Кабели оптические с оболочкой из полиэтилена: конструкция, свойства и применение
Оптические кабели с внешней оболочкой из полиэтилена представляют собой класс кабельной продукции, предназначенный для прокладки в грунте, кабельной канализации, по воздуху (на опорах ЛЭП или отдельно) и в других условиях, требующих высокой стойкости к влаге, механическим воздействиям и агрессивным средам. Полиэтиленовая оболочка является ключевым элементом, определяющим долговечность и надежность кабеля в сложных эксплуатационных условиях.
Конструктивные особенности и материалы
Конструкция оптического кабеля с полиэтиленовой оболочкой является многослойной. Каждый слой выполняет строго определенную функцию, обеспечивая сохранение оптических параметров волокон на протяжении всего срока службы.
1. Оптическое волокно (ОВ)
Сердечник кабеля. Применяются одномодовые (G.652.D, G.657.A1/A2) и многомодовые волокна (OM2, OM3, OM4, OM5). Волокна объединяются в оптические модули.
2. Оптический модуль
Одно или несколько оптических волокон помещаются в полимерную трубку (чаще всего из полибутилентерефталата — PBT). Трубка заполняется гидрофобным гелем (тиксотропным компаундом), который блокирует продольное распространение влаги и обеспечивает механическую защиту волокон, а также их свободный ход для компенсации температурных деформаций. В кабелях сухой конструкции гель заменяется гидрофобными порошками, лентами или упрочненными стержнями.
3. Силовой элемент
Несущий компонент, воспринимающий механические нагрузки (растяжение, сжатие). В зависимости от конструкции применяется:
- Центральный силовой элемент (ЦСЭ): Стеклопластиковый или арамидный стержень, расположенный в центре кабеля. Обеспечивает высокую стойкость к растяжению и сжатию.
- Повивная броня из арамидных нитей: Нитьи из высокопрочного материала (кевлар), наложенные повивом вокруг пучка модулей. Обеспечивают высокое сопротивление растяжению при малом диаметре и весе кабеля.
- Металлический трос: Используется в самонесущих кабелях для воздушной прокладки (например, типа «8-образный» кабель).
- Гофрированная стальная лента (ГСЛ): Накладывается с перекрытием и гофрируется для сохранения гибкости. Обеспечивает защиту от грызунов и проникновения влаги.
- Проволочная броня: Оцинкованные стальные проволоки, наложенные повивом. Применяется в кабелях для прокладки в грунтах с высокой активностью грызунов и риском механических повреждений.
- Лента из нержавеющей стали: Используется в кабелях, требующих повышенной стойкости к коррозии.
- Высокая механическая прочность на разрыв и истирание.
- Отличная стойкость к влаге и широкому спектру химических реагентов (кислоты, щелочи, соли).
- Устойчивость к ультрафиолетовому излучению (при добавлении стабилизаторов и сажи).
- Широкий температурный диапазон эксплуатации (обычно от -60°C до +70°C).
- Хорошие диэлектрические свойства, что важно для кабелей, подвешиваемых на ЛЭП.
- Водостойкость: HDPE имеет практически нулевое водопоглощение, что надежно защищает внутренние элементы кабеля от влаги.
- Химическая стойкость: Устойчива к воздействию почвенных кислот, щелочей, солей, удобрений, что критически важно для кабелей, прокладываемых в грунте.
- Механическая прочность: Высокая стойкость к истиранию, ударам, сдавливанию, разрыву.
- Гибкость и эластичность: Сохраняет свойства в широком температурном диапазоне, не трескается на морозе.
- Диэлектрические свойства: Не проводит электрический ток, что обеспечивает безопасность и позволяет использовать кабель на линиях электропередачи.
- Технологичность: Легко экструдируется, что позволяет создавать оболочки сложного профиля (например, «8-образные»).
- Чувствительность к высоким температурам: Полиэтилен размягчается при температурах выше +80…+100°C, что ограничивает применение в помещениях с риском пожара. Для таких случаев используют кабели с оболочкой из безгалогенных огнестойких композиций (LSZH).
- Горючесть: Стандартный полиэтилен поддерживает горение. Для снижения горючести в состав вводят антипирены, но это не делает его негорючим.
- Чувствительность к точечным нагрузкам: При сильном сдавливании острым предметом может быть поврежден.
- Магистральные и зоновые сети связи: Приоритет – кабели с броней ГСЛ или проволочной броней для прямой прокладки в грунт. Высокие требования к механической прочности и защите от грызунов.
- Городские и абонентские сети (FTTx): Комбинация кабелей: для канализации – без брони или с ГСЛ; для ввода в здание – с грызозащитной броней; для подвеса – самонесущие «8-образные» или с арамидным силовым элементом.
- Объектовая связь (нефтегазовые комплексы, промышленные предприятия): Кабели с усиленной химической стойкостью оболочки, часто с броней из нержавеющей стали.
- Линии электропередачи (ВОЛС-ВЛ): Самонесущие кабели с полиэтиленовой оболочкой, стойкой к УФ-излучению и атмосферным воздействиям, для подвеса на фазах или грозозащитном тросе (ОКГТ).
4. Внутренняя защитная оболочка
Слой полимера (обычно полиэтилена средней плотности — MDPE или полиамида), накладываемый поверх скрученных модулей и силовых элементов. Формирует круглую форму кабеля, предохраняет модули от повреждения и служит основой для наложения брони.
5. Броня (при наличии)
Защитный слой, повышающий стойкость к грызунам, механическим повреждениям при прокладке и эксплуатации.
6. Внешняя полиэтиленовая оболочка
Финальный и критически важный слой. Изготавливается из полиэтилена высокой плотности (High Density Polyethylene — HDPE) или, реже, линейного полиэтилена средней плотности (Medium Density Polyethylene — MDPE). HDPE обладает выдающимися свойствами:
Оболочка может иметь различные цвета для идентификации (чаще черный, оранжевый) и наносимую печать с маркировкой кабеля.
Классификация и типы кабелей
Кабели с полиэтиленовой оболочкой классифицируются по условиям прокладки и конструктивному исполнению.
| Тип прокладки | Тип кабеля | Конструктивные особенности | Основное назначение |
|---|---|---|---|
| В грунт | Кабель с броней из гофрированной стальной ленты (ГСЛ) в полиэтиленовой оболочке | ЦСЭ, модули, гидрофобный заполнитель, внутренняя оболочка из PE, броня ГСЛ, внешняя оболочка HDPE. | Прокладка непосредственно в грунтах всех категорий, кроме скальных. Защита от грызунов и механических нагрузок. |
| В грунт (особо тяжелые условия) | Кабель с проволочной броней | Конструкция аналогична кабелю с ГСЛ, но броня выполнена из оцинкованных стальных проволок. | Прокладка в грунтах с высокой каменистостью, риском раскопок, в болотистой местности. Максимальная защита от грызунов и поперечных нагрузок. |
| В кабельную канализацию, коллекторы, тоннели | Кабель без брони или с ГСЛ | Облегченная конструкция. Часто используется гидрофобное заполнение. Броня ГСЛ применяется для дополнительной защиты. | Прокладка в трубах, блоках, лотках. Защита от влаги и умеренных механических воздействий. |
| Воздушная (подвесная) | Самонесущий кабель (типа «8-ка») | Внешняя полиэтиленовая оболочка объединена с несущим тросом в единое «8-образное» сечение. | Подвес на опорах ЛЭП или связи. Высокая стойкость к ветровым и гололедным нагрузкам, УФ-излучению. |
| Воздушная (подвесная) | Кабель с вынесенным силовым элементом | Оптический модуль и несущий трос (арамидные нити или стальной трос) заключены в общую полиэтиленовую оболочку. | Подвес на опорах. Более легкий и гибкий по сравнению с «8-кой». |
Преимущества и недостатки полиэтиленовой оболочки
Преимущества:
Недостатки:
Ключевые технические параметры и стандарты
Кабели оптические с полиэтиленовой оболочкой производятся в соответствии с национальными (ГОСТ Р 52266-2004, ГОСТ Р 54429-2011) и международными стандартами (ITU-T G.652, IEC 60794-1, -2, -3). Основные параметры:
| Параметр | Типичные значения / Описание | Примечание |
|---|---|---|
| Диапазон рабочих температур | -60°C … +70°C | Монтаж возможен при температуре не ниже -10°C…-20°C (зависит от конструкции). |
| Минимальный радиус изгиба | 15-20 × D кабеля (при монтаже) 10 × D кабеля (в эксплуатации) | D – наружный диаметр кабеля. |
| Допустимое растягивающее усилие (кратковременное/длительное) | От 1.5 до 20 кН и более | Зависит от типа и количества силовых элементов. Указывается в ТУ на конкретную марку. |
| Стойкость к удару | ≥ 5 Н·м (для кабелей в грунт) | По ГОСТ 18690. Обеспечивает защиту при засыпке грунтом, щебнем. |
| Сопротивление внешней оболочки распространению пламени | Не распространяет горение при одиночной прокладке (категория F0/F1 по ГОСТ 12176) | При групповой прокладке в помещениях требуется кабель с оболочкой LSZH. |
| Электрическое сопротивление изоляции | > 2000 МОм·км | Для всех металлических элементов (броня, трос). |
Области применения и выбор кабеля
Выбор конкретного типа кабеля определяется условиями прокладки и эксплуатации.
Особенности монтажа и эксплуатации
Прокладка кабеля в грунт требует подготовки траншеи с песчаной подсыпкой, укладки кабеля без натяжения и создания защитного слоя из песка или мягкого грунта перед окончательной засыпкой. При подвесе необходимо контролировать стрелу провеса и не превышать допустимое растягивающее усилие. Ввод кабеля в здание из грунта должен осуществляться через герметичные переходные устройства для предотвращения проникновения влаги. Всегда необходимо соблюдать минимальный радиус изгиба. Сращивание осуществляется в муфтах, обеспечивающих механическую прочность, герметичность и сохранение оптических параметров.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается кабель с оболочкой из HDPE от кабеля с оболочкой из LSZH?
HDPE (полиэтилен высокой плотности) обладает высокой механической и химической стойкостью, но горит с выделением пламени и капель расплава. LSZH (Low Smoke Zero Halogen) – материал, не содержащий галогенов (хлор, фтор), при пожаре выделяет минимальное количество дыма и не выделяет коррозионно-активных газов. Кабели LSZH применяются внутри помещений, в метро, на объектах транспортной инфраструктуры. HDPE – для наружной прокладки (грунт, воздух).
Обязательно ли использовать кабель с броней для прокладки в грунт?
Да, для прямой прокладки в грунт практически всегда требуется броня. Гофрированная стальная лента (ГСЛ) защищает от грызунов и большинства механических воздействий. В каменистых грунтах, зонах с высоким риском раскопок или в болотах рекомендуется кабель с проволочной броней, обеспечивающей более высокую стойкость к сдавливанию и растяжению.
Можно ли использовать кабель с полиэтиленовой оболочкой для прокладки внутри зданий?
Ограниченно. Для одиночной прокладки в отдельных кабельных каналах или шахтах это допустимо. Однако для групповой прокладки в помещениях, согласно требованиям пожарной безопасности (ПУЭ, СП), необходимо применять кабели с оболочкой, не распространяющей горение, с низким дымовыделением и безгалогеновой (LSZH). Стандартный полиэтилен этим требованиям не соответствует.
Что означает маркировка «PE» или «HDPE» на кабеле?
Это обозначение материала внешней оболочки: PE – полиэтилен общего назначения, HDPE – полиэтилен высокой плотности (High Density Polyethylene). HDPE является более предпочтительным материалом благодаря повышенной прочности, жесткости и химической стойкости.
Какой срок службы у такого кабеля?
Проектный срок службы оптических кабелей с полиэтиленовой оболочкой, при соблюдении условий хранения, монтажа и эксплуатации, составляет не менее 25 лет. Фактический срок может превышать 30-40 лет, так как старение оптического волокна крайне медленное, а качественная полиэтиленовая оболочка надежно защищает сердечник от внешних воздействий.
В чем разница между «гелевым» заполнением и «сухой» конструкцией?
Гелевое заполнение: Гидрофобный гель заполняет пространство в модуле вокруг волокон. Обеспечивает превосходную защиту от влаги, но усложняет монтаж (требуется очистка волокон от геля).
«Сухая» конструкция: Вместо геля используются гидрофобные порошки, ленты или упрочненные стержни. Облегчает и ускоряет монтажные работы, но, как правило, несколько уступает гелю в долгосрочной защите от продольного проникновения влаги. Выбор зависит от условий прокладки и приоритетов заказчика.
Заключение
Оптические кабели с оболочкой из полиэтилена высокой плотности (HDPE) являются основой для построения магистральных, зоновых и распределительных сетей связи в условиях наружной прокладки. Их конструктивное разнообразие (бронированные, самонесущие, для канализации) позволяет оптимально решать задачи прокладки в грунте, по воздуху и в кабельной канализации. Ключевые преимущества – выдающаяся стойкость к влаге, химическим веществам и механическим повреждениям – обеспечиваются свойствами полиэтиленовой оболочки и грамотным инженерным расчетом всей конструкции. Правильный выбор типа кабеля в соответствии с условиями эксплуатации и соблюдение норм монтажа являются залогом долговечной и безотказной работы волоконно-оптической линии связи на протяжении десятилетий.