Девять разрезов оптоволоконных кабелей, демонстрирующих различные внутренние конструкции волокон, буферного слоя, армирующего элемента и оболочки

ОГЛАВЛЕНИЕ

Оптоволоконные кабели изготавливаются не только из стекла. Светопроводящей частью является оптическое волокно, состоящее из стеклянного сердечника и оболочки, однако для изготовления готового кабеля также требуются материалы, защищающие волокно от изгиба, растяжения, влаги, сдавливания, огня, солнечного света, истирания или многократных манипуляций.

Именно поэтому два кабеля с одинаковым количеством волокон могут быть предназначены для совершенно разных задач. Легкий патч-кабель для использования в помещениях, устойчивый к изгибам отводной кабель FTTH, бронированный кабель для прямой заделки в грунт и магистральный кабель высокой плотности для центра обработки данных — все они используют оптическое волокно, однако их защитные конструкции и материалы оболочки различаются.

Сегодня мы расскажем о материалах, которые обычно используются внутри оптических волокон и вокруг них, о функциях каждого слоя, а также о том, как выбрать подходящую конструкцию кабеля для конкретной установки. Кроме того, мы покажем, почему при выборе материала кабеля необходимо учитывать требования к оконечным устройствам, соединительным элементам и долгосрочному техническому обслуживанию.

Материал для изготовления оптического волокна и материал для изготовления оптического кабеля

Фраза материал для оптоволокна может обозначать две связанные между собой, но разные вещи:

1. Само оптическое волокно — прозрачная среда, по которой распространяется свет.
2. Конструкция кабеля — слои, которые защищают одно или несколько волокон и облегчают их прокладку.

Разделение этих двух уровней значительно упрощает понимание технических характеристик кабелей.

Сравнительная схема, на которой показаны сердцевина, оболочка и покрытие оптического волокна, а также оптический кабель, состоящий из волокна, буферной оболочки или свободной трубки, армирующего элемента и внешней оболочки

Оптическое волокно: элемент, по которому проходит свет

В большинстве телекоммуникационных систем оптическое волокно изготавливается из высокоочищенного кварцевого стекла. Оно состоит из трех основных слоев:

  • Основная часть: центральная область, через которую проходит оптический сигнал.
  • Облицовка: стекло, окружающее сердечник и имеющее несколько иной показатель преломления, что обеспечивает удержание света внутри волокна.
  • Первоначальное покрытие: защитное полимерное покрытие, нанесенное на стекло для снижения риска повреждения при обращении, под воздействием влаги и при небольших локальных изгибах.

В стандартных телекоммуникационных оптоволоконных кабелях стеклянная оболочка имеет номинальный диаметр 125 мкм, как указано в МСЭ-Т G.652. Речь идет о диаметре стеклянной структуры, а не о толщине самой оболочки. Диаметр волокна с покрытием больше, поскольку стекло покрыто защитными полимерными слоями.

Кабель: защитная оболочка вокруг волокна

Кабель может содержать слои плотной оболочки или свободные трубки, водонепроницаемые элементы, армирование, бронирование и внешнюю оболочку. Точная конструкция кабеля зависит от маршрута прокладки, условий эксплуатации, количества волокон, метода монтажа и местных требований безопасности.

Например, при выборе кабеля для внутренней распределительной сети приоритетными критериями могут быть гибкость, огнестойкость и простота подключения. При выборе кабеля для прокладки в наружных кабелепроводах приоритетными критериями могут быть влагостойкость, прочность на растяжение и защита от воздействия погодных условий. Кабель, прокладываемый непосредственно в грунт, может дополнительно обеспечивать механическую защиту от раздавливания или повреждений грызунами. Не существует единой комбинации материалов, подходящей для всех проектов.

Материалы, входящие в состав оптического волокна

Сердечник и оболочка из кварцевого стекла

Кремнеземное стекло является основой широко используемых телекоммуникационных оптических волокон, поскольку при правильном изготовлении и монтаже оно способно передавать свет на большие расстояния с низкими потерями. Сердечник и оболочка изготовлены из стекла, однако их оптические свойства подобраны таким образом, что показатель преломления сердечника выше, чем у оболочки. Эта разница позволяет волокну направлять свет за счет полного внутреннего отражения.

Система материалов является более точной, чем упрощенное выражение “стеклянная нить”. При разработке оптоволокна могут использоваться тщательно контролируемые добавки и профили показателя преломления для обеспечения требуемых характеристик пропускания и поведения при изгибе. Это свойства, заложенные в конструкции оптоволокна, а не характеристики, создаваемые внешней оболочкой кабеля.

Полимерное покрытие: защита необработанного стекла

Непокрытое стекловолокно является хрупким. Поэтому на него наносится первичное покрытие, как правило, на основе полимерных систем, отверждаемых под воздействием ультрафиолета. Покрытие способствует защите стекловолокна во время прокладки кабеля, монтажа, зачистки, сращивания и при обычной эксплуатации. Кроме того, оно помогает снизить воздействие локального давления, которое может приводить к потерям из-за микроизгибов.

Не следует путать первичное покрытие с плотным буфером или внешней оболочкой. Покрытие наносится непосредственно на стекловолокно. Плотный буфер — это дополнительный слой кабеля, используемый во многих кабельных системах, проложенных внутри помещений, тогда как оболочка представляет собой самый внешний защитный слой готового кабеля.

Одномодовое, многомодовое и нечувствительное к изгибу волокно

Выбор стекловолокна для кабеля определяет, где этот кабель обычно применяется.

  • Одномодовое волокно широко используется в сетях доступа, метрополитена, междугородной связи и во многих телекоммуникационных сетях общего назначения.
  • Многомодовое волокно обычно используется для соединений между объектами с небольшой дальностью, а также для корпоративных сетей и центров обработки данных, если система спроектирована с учетом таких условий.
  • Одномодовое волокно, нечувствительное к изгибу предназначена для повышения эксплуатационных характеристик в местах, где ожидаются малые радиусы изгиба, таких как сети доступа, здания, помещения абонентов и зоны с высокой плотностью прокладки оптоволоконных кабелей; эти области применения охватываются МСЭ-Т G.657.

Тип волокна необходимо выбирать в рамках общего проектирования линии связи. Оболочка кабеля не может изменить категорию волокна, а сам по себе разъем не определяет, является ли линия связи одномодовой или многомодовой.

Материалы, позволяющие превратить оптическое волокно в готовый к использованию кабель

материал оптоволоконного кабеля

Именно защитная конструкция кабеля позволяет оптическому волокну выдерживать реальные условия монтажа. Ниже перечислены типичные, но не исчерпывающие компоненты.

Свободные трубки для защиты на открытом воздухе

Во многих кабелях для наружной прокладки используются кабели с свободными трубками. В такой конструкции волокна размещаются в полимерных трубках, внутри которых предусмотрено достаточное контролируемое пространство, позволяющее компенсировать механические и температурные нагрузки. В зависимости от конструкции трубка может содержать водонепроницаемый состав или сочетаться с сухими водонепроницаемыми компонентами.

Конструкции с свободными трубками часто используются в кабелях, проложенных в кабелепроводах, воздушных кабелях и кабелях, проложенных непосредственно в грунт, поскольку кабель должен выдерживать перепады температур, тяговые нагрузки и воздействие внешних факторов. Материал трубки, запас длины волокна и конструкция, предотвращающая проникновение воды, должны обеспечивать согласованную работу; одной только спецификации наружной оболочки недостаточно.

Небольшие буферы для работы в помещении и подключения

В конструкциях с плотным буфером вокруг волокна с покрытием наносится слой полимера. Они широко используются в системах внутренней распределительной сети, разветвительных системах, оптический соединительный кабель, а также в системах межблочного соединения оборудования, поскольку отдельные волокна проще идентифицировать, обрабатывать и подготавливать к окантовке.

Во многих кабелях для внутренней прокладки также используется арамидная нить, обмотанная вокруг волокон с плотной буферной оболочкой. Это повышает прочность на разрыв, сохраняя при этом гибкость. Такое сочетание особенно актуально в тех случаях, когда кабель необходимо проложить через стойки, шкафы, лотки или инженерные каналы здания, а затем подключить к разъемам, адаптерам, панелям или корпусам.

Материалы, препятствующие проникновению воды

Гидроизоляция — это конструктивная особенность кабеля, а не какой-то один универсальный материал. Производители могут использовать гель или наполнитель, гидроизоляционную ленту, гидроизоляционную нить или комбинацию этих материалов. Их задача — ограничить проникновение воды по кабелю в случае попадания влаги через повреждение, конец кабеля или слабое место.

Функции защиты от проникновения воды особенно важны для кабелей, проложенных на открытом воздухе, под землей, в кабельных каналах и в условиях повышенной влажности. Для сухих внутренних соединительных кабелей такой же уровень защиты от воды может и не потребоваться. Покупателям следует уточнять условия прокладки и воздействие окружающей среды, а не просто спрашивать, является ли кабель “водонепроницаемым”.”

Армирующие элементы: сталь, стеклопластик и арамидная нить

Несущие элементы принимают на себя растягивающие нагрузки, благодаря чему оптические волокна не подвергаются таким нагрузкам. Выбор материала зависит от области применения кабеля.

  • Сталь может обеспечить прочную механическую опору и применяется в некоторых конструкциях, устанавливаемых на открытом воздухе, бронированных или самонесущих.
  • FRP, GFRP или другая диэлектрическая арматура не проводит ток и может быть полезен в тех случаях, когда предпочтительна полностью диэлектрическая конструкция, например, на некоторых трассах доступа, воздушных линиях или трассах, чувствительных к электрическому воздействию.
  • Арамидная нить сочетает в себе небольшой вес, гибкость и армирование, обеспечивающее прочность на разрыв. Обычно используется в кабелях для внутренней прокладки, соединительных кабелях, конструкциях тактического типа, а также в некоторых полностью диэлектрических антенных системах.

Важен не вопрос о том, какая арматура является лучшей в общем случае. Важно, соответствует ли конструкция требуемым параметрам монтажного натяжения, условиям электрической среды, гибкости и требованиям к долгосрочной эксплуатации.

Материалы внешней оболочки: PE, PVC, LSZH и TPU

Внешняя оболочка — это видимая поверхность кабеля, однако её следует выбирать не только исходя из эстетических соображений. Материал оболочки влияет на удобство работы с кабелем, его устойчивость к воздействию окружающей среды, а также на соответствие кабеля конкретным правилам прокладки.

ПЭ и ПНД для наружных трасс

Полиэтилен (ПЭ) и полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) обычно используются для изготовления оболочек кабелей, предназначенных для прокладки на открытом воздухе. Их часто выбирают для применения в условиях воздействия погодных факторов, влаги и эксплуатации на открытом воздухе, в том числе в кабелепроводах, при воздушной прокладке и при прямой заделке в грунт.

Точные эксплуатационные характеристики кабеля при наружной прокладке зависят от его общей конструкции, включая состав оболочки, толщину стенок, водонепроницаемую конструкцию, армирование (если предусмотрено) и заявленный класс защиты от воздействия окружающей среды. Поэтому кабель для наружной прокладки следует подбирать с учетом конкретных условий монтажа, а не выбирать просто потому, что его оболочка изготовлена из черного полиэтилена.

ПВХ для многих видов кабелей, предназначенных для использования в помещениях

ПВХ широко используется в конструкциях гибких кабелей для внутренней прокладки, в том числе в некоторых соединительных кабелях и кабелях для подключения оборудования. Это может быть целесообразным решением в тех случаях, когда это допускается действующими строительными нормами и требованиями к пожарной безопасности конкретного проекта.

Однако при выборе кабеля необходимо соблюдать соответствующие местные нормы по пожарной безопасности, дымоотводу и монтажу. Оболочка из ПВХ не является универсальным решением для всех внутренних трасс прокладки, особенно в зданиях с особыми требованиями к вертикальным кабельным каналам, пленумам, зонам общего пользования или критически важной инфраструктуре.

LSZH для применений, предъявляющих требования к дымовыделению и содержанию галогенов

Материалы с низким уровнем дымообразования и нулевым содержанием галогенов (LSZH) обычно указываются в технических заданиях, когда ограничение выделения дыма и галогенов является важным требованием проекта. Их часто рассматривают для использования в общественных помещениях, транспортных системах, центрах обработки данных и других средах, на которые распространяются специальные стандарты безопасности.

LSZH — это категория материалов, а не полное описание их огневых характеристик. Показатели распространения пламени, дымообразования, кислотности, токсичности, а также требования к проложенным кабелям следует проверять в соответствии с применимыми стандартами и проектной документацией. Покупателям следует запрашивать соответствующую документацию по испытаниям, а не исходить из того, что все кабели категории LSZH обладают одинаковыми характеристиками.

ТПУ для гибких и сложных условий эксплуатации

Термопластичный полиуретан (TPU) применяется в кабелях, к которым предъявляются требования высокой гибкости, износостойкости или способности выдерживать многократные механические воздействия. Он может использоваться в промышленном оборудовании, мобильных системах, специальных конструкциях для использования как внутри, так и снаружи помещений, а также в кабелях повышенной прочности.

Как и любой другой материал для оболочки, ТПУ следует выбирать с учетом конкретных условий эксплуатации. Повторные изгибы, истирание, воздействие масел, диапазон температур и требуемый уровень защиты разъемов — все эти факторы могут повлиять на то, будет ли данный материал подходящим выбором.

Дополнительные защитные слои: броня, металлические ленты и специальные материалы

Фотография, сделанная в студии, в форме веера, на которой изображены разрезанные оптоволоконные кабели с открытыми волокнами, армирующими элементами и бронированными участками кабеля

Броня для механической защиты

Бронированные кабели могут быть снабжены стальной лентой, стальной проволокой или другим защитным слоем для повышения устойчивости к раздавливанию, ударам, повреждениям грызунами или суровым условиям прокладки. Их обычно используют для прокладки непосредственно в грунт и на наружных трассах с повышенным риском.

Броня обеспечивает дополнительную защиту, но при этом может увеличить вес, диаметр, жесткость и сложность монтажа. Ее следует выбирать только в тех случаях, когда это оправдано особенностями трассы, а не в качестве стандартной модификации для всех кабелей, прокладываемых на открытом воздухе.

Барьерные слои и специальная внешняя защита

В конструкции некоторых кабелей используются металлополимерные ламинаты, стекловолокно, слои из нейлона/полиамида или другие специальные защитные элементы. Они могут обеспечивать контроль влажности, усиление, износостойкость или защиту от локальных факторов окружающей среды.

Поскольку эти характеристики зависят от конструкции кабеля, для уточнения фактической конструкции следует обратиться к техническому паспорту или проектной документации. Общее название продукта, такое как “оптоволоконный кабель для наружной прокладки”, не позволяет определить, имеет ли конкретный кабель броню, водонепроницаемый слой, диэлектрическое армирование или специальную оболочку.

Как выбрать материалы для кабеля в зависимости от условий монтажа

Самый быстрый способ выбрать кабель — начать с условий монтажа, а затем постепенно перейти к определению типа оптоволокна, конструкции кабеля и требований к оконечным соединениям.

Условия установки Основные приоритеты Общее направление строительства Вопросы для подтверждения
Центр обработки данных
плотность, контроль изгиба, требования к безопасности в помещениях
оптическое волокно с плотным буфером, арамидное армирование, оболочка из ПВХ или LSZH в соответствии с техническими требованиями
тип оптоволокна, полярность, тип разъема, требования по пожарной безопасности
Офис или здание
гибкость, прокладка внутри помещений, простота подключения
кабель с плотным буфером или разветвительный кабель
номинальные параметры местного кабеля, радиус изгиба, подключение к розеткам или распределительным щитам
Отоход FTTH
компактные размеры, изгибные характеристики, прочность на растяжение
волокно, нечувствительное к изгибу, с диэлектрическим или металлическим армированием в зависимости от требований
необходимость автономного питания, переход между внутренним и наружным пространством, способ подключения
Трубопроводный или воздушный маршрут
защита от влаги, растягивающая нагрузка, воздействие атмосферных факторов
свободная трубка, водонепроницаемая изоляция, наружная оболочка из полиэтилена
длина трассы, тяговая нагрузка, воздействие ультрафиолета, электрическая среда
Прямое захоронение
защита от влаги, механических повреждений, грызунов и при монтаже
водонепроницаемость плюс бронирование или усиленная конструкция там, где это необходимо
условия грунта, способ засыпки, механические риски, возможность доступа для ремонта
Промышленное или мобильное использование
гибкость, износостойкость, многократное использование
арамидная арматура и, при необходимости, специальная оболочка, например из ТПУ
циклы изгиба, истирание, воздействие масла, защита разъемов

Данная таблица является отправной точкой и не заменяет техническое задание на проект. В частности, класс огнестойкости, механические характеристики и предельные значения воздействия окружающей среды должны соответствовать требуемому стандарту и фактическому маршруту прокладки.

Почему материалы кабеля имеют значение для оконцовки и соединения

Выбор материала кабеля и планирование схемы подключения следует рассматривать в комплексе. Надежность сети зависит не только от затухания в оптоволокне, но и от того, как кабель будет разветвлен, защищен, оконечен, протестирован и обслуживаем.

Тип оптоволокна и конструкция кабеля влияют на схему подключения

Одномодовые и многомодовые системы требуют использования совместимых компонентов и методов испытаний. Количество волокон определяет, сколько разъемов, сварных лотков, адаптеров или интерфейсов высокой плотности может потребоваться. Кабель с рыхлой трубкой для наружной прокладки, возможно, потребует прохождения через муфту или разветвитель перед входом в здание, тогда как кабель с плотной оболочкой для внутренней прокладки можно легче подготовить к непосредственному подключению.

С высоким содержанием клетчатки Магистральные линии MPO учесть дополнительные вопросы проектирования, такие как формат разъемов, полярность, расположение кассет и возможности будущего расширения. Эти решения следует принимать до начала монтажа, а не после того, как кабель будет проложен в переполненный шкаф или кабельный канал.

Условия монтажа влияют на выбор компонентов

На выбор крепежных элементов влияют такие факторы, как материал оболочки, диаметр кабеля, требования к радиусу изгиба, воздействие воды, броня и тип трассы. К кабелю, проложенному в центре обработки данных, предъявляются иные требования, чем к воздушному кабелю, отводному кабелю FTTH или кабелю, проложенному непосредственно в грунте.

Например, для сложной трассы прокладки на открытом воздухе может потребоваться защищенная система управления сращиванием, а также корпус, рассчитанный на способ ввода и герметизации кабеля. При прокладке внутри помещений с высокой плотностью размещения приоритет может отдаваться контролю изгибов соединительных шнуров, расположению адаптеров, совместимости волоконно-оптические разъёмы. Кабельная и соединительная система должны быть указаны в рамках единого плана развертывания.

Совместно разработайте схему прокладки кабелей и систему подключения

Перед оформлением заказа совместно уточните следующее:

1. Тип волокна и количество волокон.
2. Маршрут установки и условия эксплуатации.
3. Требования к оболочке и характеристикам огнестойкости.
4. Требования к водонепроницаемости, диэлектрическим свойствам, бронированию или армированию.
5. Минимальный радиус изгиба и ограничения по тяговому усилию.
6. Способ оконцовки: сращивание, полевой разъем, готовый узел или магистральный кабель высокой плотности.
7. Требуемый интерфейс разъема, полярность, адаптер, корпус и план испытаний.

Такой подход позволяет избежать распространенной проблемы при закупках: выбора кабеля исключительно по количеству волокон и цене, в результате чего позже выясняется, что предполагаемый способ оконцовки или монтажа несовместим с выбранной конструкцией.

Практический контрольный список для запроса предложений по проектам прокладки оптоволоконных кабелей

При запросе ценового предложения или сравнении вариантов предоставьте как можно больше следующей информации:

  • Требуемый тип волокна: одномодовое, многомодовое или нечувствительное к изгибу волокно.
  • Требуемое количество волокон.
  • Условия прокладки: внутри помещений, на открытом воздухе, по воздушным трассам, в кабелепроводах, прямой заделки в грунт, в промышленных условиях или по смешанным маршрутам.
  • Предполагаемое воздействие температуры, влаги, ультрафиолета, истирания или механических нагрузок.
  • Необходимость обеспечения водонепроницаемости, диэлектрической конструкции, бронирования или защиты от грызунов.
  • Требования к месту установки в отношении пожарной безопасности, задымления или галогенов.
  • Длина кабеля, длина катушки и способ протяжки.
  • Требование к минимальному радиусу изгиба.
  • Способ подключения и требуемый интерфейс разъема.
  • Необходимость в совместимых соединительных кабелях, адаптерах, корпусах, сращивающих коробках или сборочных узлах MPO/MTP.

Четкая информация в запросе на предложение позволяет с большей точностью сформулировать рекомендации и помогает избежать проблем с совместимостью между кабелями, соединительными устройствами и монтажным оборудованием.

Часто задаваемые вопросы

Из какого материала изготавливается оптическое волокно?

Большинство оптических волокон, используемых в телекоммуникациях, изготавливаются из высокоочищенного кварцевого стекла. Свет распространяется в стеклянной сердцевине, окруженной стеклянной оболочкой с другим показателем преломления, а полимерные покрытия защищают стекло от повреждений при обращении и воздействия внешних факторов.

Оба материала могут присутствовать одновременно. Светопроводящее волокно в стандартных телекоммуникационных кабелях, как правило, изготавливается из стекла, тогда как защитное покрытие, буфер, свободная трубка, армирующие элементы и оболочка обычно представляют собой материалы на полимерной основе. Некоторые специальные оптические волокна для коротких расстояний являются полимерными, однако они не являются стандартным выбором для большинства телекоммуникационных сетей.

Покрытие представляет собой тонкий полимерный слой, наносимый непосредственно на стекловолокно. Оболочка — это внешний защитный слой готового кабеля. Между ними кабель может также содержать плотный буфер или свободную трубку, армирование, водонепроницаемый слой и броню.

ПВХ широко используется во многих гибких конструкциях, предназначенных для внутренних помещений. LSZH применяется в тех случаях, когда проект требует использования малодымных и галогенсодержащих материалов. ПЭ или ПНД часто используются в наружных конструкциях, а ТПУ — там, где важны гибкость и износостойкость. Выбор подходящего материала зависит от маршрута прокладки и применимых технических требований.

Арамидная нить обеспечивает дополнительную прочность на разрыв, практически не увеличивая вес, и позволяет сохранить гибкость. Её часто используют в конструкциях кабелей для внутренней прокладки, соединительных кабелей, разветвительных кабелей, а также в некоторых специальных типах кабелей.

Использование брони может быть целесообразно в тех случаях, когда существует существенный риск, связанный с раздавливанием, повреждением грызунами, ударами или прокладкой кабеля непосредственно в грунте. Однако она не является обязательной для всех кабелей, прокладываемых на открытом воздухе, поскольку броня также увеличивает диаметр, вес и жесткость кабеля.

Да. Тип волокна, количество волокон, конструкция кабеля, способ разветвления, требования к изгибу, условия монтажа и способ оконцовки — все эти факторы влияют на выбор совместимой схемы подключения. Перед выбором разъемов, соединительных кабелей, адаптеров, корпусов или сборок высокой плотности необходимо уточнить эти факторы.

Заключение

Подходящий материал для оптоволокна — это не просто самый прочный или самый дорогой вариант. Это сочетание конструкции оптического волокна, защитной структуры кабеля, армирования и материала оболочки, которое соответствует условиям монтажа и схеме соединений.

Начните с прокладки трассы: где будет проложен кабель, каким нагрузкам он должен выдерживать, как будет выполнено его оконечение и как будет осуществляться обслуживание сети. Затем выберите тип оптоволокна и комбинацию материалов, соответствующие фактическим требованиям. Это упростит создание кабельного и соединительного решения, которое будет удобно в монтаже, надежно в эксплуатации и готово к будущему расширению.

Чтобы получить помощь в сравнении вариантов оптоволоконных кабелей и способов подключения, сообщите нашей команде информацию об условиях монтажа, типе оптоволокна, количестве волокон и требованиях к оконечным устройствам.