Стремительный рост спроса на телекоммуникационные услуги, а также их конвергенция обуславливают поиск и разработку альтернативных решений не только в области оборудования систем передачи, распределительных и оконечных устройств, но и линейного сегмента линий связи.

Вероятно, весьма скоро из-за всеобщей информатизации общества администрации связи вынуждены будут пересмотреть отношение к существующим ограничениям на типы инсталляции линейной части. Речь идет о постепенном смягчении нынешних требований с учетом статистики отказов, а также о поэтапном вводе альтернативных решений на более ответственных участках телекоммуникационных сетей. В этой связи необходимо отметить, что вместе с конвергенцией телекоммуникационных услуг неизбежна консолидация усилий нескольких организаций (представляющих различные отрасли), которые будут направлены на взаимное предоставление услуг связи, обмен трафиком, а также организацию обходов в случаях возникновения аварийных ситуаций.

Одним из альтернативных решений в области инсталляции линейного сегмента линий связи является подвес волоконно-оптического кабеля на опоры и столбы. Этот метод позволяет в значительной мере сократить и стоимость, и время, затрачиваемые на инсталляцию кабеля, а также эксплуатационные расходы.

Мировые тенденции, заключающиеся в предоставлении производителями наиболее полного комплекса материалов, отражены и в этом направлении строительства. Ведущими производителями аксессуаров для организации подвеса волоконно-оптического кабеля разработана широкая гамма устройств, арматуры и оборудования, позволяющих реализовать как масштабные проекты подвеса кабелей магистральных линий, так и локальные проекты, к примеру, создание локальных сетей.

Подвес оптоволокна: линии связи различного значения

Подвес волоконно-оптического кабеля может осуществляться на различных сегментах сети передачи данных.

Рисунок 1. Градация подвесных волоконно-оптических кабелей.

Рисунок 2. Типичные конструкции кабелей типа OPGW.

Наибольшие споры, связанные с данным видом инсталляции волоконно-оптических кабелей, возникают в отношении применения этого метода на магистральных линиях связи. Отмечаются как его явные плюсы, так и минусы. Статистика эксплуатации подвесных волоконно-оптических кабелей [ВОК] в Российской Федерации (где этот метод получил широкое распространение) свидетельствует о систематических повреждениях кабелей в результате актов вандализма, а также неумышленных повреждений выстрелами из охотничьего оружия. В настоящее время наиболее часто применяется подвес волоконно-оптического кабеля на существующих опорах, используемых для подвеса металлических силовых кабелей (ЛЭП, контактной сети железнодорожного и другого транспорта). В случае аварии возникает угроза того, что на устранение повреждения потребуется значительное время. Это связано с тем, что первоочередное внимание организаций, осуществляющих техническую эксплуатацию, уделяется линейным сооружениям, необходимым для функционирования профильных служб. Телекоммуникационным кабелям в таких ситуациях отводится, как правило, второстепенная роль.

Рисунок 3. Подвесной самонесущий полностью диэлектрический ОК (ADSS) со свободно уложенными оптическими модулями.

Рисунок 4. Подвесной самонесущий полностью диэлектрический ОК (ADSS) с профилированным сердечником.

Однако возможность организации кабельных линий со значительным удешевлением за счет исключения земляных работ (особенно в тяжелых грунтах IV-V категорий, в зонах вечной мерзлоты, на заболоченных участках и участках со сложным рельефом, а также в городских условиях), актуализирует использование методики подвеса на магистральных ВОЛС. Особые преимущества метод подвеса дает при устройстве переходов через глубокие судоходные и сплавные реки, а также морских переходов через судоходные каналы, как, например, Суэцкий канал. Эти преимущества позволяют исключить целый комплекс подводных работ по подготовке подводных траншей, прокладке и заглублению волоконно-оптического кабеля. Как следствие, упрощается техническая эксплуатация переходов, выполненных подобным образом.

Ограничения по применению подвесных линий силовыми ведомствами не всегда являются эффективными. Как показали события в Ираке, функционирование подземных коммуникаций, в частности телекоммуникационных кабелей, в условиях ведения военных действий было нарушено сравнительно быстро с помощью эффективных бомбовых ударов.

Во многих странах организация абонентских линий методом подвеса стала обычным явлением и уже может считаться традиционной. Такое решение особенно эффективно в районах с низкой плотностью населения - небольших населенных пунктах, где необходимо организовать абонентские линии большой длины. По этим абонентским линиям может быть организована телефония, передача данных и сигналов радио- и телевещания, а также целого ряда других систем (сигнализация, дистанционный климат-контроль и т.д.). Такая ситуация, например, в Польше и Франции стимулирует развитие и совершенствование технологий подвеса не только кабелей магистральной и межстанционной сети, но и кабелей "последней мили".

Следует также отметить, что рост цен на землю влечет за собой удорожание реализации проектов строительства линейно-кабельных сооружений во многих аспектах, в том числе и в сфере отвода земель. Причем наибольшие показатели роста - у регионов с высокой экономической активностью. Использование технологии подвеса позволяет избежать влияния фактора роста цен (который в скором времени будет играть немаловажную роль в формировании затрат на строительство телекоммуникационных сетей) или же существенно снизить такое влияние за счет совместного использования земельных ресурсов различными заинтересованными ведомствами.

Подвесной кабель: распространенные конструкции

Необходимость организации подвеса волоконно-оптических кабелей обусловила разработку конструкций, предназначенных именно для этого вида инсталляции. При этом учитывалось разнообразие климатических, природных, техногенных и прочих факторов, сокращающих срок службы кабеля. К таким показателям можно отнести температурные колебания - рабочий диапазон температур для большинства кабелей составляет от -40°С до +70°С, а также длительное воздействие солнечных лучей, соляной туман, загрязнение воздуха выхлопами, длительное воздействие ветровых нагрузок и вибраций. Проводятся исследования с целью создания кабелей, обладающих повышенной устойчивостью к действию радиоактивного излучения.

Ведущие производители кабельной продукции реагируют на возрастание спроса на подвесные волоконно-оптические кабели, периодически дополняя существующую гамму решений новыми разработками, отвечающими текущим потребностям.

Градация подвесных волоконно-оптических кабелей представлена в виде схемы выше.

Рассмотрим основные конструкции подвесных волоконно-оптических кабелей связи.

По типу инсталляции кабеля конструкции можно разделить на три семейства: самонесущие, встроенные в сердечник силового кабеля и навиваемые на трос грозозащиты или фазный провод. В свою очередь, каждое семейство делится на типы в зависимости от конструкции сердечника: со свободно расположенными оптическими модулями (loose tube), с центральным единым модулем, содержащим пучки оптических волокон (monotube, unitube, lightpack) или модули с оптическими волокнами (flextube), а также с профилированным сердечником (см. "СиТ" №11, 2004).

Самонесущие кабели

Самонесущие волоконно-оптические кабели имеют два варианта исполнения: когда опорный элемент не вынесен за пределы сердечника кабеля (поперечное сечение кабеля -круглое) и когда опорный элемент (несущий трос или стекло-пластиковые прутки) вынесен за пределы кабельного сердечника (кабель типа "8").

Наибольшее распространение в нашей стране приобрели полностью диэлектрические самонесущие подвесные кабели [ADSS], хорошо зарекомендовавшие себя во многих регионах с различными условиями эксплуатации.

Следует отметить, что при увеличении толщины слоя упрочняющих арамидных нитей, находящихся под внешней полиэтиленовой оболочкой (а также сечения проволок опорного элемента для кабелей типа "8") возрастает стойкость кабеля к растягивающим усилиям, и таким образом увеличивается расчетная длина пролета между опорами. При уменьшении толщины слоя арамидных нитей, что приемлемо для коротких пролетов, соответственно снижается и стоимость кабеля.

Сердечники самонесущих кабелей могут иметь различные конструкции. Перечислим наиболее распространенные.

Кабели с профилированным сердечником, содержащим оптические волокна или модули, которые, в свою очередь, содержат оптические волокна. Такие конструкции позволяют обеспечить не только высокую устойчивость к усилиям на растяжение, но и на раздавливание, что может оказаться существенным при использовании определенных типов кабельной арматуры.

Loosetube - конструкция со скрученными оптическими модулями, содержащими свободно уложенные оптические волокна. Эта конструкция позволяет сосредоточить основное внимание на устойчивости к растягивающим усилиям.

Рисунок 5. Самонесущий оптический кабель с гофрированной стальной броней (MASS) со свободной укладкой модулей.

Рисунок 6. Оптический кабель типа "8" со стеклопластиковым прутком в качестве несущего элемента.

В последнее время на смену описанным выше приходит конструкция monotube. Сердечник кабеля такой конструкции содержит всего один оптический модуль несколько большего диаметра, чем в loose tube, который расположен в центре. Внутри модуля находятся пучки оптических волокон, каждый из которых скреплен обмоточной нитью или лентой. Сердечник такого кабеля не содержит силовых элементов - они вынесены в оболочку. Несмотря на существенный недостаток -некоторое неудобство идентификации волокон - популярность этих кабелей постепенно возрастает вследствие значительно меньшего диаметра (следовательно, и парусности, массы и т.д.), то есть значительного улучшения массогабаритных характеристик при существенном сокращении затрат на материалы, что, естественно, отражается на цене.

Рисунок 7. Оптический кабель типа "8" со стальным тросом в качестве несущего элемента.

Рисунок 8. Оптический кабель типа "8" со стальным тросом в качестве несущего элемента и бронепокровом из круглых стальных оцинкованных проволок.

Разрешить сложности с распознаванием оптических волокон при большом их количестве внутри модуля monotube позволит, очевидно, применение ленточных элементов. Такая технология позволит выпускать кабели monotube большой емкости.

Волоконно-оптические кабели, встроенные в трос грозозащиты

Весьма широкое распространение в мировой практике получили кабели типа 0PGW, встроенные в трос грозозащиты или фазный провод, причем возможны различные вариации конструктивного исполнения кабелей этого типа. Очевидным недостатком таких линий является повышенная вероятность повреждения троса и кабеля ударами молний, что нередко происходит в грозоопасных районах, а также вследствие коротких замыканий на ЛЭП, вызванных разными причинами. Чтобы избежать подобных ситуаций, приводящих к перерывам в работе линий связи, была разработана специальная технология производства троса и кабеля, подвешиваемого на ЛЭП. Благодаря этой технологии при ударе молнии температура в кабеле не превышает 17О-2ОО°С, что безопасно для его жизнестойкости. Следует отметить, что такой кабель (и трос) существенно дороже обычного, однако он повреждается гораздо реже подземного.

Трос состоит из проволок. Они могут быть стальными или алюминиевыми, но наибольшее распространение получили стальные, покрытые алюминием (алюминированные) и алдреевые - из сплава алюминия с магнием, кремнием и железом. Выбор материала и диаметра проволок зависит как от размера оптического кабеля, так и от эксплуатационных требований к физико-механическим параметрам троса.

Оптические кабели типа 0PGW могут быть выполнены с гибкими полимерными или жесткими металлическими модулями.

Кабели типа OPGW с гибкими полимерными оптическими модулями

Конструкция сердечника может быть с центральным модулем (monotube) и многомодульной - это, как правило, структура loose tube или с оптическими волокнами в пазах профилированного сердечника, или же с оптическими модулями в пазах профилированного сердечника.

В кабелях модуль, содержащий оптические волокна, расположен в центре. В многомодульных конструкциях модули скручиваются в повив вокруг центрального опорного элемента круглого сечения. Максимальное количество модулей - шесть. Если их меньше, то повив добавляется до шести корделями заполнения, причем его диаметр аналогичен диаметру оптических модулей.

Сердечник кабеля - центральный модуль или повив оптических модулей с корделями заполнения и центральным опорным элементом - заключается в полимерную или металлическую оболочку. Свободное пространство внутри модуля и между модулями в сердечнике заполняется гидрофобным компаундом, препятствующим проникновению влаги к оптическим волокнам.

Поверх оболочки накладываются проволоки троса. Трос может быть одноповивный или чаще - двухповивный. Во всех случаях он представляет собой комбинацию двух типов проволок: стальных алюминированных, обеспечивающих механическую прочность троса, и алдреевых, обладающих низким сопротивлением и высокой термостойкостью.

Многомодульная конструкция также может содержать оптические модули, изготовленные из полимера, в пазах профилированного сердечника из алюминия или его сплавов.

Кабели типа OPGW с жесткими металлическими оптическими модулями

Конструкция сердечника отличается от конструкции сердечников с полимерными модулями. Число металлических модулей в кабеле - от одного до четырех. Трубка оптического модуля - стальная или стальная алюминированная (из нержавеющей стали).

Кабель может содержать единственный модуль с оптическими волокнами, расположенный в центре повивов проволок. Если в кабеле имеются один или два модуля, то они располагаются в повиве, который дополняется стальными алюминированными проволоками; такая же проволока в центре выполняет функцию центрального опорного элемента.

При наличии трех или четырех модулей они скручиваются между собой и располагаются в центре кабеля.

В одних конструкциях поверх целиком металлического сердечника непосредственно накладываются проволоки троса одним или более повивами - сначала стальные алюминирован-ные, затем алдреевые большего сечения.

В других конструкциях сердечник заключается в трубку из сегментных алдреевых проволок, поверх которой следуют один или два повива проволок троса, комбинирующихся из стальных алюминированных и алдреевых.

Такие конструкции кабелей позволяют выдерживать расчетные нагрузки на разрыв в диапазоне 40-120 кН.

Подвесные, самонесущие волоконно-оптические кабели с металлическими оболочками

В ряде случаев при отсутствии возможности подвеса на опорах ЛЭП кабелей, встроенных в трос грозозащиты или фазный провод (0PGW), а также полностью диэлектрических самонесущих кабелей (ADSS), наиболее выгодным является применение подвесных самонесущих волоконно-оптических кабелей, содержащих металлический бронепокров (MASS).

В основном такие кабели предназначены для дополнительного подвеса. Это универсальное решение для ЛЭП с любыми уровнями напряжений.

Бронепокров кабеля состоит из стальной гофрированной ламинированной оболочки и предназначен исключительно для механической защиты сердечника кабеля, не неся при этом полезной электрической нагрузки.

Кабели типа MASS обладают достаточно малым диаметром - как правило, от 9 до 12 мм. Вес кабеля пропорционален длине пролета между опорами. Эти факторы учитываются при расчете стрелы провеса. По высоте такие кабели располагаются ниже остальных (токоведущих проводов и кабелей, а также грозозащитных тросов) и крепятся на вертикальных секциях опор и мачт.

Подобные решения эффективны при загрузке существующих опор ЛЭП, они не требуют установки дополнительных поперечных рей и позволяют избежать установки дополнительных опор для организации подвесных ВОЛС.

Рисунок 9. Оптический кабель типа "8" ленточной конструкции со стальным тросом в качестве несущего элемента и профилированным сердечником.

Рисунок 10. Оптический кабель, вмонтированный в канат грозозащиты (OPGW), со свободной укладкой оптических модулей.

Волоконно-оптические кабели, навиваемые на фазный провод (WADC) или трос грозозащиты (GWWOP).

Достаточно простой является конструкция кабеля, предназначенного для навивки на фазный провод или трос грозозащиты. Как правило, эта конструкция подобна кабелям типа loose tube ADSS с той разницей, что выдвигаются гораздо меньшие требования к стойкости кабеля к усилиям на разрыв. Вследствие этого центральный силовой элемент, выполненный из стеклопластикового прутка, имеет меньший, по сравнению с самонесущими кабелями, диаметр. Дополнительный повив упрочняющих арамидных нитей отсутствует. Внутримодульное и межмодульное пространство кабеля заполняется гидрофобным компаундом.

Рисунок 11. Оптический кабель, вмонтированный в канат грозозащиты (OPGW) с профилированным сердечником.

Рисунок 12. Оптический кабель, навиваемый на канат грозозащиты (GWWOP).

Рисунок 13. Оптические кабели типа OPGW c одним оптическим модулем, расположенным в центре и во внутреннем повиве проволок троса.

Волоконно-оптические кабели, подвиваемые к фазному проводу или тросу грозозащиты (ADL)

Конструкция волоконно-оптических кабелей, предназначенных для подвивки к фазному проводу или тросу грозозащиты, подобна конструкциям кабелей, предназначенных для навивки. Различия в процессе инсталляции могут служить причиной того, что к кабелям типа ADL выдвигаются требования к устойчивости к растягивающим усилиям несколько меньшие, чем к навивным.

Многоцелевые волоконно-оптические кабели

Многоцелевой кабель, который также может использоваться как подвесной самонесущий, состоит из центрального многоволоконного модуля, внутри которого находятся пучки оптических волокон, скрепленные обмоточными нитями или лентой. В кабелях такой конструкции может быть до 96 волокон. Снаружи непосредственно на этот модуль экструдионным методом наносится полиэтиленовая оболочка, в которой диаметрально размещаются два силовых элемента для увеличения стойкости к нагрузкам на растяжение. Такой кабель достаточно легок и подходит для статически слабых опор и коротких пролетов. В зависимости от допустимой стрелы провеса возможны пролеты длиной до 50 м. В качестве силовых элементов могут применяться стальные оцинкованные проволоки. Если вместо стальных проволок в качестве силовых элементов применяется арамидная пряжа, можно использовать этот кабель в качестве полностью диэлектрического подвесного самонесущего кабеля в районах с высокой грозовой активностью.

При необходимости кабели такой конструкции могут быть проложены в грунт с использованием защитной трубки и без нее, в кабельных канализациях и коллекторах, а также использоваться для переходов через несудоходные водоемы, если такие способы инсталляции не противоречат нормативным документам (техническим условиям) на конкретный тип кабеля.

Требования к подвесным волоконно-оптическим кабелям

Требования к подвесным волоконно-оптическим кабелям определяются условиями их эксплуатации. Принимая во внимание природные условия, следует также учитывать, что кабели, подвешенные на опорах ЛЭП и контактной сети электротранспорта, находятся под воздействием мощных электромагнитных полей, и, кроме того, линии, подвешенные на опорах контактной сети железнодорожного транспорта, находятся под воздействием вибраций.

Конструкция кабеля должна обеспечивать стойкость к механическим, температурным, электромагнитным и прочим влияниям при выполнении строительно-монтажных работ и последующей эксплуатации. Значения передаточных характеристик кабеля под действием упомянутых влияний не должны выходить за установленные пределы на протяжении всего срока службы, а также должны удовлетворять требованиям стандартов ЕС, рекомендаций ITU и нормативной документации на конкретный оптический кабель.

Требования к механическим характеристикам

Базовыми механическими параметрами, в соответствии с которыми определяются условия подвеса волоконно-оптического кабеля, являются:

• допустимое усилие растяжения (Рр);
• стойкость к удару;
• стойкость к вибрациям;
• стойкость к раздавливающим усилиям.

В зависимости от типа и марки кабеля значения величины допустимого растягивающего усилия задаются в диапазоне от 4,0 до 85 кН. Для подвеса на опорах ЛЭП используются оптические кабели с допустимым усилием Рр > 80 кН.

Оптические кабели должны выдерживать однократные удары с энергией удара не менее 30 Дж.

Учитывая, что в процессе эксплуатации кабели на опорах находятся под действием вибрации,оптические кабели должны быть стойкими к вибрационным нагрузкам в диапазонах частот от 10 до 200 Гц с ускорением до 40 м/с2.

Стойкость к раздавливающим усилиям должна обеспечивать сохранение рабочих параметров кабеля по окончании процесса инсталляции, а также при обледенениях.

Требования к устойчивости к влиянию климатических факторов

Рабочий диапазон температур кабелей должен быть не менее -40...+70°С.

Необходима устойчивость кабелей к влиянию повышенной влажности воздуха до 98% при температуре +40°С.

Подвесные кабели должны быть стойкими к влиянию плесневых грибов, росы, дождя, инея, солнечного излучения (в соответствии с нормативной документацией на конкретный тип кабеля).

Требования к устойчивости к влиянию химических факторов

Учитывая, что во время эксплуатации кабели находятся под влиянием различных химических веществ, необходима устойчивость кабелей к влиянию повышенной концентрации озона, минеральных масел, паров бензина, соляного тумана.

Кабели не должны содержать веществ, которые могут нанести вред окружающей среде в процессе функционирования, а также вследствие аварийных ситуаций.

Электрические характеристики

Подвесные волоконно-оптические кабели, конструкция которых содержит металлические элементы, должны удовлетворять следующим требованиям:

• выдерживать пробное напряжение 8кВ;
• иметь сопротивление внешней полиэтиленовой оболочки не менее 2000М0м/км;
• быть стойкими к напряжению на пробой, то есть должны выдерживать напряжение 20 кВ или переменное напряжение 10 кВ частотой 5 Гц в течение 5 с;
• быть стойкими к действию импульсного тока, то есть должны выдерживать импульсный ток растекания силой 105 кА длительностью 60 мкс.

Оптические кабели, вмонтированные в грозозащитный трос, обязаны, кроме того, удовлетворять следующим требованиям:

• внешние металлические повивы проволок должны обладать низким удельным сопротивлением - от 0,11 до 0,8 Ом/км;
• внешние металлические повивы должны иметь высокую плотность тока короткого замыкания - до 25 кА в течение 1 с (величина зависит от марки кабеля);
• кабели должны обладать стойкостью к току короткого замыкания (от 18 до 332 кА в течение 1 с в зависимости от марки кабеля);
• быть стойкими к грозовому разряду (до 85 Кл).