Проблемы технической эксплуатации ВОЛП с применением оптических кабелей одномодульной конструкции

Общие положения

На подвесных волоконно-оптических линиях передачи (ВОЛП) наиболее часто используются кабели, встроенные в грозотрос, а также самонесущие чисто диэлектрические кабели [1].

Опыт строительства ВОЛП показывает, что оптический кабель (ОК), встроенный в грозотрос используется в большинстве случаев при строительстве новых линий электропередач (ЛЭП), а самонесущий ОК, в основном, при реконструкции существующих энергетических систем. Кроме того, существуют ЛЭП напряжением 110–500 кВ, для которых нет альтернативы применению самонесущего кабеля, поскольку эти ЛЭП ранее сооружались без применения грозотросов [2].

Широко распространена подвеска ОК на сетях фиксированного широкополосного доступа (ШПД). Сегодня в России на сетях фиксированного ШПД используются, в основном, две технологии – FTTB (Fiber to the Building) и FTTH (Fiber to the Home) (GPON (Gigabit Passive Optical Network)). Для реализации намеченной программы развития фиксированного ШПД применяется технология подвески самонесущих ОК. Производятся два вида самонесущих ОК: с арамидными нитями и с вынесенным силовым элементом («восьмерка»).

Самонесущие ОК с силовыми элементами из арамидных нитей также массово используются на железных дорогах. Качество этих кабелей достаточно высокое [3]. В связи с интенсивным проведением работ по строительству сети фиксированного ШПД они стали использоваться для подвески на опорах городского электрохозяйства, а также между зданиями. Кабелям же с вынесенным силовым элементом присущи наиболее часто обнаруживающиеся в процессе эксплуатации недостатки [4]:

– сложность обеспечения герметичности в месте ввода ОК в муфту (концы ОК, отсоединенные от силового элемента, теряют жесткость и обеспечение герметичности ввода становится трудной задачей);

– отслоение ОК от силового элемента с последующим повреждением;

– заводской брак, нарушение целостности полиэтиленовой оболочки (на «восьмерку» сложнее наложить оболочку, чем на круглый ОК).

Особенно много нареканий приходится на подвесные оптические кабели с центральным оптическим модулем, в котором размещаются все оптические волокна (ОВ), в практике их часто называют одномодульными или мономодульными. Имеются нарекания и на подземные оптические кабели, тоже с центральным оптическим модулем.

В настоящей статье рассматриваются особенности технической эксплуатации ВОЛП с применением оптических кабелей одномодульной конструкции.

Особенности технической эксплуатации ВОЛП с применением оптических кабелей одномодульной конструкции

Рассмотрим проблемы, возникающие при эксплуатации ВОЛП с применением оптических кабелей одномодульной конструкции. Как отмечено выше, особенно много нареканий приходится на оптические кабели с центральным оптическим модулем, в котором размещается до 48 оптических волокон.

Подвесные оптические кабели одномодульной конструкции. В [5] рассмотрены недостатки конструкции кабеля типа «восьмерка» с центральным оптическим модулем. В настоящей работе этот кабель сравнивается с кабелем многомодульной конструкции, в котором оптические волокна размещены в оптических модулях, скрученных вокруг центрального силового элемента. Показано, что при низких отрицательных температурах возникают микро- и макроизгибы ОВ, вызывающие рост затухания у «восьмерки». При низкой температуре ОВ перемещаются вдоль центрального модуля. Поэтому при растягивающих нагрузках ОВ вытягиваются из муфт. Возможен обрыв ОВ в муфте при недостаточной их избыточности в модуле ОК. При пониженной температуре такое перемещение пучка ОВ может вызвать их выдавливание из ОК в муфту. Ведь размеры элементов конструкции ОК сокращаются больше, чем ОВ. Возрастает вероятность увеличения потерь ОВ в муфте. ОК модульной конструкции такого недостатка не имеют. Перемещение ОВ при нагрузках ограничивается их свободным ходом внутри оптических модулей, уложенных в спиральный повив. Здесь уместно отметить, что стоимость ОК одномодульной конструкции несколько ниже, чем многомодульной. Это и является основной причиной их востребованности. Перейдем к основной проблеме, возникающей при работе с одномодульными подвесными кабелями.

В процессе технической эксплуатации подвесных ВОЛП достаточно часто наблюдается «вытягивание» оптических волокон из оптической муфты в модуль. За счет этого оптические волокна изгибаются в муфте случайным образом, что может приводить к их микроизгибам с недопустимо малым радиусом. По этой причине возникает деградация параметров передачи ОВ и увеличение механических напряжений на микро- изгибах, а, следовательно, и ускоренное старение ОВ. Это приводит к возрастанию потерь ОВ в муфтах, их перемонтажу и увеличению эксплуатационных расходов.

Проблемы «вытягивания» оптических волокон из оптической муфты в одномодульном подвесном кабеле широко обсуждаются специалистами, занимающимися их эксплуатацией, а также специалистами, которые производят эти кабели [6–8]. При этом большинство отдают предпочтение многомодульным конструкциям, несмотря на то, что они несколько дороже. Практика показала, что эксплуатационные расходы на многомодульные кабели оказались меньше, чем на одномодульные. Отмечается, что основной причиной «вытягивания» оптических волокон из оптической муфты в модуль является действие силы тяжения в подвешенном одномодульном кабеле, максимальное значение которой находится в точке крепления кабеля, при помощи зажима. Эта сила стремится утянуть ОВ из точки минимального натяжения и за счет наличия избыточной длины волокна в модуле оно начинает распрямляться на существенном расстоянии от зажима. Если же избыточность ОВ недостаточна, то распрямляться будет уже нечему и «утяжка» будет наблюдаться на всей длине, вплоть до муфты. Если производителем одномодульного кабеля правильно реализована величина избыточной длины волокна, то есть сделан соответствующий технологический запас, то при «утяжке» избыток волокна в модуле будет забираться из этого запаса, не тревожа муфту. Однако, есть и такие производители оптических кабелей, которые не всегда выполняют требования на важный параметр избыточности волокна в модуле [6]. Поэтому измерения, проводимые на линии, часто показывают, что недопустимый по величине прирост затухания появляется вследствие вытягивания» оптических волокон из муфты в кабель, которое приводит к изгибу волокон с недопустимо малым радиусом (заметно меньше допустимого радиуса изгиба в 3 см). На рисунке 1 а показана кассета с пучком из восьми оптических волокон одномодульного кабеля, уложенных при монтаже муфты МТОК-1А строго по инструкции, а на рисунке 1 б – кассета такой же муфты с «вытянутыми» из нее оптическими волокнами в одномодульный кабель. Из этого рисунка не трудно заметить, что «вытягивание» оптических волокон привело к их изгибу в четырех точках с недопустимо малым радиусом. Это неизбежно вызывает большой прирост затухания и деградацию параметров передачи кабеля, вплоть до исчезновения связи.

а)                                                                 б)

Рисунок 1. Кассета оптической муфты с пучком из восьми оптических волокон: а) уложенных при монтаже муфты строго по инструкции;

б) после «вытяжки» оптических волокон из муфты в кабель

В реальных условиях работы с подвесными одномодульными кабелями приходится принимать меры по защите оптических волокон от их «вытягивания» из муфты в модуль. Анализ рабочей документации, с учетом замечаний специалистов, работающими с такими подвесными оптическими кабелями [6–8], позволяет сделать следующие рекомендации:

• 1.    В месте размещения оптической муфты на опоре необходимо предусмотреть эксплуатационный запас кабеля длиной не менее 15 метров с каждой стороны. Запас кабеля формируется в бухту диаметром 50–60 см, которая размещается в специальном устройстве, предназначенном для обеспечения ее надежной фиксации, и крепится на опоре. Кольца кабеля необходимо укладывать так, чтобы в бухте не возникало дополнительное механическое напряжение. Если имеется нормальный эксплуатационный запас

• 2.    После подвески оптического кабеля на опорах монтаж оптических муфт рекомендуется проводить не раньше, чем через неделю, в крайнем случае через сутки. То есть кабелю нужно дать отвисеться. Обусловлено это тем, что максимальное «втягивание» оптических волокон в модуль происходит в первые дни, затем этот про-

• цесс постепенно затухает. Это было проверено экспериментальным путем [6; 8].

• 3.    Для защиты оптических волокон от «выдавливания» из модуля в муфту и «вытягивания» из муфты в модуль кабеля можно применить способ фиксации оптических волокон и модуля на кассете муфты [9]. По шаблону разделываются концы соединяемых длин ОК. Снаружи и внутри (от торца) модулей и с ОВ удаляют гидрофоб и обезжиривают спиртом. Затем зачищается и обезжиривается с помощью спирта поверхность кассеты и оптических модулей, которые закрепляются на вводе корпуса кассеты, кабельными стяжками без натяжения. После закрепления оптических модулей на участке около места их обреза на внешнюю поверхность оптических модулей и на оптические волокна от торца оптических модулей накладывается силиконовый герметик. Силиконовый герметик распределяется равномерно, в том числе между оптическими модулями и кассетой, а также внутри оптических модулей от их торца. Через 15–20 минут герметик полимеризуется, затем производят сварку ОВ. В целом метод эффективен, что подтверждено испытаниями, проведенными в течение 3 суток в условиях измененного температурного режима от -60°С до +60°С со сменой циклов через 4 часа в климатической камере.

кабеля и избыточность волокна в модуле в норме, то «вытягивания» оптических волокон из муфты быть не должно, так как оно считается эксплуатационным запасом за счет избытка волокна [6]. На рисунке 2 в качестве примера показано правильное крепление бухты эксплуатационного запаса подвесного оптического кабеля на опоре. К сожалению, в реальных условиях крепление бухт эксплуатационного запаса кабеля на опорах зачастую выполняется с нарушением правил. И это хорошо видно на трассах подвесных ВОЛП, особенно в населенных пунктах.

Подземные оптические кабели одномодульной конструкции. Проблемы «вытягивания» оптических волокон из оптической муфты в модуль в одномодульном кабеле имеют место не только в подвесном, но в подземном варианте. Справедливости ради следует сказать, что в подземных кабелях такие негативные явления случаются значительно реже, чем в подвесных. Обусловлено это тем, что сезонные колебания температуры грунта на глубине прокладки оптических кабелей существенно меньше, чем воздуха. Меньше и механические нагрузки, действующие на подземные кабели. И тем не менее «вытягивание» оптических волокон из оптической муфты в модуль возникает в некоторых случаях. Приведем пример. На одной из внутризоновых ВОЛП в Подмосковье, на которой проложен в 2001 году одномодульный оптический кабель марки ОКМЗГЦ-8, спустя три года при проведении плановых контрольных измерений в феврале месяце в некоторых муфтах стал обнаруживаться недопустимо большой по величине прирост затухания, который в некоторых случаях приводил к аварийным ситуациям. После вскрытия оптической муфты было установлено, что прирост затухания был следствием «вытягивания» оптических волокон из муфты в модуль, которое привело к их изгибу с недопустимо малым радиусом. На рисунке 3 показана кассета оптической муфты МТОК-А1 [10], на которой в результате «вытягивания» оптические волокна разместились по случайному закону, при этом часть волокон изогнулись с недопустимо малым радиусом. Именно в этих оптических волокнах и наблюдался большой прирост затухания.

Рисунок 2. Крепление бухты эксплуатационного запаса подвесного оптического кабеля на опоре

Рисунок 3. Кассета оптической муфты МТОК-1А с недопустимым изгибом оптических волокон, возникшего в результате «вытягивания» их из муфты в кабель ОКМЗГЦ-8

Здесь уместно отметить, что в указанной муфте соединены два типа оптического кабеля: кабель одномодульной конструкции и кабель со скрученными оптическими модулями вокруг центрального силового элемента, то есть многомодульный кабель. Из муфты «вытянулись» ОВ одномодульного ОК, а ОВ многомодульного ОК не «вытянулись». Это позволяет подтвердить выше отмеченное заключение о том, что предпочтение следует отдавать многомодульным конструкциям, в которых оптические модули скручиваются вокруг центрального силового элемента.

Для защиты оптических волокон от «выдавливания» из модуля в муфту и «вытягивания» из муфты в модуль в подземном кабеле можно рекомендовать способ фиксации оптических волокон и модуля на кассете муфты, рассмотренный выше.

Выводы

Основные выводы настоящей статьи сводятся к следующему.

• 1.    Проведен сравнительный анализ конструкций подвесных ОК, который показал, что само-

• несущие ОК с арамидными нитями имеют преимущества в сравнении с ОК с центральным модулем, особенно типа «восьмерка».

• 2.    Показано, что основной причиной «вытягивания» оптических волокон из оптической муфты в модуль является действие силы тяжения в подвешенном одномодульном кабеле. Показано также, что правильно реализованная величина избыточной длины волокна в одномодульном кабеле и наличие необходимого технологического запаса кабеля у оптической муфты позволят избежать «вытягивания» оптических волокон из оптической муфты.

• 3.    Разработаны рекомендации по защите от «вытягивания» ОВ из муфты для одномодульных ОК в процессе технической эксплуатации ВОЛП.