РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ КАБЕЛЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН С УМЕНЬШЕННЫМ ДИАМЕТРОМ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ВКВО-2023- КАБЕЛИ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ КАБЕЛЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН С УМЕНЬШЕННЫМ ДИАМЕТРОМ

ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ

*

Тарасов Д.А.

ОАО «ВНИИКП», г. Москва * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-40-41

Для того чтобы угнаться за ростом объёмов передаваемой информации необходимо прокладывать всё большее и большее количество кабелей. Одним из методов оптимизации данного процесса является пространственное уплотнение, что позволяет передавать большее количество трафика на единицу сечения кабеля. Одним из способов пространственного уплотнения является уменьшение диаметра двухслойного защитного покрытия оптического волокна (ОВ) с 250 мкм до 200 мкм или 180 мкм. Диаметр кварцевого световода при этом остаётся неизменным и равным 125 мкм, а толщина защитного покрытия уменьшается 62,5 мкм до 37,5 мкм или даже до 27,5 мкм. Уменьшение внешнего диаметра ОВ позволяет либо увеличить число ОВ в оптическом кабеле (ОК), при сохранении его габаритов, либо уменьшить габариты ОК при сохранении числа ОВ. Снижение габаритов ОК приводит к меньшему расходу материалов, требующихся для его производства, возможности размещения на кабельном барабане большей строительной длины, что, в свою очередь снижает расходы на транспортировку и монтаж.

Но при всех плюсах миниатюризации, способно ли защитное покрытие меньшей толщины в должной степени защитить световод? С целью ответа на данный вопрос были проведены сравнительные испытания ОВ с диаметром защитного покрытия 250 мкм и 200 мкм, а также двух конструкций кабелей на их основе (Рис.1 и Рис. 2), результаты которых приведены в Таблицах 1 - 3.

Таблица 1. Результаты испытаний оптических волокон

Параметр Диаметр защитного покрытия

200 мкм 250 мкм

Усилие снятия первичного защитного покрытия (среднее/пиковое), Н - НКУ - выдержки в воде в течение 30 дней - совместимость с внутримодульным гидрофобом, Н 1,44 /1,57 1,41 / 1,52 1,20 / 1,31 1,39 / 1,50 1,44 / 1,55 1,32 / 1,40

Прирост коэффициента затухания на длинах волн 1550 нм / 1625 нм, дБ/км - выдержка в воде - температурные циклы от минус 60 0С до 85 0С < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05

Число ОВ с диаметром защитного покрытия 250 мкм в оптическом модуле (ОМ) образца ОК модульной конструкции (Рис. 1) подбиралось исходя из практики заполнения ОМ, применяемой на заводе-производителе ОК - для ОМ с внутренним диаметром 1,1 мм в конструкциях самонесущих ОК размещаются 4 ОВ; в конструкциях ОК, прокладываемых в землю или кабельную канализацию - от 6 до 8 ОВ. Количество ОВ диаметром 200 мкм в ОМ подбиралось исходя из того, что коэффициент заполнения ОМ должен быть идентичным с ОВ 250 мкм, т.е. значение пощади поперечного сечения ОМ, занимаемой ОВ диаметром 200 мкм, должно быть максимально близким к значению площади поперечного сечения ОМ, занимаемой ОВ диаметром 250 мкм.

1 - Центральный силовой элемент

2 - Оптические волокна категории G.657A1/G.652D

3 - Оптический модуль (ОМ) внутренним диаметром 1,1 мм:

ОМ1 содержит 8 ОВ с ПЗП диаметром 250 мкм ОМ2 - 12 ОВ с ПЗП диаметром 200 мкм ОМ3 - 4 ОВ с ПЗП диаметром 250 мкм ОМ4 - 6 ОВ с ПЗП диаметром 200 мкм

4 - Внешняя оболочка из полимерного материала Рис. 1. Оптический кабель модульной конструкции

ВКВ0-2023- КАБЕЛИ

Таблица 2. Результаты испытаний оптического кабеля модульной конструкции

г, °С Количество ОВ в ОМ, шт. / диаметр ПЗП ОВ, мкм

4 ОВ / 250 6 ОВ / 200 8 ОВ / 250 12 ОВ / 200

1310 нм 1550 нм 1310 нм 1550 нм 1310 нм 1550 нм 1310 нм 1550 нм

85 0,354 0,192 0,386 0,227 0,362 0,259 0,375 0,222

23 0,366 0,210 0,371 0,222 0,367 0,266 0,380 0,238

0 0,363 0,211 0,372 0,229 0,368 0,275 0,399 0,306

-20 0,357 0,193 0,396 0,257 0,367 0,399 0,431 0,670

-30 0,339 0,187 0,397 0,321 0,365 0,747 0,458 1,847

-40 0,351 0,202 0,434 1,833 0,398 3,751 0,600 10,275

-50 0,362 0,202 0,747 6,760 0,571 21,706 1,333 34,055

1 - Оптическое волокно с защитным покрытием из УФ-отверждаемого акрилата,

диаметром 250 мкм или 200 мкм

2 - Плотное буферное покрытие из УФ-отверждаемого акрилата

Рис. 2. Оптический микрокабель Таблица 3. Результаты испытаний оптического микрокабеля

Параметр ОК с ОВ 200 мкм ОК с ОВ 250 мкм

Масса, кг/км 0,352 0,652

Внешний диаметр, мм 0,6 0,8

Максимальная длина на поставочной катушке, км 25,0 13,6

Разрывное усилие, Н 215 210

Коэффициент затухания при воздействии предельной

повышенной температуры 70 °С на длинах волн 1310 нм /

1550 нм, дБ/км 0,226 / 0,183 0,339 / 0,182

Коэффициент затухания при воздействии пониженных

температур, дБ/км - минус 40 °С 0,347/0,199 0,321/0,182

- минус 50 °С 0,344/0,211 0,337/0,191

- минус 65 °С 0,397/0,294 0,478/0,350

Деформация при воздействии пониженных температур, % - минус 40 °С - минус 50 °С - минус 65 °С 0,065 0,070 0,098 0,091 0,117 0,150

По результатам испытаний можно сделать вывод о том, что ОВ с диаметром защитного покрытием 250 мкм и 200 мкм обладают схожими характеристиками, за исключением того, что:

- защитное покрытие ОВ диаметром 250 мкм лучше сохраняет свои свойства после испытания на совместимость с внутримодульным гидрофобным заполнителем согласно методике, описанной в приложении Г ГОСТ Р 52266-2020 (Таблица 1). Различие, вероятно, обусловлено большей толщиной второго (внешнего) слоя защитного покрытия у ОВ диаметром 250 мкм по сравнению с ОВ 200 мкм. Усилие снятия защитного покрытия зависит от внешнего, имеющего большее значение модуля Юнга, слоя покрытия, и именно внешний слой подвержен воздействию гидрофобного заполнителя.

- микрокабель диаметром 0,6 мм с ОВ диаметром 200 мкм обладает меньшим приростом затухания при испытании на воздействие пониженных температур (Таблица 3), что, вероятно, обусловлено меньшим объёмом воздействующей на световод полимерной массы, как двухслойного защитного покрытия, так и внешней оболочки микрокабеля, изготовленного из материала на той же основе, что и защитное покрытие, что приводит к меньшим микроизгибам (и, как следствие оптическим потерям), возникающим под влиянием отрицательных температур вследствие разницы ТКЛР кварцевого световода и полимерных покрытий.

Различия в результатах испытаний ОК модульной конструкции (Таблица 2) обусловлены не разницей в конструкции (диаметре) ОВ, а количеством ОВ в ОМ - чем больше число ОВ в ОМ, тем менее стоек этот ОМ к воздействию отрицательных температур. В результате проведённых исследований ОАО «ВНИИКП» разработало уникальную конструкцию миниатюрного ОК с применением ОВ 200 мкм строительной длиной до 25 км [1]. Литература

1. Овчинникова И.А., Тарасов Д.А., Семёнов П.А., Корякин А.Г., Овчинникова В.А., Лепёшкин М.В.,

Пьянков Б.А. Оптический кабель для систем дистанционного управления //Патент на изобретение RU №

2772554 С1, опубл. 23.05.2022, бюл. № 15