РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ОЦЕНКИ ИХ НАДЕЖНОСТИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ВКВО-2023- КАБЕЛИ

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ОЦЕНКИ ИХ НАДЕЖНОСТИ

1 2 Овчинникова И.А. ' Семенов П.А.

1 Директор научного направления ОАО «ВНИИКП», г. Москва д.т.н., действ. член АЭНРФ 2 Заведующий отделом ОАО «ВНИИКП», г. Москва * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-38-39

Надежная работа оптического кабеля (ОК) в течение всего срока службы объекта, в системе которого он применяется, является необходимым условием надежной работы этого объекта.

Поскольку основной функцией ОК является передача информационного сигнала, то отказом ОК является обратимое увеличение коэффициента затухания сигнала в оптическом волокне (ОВ), расположенном в кабеле, сверх установленных в нормативной документации значений, а предельным состоянием - необратимое увеличение затухания в ОВ кабеля и нарушение их оптической целостности в результате деградационных изменений конструктивных элементов или нарушения условий эксплуатации.

Передача сигнала в ОК осуществляется по ОВ, которое состоит из кварцевого световода (состоящего из сердцевины и светоотражающей оболочки) и защитного покрытия (чаще всего полимерного). Функция остальных конструктивных элементов ОК - защита ОВ от внешних воздействий. Однако, эти элементы из-за конструктивных ошибок или в результате изменения свойств под действием внешних факторов могут стать и причиной деградации ОВ, создавая в нем механические напряжения. А известно, что причинами деградации ОВ являются механические напряжения (рис. 1) и влага, т.к. гидролиз напряженного кварцевого стекла, уменьшает энергетические затраты на разрыв химической связи Si-O.

Общепринятые методы прогнозирования надежности, когда объем выборки и длительность испытаний определяются элементо-часами и числом зафиксированных ранее отказов, возможно использовать в случае оценки штучных изделий. Что же можно принять за элемент при оценке работы кабеля - строительную длину, километр, метр, сантиметр, а может быть количество оптических волокон или электрических жил (но опять же - какой длины)? Учитывая подобную особенность кабельных изделий, в течение многих лет при оценке их надежности используют ускоренные методы испытаний, длительность которых определяют с

Рис. 1. Зависимость срока службы и вероятности отказа ОВ от его деформации [1]:

_0,1 %;____0,2 %;.........0,15 %;

_ . _._0,25%;_0,3%

помощью закона Аррениуса, а длина образцов выбирается таким образом, чтобы можно было измерять параметры - критерии годности. У электрических кабелей такими параметрами являются, в первую очередь, электрические и физико-механические свойства изоляции и защитного шланга, которые действительно существенно изменяются в процессе теплового старения. А вот с оценкой надежности оптических кабелей, где основным функциональным элементом является ОВ, все гораздо сложнее. Схематическая модель перехода ОК в предельное состояние в результате внешних воздействий и изменения свойств конструктивных элементов приводилась в работах [2,3]. Для более подробного изучения влияния различных факторов на надежность ОК были проведены различные исследования, в частности:

> Исследовано влияние агрессивных факторов (диоксида азота, озона, аммиака, морской воды на элементы ОК и ОК в целом)[4,5,6];

^ Исследовано влияние гидрофобных заполнений на упрочняющие нити, первичные и вторичные покрытия ОВ;

^ Исследовано влияние ионизирующих излучений на ОВ, материалы покрытий ОВ и оболочек ОК и ОК в целом;

^ Исследовано влияние старения на пожаробезопасность некоторых полимерных материалов [7]

ВКВ0-2023- КАБЕЛИ

^ Проведены сравнительные исследования изменения характеристик микрокабелей при ускоренном и естественном старении (18 лет);

^ Проведены сравнительные исследования изменения затухания в свободном ОВ и в ОВ в микрокабеле после 10 лет хранения;

^ Проведены исследования в течение 10000 часов (в прямом режиме) при трех повышенных температурах среды (85, 100 и 110°С) двух типов ОК и оптического волокна (при температурах 100, 110 и 125°С);

^ Исследовано влияние технологических операций и конструктивных элементов на механические напряжения в ОВ и его затухание.

Результаты некоторых их этих исследований будут представлены в докладе.

Полученные результаты показали, что чаще всего даже при длительной выдержке при предельной повышенной температуре коэффициент затухания в ОВ, расположенных в исследуемом кабеле, не изменяется (пример на рис. 2, 3).

0,350

0,250

0,150

500

1000

1500

2000 п 2500 Время, ч

3000

3500

4000

4500

5000

Рис. 2. Зависимость коэффициента затухания (на длинах волн: 1,31 мкм - синяя кривая; 1,55 мкм - оранжевая) от продолжительности выдержки миниатюрного кабеля ОКЦБР-02 (оптический модуль, арамидные нити, оболочка) при температуре 85 °С

А оценка надежности ОК в ускоренном режиме, рассчитанном на основе энергии активации одного из полимерных материалов, входящих в состав кабельной конструкции, не дает достоверного результата. Поэтому необходимо применять другие методики оценки, в частности на основе контроля частоты вынужденного рассеяния Мандельштамма-Бриллюэна [8].

Рис. 3. Зависимость коэффициента затухания от продолжительности выдержки миниатюрного кабеля ОКЦБР-04 [9] при повышенных температурах 85,100 и 110 °С

0

Литература

1. IEC TR 62048. Optical fibres - Reliability - Power law theory. Технический отчёт Международной электротехнической комиссии

2. Овчинникова И.А. Определение надежности оптических кабелей. Технологии и средства связи. 3, 39 - 41 (2009)

3. Овчинникова И.А., Корякин А.Г. Влияние внешних факторов на надежность оптических кабелей. Вестник МЭИ. 3, 52 - 56 (2011)

4. Овчинникова И.А., Семенов П.А. Исследования влияния внешних факторов на элементы конструкции оптических кабелей. Кабели и провода. 3 (316), 8 - 9 (2009)

5. Овчинникова И.А. Исследование влияния агрессивных сред на конструктивные элементы оптических кабелей. Электросвязь. 2, 42 - 45 (2013)

6. Овчинникова И.А., Васильев Е.Б., и др. Исследование работоспособности оптических микрокабелей в условиях длительного воздействия морской воды. Кабели и провода. 1 (399), 16 - 21 (2023)

7. Овчинникова И.А., Васильев Е.Б., и др. Исследование влияния старения на показатели пожаробезопасности оптических кабелей. Электросвязь. 7, 57 - 60 (2017)

8. Овчинникова И.А., Семенов П.А., и др. Способ определения срока сохраняемости оптического кабеля. Патент на изобретение № 2735910 от 07.02.2020 с приоритетом от 07.02.2020

9. Овчинникова И.А., Васильев Е.Б., и др. Оптический бортовой радиационностойкий кабель. Патент на полезную модель RU192307 U1 с приоритетом от 24.06.2019