического кабеля.
При составлении технических условий нередко приходится сталкиваться с тем, что в существующих телекоммуникационных канализациях нет возможности разместить дополнительные кабели, или вообще нет самих кабельных канализаций. В этом случае некоторые производители волоконно-оптических кабелей предлагают использовать обычные сточные канализации.
В подобных условиях предлагается использовать специальный кабель, у которого оптические волокна располагаются в нескольких стальных трубках. Для увеличения продольной прочности во-локонносодержащие трубки переплетены со стальными стержнями. Под внешней оболочкой из полиэтилена высокого давления расположен еще один слой стальных прутьев, который обеспечивает дополнительную прочность. Защита от проникновения влаги достигается за счет заполнения внутреннего пространства между стальными элементами гидрофобным составом.
Уже сегодня многие городские кабельные канализации, построенные несколько десятилетий назад, близки к полному заполнению. Решить эту проблему можно отчасти с помощью уже существующих сточных канализаций, что с экономической точки зрения может оказаться достаточно выгодно.
Специальный кабель
Некоторые волоконно-оптические кабели можно условно выделить в особую группу. Их объединяет то, что каждый из них рассчитан на работу в определенных условиях. С другой стороны, именно различные условия эксплуатации определяют уникальность конструкции каждого из этих типов кабеля. Такие кабели иногда называют специальными. О них стоит рассказать подробнее.
Волоконно-оптические кабели, которые используются на высоковольтных линиях электропередачи и также выполняют роль грозозащитного троса, называют OPWG-кабели (Optical Ground Wire). Они не имеют внешней полиэтиленовой оболочки - токопроводящие прутья свиты с металлическими трубками, внутри которых расположены оптические волокна (рис. а). Иногда на линиях электропередачи применяется полностью диэлектрический волоконно-оптический кабель. Он может быть самонесущим, может подвязываться к существующему металлическому проводнику, а иногда и просто наматываться на него.
Внешняя оболочка в так называемых "морских" кабелях (Submarine) выполняется из специального полиэтилена высокой плотности. Под оболочкой располагается один или несколько слоев свитых стальных жил, что обеспечивает необходимую механическую плотность и способность выдерживать давление воды в десятки или сотни метров. Оптические волокна расположены в стальных трубках (рис. б).
Особый интерес представляют кабели, которые могут обеспечить работу волоконно-оптической линии связи при температуре до +1500°С в течение нескольких часов. Безусловно, в таких условиях произойдет полное или частичное разрушение внешней оболочки кабеля, но нескольких часов бывает достаточно, чтобы устранить причину, вызвавшую повышение температуры, и задействовать резервный канал связи. Такие требования иногда выдвигаются индустриальными предприятиями нефтеперерабатывающего сектора.
Не меньший интерес для промышленных предприятий представляет так называемый "легкий" четы-рехжильный волоконно-оптический кабель (рис. в). Его отличительными особенностями является то, что волокна в нем расположены в стальной гелезаполненной трубке, а в качестве силовых элементов применяются стальные жилы; внешняя оболочка выполнена из полиамида, который по стойкости к химическим веществам и износостойкости превосходит полиэтилен во много раз. При своем диаметре в 3,8 мм кабель выдерживает огромные растягивающие усилия, легко гнется, стоек к ультрафиолетовому воздействию, выдерживает температуру до +160°С и может использоваться внутри зданий. Легким его называют потому, что по своему весу он легче (на 7 кг/км) двухжильного кабеля, который применяется для соединительных шнуров.
Все большую популярность приобретают кабели с пластиковым оптическим волокном - POF (Plastic Optic Fiber). С одной стороны, данный тип кабелей не стоит относить к группе специальных, так как область их применения не требует особой конструкции кабеля. С другой стороны, этот кабель отличается от всех остальных тем, что в нем в качестве среды передачи используется не стеклянное, а пластиковое оптическое волокно с размером сердцевины 900/1000 мкм. В таком кабеле достаточной является однослойная защитная оболочка из негорючего материала.
Волоконно-оптический кабель POF может широко применяться в индустриальных, офисных и домашних сетях для качественной передачи сигналов от цифровой видеотехники, DVD, DVB-приемников, видеокамер наблюдения. POF также дает возможность использования недорогого, по сравнению со стеклянными волокнами, решения для сетей Fast Ethernet. В этом случае возможным является применение гибридного кабеля пятой категории, который под внешней оболочкой содержит два световода POF (рис.).
Гибридный кабель POF и UTP пятой категории
Универсальный солдат
Итак, что такое "универсальный кабель"? В справочной литературе и каталогах производителей волоконно-оптических кабелей аналогичного термина нет, однако немало поставщиков на нашем рынке оперируют именно этим термином.
Главной причиной, по которой нельзя кабель для внешней проводки прокладывать внутри помещений, является его способность распространять горение, дым и выделять токсичные соединения под действием пламени. Казалось бы, заменив обычную полиэтиленовую оболочку на специальную - LSZH (Low Smoke Zero Halogen), можно получить кабель, пригодный для прокладывания как внутри помещений, так и на улице. Но не все так просто. Если кабельная магистраль проходит транзитом через какое-то здание, то, безусловно, внешняя оболочка (LSZH) не будет способствовать возгоранию и распространению огня. Такой кабель можно смело назвать "универсальным" и именно его нужно применять в конкретном случае.
Но можно ли таким кабелем связать две точки внутри одного здания? На время забудем о таком явлении, как перетекание геля. В худшем случае это приведет к выходу из строя волоконно-оптического канала связи, и, скорее всего, не станет причиной угрозы для жизни персонала. Но после возгорания в одном из коммутационных центров огонь может достигнуть монтажной коробки, где находится такой кабель, а в этом случае нужно учитывать не только пожаробезопасные свойства внешней оболочки, но и всех остальных компонентов волоконно-оптического кабеля.
Распространение огня по гелезаполненной трубке
Как уже отмечалось, одним из самых лучших способов защиты от влаги является водоотталкивающий гель. Почти все кабели, которые прокладываются вне помещения, имеют гелезаполнен-ные трубки, а в Multi Tube часто и свободное пространство между трубками заполняется гелем. Но гель является отличной средой для распространения огня, поэтому пламя может перекинуться в соседние с коммуникационным центром помещения. Также не отвечают требованиям пожарной безопасности и сами термопластиковые трубки. Поэтому если даже Loose Tube-кабель имеет LSZH-оболочку, некоторые производители не рекомендуют его использовать для соединения двух информационных узлов внутри одного здания (рис.). В этом случае LSZH-оболочка является необходимым, но не достаточным условием, и об универсальном кабеле здесь вряд ли может идти речь.
Таким образом, об универсальности кабеля можно говорить только в контексте того, как и где его можно прокладывать, но не в контексте конструкции кабеля и материала, из которого он изготавливается.
Итак, одни волоконно-оптические кабели предназначены для прокладки извне, другие - внутри помещений. Где же соединяются эти кабели? Вводимый в здание Outdoor-кабель разделывается на монтажной коробке или муфте. От нее к этажным распределителям или на рабочие места тянется кабель для внутренней проводки.
В отличие от предыдущих версий, сегодня в европейском стандарте EN 50174 не указывается, как далеко кабель для внешней проводки можно прокладывать внутри здания. Для разрешения этого вопроса рекомендуется обращаться к национальным нормам и предписаниям. В действующих строительных нормах и правилах (СниП 3.05.06-58) указывается: "При прокладке в кабельных сооружениях, коллекторах и производственных помещениях кабели не должны иметь наружных защитных покровов из горючих материалов".
Для изготовления внешней оболочки волоконно-оптических кабелей наружного применения используется полиэтилен, который является горючим материалом. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод: внутри здания нельзя прокладывать волоконно-оптический кабель, предназначенный для использования снаружи. Такой кабель нужно сразу разделывать в монтажной коробке и дальнейшую разводку по зданию производить "сухим" кабелем с LSZH-оболочкой.
