Применение оптических кабелей для передачи информации выдвигает требования к их эксплуатации в широком интервале температур, в том числе при отрицательных температурах. В Сибири, с учЈтом лучистого нагрева кабеля летом и зимних морозов, интервал температур лежит в пределах от –50⁰С до +50⁰С. Это, в свою очередь, накладывает жесткие требования на конструктивное исполнение оптического кабеля (ОК). В зависимости от варианта прокладки ОК (подвесной, навивной, подземный) его конструкция должна обеспечивать не только надЈжную защиту ОВ, но и удовлетворять всем требованиям безопасности и надЈжности, предписанным данным типам кабеля. По этой причине современные ОК представляют собой достаточно сложные конструкции, компоненты которых по-разному реагируют на изменение условий эксплуатации.

Основной проблемой при эксплуатации ОК является различие в коэффициентах линейного расширения компонентов кабеля. В частности для ОК AFL (оптический кабель, встроенный в грозотрос типа ОКГТ), используемого в Иркутской области и за еЈ пределами АОЭиЭ “Иркутскэнерго”, коэффициенты линейного расширения компонентов кабеля таковы:

Металлическая часть ~

Оптические волокна ~

Полимерные материалы ~

К настоящему времени имеется опыт эксплуатации трЈх типов ОК, это: ОКГТ фирмы Alkoa Fujikura LTD, Диэлектрический подземный кабель фирмы Fujikura, Самонесущий ОК производства фирмы “ОПТЕН”, схемы которых представлены на рисунках. Основное отличие оптоволоконной части этих кабелей заключается в укладке ОВ в модуле. В ОК фирм Fujikura и ОПТЕН оптические волокна располагаются свободно в модуле, заполненном гидрофобным гелем, тем самым они защищены от поперечных механических нагрузок со стороны оболочки модуля. В кабеле AFL использован принцип наиболее жЈсткой, по сравнению с другими кабелями, укладки. ОВ в этом кабеле навиты на стеклопластиковый армирующий элемент и обжаты сверху эпоксидным составом поверх которого нанесена полимерная оболочка. Подобная конструкция кабеля обладает достаточной жЈсткостью и при деформации оболочки ОВ испытывает сдавливание. ВсЈ это, в свою очередь, сказывается на эксплуатационных параметрах кабеля. Так ОК, бывший в эксплуатации два года, после снятия уже не соответствовал паспортным данным: среднее увеличение затухания составило 0,05 Дб/км.

возникает вследствие приложения к ОВ термомеханических воздействий в процессе изготовления жгутов и покрытия их защитной оболочкой. При этом создаются внутренние напряжения. вызывается микроизгибами ОВ. Механизм их влияния на затухание связан с рассеянием энергии на излучение и с появлением локальных микротрещин. - следствие нарушения прямолинейности ОВ: повива, скрутки, а также нерегулярных макроизгибов, вызванных случайным отклонением от прямолинейности, например, при прокладки кабеля. - результат скрутки ОВ относительно его оси, приводящей, в свою очередь, к появлению осевых напряжений скручивания. возникает вследствие неравномерности покрытия ОВ и температурных воздействий на волокно и на конструктивные элементы ОК, приводящие в случае жЈсткой связи (укладки) волокна с защитной оболочкой к локальным напряжениям в ОВ. Затухание этого вида может существенно проявиться при значительных изменениях температуры окружающей среды в процессе хранения или эксплуатации ОК. - следствие потерь в защитной оболочке ОВ, которые, в свою очередь, обязаны “туннельному эффекту” и различным неоднородностям, обусловливающим рассеяния энергии излучения.

Из изложенного следует, что дополнительные потери определяются в основном процессами рассеяния энергии на неоднородностях, возникающих вследствие перечисленных влияний, и частично увеличением потерь на поглощение энергии.

Современные технологии изготовления и контроля ОК позволяют минимизировать большинство из перечисленных причин затухания в ОК, однако актуальной остаЈтся проблема влияния сезонного (циклического) температурного воздействия на ОК. Суть проблемы в том, что, для ОКГТ, в результате охлаждения кабеля, вследствие разности в коэффициентах термического расширения металла и ОВ (), происходит продольное сжатие металлической части кабеля (для технологической длины 4,5 км сжатие составляет ~ 3 м), которое может приводить к выдавливанию жгута оптических модулей в соединительные муфты (единичные случаи этого явления уже зафиксированы), однако в большинстве случаев силы трения в местах спуска кабеля с опоры (рис.3) удерживают его внутри. Предположительно расположение жгута ОВ в кабеле имеет форму спирали.

Для примера приведЈм изменение стрелы провеса кабеля в зависимости от температуры окружающей среды для ОКГТ AFL и ОКСНД ОПТЕН.

Исследования фирмы AFL показали, что качественные характеристики “обратной усадки” при экстремальных величинах температурных колебаний слишком изменчивы. Как следует из их доклада в то время как одни модули испытывали значительную усадку, другие практически ничего не испытывали (см. рис.4). Средняя величина выхода волокон по результатам испытаний составила 2 % длины трубки внутри муфты, хотя такая нормировка не совсем понятна. Но опыт показывает, что на стенде воспроизвести реальные условия эксплуатации практически невозможно и реальные цифры превышают экспериментальные. На данный момент мы имеем примеры подобных выдавливаний в ОК AFL, которые достигали 5 см и есть предположения, что этот процесс будет продолжаться.

Наиболее простым и надЈжным методом устранения подобных деформаций ОВ является расположение его в свободной оболочке, выбрав сечение модуля таким образом, чтобы при сокращении кабеля не образовывалось микроизгибов (, где- стрела микроизгиба, d – диаметр ОВ) и не происходило сдавливания ОВ между собой и элементами модуля.

Данные испытаний ОКГТ. Alcoa Fujikura Ltd. 1999 г.