Волоконно-оптический навивной кабель связи и его характеристики (оптоволокно с низкой стоимостью производства - ценой за метр)

Полезная модель относится к конструкциям подвесных волоконно-оптических кабелей связи, в частности, предназначенных для подвеса навивкой на несущий элемент при создании воздушных сетей FTTH. Предложена конструкция навивного волоконно-оптического кабеля с миниатюрными поперечными размерами Фиг. 3, применение которого приводит к снижению материальных и временных затрат при строительстве и обслуживании воздушных сетей FTTH. Навивной волоконно-оптический кабель, материалы и конструкция которого позволяют применять его в уличных условиях, содержащий по меньшей мере одно телекоммуникационное оптическое волокно и пластиковую оболочку, отличается тем, что содержит один продольный жесткий силовой элемент, препятствующий сжатию и изгибу, один оптический модуль, охватывающий все оптические волокна кабеля, продольные гибкие силовые элементы, препятствующие растяжению, в виде по меньшей мере одной нити, имеет поперечные размеры, ограниченные величиной 5 мм, а также может быть полностью диэлектрическим.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к волоконно-оптическим кабелям связи, а именно, к конструкциям подвесных волоконно-оптических кабелей связи, в частности, предназначенных для подвеса навивкой на несущий элемент при создании воздушных сетей FTTH (оптическое волокно заводится в дом к абоненту).

Уровень техники

Главной составляющей частью сетей FTTH, влияющей на стоимость подключения абонентов, является кабельная система. Воздушная кабельная система намного более экономична, чем подземная. При строительстве воздушных сетей FTTH в районах малоэтажной застройки распределительные и абонентские волоконно-оптические кабели подвешиваются в пролетах между опорами воздушной телекоммуникационной линии связи, и/или опорами воздушной линии электропередач (ВЛ), и/или столбами наружного освещения, и/или опорами контактной сети, и/или между зданиями и/или сооружениями. Ввиду необходимости подвеса относительно большого количества кабелей FTTH в пролетах, с одной стороны, и ограниченности пространства для подвеса на существующей инфраструктуре, с другой, требуется применять кабельную систему с возможностью компактного подвеса. Для эффективности подвесной кабельной системы также требуется, чтобы подвесные кабели сети FTTH имели возможность ввода в здание и прокладки вдоль внутренних стен, под плинтусами, в коробах, кабельных каналах и т.д., допускали малые радиусы изгибов без роста затухания оптического сигнала в волокне, а также имели техническую возможность оконцовки стандартными оптическими разъемами с установкой непосредственно на кабель. Важным фактором являются малые поперечные размеры кабелей, в частности для снижения материалоемкости кабелей, уменьшения габаритов бухт технологического запаса, простоты проводки внутри помещений и для упрощения оконцовки стандартными оптическими разъемами. Для подвеса волоконно-оптических кабелей сети FTTH на опорах воздушной линии электропередач требуется выполнение правил устройства электроустановок, которые, в частности, требуют, чтобы волоконно-оптические кабели были диэлектрическими. При открытой прокладке волоконно-оптических кабелей внутри помещений может потребоваться, чтобы оболочка кабеля производила мало дыма при нагревании и не содержала галогенов. Присоединение оптических разъемов к концам одноволоконного кабеля, предназначенного для подключения абонента сети FTTH, существенно упрощается, если в кабеле имеются гибкие силовые элементы, например, арамидные нити. Важным является совместимость конструкции кабеля со стандартными кабельными зажимами, в частности, с клиновыми зажимами, существенно упрощающими подвес кабеля и установку величины его провиса.

Из уровня техники известна конструкция волоконно-оптического подвесного кабеля, предлагаемого, в частности, для участка подключения абонентов сети FTTH (дроп-кабеля), который содержит два жестких силовых элемента, расположенных по обе стороны от одного или нескольких оптических волокон, и имеет дополнительный вынесенный силовой элемент, используемый для подвеса кабеля на опорах (патент США No.6,728,455 от 27.04.2004, Fujikura Ltd.). Кабель имеет малые поперечные размеры и прост в производстве. Для его подвеса применяются зажимы упрощенной конструкции. Кабель легко разделывается. Недостатком такой конструкции является то, что вынесенный силовой элемент либо выполнен в виде стальной проволоки, что делает кабель недиэлектрическим, либо недостаточно прочен для подвеса в пролетах типовых длин, например, между опорами ВЛ. Конструкция кабеля не допускает применение его в широком температурном диапазоне, в частности, кабель может оказаться неприменим в климатических зонах с температурным минимумом минус 40°C и ниже.

Другая конструкция волоконно-оптического подвесного кабеля содержит один диэлектрический жесткий силовой элемент и один оптический модуль, содержащий оптические волокна (патент США No.6,928,217 от 09.08.2005, Corning Cable Systems LLC). Конструкция кабеля упрощает его производство. Недостатком этой конструкции является то, что для обеспечения необходимой длины свободного подвеса требуется силовой элемент такой прочности, которая достигается при больших поперечных размерах силового элемента, что приводит к увеличению поперечных размеров кабели и к уменьшению его гибкости. Это, в частности, затрудняет прокладку кабеля внутри помещений и создает сложности при оконцовке кабеля стандартными оптическими разъемами.

Аналогичные недостатки вышеуказанной конструкции имеет конструкция волоконно-оптического плоского кабеля с двумя жесткими силовыми элементами и одним оптическим модулем между ними (патент США No.6,542,674 от 01.04.2003, Corning Cable Systems LLC), но эта конструкция имеет лучшую гибкость в одном из направлений. Кроме того, если силовые элементы имеют поперечный размер близкий к диаметру или больше диаметра оптического модуля, то они защищают его от воздействия раздавливающей силы перпендикулярно плоскости кабеля. Это дает возможность применять при его свободном подвесе клиновые зажимы, в которые кабель вкладывается полностью в месте закрепления.

Из уровня техники известны способы подвеса волоконно-оптических кабелей на несущий элемент, в частности, волоконно-оптические кабели могут навиваться на несущий элемент, в роли которого выступает провод или трос (патент США No.4,715.582 от 29.12.1987, Furukawa Electric Co.). При этом требования на допустимое растяжение навивных волоконно-оптических кабелей существенно снижаются, но одновременно повышаются требования на их гибкость, а также на малость их погонного веса и поперечных размеров.

Конструкция, в которой волоконно-оптический кабель имеет два жестких силовых элемента, работающих на растяжение, сжатие и изгиб, гибкие силовые элементы, работающие на растяжение совместно с жесткими, и один оптический модуль (патент США No.8,355,613 от 15.01.2013, OFS Fitel, LLC), позволяет увеличить значение допустимого растяжения и одновременно увеличить гибкость кабеля. В кабеле может быть применен оптический модуль со свободной укладкой волокон. Жесткие силовые элементы обеспечивают работу кабеля в заданном диапазоне температур, обеспечивая применение в различных климатических зонах. Наличие гибкого силового элемента позволяет уменьшить поперечные размеры кабеля при сохранении возможности свободного подвеса и это позволяет иметь бухты технологического запаса малых размеров, облегчает прокладку внутри помещений, дает возможность непосредственно оконцовывать кабель стандартными оптическими разъемами. Кабель является диэлектрическим, может не содержать галогенов и выделять мало дыма при нагревании. Кабель такой конструкции можно подвешивать путем навивки на несущий элемент. Недостатком этой конструкции является избыточная сложность из-за того, что жестких элементов не один, а два. Другим недостатком конструкции с двумя жесткими элементами является то, что для обеспечения гибкости требуется, чтобы жесткие силовые элементы имели небольшие поперечные размеры, а это не позволяет им защищать оптический модуль от раздавливания. Данное техническое решение является наиболее близким из числа известных к предлагаемой полезной модели по совокупности признаков.

Раскрытие полезной модели

Поставленная задача состояла в разработке конструкции экономичного волоконно-оптического кабеля для основного применения в качестве подвесного навивного кабеля для воздушных сетей FTTH, но этим применением не ограниченного. Кабель должен характеризоваться малыми поперечными размерами, достаточной для свободной подвески прочностью на растяжение, стойкостью к продольным и поперечным нагрузкам, гибкостью и стойкостью к перегибам, способностью функционировать в уличных условиях в широком диапазоне температур, иметь возможность прокладки внутри помещений, быть диэлектрическим, быть удобным для его оконцовки стандартными оптическими разъемами и быть совместимым с широко применяемыми клиновыми зажимами в случае свободой подвески.

Технический результат полезной модели состоит в получении конструкции навивного волоконно-оптического кабеля с миниатюрными поперечными размерами, применение которого приводит к снижению затрат материалов и временных затрат при строительстве и обслуживании воздушных сетей FTTH.

Технический результат достигается тем, что волоконно-оптический кабель навивной, материалы и конструкция которого позволяют применять его в уличных условиях, содержащий по меньшей мере одно оптическое волокно, предназначенное для передачи информации, и пластиковую оболочку, отличается тем, что содержит один продольный жесткий силовой элемент, препятствующий сжатию и изгибу, один оптический модуль, охватывающий все оптические волокна кабеля, продольные гибкие силовые элементы, препятствующие растяжению, в виде по меньшей мере одной нити, не содержит металлических и иных токопроводящих компонентов и имеет поперечные размеры, ограниченные величиной 5 мм (далее Навивной ОК).

Такая конструкция дает возможность изготавливать миниатюрные диэлектрические оптоволоконные кабели для подвеса их путем навивки специальным навивочным устройством на кабель, провод или трос, расположенный на существующей инфраструктуре воздушных линий электропередач, воздушных телефонных и телекоммуникационных линий и т.п., что ускоряет и удешевляет строительство воздушных сетей FTTH.

В одном из вариантов реализации полезной модели Навивного ОК в качестве единственного жесткого диэлектрического силового элемента применен стеклопруток (пластиковый пруток, армированный стекловолокнами). Еще в одном из вариантов реализации полезной модели в качестве единственного жесткого диэлектрического силового элемента применен арамидный пруток (пластиковый пруток, армированный арамидными волокнами). Жесткий силовой элемент противодействует продольному сжатию кабеля при охлаждении, ограничивает радиус изгиба и противодействует растяжению кабеля при его натяжении или при нагревании. В частности, жесткий силовой элемент и конструкция кабеля допускают применение кабеля в широком температурном диапазоне, например, кабель может применяться в климатических зонах с температурным минимумом минус 40°C и ниже.

Еще в одном из вариантов реализации полезной модели в качестве гибких силовых элементов применена по меньшей мере одна нить, содержащая стекловолокна (стеклонить). Еще в одном из вариантов реализации полезной модели в качестве гибких силовых элементов применена по меньшей мере одна нить, содержащая арамидные волокна (арамидная нить). Гибкие силовые элементы в дополнение к жесткому противодействуют растяжению кабеля при его растяжении или при нагреве, что позволяет при той же максимальной допустимой растягивающей нагрузке иметь жесткий силовой элемент с меньшей площадью сечения по сравнению с площадью сечения жесткого силового элемента в кабеле, в котором есть только жесткий силовой элемент и нет гибких. Меньшие поперечные размеры жесткого силового элемента дают большую гибкость кабеля, что важно при применении кабеля в качестве навивного. Гибкий силовой элемент, жесткий силовой элемент и конструкция кабеля определяют его максимальную допустимую растягивающую нагрузку, которая должна соответствовать общепринятым требованиям к волоконно-оптическим кабелям связи. Например, для свободного подвеса в типовых пролетах от опор до домов может потребоваться, чтобы максимальная допустимая растягивающая нагрузка превышала величину 0,3 кН. Это, в частности, определяется районом использования и максимальной длиной пролета, в котором кабель предполагается подвешивать свободно (не прикрепляя к несущему элементу). Гибкий силовой элемент, если он обладает достаточной прочностью, может использоваться при разделке кабеля для разрыва оболочки и/или для закрепления на концах кабеля оптических разъемов.

Еще в одном из вариантов реализации полезной модели кабель содержит по меньшей мере одну водоблокирующую нить. Гидрофильные компоненты водоблокирующей нити при попадании воды внутрь кабеля из-за нарушения целостности наружной оболочки увеличиваются в объеме в несколько раз и препятствуют продольному распространению воды в кабеле, в частности, вдоль нитей гибких силовых элементов.

Еще в одном из вариантов реализации полезной модели в кабеле применены одномодовые телекоммуникационные волокна, малочувствительные к изгибу. Это, в частности, дает возможность заводить кабель в помещение абонента сети FTTH и прокладывать его по помещению, соблюдая менее жесткие требования на радиусы изгибов, чем для кабеля со стандартными волокнами.

Еще в одном из вариантов реализации полезной модели, оптический модуль выполнен в виде трубки со свободной укладкой волокон в нем. Такой модуль позволяет обеспечить работу кабеля, содержащего одно или несколько оптических волокон в широком температурном диапазоне.

Еще в одном из вариантов реализации полезной модели, в случае если кабель содержит одно волокно, оптический модуль выполнен в виде оболочки, плотно охватывающей волокно и имеющей внешний диаметр 900 мкм. Это, в частности, облегчает оконцовку кабеля стандартными оптическими разъемами.

Еще в одном из вариантов реализации полезной модели оболочка кабеля состоит из пластика, выделяющего мало дыма при нагревании, и не содержит галогенов. Это, в частности, дает возможность прокладывать кабель внутри помещений открытым способом, не нарушая общепринятые правила пожарной безопасности.

Еще в одном из вариантов реализации полезной модели жесткий силовой элемент и оптический модуль расположены параллельно и имеют продольную линию касания. В этом случае достигается наиболее компактная укладка компонентов кабеля.

Еще в одном из вариантов реализации полезной модели оптический модуль имеет круглое поперечное сечение, а поперечный размер жесткого силового элемента по оси, перпендикулярной плоскости, проходящей через центральные линии оптического модуля и жесткого силового элемента больше или приблизительно равен диаметру оптического модуля. При этом силовой элемент дополнительно защищает оптический модуль от раздавливания, например, если для свободного подвеса кабеля применяются клиновые зажимы, полностью охватывающие кабель в месте закрепления.

Еще в одном из вариантов реализации полезной модели кабель имеет сечение близкое к прямоугольному, что более удобно для применения клиновых зажимов и сматывания кабеля в плотные бухты с рядной раскладкой.

Краткое описание чертежей

фиг. 1 - Поперечное сечение Навивного ОК с оптическим модулем со свободной укладкой оптических волокон, для которого диаметр модуля превышает диаметр жесткого силового элемента (Вариант 1);

фиг. 2 - Поперечное сечение Навивного ОК с оптическим модулем диаметром 900 мкм с плотным охватом одного оптического волокна оболочкой модуля, для которого диаметр жесткого силового элемента превышает диаметр модуля (Вариант 2);

фиг. 3 - Поперечное сечение Навивного ОК с оптическим модулем со свободной укладкой оптических волокон, для которого диаметр модуля приблизительно равен диаметру жесткого силового элемента. (Вариант 3).

На рисунках:

1 - внешняя оболочка кабеля;

2 - жесткий силовой элемент;

3 - нити гибких силовых элементов, содержащие стекловолокна или арамидные волокна;

4 - оболочка оптического модуля со свободной укладкой волокон;

5 - оптические волокна диаметром 250 мкм;

6 - оболочка модуля с внешним диаметром 900 мкм с плотным охватом одного оптического волокна;

7 - гидрофобный гель, заполняющий модуль.

Осуществление полезной модели

Основным приложением Навивного ОК является строительство воздушных сетей FTTH для районов частной жилой застройки, в том числе в коттеджных и дачных поселках. Такие сети обычно состоят из магистральной части, распределительной части и абонентских отводов. Навивной ОК используется в распределительной части и для абонентских отводов.

В распределительной части сети FTTH Навивной ОК применяют для подсоединения муфт подключения абонентов (дроп-муфт) к распределительному шкафу. В этом варианте использования Навивной ОК содержит от четырех до восьми одномодовых оптических волокон. Навивные ОК подвешивают навивкой с помощью специального устройства к самонесущему волоконно-оптическому кабелю или тросу, образуя плотный жгут.

При использовании в качестве абонентского отвода сети FTTH Навивной ОК содержит от одного до четырех одномодовых оптических волокон. В этом случае Навивной ОК подвешивают навивкой от распределительного шкафа или дроп-муфты до опоры, расположенной в окрестности дома абонента. От этой опоры до дома абонента абонентский отвод можно подвешивать как самонесущий кабель или навивать на трос, или затягивать в защитную полиэтиленовую трубу, уложенную в грунт.

Варианты реализации Навивного ОК (далее Варианты ), показанные на Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3, как примеры, но ими не ограничивающиеся, следующие.

Для Варианта 1, схематично показанного на Фиг. 1, в качестве жесткого силового элемента используется стеклопруток 2 круглого сечения диаметром 1 мм. В качестве гибких силовых элементов используются четыре арамидные нити 3 плотностью 1600 дтекс, разложенные по разные стороны линии касания стеклопрутка и оптического модуля 4. Модуль представляет собой трубку из полибутилентерефталата (ПБТ) с внешним диаметром 1,6 мм и с внутренним диаметром 1 мм. В модуль свободно укладывается от одного до восьми оптических волокон 5 диаметром 250 мкм. Модуль заполняется гидрофобным гелем 7. Кабель имеет поперечные размеры 2,5 мм на 3,5 мм.

Для Варианта 2, схематично показанного на Фиг. 2, модуль 6 с внешним диаметром оболочки 900 мкм плотно охватывает одно оптическое волокно 5, при этом кабель имеет поперечные размеры 2 мм на 3 мм.

Кабель Варианта 1 имеет рабочий диапазон температур не хуже чем от минус 40°С до плюс 70°С, а кабель Варианта 2 не хуже, чем от минус 20°С до плюс 70°С. Максимальная допустимая растягивающая нагрузка в обоих вариантах превышает 0,35 кН. Оболочка кабеля 1 Вариантов 1 и 2 может быть выполнена из полиэтилена средней или высокой плотности, обеспечивая его применение в уличных условиях. Другой вариант оболочки - пластик LSZH (малодымный, не содержащий галогенов), стабилизированный для противодействия ультрафиолетовому излучению. В отдельных случаях реализации Вариантов 1 и 2 применены оптические волокна стандарта G.657A1, который допускает изгиб кабеля с радиусом 10 мм и более. В других случаях реализации Вариантов 1 и 2 применены оптические волокна стандарта G.657A2, который допускает изгиб кабеля с радиусом 7 мм и более. Меньший радиус изгиба не допускает стеклопруток.

Для Варианта 1 бухта кабеля длиной 100 м имеет, в частности, следующие размеры: диаметр 210 мм, ширина 35 мм и вес 930 г, а для Варианта 2-185 мм, 35 мм и 670 г соответственно. Такие размеры и вес позволяют использовать для обоих вариантов кабеля небольшое навивочное устройство, легко устанавливаемое вручную на несущий кабель или трос, на который осуществляется навивка.

Для кабеля Варианта 1 следует применять кольцевые зажимы при его свободном подвесе, представляющие собой контейнер в виде двух вложенных цилиндров, между которыми наматывается от трех до пяти витков кабеля, которые самозатягиваются при натяжении.

В Варианте 2 диаметр стеклопрутка больше диаметра оптического модуля, и при свободном подвесе кабеля могут быть применены клиновые зажимы, которые состоят из корпуса и клина, между которыми зажимается кабель. Кабель втягивает клин в корпус при натяжении и тем самым еще сильнее удерживается зажимом.

Вариант 3. схематично показанный на Фиг. 3, аналогичен Варианту 1, но внешний диаметр оптического модуля 4 равен 1,1 мм. При этом поперечные размеры кабеля составляют 2 мм на 3 мм, а вес - 6,6 кг/км. Такой кабель содержит от одного до четырех свободно уложенных оптических волокон 5 диаметром 250 мкм и имеет рабочий диапазон температур не хуже чем от минус 40°C до плюс 70°C. В этом кабеле диаметры стеклопрутка 2 и оптического модуля 4 имеют близкие значения и для его свободного подвеса можно применять клиновые зажимы. Во всех трех вариантах арамидные нити 3 можно использовать для разрыва оболочки при разделке конца кабеля.

Кабели Вариантов 1 и 3 применяют в качестве распределительных кабелей сети FTTH и в качестве кабелей абонентского подключения (дроп-кабелей). Кабель Варианта 2 применяют в качестве дроп-кабеля. Кабели всех трех вариантов допускают оконцовку стандартными оптическими разъемами с установкой непосредственно на кабель, если в Вариантах 1 и 3 они содержат одно волокно.

1. Волоконно-оптический кабель навивной, материалы и конструкция которого позволяют применять его в уличных условиях, содержащий по меньшей мере одно оптическое волокно, предназначенное для передачи информации, и пластиковую оболочку, отличающийся тем, что содержит один продольный жесткий силовой элемент, препятствующий сжатию и изгибу, один оптический модуль, охватывающий все оптические волокна кабеля, продольные гибкие силовые элементы, препятствующие растяжению, в виде по меньшей мере одной нити, не содержит металлических и иных токопроводящих компонентов и имеет поперечные размеры, ограниченные величиной 5 мм.

2. Волоконно-оптический кабель навивной по п.1, отличающийся тем, что в качестве жесткого силового элемента применен стеклопруток (пластиковый пруток, армированный стекловолокнами).

3. Волоконно-оптический кабель навивной по п.1, отличающийся тем, что в качестве жесткого силового элемента применен арамидный пруток (пластиковый пруток, армированный арамидными волокнами).

4. Волоконно-оптический кабель навивной по п.1, отличающийся тем, что в качестве гибких силовых элементов применена по меньшей мере одна нить, содержащая стекловолокна (стеклонить).

5. Волоконно-оптический кабель навивной по п.1, отличающийся тем, что в качестве гибких силовых элементов применена по меньшей мере одна нить, содержащая арамидные волокна (арамидная нить).

6. Волоконно-оптический кабель навивной по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну водоблокирующую нить.

7. Волоконно-оптический кабель навивной по п.1, отличающийся тем, что в качестве оптических волокон применены малочувствительные к изгибу одномодовые телекоммуникационные оптические волокна.

8. Волоконно-оптический кабель навивной по п.1, отличающийся тем, что в качестве оптического модуля используется модуль со свободной укладкой одного или нескольких оптических волокон.

9. Волоконно-оптический кабель навивной по п.1, отличающийся тем, что в качестве оптического модуля используется модуль с плотным охватом одного оптического волокна оболочкой модуля.

10. Волоконно-оптический кабель навивной по п.1, отличающийся тем, что пластиковая оболочка состоит из пластика, выделяющего мало дыма при нагревании, и не содержит галогенов.

11. Волоконно-оптический кабель навивной по п.1, отличающийся тем, что жесткий силовой элемент и оптический модуль расположены параллельно и имеют продольную линию касания.

12. Волоконно-оптический кабель навивной по п.1, отличающийся тем, что оптический модуль имеет круглое поперечное сечение, а поперечный размер жесткого силового элемента по оси, перпендикулярной плоскости, проходящей через центральные линии оптического модуля и жесткого силового элемента, больше или приблизительно равен диаметру оптического модуля.

13. Волоконно-оптический кабель навивной по п.1, отличающийся тем, что он имеет сечение, близкое к прямоугольному.