Специальные конструкции оптических кабелей



К группе специальных оптических кабелей относятся полевые, подводные герметизированные, огнестойкие и пожаростойкие кабели, а также оптические кабели для стационарных объектов и сооружений, специальные оптические кабели для дистанционного управления.

Этот перечень далеко не полон, но он отражает наиболее перспективные направления развития специальных ОК.

Полевые оптические кабели.

Полевые оптические кабели предназначены для развертывания полевых линий дальней связи, линий привязки к опорной сети связи, линии связи между пунктами управления, линии дистанционного управления радиосредствами, линий распределительных сетей узла связи пункта управления и линий або­нентской сети на пункте управления. Полевые оптические кабели должны обеспечивать возможность прокладки по поверхно­сти грунта, в грунт глубиной до 1,5 м, через водные преграды глубиной до 10м, подвеску по опорам.

Прокладка обеспечивается:

- в грунт с помощью кабелеукладчи­ка со скоростью 3-8 км/ч;

- развертывание по поверхности грунта;

- с помощью кабельной тележки вручную (3-5 км/ ч);

- с автомобиля (до 20 км/ч);

- помощью мотоцикла (15-20 км/ч);

- с вертолета (60-70 км /ч.).

Полевые оптические кабели характеризуются фик­сированными требованиями к коэффициенту затухания и строительной длине, так как это позволяет точно рассчитать длину участка связи.

Полевые оптические кабели рассчитаны на работу в экстремальных эксплуатационных условиях во всех климатических зонах России и стран СНГ и подвергаются целому комплексу внешних воздействий, включающих, например, такие как размотка, изгибы, кручение и раздавливание при отрицательных температурах, воздействие солнечного излучения, широкий интервал температур (от-60° до 70°С), повышенная влажность и т.д. Полевые оптические кабели обязательно проверяются на устойчивость к статическим растягивающим усилиям (в том числе в месте заделки в соединительную арматуру), а также на устойчивость к гамма-излучению и воздействию электромагнитного импульса. Оптические кабели должны не распространять горение и иметь защиту от грызунов.

Минимальная наработка полевых ОК должна составлять не менее 100 000 ч. минимальный срок службы - не менее 20 лет, минимальная сохраняемость - не менее 20 лет.

Тщательный подход к выбору конструкции и применяемых материалов, полевых ОК обусловлен их малой массой и габаритными размерами. В полевых ОК обычно не применяют­ся металлические

элементы. Для при­дания им повышенной стойкости к воздействию отрицательных температур применяют стеклопластиковые элементы (рис.1). Комбинация стеклопластиковых элементов с высокопрочными синтетическими нитями (рис.1в) обеспечивает высокую устойчивость ОК к сжимающим и рас­тягивающим нагрузкам.

Группы оптических кабелей.

Оптические кабели разделяются по следующим признакам:

- на группы по назначению и условиям применения;

- на подгруппы по способу прокладки (стационарный С, нестационарный Н) и конструктивным и технологическим особенностям (определяется номером разработки);

- на виды - по количеству ОВ (n) электрических жил (m).

В общем случае сопоставление по группам, установленным ГОСТ и ГОСТ Р МЭК, достаточно условно, так как требования, предъявляемые к каждой группе кабелей в нашей стране и за рубежом, различаются в значительной степени, как по уровню параметров, так и по их комбинации.

Пример деления оптических кабелей на группы.

По ГОСТ 26793-85 По ГОСТ Р МЭК 794-1-93
Магистральный (Л) Для прокладки в грунте
Зоновый (З) -
Городской (К) Для прокладки в коллекторах или трубах
Полевой (П) Полевой
Подводный грузонесущий (Г) -
Подводный негрузонесущий (Н) Для подводных лодок
- Подводный (для сравнительно коротких подводных линий связи)
Для стационарных объектов и сооружений (С) -
- Внутриобъектовый
Для подвижных объектов (Б) -
- Для воздушной прокладки
Специальный, для дистанционного управления (Д) Специального назначения
Монтажный (М) Монтажный
Шнур (Ш -



Подводные герметизированные оптические кабели.

Герметизированные оптические кабели имеют наиболее сложную конструкцию. При их разработке необходимо учитывать требования, которые предъявляются к полевым кабелям связи, условия поперечной и продольной герметизации, а также возможность работоспособности при значительном внешнем гидростатическом давлении (до 60 МПа, глубина погружения 6 км).

Конструкция герметизированных ОК делятся на две группы:

- для прокладки в судах надводного флота;

- для прокладки в судах подводного флота.

Для прокладки в судах надводного флота рекомендуется использовать ОК, герметичные свойства которых обеспечи­ваются обычными гидрофобными заполнениями. В комплексе с применением водоблокирующих материалов может быть обеспечена продольная герметизация ОК при гидростатическом давлении величиной 4 МПа. Конструкции таких кабелей представлены на рис.2, в них используют ОВ с кварцевой сердцевиной и полимерной оптической оболочкой диаметром 200 мкм (длина кабеля не должна превышать 300 м) или с кварцевой сердцевиной и кварцевой оптической оболочкой диаметром 50/ 125 мкм. Для герметизированных ОК характерны высокая прочность, гибкость, стойкость к кручению, ударам, вибрации, соленой воде и пр.

Для прокладки в судах подводного флота используют ОК, конструкция которого представлена на рис. 3. В этих кабелях применяются многомодовые ОВ с коэффициентами затухания до 10 дБ /км и шириной полосы пропускания не менее 200 МГц/км. Герметич­ность достигается за счет использова­ния специальных герметизирующих со­ставов на основе поливинилхлорида, этилена, ацеталя и пр. Продольная протечка на участке ОК длиной 2 м в аварийном режиме при максимальном гидростатическом давлении не превышает 500 см3 в течение 2 ч.

Для буксировки гидроакустических антенн применяют грузонесущий плавучий ОК (рис. 4). Этот кабель на основе многомодового ОВ обеспечивает коэффициент затухания до 10 дБ/км при рабочей растягива­ющей нагрузке до 2 т и разрывном усилии до 6 т.

Огнестойкие и пожаростойкие кабели.

Огнестойкие кабели - это кабели, сохраняющие работоспособность в условиях открытого пламени (пожара).

К пожаростойким кабелям относят конструкции, обеспечивающие нераспространение горения.

Требования по пожаробезопасности кабелей ранее сводились в основном к нераспространению горения. Для этого в качестве оболочек (а в некоторых случаях и изоляции) применялись трудногорючие полимерные электроизоляционные материалы. При этом решалась лишь главная задача - не­распространение пламени.

В конце 80-х начале 90-х годов в национальные и международные стандарты вошли комплексные требования по пожаробезопасности, включавшие не только нераспространение пламени, но и пониженное выделение дыма, токсичных и коррозионно-активных продуктов горения. Для выполнения этих требований в конструкции кабелей в качестве оболочки применяются термопластичные или безгалогенные электроизоляционные полимерные композиции .

В зависимости от условий применения кабелей показатели пожарной безопасности могут быть нормированы в совокупности или отдельно с учетом функционального назначения. Так, например, огнестойкость нормируется для кабелей, которые должны сохранять работоспособность в течение заданного времени в условиях пожара. Такие кабели используются в цепях системы безопасности АЭС, в пожарной или аварийной сигнализации, на нефтяных платформах, судах и других объектах, где требуется обеспечить целостность электрических цепей важнейших устройств и механизмов при пожаре.

Как правило, пожаробезопасность кабелей достигается за счет применения трудносгораемых изоляционных и защитных материалов. В меньшей мере на пожаробезопасность влияет конструктивное исполнение кабелей.

ОАО "ВНИИКП" совместно с рядом организаций и предприятий были разработаны ПВХ пластикаты с пониженной горючестью типа НГП (негорючий пластикат) марок НГП 40-32 и НГП 30-32 - для оболочек кабельных изделий; а также ПВХ пластикаты с пониженной пожароопасностью типа НП следующих марок:

- для оболочек;

- ИНП - для изоляции;

- ОНП-В - для внутренних оболочек кабельных изделий.

В настоящее время проводятся исследования по созданию пожаробезопасных ОК с использованием безгалогенных композиций па основе полиолефинов. У этих композиций относительно низкое выделение дыма, они не выделяют коррозионно-активных летучих продуктов в условиях горения.

За рубежом разработкой специаль­ных типов полимеров для пожаростойких кабелей и их конструкций занимается целый ряд фирм, среди которых можно отметить Degussa Huls AG, Alcatel Kabel AG&Co (Германия), Lu­cent Technology (США) и др.

Для прокладки в пожароопасных помещениях может быть применена конструкция, представленная на рис. 5. В ней используется ОВ в полиакрилатном покрытии, которое обладает повышенной стойкостью к воздействию пламени.

Чаще всего для создания огнестойкого ОК применяют металлические оболочки, например из алюминия, или покрывают ОВ различными окислами или нитридами. Это делается для того, чтобы добиться необходимой устойчивости изделия к воздействию высоких температур. Однако технология изготовления таких кабелей трудоемка и требует высоких финансовых затрат. Существенно повышается огнестойкость ОК благодаря использованию в качестве ТЗО ОВ полимерного компаунда с наполнением в виде порошка тригидраталюминия, разбухающего при температуре 200°-400°С и поглощающего тепло за счет выделения кристаллизационной воды, а при температуре 400°-700°C превращающегося в белый кристалли­ческий материал с высокими термоизо­ляционными свойствами. Кроме того, в конструкции применена обмотка ка­ждой ТЗО миканитовой лентой, кото­рая при воздействии высокой темпера­туры образует керамическую трубку, защищающую ОК от открытого пламе­ни. Скрутка ТЗО (кабельный сердеч­ник) обматывается стеклолентой, ко­торая обеспечивает не только защиту ОК от открытого пламени, но и меха­ническую защиту ТЗО от внешних воздействий после пожара. Внешняя оболочка ОК выполнена из материала, который не распространяет горение и не содержит галогены. Кабель может иметь стальную оплетку или обмотку из алюминиевой фольги. Такая конструкция ОК (рис. 6) выдерживает испытания на огнестойкость в соответствии с требованиями МЭК 331 (воздействие температуры 750°C в течение 3ч).

Безгалогенный полимерный электроизоляционный материал.

Безгалогенный полимерный электроизоляционный материал представляет собой полимерную основу (чаще всего гомополимер или сополимер олефинового ряда, эластомер или их комбинации), наполненную мелкодисперсным гидратом алюминия или магния и содержащую некоторые функциональные добавки.

При воздействии пламени на такую композицию начинается эндотермическая реакция разложения гидратов с выделением воды. Пары выделившейся воды разбавляют горючие газы, образующиеся при термическом разложении полимерной основы, и экранируют поверхность полимера от воздействия кислорода. Образующиеся окислы металлов создают для полимера дополнительный изолирующий от кислорода слой. Поскольку для достижения заметного эффекта содержание гидратов металлов должно быть достаточно большим (50-60%), дополнительный эффект достигается за счет физического "разбавления" полимера минеральной добавкой и, следовательно, снижения количества горючих газов, выделяющихся при его термическом разложении.

Наряду с нераспространением пламени подобные композиции характеризуются также тем,что образующиеся при воздействии открытого огня газообразные продукты не являются коррозионно-активными (в их составе отсутствуют галогены), а плотность дыма и токсичность выделяемых при горении газов относительно невелики.

Конструкция огнестойкого оптического кабеля, в котором в качестве сердечника используется профилированный элемент диаметром 6 мм из алюминиевого сплава. В каждом из 4х пазов расположены три скрученных ОВ в силиконовом ПЗП, которые помещены в защитную оболочку из сополимера политетрафторэтилена (PFA). Поверх профилированного элемента наложена оболочка из алюминиевого сплава. Внешний диаметр оболочки 13 мм. Алюминиевый сплав выдерживает температуру 400°С. Над оболочкой расположен слой наполненного полиэтилена. В качестве наполнителя (83% массы) используют гидроокись магния (Mg(OH)2). При сравнительно невысокой температуре начинается эндотермическая реакция, в результате которой происходит поглощение тепла. Далее в кабеле расположен теплоизолирующий слой. В применявшихся ранее конструкциях теплоизолирующий слой выполнялся из алюмокерамических волокон или специальных огнестойких полимерных лент. Однако керамика и обмотка лен­тами снижают гибкость кабелей. В рассматриваемой конструкции ОК теплоизолирующий слой выполнен из этиленвинилалкоголя и этиленпропиленовой резины с наполнением из эндотермического материала. Оболочка кабеля выполнена в виде обмотки из скрепляющей алюмополиэтиленовой ленты. Кабель диаметром 43 мм предназначен для внутриобъектовой прокладки и выдерживает температуру 840°С в течение 30 мин.

Пожаростойкие оптические кабели для прокладки в вентиляционных каналах должны выдерживать температуру от -40° до 70°С, 25 циклов ударов, раздавливающие усилия (100-300 Н*см), разрывную прочность 1320-4450 Н. Количество осевых закручиваний на длине 2 м должно составлять 10 циклов, а количество перегибов - 25.

Оптические кабели для стационарных объектов и сооружений.

К этой группе специальных кабелей относятся конструкции, которые должны иметь максимально возможное количество ОВ и обеспечивать их защиту от растягивающих и сдвигающих деформаций. Для конструкции таких кабелей характерно наличие круглой проволочной брони (один или несколько повивов). Такие кабели применяют для прокладки в условиях вечной мерзлоты и в районах с высокой сейсмической актив­ностью.

Специальные оптические кабели для дистанционного управления.

Конструкции морских ОК для гидробуев и для управляемых торпед. Эти ОК характеризуются высокой прочностью (выдерживают значительные статические и динамические нагрузки), обладают гибкостью, сбалансированы относительно возникновения крутящего момента, имеют малый диаметр, недороги.

К специальным ОК наряду с другими требованиями предъявляет­ся повышенные требования к механической стойкости (при длине кабеля 5-10 км растягивающие усилия достигать 2,5-3 кН). Поставленную задачу решают, вводя в сердечник и кордель дополнительные армирующие элементы (рис. 9).

Заключение.

В данной статье рассмотрены только некоторые виды специальных кабелей, широко применимых в народном хозяйстве. Специальные оптические кабели также в качестве датчиков (например, датчиков температур, давления, вибрации и т.д.) в различных отраслях промышленности. В сочетании со специальными типами оптических волокон ОК могут использоваться для контроля местоположения объектов под землей, в воде, воздухе и космическом пространстве.








© 1992-2017 ПТ плюс. Все права защищены.