Кабели оптические с упрочняющими элементами

Кабели оптические с упрочняющими элементами: конструкция, типы, применение и стандарты

Оптические кабели с упрочняющими элементами представляют собой класс кабельной продукции, предназначенный для работы в условиях значительных механических нагрузок как при прокладке, так и в процессе эксплуатации. Их ключевое отличие от кабелей для внутренней прокладки или легких наружных применений заключается в наличии специальных силовых компонентов, воспринимающих растягивающие усилия, сжимающие нагрузки, крутящие моменты и защищающих хрупкие оптические волокна. Конструкция таких кабелей обеспечивает сохранение оптических параметров и физической целостности волокон в широком диапазоне внешних воздействий.

Конструктивные элементы и их функциональное назначение

Конструкция оптического кабеля с упрочнением является многослойной и включает в себя ряд обязательных компонентов.

Оптический модуль и сердцевина кабеля

Основной носитель информации — оптические волокна. Они располагаются в сердцевине кабеля, часто объединяясь в группы. Существует несколько основных конструктивных решений:

• Плотный буфер: Каждое волокно покрыто плотным полимерным вторичным буфером диаметром около 900 мкм, что обеспечивает высокую стойкость к микроизгибам и упрощает сварку, но увеличивает диаметр кабеля.
• Модульная конструкция: Волокна (обычно от 2 до 24) объединены в отдельные модули (трубки), заполненные гидрофобным гелем или сухим водоблокирующим материалом. Модули скручены вокруг центрального силового элемента. Это наиболее распространенная конструкция для магистральных и зоновых кабелей.
• Ленточная конструкция: Волокна (обычно 12) объединены в плоские ленты, которые затем укладываются в модули. Позволяет достичь высокой плотности упаковки волокон (до 144 и более в одном кабеле).

Упрочняющие (силовые) элементы

Это ключевой компонент, определяющий механические характеристики кабеля. Выполняют две основные функции: восприятие растягивающих нагрузок и защита от сжатия/изгиба.

• Центральный силовой элемент (ЦСЭ): Располагается в геометрическом центре кабеля. Представляет собой стеклопластиковый пруток (GRP) или стальной трос (оцинкованная или нержавеющая проволока). Стеклопластик является диэлектриком, что критично для линий, проходящих вдоль ЛЭП или в зонах с риском грозовых перенапряжений. Сталь обеспечивает более высокую прочность на разрыв и стойкость к сдавливанию.
• Параметрические силовые элементы: Располагаются в наружных слоях конструкции, под оболочкой. Чаще всего это армирующие нити из арамида (кевлара), стеклопластика или пучки стальной проволоки. Арамидные нити обладают исключительно высокой удельной прочностью, малым весом и являются диэлектриками.
• Броневые покровы: Выполняют функцию как упрочнения, так и защиты от грызунов, механических повреждений при прокладке в грунт. Выполняются из гофрированной стальной ленты (CS — Corrugated Steel), гладкой стальной ленты или проволочной брони (Wire Armour).

Защитные оболочки и барьерные слои

• Внутренняя оболочка (поясная изоляция): Изготавливается из полиэтилена (PE) или полипропилена (PP). Ее задача — скрепить внутренние компоненты и обеспечить барьер между ними и внешней средой или броней.
• Броневой покров: Как описано выше.
• Внешняя оболочка: Основной защитный слой. Материал выбирается исходя из условий эксплуатации:
  • Полиэтилен высокого давления (PE-HD): Для наружной прокладки, устойчив к УФ-излучению, влаге, перепадам температур.
  • Поливинилхлорид (PVC): Чаще для внутренней прокладки или в шахтах/тоннелях из-за пониженной горючести и выделения малотоксичного дыма.
  • Полиуретан (PUR), Полиамид (PA): Для специальных применений, где требуется высокая стойкость к истиранию, маслам, химикатам.
• Гидрофобные заполнители: Гель или порошок, заполняющий пространство в модулях и между ними, блокирующий продольное распространение влаги по кабелю.

Классификация и типы кабелей с упрочнением

Классификация осуществляется по среде прокладки и конструктивным особенностям.

По среде прокладки и условиям эксплуатации

• Кабели для прокладки в грунт (в землю): Имеют наиболее прочную конструкцию. Обязательно наличие брони из гофрированной стальной ленты (чаще всего) или проволочной брони, двухслойной оболочки (PE+PE), мощного ЦСЭ. Усиленная защита от влаги и химической агрессии грунтов.
• Кабели для подвеса на опорах ЛЭП и связи (СИП-оптика): Ключевое требование — высокая прочность на разрыв при малом весе и диэлектрические свойства. Используется ЦСЭ из стеклопластика и наружные упрочняющие элементы из арамидных нитей. Оболочка — светостабилизированный полиэтилен черного цвета.
• Кабели для прокладки в кабельной канализации (колодцах), тоннелях, коллекторах: Защита от влаги, стойкость к длительному воздействию воды, защита от грызунов. Часто применяется броня из гофрированной нержавеющей стали для защиты от коррозии.
• Кабели для внутриобъектовой прокладки (с упрочнением): Используются в качестве абонентских ответвлений, входят в состав комбинированных кабелей (например, оптический + силовой для питания удаленных узлов). Могут иметь легкую броню из стальной ленты или упрочнение арамидными нитями, нераспространяющую горение оболочку из PVC или LSZH.
• Морские (подводные) кабели: Отдельный класс с максимальной механической прочностью, многослойной броней из оцинкованных стальных проволок, усиленной защитой от давления и проникновения воды.

По типу упрочняющих/броневых элементов

Тип упрочнения	Материал/Конструкция	Основные преимущества	Типичные области применения
Центральный силовой элемент (ЦСЭ)	Стеклопластик (GRP), Сталь	Восприятие растяжения, защита от сжатия, стабильность конструкции. Диэлектрик (GRP).	Все типы кабелей, особенно подвесные (GRP).
Параметрическое упрочнение	Арамидные нити, Стеклопластиковые стержни	Высокая прочность при малом весе, диэлектрические свойства, гибкость.	Подвесные кабели, диэлектрические кабели для ОКГТ.
Ленточная броня	Гофрированная стальная лента (CS)	Защита от грызунов, сдавливания грунтом, механических повреждений. Гибкость.	Прокладка в грунт, в кабельной канализации.
Проволочная броня	Оцинкованные стальные проволоки	Максимальная защита от растяжения и раздавливания, стойкость к динамическим нагрузкам.	Переходы через дороги, русла рек, морские кабели, шахты.
Комбинированное	ЦСЭ + броня, ЦСЭ + арамид	Максимальная механическая стойкость для сложных условий.	Магистральные линии в сложных условиях.

Ключевые механические и эксплуатационные характеристики

При выборе кабеля с упрочнением инженеры ориентируются на ряд нормируемых параметров.

Механические параметры

• Допустимое растягивающее усилие (ДРУ), кН: Максимальное усилие, которое может быть приложено к кабелю в процессе монтажа и эксплуатации без ухудшения оптических характеристик и без остаточной деформации. Для подвесных кабелей — критически важный параметр.
• Рабочее растягивающее усилие (РРУ), кН: Усилие, при котором кабель может эксплуатироваться длительное время (обычно > 25 лет). Обычно составляет 40-60% от ДРУ.
• Усилие на разрыв, кН: Предельное усилие, приводящее к механическому разрушению кабеля.
• Стойкость к удару: Определяется по стандартам (например, падение груза определенной массы с заданной высоты).
• Стойкость к раздавливанию, Н/см: Важна для кабелей, прокладываемых в грунт.
• Минимальный радиус изгиба, мм: Указывается для монтажа (как правило, 15-20 наружных диаметров кабеля) и для эксплуатации (большее значение).

Эксплуатационные и климатические параметры

• Диапазон рабочих температур, °C: Обычно от -60°C до +70°C для наружной оболочки из PE. Важен для сохранения гибкости и свойств гидрофобного заполнителя.
• Стойкость к проникновению воды: Испытание на продольную и поперечную герметичность.
• Электрические параметры: Для диэлектрических кабелей — сопротивление изоляции, стойкость к импульсному напряжению. Для кабелей с металлическими элементами — сопротивление брони, параметры грозозащиты.

Стандарты и нормативная база

Производство и испытания оптических кабелей с упрочнением регламентируются международными и национальными стандартами.

• Международные: Серия стандартов МЭК (IEC) 60794 (Оптические кабели). Конкретно: IEC 60794-1 (Общие требования), IEC 60794-2 (Кабели для внутренней прокладки), IEC 60794-3 (Кабели для наружной прокладки), IEC 60794-4 (Кабели для подвески вдоль линий электропередачи).
• Национальные (Россия): ГОСТ Р МЭК 60794-1-2013, ГОСТ Р МЭК 60794-3-2013. Также отраслевые стандарты (ОСТ) и технические условия (ТУ) производителей, которые часто устанавливают более жесткие требования, чем базовые стандарты.
• Отраслевые: Стандарты компаний-операторов (Ростелеком, РЖД и др.), которые содержат дополнительные требования к конструкции, маркировке и параметрам кабелей, допущенных к использованию в их сетях.

Особенности монтажа и эксплуатации

Монтаж кабелей с упрочнением требует учета их конструктивных особенностей.

• Растягивающие нагрузки: При протяжке кабеля (особенно в грунт или при подвесе) необходимо использовать динамометры и механизмы, ограничивающие усилие, чтобы не превысить ДРУ. Натяжение должно прикладываться к силовым элементам (броне, ЦСЭ), а не к оболочке.
• Монтаж подвесных кабелей: Для подвеса на опорах используются специальные арматурные комплекты (зажимы, спиральные виброгасители), которые обеспечивают надежное крепление и гашение ветровых и грозовых колебаний.
• Соединение и оконцевание: При вводе кабеля в муфту или кросс, силовые элементы (броня, арамидные нити) должны быть надежно заземлены (для металлических) или закреплены в диэлектрическом зажиме (для арамида). Это снимает механическое напряжение с волокон.
• Радиус изгиба: Строгое соблюдение минимального радиуса изгиба как при прокладке, так и при укладке в муфтах и шкафах.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между кабелем с броней из гофрированной ленты и с проволочной броней?

Гофрированная стальная лента (CS) обеспечивает защиту в основном от радиальных нагрузок (сдавливание, укусы грызунов) и частично от растяжения. Она более гибкая и легкая. Проволочная броня (Wire Armour), особенно типа «повив», обеспечивает максимальную защиту как от растяжения, так и от раздавливания, а также от динамических ударных нагрузок. Она тяжелее, менее гибка и имеет больший минимальный радиус изгиба. Выбор зависит от конкретных условий трассы: проволочная броня применяется на участках с высоким риском повреждения (переходы через дороги, каменистый грунт, зоны возможных оползней).

Можно ли использовать кабель с металлическим ЦСЭ или броней для подвеса на опорах ВЛ 110 кВ и выше?

Нет, это запрещено правилами безопасности. Для подвеса на опорах воздушных линий электропередачи (ВЛ) любого напряжения, а также в грозозащитных тросах (ОКГТ) должны применяться исключительно диэлектрические кабели. В них в качестве силовых элементов используются стеклопластиковый пруток (ЦСЭ) и арамидные нити. Наличие любых металлических элементов (стальной ЦСЭ, броня) создает риск короткого замыкания при падении провода на кабель или наведении опасных потенциалов, что угрожает жизни персонала и целостности оборудования.

Как правильно выбрать тип упрочнения для прокладки в кабельной канализации города?

Для кабельной канализации характерны: наличие воды, возможность механических повреждений при затяжках в колодцах, риск проникновения грызунов. Рекомендуется кабель с броней из гофрированной нержавеющей стали (обозначается обычно как «н/ж» или «stainless steel»). Нержавеющая сталь обеспечивает долговечную защиту от коррозии в постоянно влажной среде. Альтернативой может служить кабель с броней из оцинкованной стали, но с дополнительной гидрозащитой в виде алюмополиэтиленовой оболочки (АПЭ) под броней. Обязательно наличие гидрофобного заполнения.

Что означает маркировка «LSZH» на оболочке кабеля и где она применяется?

LSZH (Low Smoke Zero Halogen) — материал оболочки с пониженным дымовыделением и не содержащий галогенов (хлора, фтора и др.). При пожаре такой кабель выделяет минимальное количество плотного едкого дыма и коррозионно-активных газов, что позволяет людям эвакуироваться и не выводит из строя электронное оборудование. Кабели с оболочкой LSZH обязательны для прокладки в закрытых общественных пространствах с массовым пребыванием людей (метро, вокзалы, аэропорты, торговые центры, тоннели), в серверных и ЦОДах, на объектах транспорта.

Как учитывается допустимое растягивающее усилие (ДРУ) при проектировании подвесной линии?

При проектировании подвеса оптического кабеля по опорам ДРУ является исходным параметром для расчета стрелы провеса и механического напряжения в кабеле. Расчет ведется по методикам, аналогичным расчету проводов ВЛ, с учетом:

• Собственного веса кабеля и веса гололеда.
• Ветровой нагрузки на кабель.
• Диапазона температур окружающей среды.
• Длины пролета между опорами.

Полученное в результате расчета максимальное напряжение в кабеле не должно превышать значения, соответствующего РРУ (рабочему растягивающему усилию), с запасом прочности. Превышение ДРУ допускается только на очень короткое время в аварийных ситуациях.

Требуется ли заземление брони оптического кабеля и если да, то как это правильно сделать?

Да, металлические броневые покровы и металлический центральный силовой элемент (если есть) подлежат обязательному защитному заземлению на обоих концах линии и в промежуточных точках, где кабель вводится в металлические шкафы или муфты. Это делается для:

• Защиты персонала от поражения электрическим током при попадании потенциала на броню (например, при повреждении силового кабеля в общей канализации).
• Защиты кабеля от коррозии, вызванной блуждающими токами.
• Обеспечения нормальной работы устройств грозозащиты.

Заземление выполняется с помощью специального заземляющего проводника, который припаивается или обжимается к броне с помощью заземляющего хомута. Этот проводник затем присоединяется к шине заземления станции или муфты. В муфтах для этого предусмотрены специальные клеммы или хомуты.