Разработка способа защиты от выдавливания оптических волокон в муфты на подвесных ВОЛС в районах с низкой отрицательной температурой

Общие положения

Российская Федерация в последние годы очень активно занимается освоением и развитием территорий на Крайнем Севере и в Сибири. В связи с этим был принят ряд документов [1–3], в со-отвествии с которыми осуществляется деятельность по созданию и развитию инфраструктуры указанных территорий. Так, на Крайнем Севере и в Сибири уже проложено свыше 50 тыс. км оптических кабелей (ОК), на базе которых запущены в техническую эксплуатацию волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) [4–7]. В процессе технической эксплаутации этих ВОЛС получен довольно значительный практический опыт их обслуживания в очень сложных климатических условиях.

Территории Крайнего Севера и Сибири отличаются сильной заболоченностью. Поэтому в теплое время года затруднительно выполнять прокладку и монтаж ОК. Самым удобным временем для строительно-монтажных работ является зима, когда болота замерзают [8; 9]. Наиболее подходящим способом прокладки ОК является подвеска на опорах линий электропередачи (ЛЭП).

Подвесные ОК в районах Крайнего Севера и Сибири эксплуатируются при крайне низких отрицательных температурах зимой (до минус 61 °С) и высоких положительных температурах летом (до плюс 40 °С). Суточные перепады температуры также велики. Такой температурный режим в сочетании с избыточной длиной оптических волокон (ОВ) в ОК и существенной разницей между температурными коэффициентами линейного расширения (ТКЛР) материалов модульных трубок и ОВ приводит к «выдавливанию» ОВ из ОК в муфты. Этот процесс является одной из основных проблем технической эксплуатации подвесных ОК в районах, характеризующихся низкой отрицательной температурой в зимний период. ТКЛР кварцевого стекла около 5,5·10-7 1/K. Для материалов модульных трубок ТКЛР лежит в пределах от 6,5·10-5 1/K до 1,5·10-4 1/K [10]. Соответственно, при понижении температуры от плюс 40 °С до минус 60 °С избыточная длина ОВ в модуле на строительной длине ОК значительно увеличивается. Наиболее существенно избыточная длина ОВ при понижении температуры увеличивается для ОК одномодульной конструкции. Согласно [11], в процессе эксплуатации подвесного ОК при колебаниях низкой температуры через 1–2 месяца из модульной трубки в муфту выходит до 50 мм ОВ. «Выдавливание» ОВ из ОК является необратимым. При выходе ОВ из ОК оно изгибается в муфте случайным образом. Это явление усугубляется тем, что летом при высокой температуре гидрофоб в ОК становится текучим и выходит из ОК в муфты. Зимой вытекший из ОК гидрофоб становится густым. Это может вызывать микроизгибы «выдавливаемых» ОВ и привести к росту их затухания.

Рассматривались различные меры устранения последствий «выдавливания» ОВ из ОК в муфты в регионах с низкой температурой в зимний период. В частности, предлагалось разработать специальные конструкции ОК, специальные конструкции муфт, адаптировать технологию монтажа ОК в муфтах и т. п. К сожалению, кардинально данная проблема пока еще не решена. Дефекты, обусловленные эффектом «выдавливания» ОВ из ОК, устраняют за счет повторного монтажа муфт, что требует проведения, периодически, значительного объема ремонтно-восстановительных работ. В этой связи разработка способа защиты от выдавливания оптических волокон в муфты на подвесных ВОЛС в районах с низкой отрицательной температурой является весьма актуальной задачей, которая и рассматривается в настоящей статье.

Способ фиксации оптических модулей на кассете муфты ОК

С учетом недостатков существующих способов монтажа ОК в муфтах разработан способ фиксации оптических модулей на кассете муфты. Сущность способа фиксации оптических модулей ОК на кассете муфты при сращивании длин ОК заключается в том, что концы соединяемых длин ОК разделывают по шаблону. Также по шаблону обрезают трубки оптических модулей так, что расстояние от места крепления оптических модулей на вводе в кассету до места обреза трубок оптических модулей в зависимости от конструкции кассеты составляет 4–8 мм. С оптических модулей и ОВ смывают гидрофобный гель. При этом гидрофобный гель смывают как с внешней поверхности трубок оптического модуля, так и с их внутренней поверхности от торца трубки оптического модуля, выдавливая гидрофобный гель из трубок оптических модулей. Обезжиривают с помощью спирта ОВ, а также внешнюю и внутреннюю поверхности трубок оптических модулей от их торцов. Затем оптические модули собирают в пучки и обматывают их несколькими слоями липкой полимерной ленты так, чтобы расстояние от нижнего края пучка до поверхности кассеты при закреплении оптических модулей на кассете составляло 1–2 мм. Также зачищают и обезжиривают с помощью спирта поверхность кассеты в месте обреза пучка оптических модулей и закрепляют его на вводе корпуса кассеты без натяжения двумя кабельными стяжками. После закрепления пучка оптических модулей на участке около места обреза трубок оптических модулей в пучке накладывают силиконовый герметик над внешней поверхностью трубок оптических модулей и на ОВ от торца трубок оптического модуля. Силиконовый герметик равномерно распределяют, в том числе между пучком оптических модулей и кассетой и внутри трубок оптических модулей от их торца. Через 15–20 минут после этого при полимеризации наружного слоя силиконового герметика приступают к сращиванию ОВ. Описанный способ фиксации оптических модулей на кассете муфты разработан и запатентован специалистами кафедры ЛС и ИТС ПГУТИ с участием автора настоящей статьи [12]. Внешний вид фиксации оптического модуля на кассете муфты ОК представлен на рисунке 1.

Способ тестирования защиты от «выдавливания» оптических волокон в кассету муфты

Очень важным моментом при монтаже ОК в муфтах является применение эффективного и недорогого способа тестирования защиты от «выдавливания» ОВ в кассету муфты.

Рассмотрим разработанный специалистами кафедры ЛС и ИТС ПГУТИ способ тестирования защиты от «выдавливания» оптических волокон в кассету муфты. При этом отметим, что для

а

б

в

Рисунок 1. Фиксация оптического модуля разработанным способом: а – внешний вид кассеты с закрепленным оптическим модулем; б – до наложения силиконового герметика; в – после наложения силиконового герметика: 1 – кассета муфты, 2 – оптические модули, 3 – трубка оптического модуля; 4 – оптические волокна;

5 – гидрофобный компаунд; 6 – липкая полимерная лента; 7 – кабельные стяжки; 8 – силиконовый герметик

Компрессор

Бухта оптического модуля (L=5 м)

Метод фиксации ОВ в оптическом модуле

Рисунок 2. Схема испытаний модуля под воздушным давлением оценки качества фиксации ОВ в оптическом модуле была разработана методика испытаний модуля под воздушным давлением. При проведении испытаний использовались бухты оптического модуля длиной 5 м и воздушный компрессор с максимальным давлением 0,9 МПа. Методика испытаний предусматривает определение эффективности методов фиксации ОВ в оптическом модуле под давлением 0,6 Мпа (рисунок 2).

Проведение испытаний. После монтажных работ к обратному торцу оптических модулей подсоединяется воздушный компрессор, и в оптический модуль подается воздух с давлением 0,6 МПа. Давление в оптический модуль подается в течение 30 мин. При проведении испытаний визуально наблюдается выдавливание силиконового герметика, оптических волокон и гидрофобного компаунда из оптического модуля. После испытаний производятся измерения длины ОВ от торца оптического модуля. Метод фиксации ОВ в оптическом модуле считается выдержавшим испытание, если при визуальном осмотре не на-

Рисунок 3. Схема способа тестирования защиты от «выдавливания» ОВ

блюдается выдавливания силиконового герметика, ОВ и гидрофобного компаунда из оптического модуля.

Результаты испытаний под давлением. При традиционном методе монтажа ОК в муфте наблюдалось «выдавливание» ОВ из оптического модуля после 1 минуты проведения испытаний на длину 3,5 см, а по завершению испытаний ОВ полностью выдавило из модуля. При разработанном новом методе монтажа во время проведения и после испытаний не наблюдалось «выдавливания» ОВ из оптического модуля. Таким образом, результаты испытаний показали, что наиболее эффективным способом фиксацией ОВ в оптическом модуле является новый описанный выше разработанный способ [12]. Практическое применение данного способа требует более надежных оценок его эффективности.

Согласно предлагаемому способу тестирования защиты соединений ОК от «выдавливания» ОВ из модульных трубок в муфту контролируют изменения потерь в ОВ в муфте в процессе испытаний и полагают, что защита прошла испытания, если изменения потерь не превысили заданного порогового значения. При этом выбирают длину соединяемых ОК в пределах от 5 до 6 метров. После выполнения соединения ОК в муфте с защитой соединений ОК от «выдавливания» ОВ измеряют потери в ОВ в муфте. Затем на конце ОК к модульной трубке подключают компрессор и создают в ней повышенное давление в течение заданного интервала времени. После этого снова измеряют потери в ОВ в муфте и полагают, что защита прошла испытания, если изменения потерь в ОВ в муфте не превысили заданного порогового значения. На рисунке 3 представлена схема предлагаемого способа тестирования.

Согласно этой схеме устройство содержит две длины ОК 1 с модульными трубками 2, в которых размещены ОВ 3, муфту 4 с кассетой 5, компрессор 6, катушки с вспомогательным ОВ 7, оптический рефлектометр 8 и элементы защиты 9 от выдавливания ОВ 3 из модульных трубок 2 ОК 1 в муфту 4. ОВ 3 длин ОК 1 соединены между собой, и место соединения закреплено на кассете 5 муфты 4. Модульные трубки 2 закреплены на вводе в кассету 5, а на концах модульных трубок 2 установлены элементы защиты 9 от «выдавливания» ОВ 3 из модульных трубок 2 ОК в муфту 4. По концам ОК 1 ОВ 3 из модульной трубки 2 соединены в шлейф. Ко входу и выходу шлейфа из ОВ 3 модульной трубки 2 подключены катушки с вспомогательным ОВ 7. Через одну из катушек со вспомогательным ОВ 7 ко входу шлейфа из ОВ 3 модульной трубки 2 подключен оптический рефлектометр 8, а к модульной трубке 2 подключен компрессор 6.

Тестирование осуществляется следующим образом. Предварительно с помощью оптического рефлектометра 8 измеряют потери в ОВ 3 в шлейфе. После чего в течение 30 минут в модульной трубке 2 с помощью компрессора 6 создают давление в 0,6 МПа. Это соответствует нагрузке на элементы защиты 10 от «выдавливания» ОВ из модульных трубок 2 кабеля в муфту 4 при перепадах температуры от –60 °С до +70 °С в течение 10 термоциклов ( при тестировании с использованием термокамеры ). Затем с помощью оптического рефлектометра 8 повторно измеряют потери в ОВ 3 в шлейфе. Если изменения оценок потерь в ОВ 3 в шлейфе, полученных при повторных измерениях, по сравнению с оценками, полученными до испытаний, не превышают допустимых значений, полагают, что защита соединений оптического кабеля от «выдавливания» ОВ из модульных трубок в муфту испытания выдержала. В отличие от способа тестирования с использованием термокамеры, предлагаемый способ не требует применения такого дорогостоящего оборудования, как климатическая камера, и обеспечивает существенное снижение потребления электроэнергии в процессе испытаний, что и позволяет расширить область его применения.