Кабели оптические одномодовые для внешней прокладки

Кабели оптические одномодовые для внешней прокладки: конструкция, типы, применение и стандарты

Одномодовые оптические кабели для внешней прокладки (ОКСН – оптический кабель самонесущий, ОКВ – оптический кабель в оболочке для внешней прокладки) представляют собой ключевой элемент телекоммуникационных и инженерных сетей, предназначенный для передачи сигналов на большие расстояния (свыше 5 км) с высокой скоростью и пропускной способностью. Их основная задача – обеспечить надежную и долговременную работу волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) в условиях агрессивного воздействия окружающей среды, механических нагрузок и перепадов температур. Конструкция таких кабелей кардинально отличается от кабелей для внутренней прокладки и является компромиссом между оптическими характеристиками, механической прочностью и стойкостью к внешним факторам.

Конструктивные особенности и элементы

Конструкция одномодового кабеля для внешней прокладки многослойна, каждый элемент выполняет строго определенную функцию.

Оптическое волокно (ОВ)

Сердечник кабеля. Используется одномодовое волокно с ненормируемой дисперсией типов G.652.D (стандартное, наиболее распространенное) или G.657.A1/A2 (с улучшенными характеристиками на изгиб). Диаметр модового поля – 9-10 мкм, диаметр буферного покрытия (первичного, для защиты от микроизгибов) – 250 мкм. Для внешней прокладки волокна объединяются в оптические модули.

Оптический модуль

Одна или несколько трубок (реже – отсеки в профилированном сердечнике), заполненные гидрофобным гелем, внутри которых свободно уложены оптические волокна. Гелевое заполнение предохраняет волокна от влаги и демпфирует механические воздействия (растяжение, сжатие, вибрацию), а также позволяет волокнам смещаться внутри трубки при изменении температуры без ухудшения характеристик. Количество волокон в модуле варьируется от 2 до 24, а количество модулей в кабеле – от 1 до 12 и более.

Силовой элемент

Центральный силовой элемент (ЦСЭ) или армирующие нити. Предназначен для восприятия и компенсации растягивающих и сжимающих нагрузок, что предотвращает растяжение оптических волокон и возникновение микроизгибов. В качестве ЦСЭ используется стеклопластиковый пруток или стальной трос. В некоторых конструкциях (например, повивных) силовые арамидные нити накладываются поверх пучка модулей.

Гидрофобный заполнитель

Гель или порошок, заполняющий все свободное пространство внутри кабеля. Его задача – блокировать продольное распространение влаги вдоль кабеля в случае повреждения внешней оболочки. Современные компаунды являются тиксотропными (не текут при нормальных условиях, но заполняют полости при давлении).

Внутренняя и внешняя оболочки

Изготавливаются из полиэтилена (ПЭ) высокой плотности. Внутренняя оболочка (если присутствует) скрепляет сердечник кабеля. Внешняя оболочка – основной барьер от внешних воздействий. Для внешней прокладки используется черный полиэтилен, стойкий к ультрафиолетовому излучению, окислению, перепадам температур (-60°C до +70°C) и агрессивным средам. Часто в оболочку встраивается гофрированная стальная лента (броня) для защиты от грызунов и механических повреждений.

Бронепокров

Присутствует в кабелях для прокладки в грунт, кабельной канализации или в условиях повышенного риска механических повреждений. Бывает двух основных типов:

• Ленточная броня: Гофрированная стальная лента, наложенная продольно или спирально поверх внутренней оболочки. Защищает от грызунов и точечных ударов.
• Проволочная броня: Оцинкованные стальные проволоки, наложенные повивом. Обеспечивает высокую стойкость к растяжению и раздавливанию, используется для прокладки в грунт с высокой нагрузкой.

Поверх брони накладывается дополнительный слой оболочки для защиты от коррозии.

Классификация и типы кабелей для внешней прокладки

Классификация основана на способе прокладки и конструктивном исполнении.

1. По способу прокладки:

• Кабели для прокладки в грунт (в землю): Имеют бронепокров из стальных оцинкованных проволок или гофрированной ленты. Обязательно наличие гидрофобного заполнения. Обозначаются часто как ОКЛ (оптический кабель с ленточной броней) или ОКП (оптический кабель с проволочной броней).
• Кабели для прокладки в кабельной канализации, коллекторах, тоннелях: Могут иметь облегченную броню (ленточную) или быть безбронными, но с усиленной защитой от влаги и механических воздействий. Обозначаются как ОКВ.
• Кабели для воздушной прокладки (подвесные): Бывают двух видов:
  • Самонесущие (ОКСН): Имеют встроенный силовой элемент из стеклопластика или арамидных нитей, рассчитанный на длительные растягивающие нагрузки от собственного веса, ветра и гололеда. Пример: ОКСН-П (с вынесенным силовым элементом – «восьмерка»).
  • Кабели для подвески на тросе: Имеют специальную конструкцию (например, петлю-несущий элемент) для крепления к несущему тросу-гасителю вибрации.
• Кабели для прокладки через водные преграды (подводные): Специализированные кабели с усиленной многослойной бронёй (обычно из стальных проволок), герметичной оболочкой и повышенной стойкостью к гидростатическому давлению.

2. По конструкции сердечника:

• Модульной конструкции: Наиболее распространены. Оптические волокна в модулях, уложенных вокруг ЦСЭ. Обеспечивают хорошую защиту и удобство разделки.
• Повивной конструкции (классическая «скрутка»): Модули или пучки волокон скручены вокруг ЦСЭ. Устаревшая, но встречающаяся конструкция.
• С профилированным сердечником (жгутовый): Волокна уложены в пазы (каналы) пластикового профилированного сердечника. Позволяет достичь высокой плотности укладки волокон (до 144 и более в малом диаметре).
• Мicrocable (микрокабель): Кабель малого диаметра (до 6-8 мм), предназначенный для протяжки в предварительно проложенные защитные полиэтиленовые трубы (ПНД-гофру) методом «задувки» воздухом.

Ключевые технические и эксплуатационные параметры

Оптические характеристики (на длине волны 1550 нм):

• Затухание: Не более 0.22 дБ/км для волокна G.652.D. Фактическое затухание в кабеле (с учетом сварных соединений) – ключевой параметр при проектировании.
• Хроматическая дисперсия: Определяет предельную скорость и дальность передачи. Для G.652.D – около 18 пс/(нм*км).
• Радиус изгиба при эксплуатации/при монтаже: Обычно 20/10 наружных диаметров кабеля. Для волокон G.657.A1 – 10/5 диаметров.

Механические характеристики:

• Допустимое растягивающее усилие (кратковременное/длительное): От 1.5 до 10 кН и более, в зависимости от конструкции (особенно высокое у подвесных и бронированных кабелей).
• Допустимое раздавливающее усилие: Критично для кабелей, прокладываемых в грунт. Нормируется в Н/10 см.
• Ударные воздействия: Нормируется количество ударов заданной силы, которое должен выдержать кабель.

Эксплуатационные характеристики:

• Диапазон рабочих температур: От -60°C до +70°C. Важно для сохранения свойств гидрофобного заполнителя и оболочки.
• Стойкость к продольной влагопроницаемости: Обязательное требование по ГОСТ или МЭК. Кабель должен выдерживать испытание на влагонепроницаемость под давлением.
• Электрические характеристики: Сопротивление изоляции оболочки, стойкость к грозовым и коммутационным перенапряжениям (для кабелей с металлическими элементами).

Таблица: Сравнение основных типов кабелей для внешней прокладки

Тип кабеля	Типичная конструкция	Основная область применения	Ключевые преимущества	Ограничения
ОКЛ (ленточная броня)	ЦСЭ, модули, гидрофоб, оболочка ПЭ, гофрир. стальная лента, оболочка ПЭ.	Кабельная канализация, коллекторы, прокладка в грунте с низкой нагрузкой, защита от грызунов.	Хорошая защита от грызунов и точечных ударов, гибкость, умеренный вес.	Меньшая стойкость к раздавливанию по сравнению с проволочной бронёй.
ОКП (проволочная броня)	ЦСЭ, модули, гидрофоб, оболочка ПЭ, оцинк. стальные проволоки, оболочка ПЭ.	Прямая прокладка в грунт (траншеи), участки с высокой механической нагрузкой, пересечения дорог.	Высокая стойкость к растяжению, раздавливанию, механическим повреждениям.	Большой вес и радиус изгиба, требуется заземление брони.
ОКСН (самонесущий, «восьмерка»)	Вынесенный силовой элемент (стеклопластик/трос) и оптический модуль, соединенные общей оболочкой в форме «8».	Воздушные линии связи по опорам ЛЭП или отдельным столбам.	Простота монтажа, не требует несущего троса, рассчитан на растяжение и ветровые нагрузки.	Ограниченная длина строительных длин по сравнению с подвесными на тросе.
ОКВ-П (подвесной на тросе)	Стандартный кабель с гидрофобным заполнением и оболочкой, но с интегрированной петлей для подвески на трос.	Длинные пролеты воздушных линий, часто совместно с ЛЭП на отдельном тросе.	Возможность создания длинных пролетов, лучшая защита от вибраций (с гасителем).	Сложность монтажа (требуется натяжка и крепление троса).
Microcable (микрокабель)	Упрощенная конструкция: тонкие волокна в буфере 200 мкм, легкая оболочка, иногда силовые нити.	Прокладка в предварительно смонтированные защитные трубы (ПНД) методом воздушной прокладки.	Малый диаметр и вес, высокая скорость монтажа, возможность замены без земляных работ.	Нулевая самостоятельная защита от внешних воздействий, требует защитной трубы.

Стандарты и нормативная база

Производство и испытание кабелей регламентируется международными и национальными стандартами:

• Международные: Серия стандартов IEC 60794 (IEC 60794-1: Общие требования, IEC 60794-3: Стандарты на кабели внешней прокладки).
• Европейские: EN 60794.
• Российские: ГОСТ Р МЭК 60794-1-2, ГОСТ Р МЭК 60794-3-10…-22, а также отраслевые стандарты (СТО, ТУ). Для кабелей, применяемых в Единой сети электросвязи (ЕСЭ) РФ, обязательны сертификаты соответствия и допуск Роскомнадзора.

Стандарты определяют методы испытаний на механические воздействия, климатические испытания, требования к электрическим параметрам и пожарной безопасности.

Особенности монтажа и эксплуатации

Монтаж требует соблюдения строгих правил:

• Радиус изгиба: Не должен превышать допустимого как при прокладке, так и при укладке на барабан или в муфту.
• Растягивающее усилие: Контролируется динамометром. Обычно не должно превышать 60-80% от допустимого длительного усилия.
• Температурный режим монтажа: При отрицательных температурах требуется отогрев кабеля в тепловом шатре, так как оболочка и гидрофобный заполнитель теряют эластичность.
• Защита конца кабеля: При перерывах в работе конец кабеля должен быть герметично заделан термоусаживаемой заглушкой для предотвращения попадания влаги.
• Заземление: Металлические элементы брони и ЦСЭ (если металлический) подлежат обязательному заземлению на концах линии для защиты от грозовых перенапряжений и наведенных токов.
• Маркировка: На барабане и в документах указывается тип, длина, метраж, масса, дата изготовления, номер барабана.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. В чем принципиальная разница между одномодовым и многомодовым кабелем для внешней прокладки?

Разница заключается в типе используемого оптического волокна. Одномодовое волокно (диаметр сердцевины ~9 мкм) передает одну моду (луч) света, что позволяет передавать сигналы на расстояния в десятки и сотни километров с минимальными искажениями. Многомодовое волокно (диаметр сердцевины 50 или 62.5 мкм) передает множество мод, что приводит к межмодовой дисперсии и ограничивает дальность передачи (обычно до 500-2000 м). Конструкция кабеля (оболочки, броня, заполнители) для внешней прокладки может быть идентичной, но внутри будут заложены разные волокна. Для магистральных и городских сетей доступа используется исключительно одномод.

2. Можно ли кабель для прокладки в грунт использовать для воздушной подвески?

Нет, без проведения специальных расчетов и проверок – категорически не рекомендуется. Кабель для грунта (ОКП, ОКЛ) не рассчитан на постоянные растягивающие нагрузки от собственного веса в пролете и ветровые/гололедные нагрузки. Его силовые элементы предназначены в первую очередь для сопротивления раздавливанию и кратковременному растяжению при укладке. Подвес такого кабеля приведет к его провисанию, чрезмерному натяжению, повреждению волокон и обрыву.

3. Что означает маркировка, например, ОКЛ-02-8-9/125-0.36-В?

Это пример маркировки по отраслевым стандартам:

• ОКЛ – Оптический Кабель с Ленточной броней.
• 02 – Количество оптических модулей (2).
• 8 – Количество волокон в каждом модуле (итого 16 волокон).
• 9/125 – Тип волокна: диаметр сердцевины 9 мкм, оболочки 125 мкм (одномодовое).
• 0.36 – Коэффициент затухания на волне 1550 нм (не более 0.36 дБ/км, устаревшее значение, сейчас обычно 0.22).
• В – Кабель для внешней прокладки.

4. Как правильно выбрать тип брони для прокладки в грунт?

Выбор зависит от условий:

• Ленточная броня (ОКЛ): Подходит для грунтов с низкой нагрузкой, песчаных, без камней, при прокладке в кабельную канализацию или в полиэтиленовых трубах. Основная функция – защита от грызунов.
• Проволочная броня (ОКП): Применяется в каменистых грунтах, при пересечении дорог, на участках с риском раскопок, в зонах с высокой нагрузкой на грунт. Обеспечивает защиту от раздавливания и растяжения.

Решение должно быть закреплено в проектной документации на основе анализа условий трассы.

5. Почему при монтаже в холодное время года требуется отогрев кабеля?

Гидрофобный тиксотропный гель, заполняющий кабель, при отрицательных температурах (обычно ниже -10°C) густеет и теряет тиксотропные свойства. Монтаж (разделка, заведение волокон в муфту) без отогрева приведет к:

• Сложностям и повреждениям при зачистке модулей.
• Невозможности качественной очистки волокон от геля, что ухудшит сварное соединение.
• Нарушению структуры заполнителя и образованию пустот, куда в дальнейшем может проникнуть влага.

Отогрев производится в тепловом шатре при температуре не ниже +15°C в течение 24 часов и более.

6. Какова реальная долговечность внешнего оптического кабеля?

Срок службы, заявленный производителями, обычно составляет не менее 25 лет. Реальная долговечность при соблюдении условий прокладки, эксплуатации и отсутствии непредвиденных механических повреждений может превышать 30-40 лет. Критическими факторами являются: сохранность внешней оболочки от УФ-излучения и окисления, целостность гидробарьера, отсутствие постоянных механических нагрузок сверх допустимых. Оптические характеристики самого кварцевого волокна со временем не ухудшаются.

7. Что важнее при выборе: тип волокна G.652.D или G.657.A?

Для большинства стандартных проектов внешней прокладки достаточно волокна G.652.D. Волокно G.657.A (с улучшенной стойкостью к изгибам) следует выбирать в случаях:

• Прокладки в стесненных условиях с множеством изгибов малого радиуса (например, в городской кабельной канализации с колодцами).
• При использовании микрокабелей, где радиус изгиба при монтаже крайне мал.
• Для создания запаса по надежности при возможных непреднамеренных изгибах в процессе эксплуатации.

Волокна G.652.D и G.657.A полностью совместимы по сварке, но G.657.A обычно дороже.