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輕型小纜徑自承式光纜的研究與應用

■顧利國 薛夢馳 李強 黃國華 孫國芳（江蘇亨通光電股份有限公司 江蘇 吳江 215234）

摘 要全球范圍內興起的國家寬帶計劃，加速推進了光纖通信網絡的布局，隨著FTTH建設逐步向偏遠城鎮(zhèn)和農村地區(qū)滲入，如何以較低的成本敷設一張安全高效的光纖網絡，是大多數網絡運營商都在考慮的問題。輕型小纜徑自承式光纜具有外徑小、重量輕、自承式等特點，利用現有桿塔即可達到快速安裝效果，既可有效節(jié)約網絡建設成本和縮短建設周期，又可滿足接入網段布線的安全性需求。目前，輕型小纜徑自承式光纜已在國內外多個主流運營商得到應用，且運行情況良好。本文扼要概述了輕型小纜徑自承式光纜的結構、工藝要點、性能指標以及應用等。

關鍵詞：光纜、小纜徑、自承式

1 前言

隨著FTTH建設的推進，光纖網絡建設逐步由城市轉向鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農村地區(qū)，重新建設管道資源或開挖新的隧道成本非常高昂，也不利于FTTH建設的快速推進，而因歷史原因，縣市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農村的通信網絡建有大量的水泥桿和鐵塔。因此，為節(jié)約通信網絡建設成本和縮短建設周期，一種可利用現有的桿塔進行架空敷設的自承式光纜是非常符合當前通信行業(yè)快速發(fā)展需要。

2 現狀

目前市場上松套管結構的光纜主要有兩種，一種為中心管式結構，即光纜只有一個松套管，其特點是結構簡單，影響其性能的關鍵點為松套管內光纖一次余長，而松套管內光纖的一次余長受套塑工藝、材料和護套工藝等影響較大，所以工藝控制難度也大。另外一種為層絞式結構，其特點是纜芯由多個松套管絞合在加強件外圍，影響其性能的關鍵點為二次余長而非套管內光纖的一次余長。對于層絞式光纜而言，在絞合元件尺寸確定的情況下，只需控制絞合節(jié)距即可實現穩(wěn)定的二次余長，如公式1所示。[1]對于成纜設備而言，絞合節(jié)距的控制是比較容易的，而節(jié)距的穩(wěn)定可保障層絞式光纜的各項性能，因此市場上大部分室外光纜都優(yōu)先選擇此結構。

其中：

d——中心加強件直徑；

δ——松套管壁厚；

n——松套管內光纖數量

df——光纖直徑。

D——松套管直徑；

h——絞合節(jié)距;

目前市場上使用的層絞式光纜均采用1+n結構，即松套管和可能有的填充繩以S-Z絞合方式繞包在中心加強件外面，因中心加強件（鋼絲或G-FRP）具有較好的拉伸強度和彎曲強度，因此可作為光纜的主要抗拉和抗彎曲元件，如圖1中所示。但是對于8字型自承式光纜，在運行過程中主要由增強吊線承擔主要的拉伸負載，因此對8字型自承式光纜而言，纜芯內的中心加強件的抗拉功能被弱化，中心加強件的存在也增大了整個絞合纜芯的尺寸，從而使光纜的外徑變大，也增加了光纜的自重，影響了光纜的施工效率和運行安全性等。因此基于制造成本、施工效率、運行安全性等方面考慮，我們開發(fā)了一種新型的8字型自承式光纜，以滿足市場需求。

圖1 普通層絞式自承式光纜

3 產品介紹

3.1 結構

從目前縣市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農村FTTH建設時光纜需求看，在饋線段和配線段光纜芯數一般在36芯以內，針對這種情況，我們開發(fā)了輕型小纜徑8字形自承式光纜，其結構如圖2所示，舍棄中心加強件，將1+n結構改為0+n結構，即松套管和可能有的填充繩以S-Z絞合成一個纜芯，然后與增強吊線一起擠塑成一個8字形的光纜。纜芯可采用填充油膏或干式阻水紗進行阻水，為便于纜芯護套的開剝，纜芯可放置一根或兩根撕裂繩。

圖2 輕型小纜徑自承式光纜

本產品的主要特點如下:

通過0+n的絞合方式，保證光纜產品性能穩(wěn)定；

結構簡單，自重輕，施工方便；

纜徑小，增強吊線可由鋼絞線改為鋼絲，成本低。

3.2 工藝注意點

（1）成纜工序

在這個工序中，三個絞合單元（松套管和可能有的填充繩）以一定的節(jié)距按S-Z方式絞合成纜芯后，在纜芯外用扎紗固定，因為無中心加強件的支撐，這個三單元的纜芯剛性不足，因此扎紗張力的控制非常關鍵。太大的扎紗張力將使松套管被扎扁，從而出現光纖衰減偏大現象；如果扎紗張力更大一些，扎紗過程中可能出現纜芯彎折事故。太小的扎紗張力不能有效固定各個松套管，容易出現纜芯松散，結構不穩(wěn)定現象，進而影響光纜的各項性能，包括拉伸強度、壓扁性能、沖擊、溫度穩(wěn)定性，以及彎曲性能等等，因此我們需要選擇一個合適的扎紗張力，確保0+3絞合纜芯達到1+n絞合纜芯一樣的質量。

（2）護套工序

傳統(tǒng)的8字型自承式光纜，纜芯自重大，需要較高的拉伸強度保證光纜自承敷設需求，因此一般采用較粗的鋼絞線（如7×1.2mm）作為加強元件。鋼絞線有凹凸不平的螺紋狀外表，使護套料與鋼絞線良好接觸，避免了收縮或粘結不牢現象。本產品采用單根鋼絲或則非金屬增強纖維桿作為加強元件，鋼絲或非金屬纖維增強桿外表比較光滑，要使其與護套緊密粘結，不產生收縮位移現象，一種方法是在加強件表面進行涂塑處理，但是這個方式明顯會增加產品的制造成本；另外一個方法就是通過工藝和模具的改進，使擠護套時實現增強桿與聚乙烯材料的緊密結合。

3.3 關鍵技術指標

對于自承式光纜而言，光纜在服役期間光纖所受到的應力是影響其壽命的關鍵因素，因此我們根據應變與光纖壽命的關系，制定了其幾個重要張力參數[2]，具體如下：

光纜額定拉斷力（RTS）：光纜的結構設計拉斷力，是指承載截面強度之和的計算值。在型式試驗時，要求實際拉斷力不小于設計拉斷力的95%。

光纜的年平均運行張力（EDS）：在無冰無風平均氣溫的氣象條件下光纜所受的張力，并要求此張力下光纖應變不大于0.05%。該張力與額定拉斷力的關系是EDS≤25%RTS。

光纜最大允許使用張力（MAT）：是指光纜在設計氣象條件下，理論計算總負載時，光纜所允許承受的最大張力，并且要求此負載時光纖應變應不大于0.22%。根據光纖應變及使用壽命計算公式可知，在此負載下光纖壽命可超25年。該張力與額定拉斷力的關系是MAT≤40%RTS。[3]

光纜的極限運行張力Ultimate operation strength（UOS）：光纜在運行中所能承受的極限張力，并要求此張力下光纖應變應不大于0.33%。根據光纖應變及使用壽命計算公式可知，在此負載下光纖壽命可超1個月。該張力與額定拉斷力的關系是MAT≤60%RTS。[3]

3.4 光纜拉力的計算

當光纜受到拉伸時，其光纜的拉伸應變計算如公式（2）所示。

式中：

F——光纜受到的拉伸力

E——光纜各構件的彈性模量

S——光纜各構件的截面積

ε——光纜受拉伸時的應變

對于層絞式光纜而言，光纜在進行張力設計驗算時，其拉伸應變由三部分組成，即：松套管的一次余長、二次余長和此張力下光纖的允許應變。一次余長通常在成纜過程中基本被吃掉，可忽略。對于普通層絞式光纜而言，二次余長可通過公式（1）計算獲得，而輕型小纜徑自承式光纜因無中心加強件，所以不能用公式（1）計算二次余長，需要根據其結構特點及絞合元件尺寸等重新驗算，經推導得到其二次余長的計算如公式3所示。

從公式（3）我們可以發(fā)現，輕型小纜徑自承式光纜的二次余長主要與套管尺寸和絞合節(jié)距有關，因此其二次余長的控制更加方便。

設計光纜時通常保證光纖應變ε1小于光纜應變ε。

注：增加上面一行字，這樣就把公式2和公式3的邏輯關系說明白了。

公式3是引用的，還是自己推導的，前者的話宜給出引用的參考文獻，后者的話，宜給出推導的思路（大致說明在公式1基礎上，采取了哪些處理原則而得到公式3）

4 產品設計與應用

4.1 產品設計

自承式光纜的一個特點就其拉伸性能需根據使用環(huán)境進行設計，如檔距、氣象條件和安裝弧垂等。對于借助市話電信桿塔進行自承敷設的光纜，則通信桿塔之間的檔距一般在100m以內。例如在湖南省某電信公司FTTH建設時接入至農村的饋線纜，它的最大跨距不超過80m；當地最惡劣的氣象環(huán)境是5mm的覆冰或30m/s的風速；另外，考慮水泥桿對地安全距離，我們設計了一款GYTC8Y-36B1的產品，其主要參數如表1所示。

表1 光纜的主要結構參數

光纜經設計后進行產品的生產，其實物如圖3所示。

圖3 產品實物圖

4.2 產品性能

對于輕型小纜徑自承式光纜而言，產品經設計和生產完后，我們必須對其性能進行嚴格的認證，以保證其在安裝和后期使用時不出現質量問題。經檢測，產品的主要性能如表2所示。

表2 光纜主要性能測試情況

表2的指標是運營商的通常要求，還是企業(yè)自己的規(guī)范，最好大致描述一下 。

4.3 產品應用

本產品是自承敷設在現有桿塔上的，所以必須要有配套的金具將光纜懸掛在水泥桿塔上。因為輕型小纜徑自承式光纜是8字型結構，所以他的懸垂金具和耐張金具與電力系統(tǒng)中圓形的ADSS使用的金具有所不同，圖4是光纜及其金具安裝圖。

圖4 光纜安裝圖

5 總結

我們開發(fā)的輕型小纜徑自承式光纜，它采用了8字型結構設計，纜芯絞合單元采用0+3結構，即舍棄了與光纜拉伸性能關聯不大的中心加強件，使整個光纜尺寸變小，自重變輕，大大降低光纜的制造成本。同時，我們也通過產品檢測，發(fā)現他的傳輸性能、機械性能和環(huán)境性能是比較優(yōu)秀的。目前該款產品在中國三大電信運營商、東南亞地區(qū)、歐洲、南美等均有客戶應用，基于科學合理的拉伸性能設計，保證了產品的安全可靠和正常的使用壽命。我們相信，隨著各國FTTH向鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農村推進，在光進銅退過程中，利用原先桿塔自承敷設的輕型小纜徑自承式光纜的市場將更加廣闊。

6 參考文獻

(1)鄒林森,光纖與光纜,武漢工業(yè)大學出版社；

(2)中華人民共和國通信行業(yè)標準,YD/T 1999-2009《微型自承式通信用室外光纜》；

(3)陳炳炎，光纖光纜的設計與制造,浙江大學出版社。

Doi:10.3969/j.issn.1673-5137.2016.01.003