Жаростойкие материалы, не содержащие галогенов
В качестве материала для оболочки кабелей, которые подвергаются воздействию высоких температур, обычно нельзя использовать ни полиэтилен, ни ПВХ, ни фторопласты. Они требуют применения специальных материалов, в которых нет галогенов, и которые являются невоспламеняемыми. Такие оболочки состоят из сополимеров этилена и винилацетата и до 50% по весу заполнены триоксидгидратом алюминия.
Под воздействием пламени при температуре выше 250º C вследствие восстановления тригидроокиси алюминия происходит образование водных паров. Данный процесс понижает температуру до уровня ниже температуры воспламенения. Водяные пары также снижают концентрацию горючих газов и кислорода, а образовавшаяся вода гасит пламя. В результате образуется жаростойкий негорючий материал – оксид алюминия. Его термические и механические свойства, а также сопротивление воздействию химикатов зависят от полимерного основания и от количества наполнителей.
Кабели с такой оболочкой имеют почти такие же механические характеристики, как и кабели с полиэтиленовой оболочкой. Эта оболочка имеет серый цвет, и дополнительную маркировку.
Однако важно понимать, что такие оболочки очень быстро впитывают воду, и традиционный тест на сопротивление изоляции «маканием в воду» для них неприменим. Также необходимы специальные меры перевозки и хранения кабелей с такой оболочкой, для предотвращения впитывания влаги, в т.ч. хранение в закрытых помещениях и прочее.
Термопластический полиуретан
Как и полиамид, термопластический полиуретан (ТПУ) – материал довольно дорогой, а поэтому и менее используемый для изготовления кабелей. У него отличные механические свойства (например, высокая прочность на растяжение – 30 ÷ 55 МПа), он способен выдерживать до разрыва деформацию в пределах 400 ÷ 700%. Очень высокое сопротивление ТПУ трению делает этот материал подходящим для оболочек кабелей, подверженных ему в процессе применения. Полиуретан также сохраняет гибкость при понижении температуры до –40ºС и характеризуется высоким сопротивлением воздействию масел, нефти и большинства растворителей, а также кислорода и озона.
В ТПУ нет никаких пластификаторов, так что проблема их миграции не возникает.
5.2.2.Защита от влаги
По требованию Минсвязи РФ стандартный тест на водонепроницаемость кабеля, который проводится по методике МЭК 794 (ГОСТ Р МЭК 794-1-93 п.29 метод F5), применяется не к оптическому сердечнику, а ко всему сечению оптического кабеля.
Чтобы удовлетворить требованиям Минсвязи РФ пустоты в бронеповиве заполняются гидрофобным компаундом. Разумеется, требования к данному компаунду существенно ниже, нежели к тиксотропному гелю, заполняющему внутримодульное пространство в кабелях со свободной укладкой волокон. Правда, при прокладке в грунтах, насыщенных влагой, в качестве заполнителя бронеповива для уменьшения диффузии влаги на пути к оптическим волокнам применяют специальные компаунды с сорбентом по водороду. Срок службы сорбентов в данном случае не должен быть ниже срока службы оптических кабелей.
Оболочка любого кабеля может оказаться поврежденной. В частности, кабели наружной установки подвергаются воздействию влаги, проникающей сквозь мельчайшие отверстия в оболочке или в месте соединения. В таких случаях, насколько высококачественной ни была бы сама кабельная оболочка, будет происходить диффузия воды в материал оболочки.
Вода, при проникновении в оптический кабель, будет растекаться по сердечнику и скапливаться между модулями. Вода воздействует на стекло, уменьшая тем самым срок службы волокон. Повышающаяся в результате проникновения воды концентрация водорода приведет к увеличению затухания в волокнах. При замерзании вода способна повредить элементы кабелей и привести к нарушению связи.
Лучший способ избежать повреждений, вызываемых водой и повышенной влажностью, заключается в заполнении пространства между волокнами, модулями, волоконно-оптическими лентами и оболочкой водонепроницаемым наполнителем.
Этот наполнитель не должен оказывать никаких воздействий на входящие в состав кабеля пластмассы и волокна. Наполнитель предотвращает дальнейшее распространение в кабеле воды и влаги и тем самым ограничивает потенциальное увеличение повреждений.
Наполнитель должен иметь соответствующую консистенцию, чтобы не вытекать из кабеля при прокладке.
Однако все вышеприведенные способы защиты кабеля от воздействия влаги допустимы только при кратковременных контактах оболочки кабеля с водой, не более 10% срока эксплуатации. В случае большего срока, например, в болотах, реках и т.д., необходима более надежная защита от проникновения как молекул воды H2O, так и молекулярного водорода.
Проблема влаги, по сути дела, разбивается на два совершенно независимых явления, связанных с наличием водорода, и приводящих к отказам системы. Первое явление – чисто механическая зависимость прочности оптического волокна от количества влаги на его поверхности. Это могут быть как гидроксильные группы ОН, так и просто вода Н2О (см. Рис.12). Таким образом, срок службы из-за проникновения влаги может быть уменьшен с расчетных до 7-10 лет. От присутствия влаги на поверхности волокна спасает полное внутримодульное заполнение гидрофобным компаундом.
Рисунок 12. Диффузия водородосодержащих соединений через защитную оболочку
Второе явление, заставляющее помнить о «водородной проблеме», это явление роста оптического затухания волокна из-за поглощения атомами водорода. При этом, если кабель, волокна которого при укладке имели погонное затухание 0,19-0,22 дБ/км, не защищен от проникновения влаги и водорода, и эксплуатируется в условиях их постоянного воздействия (например, болота с высоким содержанием метана), то после 3-5 лет эксплуатации затухание может вырасти на несколько десятых децибела (см. Рис.13).
Конкретные значения прироста и сроки его появления зависят от типа волокна и концентрации водорода, но важно отметить, что даже прирост 0,05 дБ на магистральной линии связи, проложенной в болоте, приведет к необходимости реконструкции линии. На Рис.13 показано, с какой интенсивностью происходит диффузия водородосодержащих соединений к волокну через внешние оболочки.
Применяемая защита от воздействия высокоактивного атомарного водорода возможна лишь с помощью оболочки выполненной из металлизированной фольги или алюмополиэтиленовой ленты, т.е. кристаллической решетки металла. Дело в том, что диффузия сквозь кристаллическую структуру атомов и молекул химических элементов пренебрежимо мала. В глубоководных кабелях применяют специальную алюминиевую или медную трубку, в более дешевых конструкциях, для прокладки в реках, болотах и пр., используют алюмополиэтиленовую ленту. Применение металлического слоя вызывало трудности на первых порах кабельного производства, связанные с тем, что полимеры, находящиеся внутри защитного металлического экрана, разлагаясь, выделяли водород, который не мог выйти наружу, и его концентрация с годами накапливалась и становилась выше критической, что приводило к росту затухания оптических волокон (см. выше).
Рисунок 13. Зависимость затухания в оптическом волокне от различных условий эксплуатации
В последние годы производство компонентов было перестроено таким образом, чтобы химические элементы не разлагались в течение всего срока эксплуатации кабелей. Также элементы подвергаются принудительной дегидратации, что уменьшает число ионов воды и ведет к пониженному изначальному содержанию водорода. Однако такие химические материалы, как правило, дороже, требуют специальных технологий переработки и имеют меньший срок хранения.
5.2.3.Защита от грызунов
Для защиты от грызунов в кабелях применяется оболочка, армированная гофрированной стальной лентой. При этом гофрированная коррозионно-устойчивая стальная лента накладывается непосредственно на сердечник по его длине, а сверху наносится полиэтиленовая оболочка.
Данная стальная лента, благодаря гофрам, одновременно повышает гибкость кабеля. Альтернативой стальной гофрированной ленте является стальная ленточная броня. Она состоит из двух слоев оцинкованных стальных лент толщиной 0.1 мм, которые заделываются в коррозионно-устойчивые слои и покрываются оболочкой из полиэтилена.
Стальная гофрированная лента имеет одинаковую механическую стойкость и гибкость, по сравнению с кабелем со стальной проволокой, которая не дает, в отличие от гофрированной ленты, 100% защиты от грызунов. В ценовом отношении гофрированная лента значительно дешевле. Также броня из гофрированной ленты дополнительно защищает от поперечного проникновения воды, которую не дает броня из стальной проволоки.
Заключение
На основании всех объяснений, приведенных в статье, необходимо сделать главный вывод. При выборе оптического кабеля важно знать, прежде всего, климатические и физические условия, в которых он будет эксплуатироваться. Исходя из этого, можно выбирать наиболее подходящий для тех или иных случаев кабель.
Кабели, предназначенные для прокладки внутри зданий, сооружений, тоннелях метро должны отвечать не только техническим требованиям к конструкции, но и пожарной безопасности, т.е. быть в исполнении, не распространяющем горения и удовлетворять требованиям показателя токсичности продуктов горения, что важно для своевременной эвакуации людей и проведения тушения пожара. Кроме того, при опасности повреждения грызунами, кабель должен содержать дополнительные защитные покровы.
Кабели, прокладываемые в канализации, должны иметь стойкую к стираниям внешнюю оболочку, а также защиту от грызунов. Для защиты рекомендуется применять стальную гофрированную ленту и стальную проволоку. Внешняя оболочка кабеля должна быть выполнена из полиэтилена высокой плотности.
Кабели, предназначенные для прокладки методом задувки в специальные защитные трубы, должны иметь внешнюю оболочку из полиэтилена высокой плотности, который будет иметь низкий коэффициент трения по отношению к внутреннему покрытию трубы, достаточную жесткость кабеля и стойкость к раздавливанию, которая важна при проталкивании его, особенно гусеницами задувочной машинки, в потоке сжатого воздуха. Также эти кабели должны быть способны выдержать достаточное растягивающее усилия, возникающее при монтажных работах (не менее 1,5 кН).
Кабели, применяемые для прокладки в грунт, должны иметь надежную защиту и повышенные требования к продольным и раздавливающим нагрузкам, а также стойкую к истираниям внешнюю оболочку. Для защиты кабеля применяется броня из стальной оцинкованной проволоки. Внешняя оболочка должна быть из полиэтилена высокой плотности.
При прокладке через глубокие водные преграды, а также там, где имеют место мерзлотные деформации, и где требуется высокая стойкость к растягивающим и раздавливающим нагрузкам, целесообразно использовать кабели с броней, выполненной с двойным повивом стальной проволоки.
Для воздушных линий связи необходимо учитывать ряд специфичных параметров. Расстояние между опорами, гололедные и ветровые нагрузки (это важно для выбора силовых элементов кабеля). Кроме того, если кабель подвешивается на опорах ЛЭП напряжением 220 кВ, хотя это крайне не рекомендуется, внешняя оболочка кабеля должна быть выполнена из дугостойких материалов.
Для кабелей, проложенных по территории силовых подстанций и в местах с особо высокими требованиями по устойчивости в внешним электромагнитным воздействиям, должны применяться кабели, не содержащие металлических элементов конструкции. Для обеспечения защиты от грызунов (в случае, если кабель не прокладывается в специальных трубах), применяется защита из стеклопластиковых стержней или специальных полиамидов, также подобные кабели должны выполняться с максимальной защитой от раздавливающих нагрузок, возникающих в подобных условиях.
Учет всех приведенных выше факторов позволит сделать наиболее правильный выбор типа кабеля.
Какой бы волоконно-оптический кабель вы ни выбрали, наша компания с легкостью осуществит монтаж ВОЛС на его основе.
