Что такое оптоволоконный кабель и где его применяют. Оптоволоконные кабели - устройство, виды и характеристики Краткий техпроцесс сварки оптоволокна

Волоконно-оптическая система работает путем передачи световых импульсов, генерируемых световым излучателем, расположенным на одном конце волокна. Эта система представляет собой структуру, состоящую из прозрачного, центрально расположенного сердечника из кварцевого стекла, окруженного оболочкой и специальным защитным покрытием.

Ниже вы узнаете какие функции выполняет волоконно-оптический кабель, детально рассмотрим преимущества оптоволокна, узнаем на какие виды он разделяется.

Оптическое волокно — строительство

Использование подходящих материалов в качестве сердечника и оболочки оптоволоконного кабеля, имеющих различные коэффициенты преломления, приводит к тому, что луч света движется только в ядре. Материал сердцевины имеет более высокий показатель преломления, и, таким образом, происходит полное внутреннее отражение света от оболочки до сердечника. Защитное покрытие изготовлено из термопластичных материалов для защиты оболочки. Различаются одномодовые и многомодовые волокна: в линиях электропередачи используются только одномодовые волокна, благодаря значительному снижению затухания, что важно для длинных линий.

Задачи

Основной целью использования волоконно-оптических кабелей в электроэнергетике является обеспечение связи между силовыми подстанциями. Это связано с использованием современной автоматизации для защиты линий электропередач от воздействия короткого замыкания. Защитная автоматика расположена на каждой электростанции, и для обеспечения ее нормальной работы требуется быстрое соединение между станциями. Высоковольтные воздушные линии электропередачи (110 кВ) и сверхвысокого напряжения (220 и 400 кВ) имеют значительную протяженность. Использование большего количества оптоволокна в линиях электропередачи, дает возможность аренды оптоволоконных линий другим операторам. Это позволяет создать глобальную волоконно-оптическую сеть, предназначенную для коммерческого использования (Интернет, телекоммуникации, мультимедиа и т.д.).

На видео: Как работает оптоволокно?

Преимущества, виды и типы оптического волокна

Интенсивный рост использования волоконно-оптических кабелей в мире продолжается уже более 40 лет. Это связано со многими преимуществами волоконной оптики. Наиболее важными являются: очень высокая пропускная способность одного волокна, низкое затухание сигнала даже на очень больших расстояниях, малые размеры и небольшой вес, полная устойчивость к радиопомехам и электромагнитному полю. Из-за актуальных экологических проблем, важной особенностью волокон является отсутствие какого-либо воздействия на окружающую среду, что очень важно при проектировании оптоволоконных линий. Эти соединения в значительной степени надежны, просты в использовании, обеспечивают безопасность на рабочем месте и значительную эффективность, поэтому они становятся все более популярными.

Типы проводов с оптическими волокнами в линиях электропередач

Волоконно-оптические кабели производятся в виде пучков, содержащих от десятка до нескольких сотен волокон в одном пучке. Кабели с оптоволоконными кабелями могут использоваться в силовых линиях в качестве: фазные проводники (под напряжением) или молниеотводы (заземляющие потенциальные проводники) и самонесущие диэлектрические (дополнительные кабели в линии, содержащей только волоконно-оптические кабели). Существует несколько типов проводников, связанных с оптическими волокнами.
OPGW (Optical Ground Wire — оптический провод заземления) — молниеотводы, обычно используемые в воздушных линиях электропередачи напряжением 110 кВ.

С точки зрения конструкции, различают два типа проводов:

провода, состоящие из одной центральной трубки (из алюминиевой или нержавеющей стали), содержащей оптические волокна, и наружный слой из алюминиевых сплавов,
шланги с раструбом из нержавеющей стали, они состоят из нескольких стальных проволок, образующих жилы и наружного слоя из алюминиевых сплавов. Оптические волокна помещаются в специальную трубку из нержавеющей стали и являются сердцевиной кабеля.

Наиболее важными преимуществами этих кабелей являются следующие:

возможность применения в существующих линиях (в место обычных из стали и алюминиевых проводов типа AFL), в большинстве случаев без необходимости усиления конструкции колонны,
простой монтаж, с использованием существующего кабеля,
надежность и долговечность.

— оптоволоконные кабели без металлических элементов. Они сделаны из центрально расположенного сердечника FRP в форме стержня, окруженного несколькими трубками, содержащими оптические волокна.
Между внутренней и внешней оболочкой кабеля находятся очень прочные арамидные волокна, которые придают кабелям ADSS соответствующую механическую прочность.

Кабели ADSS характеризуются небольшим увеличением провисания. При выборе точки крепления кабелей ADSS, необходимо также учитывать распределение напряженности электрического поля между фазовыми проводами, так как в случае дождя или высокой влажности воздуха, наружная оболочка подвергается микроразрядам. Размещение проводов в зоне с слишком большим электрическим полем, приводит к быстрому разрушению их оболочки. Решением этой проблемы является использование полупроводниковых кабелей, которые из-за высокой напряженности электромагнитного поля обычно используются в линиях напряжением не более 110 кВ. При более высоком напряжении используются специальные кабели, изготовленные из материалов, устойчивых к воздействию электрического поля. При проектировании подвески кабелей ADSS на существующих линиях электропередач, необходимо учитывать дополнительное напряжение, воздействующее на несущие конструкции, и создать соответствующие усиления.

MASS (Metallic Aerial Self Supporting ) — самонесущие кабели из алюминиевой стальной проволоки в сочетании с оптоволокном. Они очень похожи на кабели OPGW, но не являются молниеотводом или электрической функцией в линии. По этой причине кабели MASS обычно свисают чуть ниже, чем фазовые провода.

Специальное применение оптических волокон

Контроль температуры в кабельных линиях

Одним из интересных применений волоконно-оптических волокон является система DTS (Distributed Temperature Sensing), используемая для контроля температуры высоковольтных кабельных линий. Этот метод основан на изменении затухания специальных волокон в зависимости от их температуры. В обратном проводнике силовых кабелей размещаются такие оптические волокна, которые подключены к специальному устройству, обеспечивающему оперативный мониторинг температуры жилы кабеля и нарушения структуры в его окружении, например, при выполнении работ вблизи кабельной линии (здесь используется явление демпфирования волокна в зависимости от деформации волокна). Данная система может быть использована сетевыми операторами в чрезвычайных ситуациях, когда возникает временная необходимость в нагрузке ЛЭП большим током. Эта информация позволяет оператору сети спланировать выключение линии и выполнить соответствующие ремонтные работы заранее. .

Оптоволокно — контроль температуры фазных проводников в воздушных линиях

Аналогичное решение может быть использовано в воздушных линиях электропередач. Специальное оптическое волокно, помещенное в проводник типа OPPC, позволяет определять фактическую температуру фазовых проводников при заданных погодных условиях. Мониторинг позволяет диспетчеру динамически загружать линию и в более широкой перспективе, так называемое, интеллектуальное управление сетью или «умные сети».

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) прочно занимают свои позиции и интенсивно развиваются благодаря распространению оптического кабеля как главного транспорта для передачи информации.
Для этого есть несколько предпосылок:

во-первых, оптический кабель имеет очень малое затухание сигнала, большую полосу пропускания, высокую степень помехозащищенности (невосприимчивость к электромагнитным наводкам), малый вес и объем, длительный срок эксплуатации, гальваническую развязку оборудования и другие достоинства по сравнению с медным кабелем
во-вторых, волоконный оптический кабель c каждым днем становится дешевле медного.

Волоконно-оптический кабель связи выполнен на основе оптоволокна. Оптическое волокно - это оптический диэлектрический волновод, предназначенный для передачи широкополосного оптического сигнала на большие расстояния. Оптические волокна можно разделить на два типа: многомодовые и одномодовые.

Одномодовое волокно (SMF, Single Mode Fiber) используется в телефонии, для изготовления телевизионных кабелей и создания информационных сетей.

Многомодовое волокно (MMF, Multi Mode Fiber) применяется в основном для передачи информации и в локальных сетях.

Конструктивно эти волокна в первую очередь различаются соотношениями диаметров сердцевины и самого волокна: стандартные диаметры сердцевины многомодовых волокон - 50 и 62,5 мкм, одномодового волокна в пределах 5 — 10 мкм.

Диаметр кварцевой оболочки световода тоже стандартизован и составляет 125 мкм.

Для стандартизации характеристик оптических волокон Международный Союз Электросвязи (МСЭ) разработал и принял ряд Рекомендаций (G651, G652, G653, G654, G655, G656, G 657). В этих рекомендациях описываются геометрические, оптические и механические параметры, которым должны удовлетворять современные оптические волокна.

При выборе оптического кабеля необходимо учитывать основными параметрами: тип волокна и его размер, максимальное затухание в зависимости от длины световой волны, минимальная полоса пропускания, хроматическая дисперсия, а так же большое значение имеют и механические характеристики: стойкость к статическим и динамическим растягивающим усилиям, изгибам, осевым закручиваниям, раздавливающим усилиям, ударам и т.п.

В разделе мы рады предложить Вам широкую линейку продукции:

а так же мы предлагаем кабельную арматуру:

, и
Другие элементы кабельной арматуры

В нашем магазине Вы сможете выбрать и купить оптический кабель как одномодульной, так и многомодульной конструкции, с вынесенным силовым элементом, так и самонесущие.

Хит продаж — кабели типа - легкие и недорогие кабели, одномодульная конструкция, стальная проволока в качестве несущего элемента - отличное решение для последней мили.Так же отличное предложение по кабелям внутренней прокладки. Особое внимание стоит уделить самонесущим полностью диэлектрическим кабелям ( ), представлена широкая линейка с разной волоконностью до 144 волокон , а также под каждый тип кабеля подобраны крепления изготовленные специально для кабеля этого типа.

В разделе Крепления кабеля Вы сможете найти все необходимое для монтажа оптического кабеля -

В современном мире информация имеет огромное значение. На ней построена культура, общение, быт и экономика. При этом скорость получения информации должна быть максимально высокой, чтобы полностью удовлетворить запросы современности и поддерживать темп развития новых технологий. Именно поэтому большинство Интернет-провайдеров заменяют свои проводные системы на оптоволоконный кабель.

Назначение

Данный тип проводников рассчитан только на передачу светового импульса, который несет определенную информацию. Именно поэтому его используют для передачи данных, а не в качестве питающей системы. При этом позволяет увеличить скорость по сравнению с металлическим проводником в несколько раз, а при своей работе не имеет побочных эффектов в виде потери качества на больших расстояниях или нагрева проводника. Самым же большим преимуществом является то, что на посылаемый сигнал практически невозможно повлиять со стороны, а значит, он не подвергается воздействию блуждающих токов и не нуждается в экранировании.

Принцип действия

Работу подобного проводника в домашних условиях можно наблюдать в оптоволоконных лампах-ночниках. По специальным проводникам проходит световой импульс, который может обладать не только определенной периодичностью, но и цветом. В это время на другом конце его принимает устройство, преобразующее сигнал в необходимую форму.

Прокладка оптоволоконного кабеля

В настоящее время существует большое количество различных типов данного проводника, который отличается типом скрутки, наличием дополнительной оболочки и бронирования. Фактически можно сказать, что оптоволоконный кабель имеет такие же параметры, как и обычный проводник подобного типа, и требует одинакового процесса укладки. Однако при этом стараются избегать большого количества изгибов и витков, а также не производят работы на участках, подверженных сильному механическому воздействию.

Монтаж оптоволоконного кабеля

В отличие от металлических проводников, которые соединяются между собой способом скрутки, данный тип кабеля предполагает наличие специальных муфт или соединителей. Это связанно именно со способом передачи данных и материалом, который требует точной стыковки. Такие трудности при соединении можно назвать единственным недостатком, который имеет оптоволоконный кабель. При этом его цена постоянно уменьшается, в то время как стоимость металлических проводников постоянно возрастает.

Область применения

В наше время такой тип кабеля часто применяют для присоединения к сети Интернет. Он позволяет получить наибольшую скорость передачи данных, даже на значительном удалении от ретранслятора, и обеспечить стабильную связь. Большинство современных провайдеров повсеместно занимаются заменой всех своих старых линий на новые маршруты, основанные на применении оптоволоконного кабеля. Такие компании могут предложить своим пользователям качественное и высокоскоростное подключение к сети, и поэтому они пользуются большой популярностью.

Привет, друзья! О том, что такое оптоволокно, уже писал наш гуру Интернета и беспроводных технологий Бородач (ссылка на статью обязательно будет ниже). Но мои коллеги решили, что Блондинка тоже должна написать на эту тему и заодно добавить знаний в свою красивую головку. Ну что ж, надо – значит, надо! Будем разбираться.

Определение для чайников

Оптоволокно – это тончайшие проводки (нити) из стекла или пластика, по которым переносится свет за счет внутреннего отражения. Кабель из оптического волокна используется как способ передачи информации на высокой скорости на большие расстояния (в прямом смысле слова «со скоростью света»). Так строятся волоконно-оптические линии связи (ВОЛС).

Факт из истории развития в России. Первая ВОЛС «Санкт-Петербург-Аберслунд» (город в Дании) была проложена компанией Ростелеком (тогда она называлась Совтелеком).

Сразу предлагаю посмотреть документальный фильм по теме:

Материалы

Стеклянное оптоволокно производится из кварца. Это обеспечивает следующие характеристики:

Высокая оптическая проницаемость – это позволяет транслировать волны разных диапазонов;
Минимальная потеря сигнала (малое затухание);
Температурная устойчивость;
Гибкость.

Для дальнего диапазона применяют халькогенидные стекла, калий цирконий фтористый или криолит калия.

Сейчас развивается производство оптоволокна из пластика. При этом сердцевину (ядро) делают из органического стекла, а оболочку из фторопластов. Недостатком полимерных материалов считают низкую пропускную способность в зонах с инфракрасным излучением.

Строение

Из чего состоит оптоволокно? Это круглая в разрезе нить, внутри которой есть ядро (сердцевина), снаружи покрытое оболочкой. Чтобы обеспечить полное внутреннее отражение, показатель преломления ядра должен быть выше того же параметра для оболочки. Как это работает – луч света, направленный в ядро, многократно отражается от оболочки.

Диаметр оптоволоконной нити, которая используется в телекоммуникациях, равен 124-126 микрон. При этом диаметр ядра может отличаться – все зависит от типа оптоволокна (об этом я расскажу в следующем разделе) и национальных стандартов.

1 микрон – это 0,001 мм. Я посчитала, получается, что диаметр всего 0,125 мм.

Виды и области применения

Оптическое волокно бывает двух типов (в зависимости от количества лучей в волокне – мод):

Одномодовое. Диаметр ядра – 7-10 микрон, светоотражение проходит в одной моде. Типы:

Стандартное (с несмещенной дисперсией);
Со смещенной дисперсией;
С ненулевой смещенной дисперсией.

Многомодовое. Диаметр сердцевины – 50-62 микрон (зависит от национальных стандартов), излучение проходит по нескольким модам. Классифицируются на:

Ступенчатые;
Градиентные.

Этот раздел сложен для простого обывателя, но, если кому-то хочется разобраться подробнее, напишите в комментарии. Кто-то из ребят обязательно пояснит все, что было непонятно.

Основные направления, где применяется оптоволокно – это волоконно-оптическая связь и волоконно-оптический датчик. Другие области:

Освещение;
Формирование изображения;
Создание волоконного лазера.

Как я понимаю, все же основная область применения – это построение магистралей оптоволоконных линий связи. Проще говоря, это линии, с помощью которых передается Интернет во всех крупных городах.

А вот что рассказывает познавательная передача для детей и взрослых «Галилео»:

Оптический кабель

Вот мы и подобрались к самой большой тайне современности – оптоволоконный кабель, который соединяет города и континенты и передает информацию со скоростью света. При этом к нам в квартиру Интернет попадает через витую пару, чаще всего из 8 проводков. Максимальная скорость будет достигать значения в 1 Гбит/сек.

Кто в теме, тот знает, что разместить 8-жильный провод можно не в каждый кабель-канал. В этом и есть основное преимущество оптоволокна. Оптический кабель в несколько раз тоньше витой пары и обеспечивает более высокую скорость (до 10 Гбит/с).

Вроде как провайдеры стали потихоньку переводить абонентов на оптоволокно – то есть «оптика» будет идти не только ДО подъезда, но и ПО нему до квартиры. Неприятная новость – для использования такого кабеля нужен специальный маршрутизатор.

По способу монтажа оптический кабель классифицируется на следующие виды:

Прокладывается в земле;
Ведется через коллекторы и канализационные трубы;
Ведется под водой;
Прокладывается по воздуху (подвесной).

В зависимости от использования и дальности сигнала оптоволоконный кабель бывает:

Магистральный – создание длинных линий на большие расстояния;
Зоновый – организация магистрали между регионами;
Городской – схож с зоновым, но длина линии не больше 10 км;
Полевой – прокладка как по воздуху, так и под землей;
Водный – тут название говорит само за себя;
Объектовый – используется для конкретного участка, прост в прокладке;
Монтажный – применяется многомодовое градиентное оптоволокно.

Есть еще классификация по способу исполнения ядра и количеству волокон в нем. Я думаю, это вряд ли будет интересно, но, если что, коллеги расскажут и об этом – нужно только написать в комментарии.

Достоинства и недостатки

Напоследок давайте разберемся в плюсах и минусах оптоволоконного кабеля. Начнем с преимуществ:

Малые потери при большой длине ретрансляционного участка;
Возможность передачи информации по тысячам каналов;
Малые размеры и масса;
Высокая защищенность от помех и внешних воздействий;
Безопасность.

А теперь о недостатках:

Подверженность радиации, за счет чего возрастает затухание сигнала;
Подверженность стекла водородной коррозии, что приводит к повреждениям материала и ухудшению свойств.

На этом можно заканчивать. Надеюсь, была полезной, а мой рассказ интересным. Всем пока!

Рассказывалось о самых распространенных типах оптоволоконного кабеля, применяемых на Украине. А сегодня - кабель в разрезе, и по ходу повествования - некоторые практические моменты его монтажа.

Мы не будем останавливаться на подробной структуре всех видов кабеля. Возьмем некий усредненный типовой ОК:

Центральный (осевой) элемент.
Оптическое волокно.
Пластиковые модули для оптических волокон.
Пленка с гидрофобным гелем.
Полиэтиленовая оболочка.
Броня.
Внешняя полиэтиленовая оболочка.

Что же представляет каждый слой при подробном рассмотрении?

Центральный (осевой) элемент

Стеклопластиковый прут в полимерной оболочке или без нее. Основное назначение - придает жесткость кабелю . Стеклопластиковые стержни без оболочки плохи тем, что легко ломаются при изгибе и повреждают расположенное вокруг них оптоволокно.

Оптическое волокно

Нити оптического волокна чаще всего имеют толщину в 125 микрон (примерно с волос). Они состоят из сердечника (по которому, собственно, идет передача сигнала) и стеклянной же оболочки немного другого состава, обеспечивающей полное преломление в сердечнике.

В маркировке кабеля диаметр сердечника и оболочки обозначается цифрами через слэш. К примеру: 9/125 - сердцевина 9 мкм, оболочка - 125 мкм.

Количество волокон в кабеле варьируется от 2 до 144, это также фиксируется цифрой в маркировке.

В зависимости от толщины сердечника оптоволокно подразделяется на одномодовое (тонкий сердечник) и многомодовое (большего диаметра). В последнее время многомод применяется все реже, поэтому останавливаться на нем не будем. Отметим только, что предусмотрен он для использования на небольшие расстояния. Оболочку многомодового кабеля и патчкордов обычно делают оранжевого цвета (одномодовый - желтый).

В свою очередь одномодовое оптическое волокно бывает:

Стандартное (маркировка SF, SM или SMF );
Со смещенной дисперсией (DS, DSF );
С ненулевой смещенной дисперсией (NZ, NZDSF или NZDS).

В общих чертах - оптоволоконный кабель со смещенной дисперсией (в т.ч. с ненулевой) применяется на гораздо большие расстояния, чем обычный.

Поверх оболочки стеклянные нити покрыты лаком, и этот микроскопический слой тоже играет важную роль. Оптоволокно без лакового покрытия повреждается, крошится и ломается при малейшем воздействии. В то время как в лаковой изоляции его можно скручивать и подвергать некоторой нагрузке. На практике оптоволоконные нити неделями выдерживают вес кабеля на опорах, если в процессе эксплуатации рвутся все остальные силовые стержни.

Однако не стоит возлагать на прочность волокон слишком большие надежды - даже покрытые лаком они легко ломаются. Поэтому при монтаже оптических сетей, особенно при ремонте действующих магистралей, требуется предельная аккуратность.

Пластиковые модули для оптических волокон

Это пластиковые оболочки, внутри которых - пучок оптоволоконных нитей и гидрофобная смазка. В кабеле может быть либо одна такая туба с оптоволокном, либо несколько (последнее - чаще, особенно если волокон много). Модули выполняют функцию защиты волокон от механических повреждений и попутно - их объединения и маркировки (если модулей в кабеле несколько). Однако нужно помнить, что пластиковый модуль при изгибе довольно просто переламывается, и ломает находящиеся в нем волокна.

Какого-то одного стандарта на цветную маркировку модулей и волокон нет, но каждый производитель прикрепляет к барабану с кабелем паспорт, в котором это обозначено.

Пленка и полиэтиленовая оболочка

Это элементы дополнительной защиты волокон и модулей от трения, а также влаги - в некоторых видах оптического кабеля под пленкой содержится гидрофоб. Пленка сверху может быть дополнительно армирована переплетением нитей и пропитана гидрофобным гелем.

Пластиковая оболочка выполняет те же функции, что и пленка, плюс служит прослойкой между броней и модулями. Есть модификации кабеля, где ее вообще нет.

Броня

Это может быть либо кевларовая броня (сплетенные нити), либо кольцо стальных проволок, либо лист гофрированной стали:

Кевлар применяется в тех видах оптоволоконного кабеля, где содержание металла недопустимо или если нужно снизить его вес.
Кабель с броней из стальных проволочек предназначен для подземной укладки непосредственно в грунт - прочная броня защищает от многих повреждений, в т.ч. от лопаты.
Кабель с гофроброней прокладывают в трубах или кабельной канализации, защитить такая броня может лишь от грызунов.

Внешняя полиэтиленовая оболочка

Первый и практически самый важный уровень защиты. Плотный полиэтилен призван выдерживать все нагрузки, выпадающие на долю кабеля, поэтому если он повреждается, существенно увеличивается риск порчи кабеля. Нужно следить, чтобы оболочка:

a) Не была повреждена при монтаже - иначе попавшая внутрь влага увеличит потери на линии;

b) Не касалась в процессе эксплуатации о дерево, стену, угол или ребро конструкции и т.д., если есть риск возникновения трения в этом месте при ветровых и иных нагрузках.