新一代非金属光缆TOP CABLE

作者：艾比特通讯有限公司    李卫
1.摘要
　　TOP CABLE 被使用于通讯传输网络中。它可以在架空， 直埋或者管沟中应用。光纤松套管被管状的玻璃纤维增强塑料（FRP）所包覆， 用于承受张力和压力并且保护中心的松套管。FRP管外边是PE护套。TOP CABLE是一种按照小直径，重量轻，而且全介质的宗旨而  制造的光缆。作为架空光缆它具备自承重量和抗枪击的功能。这种光缆可以被吹入管道中，而且易于作成阻燃型光缆。由于其特点多样， 同样一根光缆适用于上述所有用途， 因此对于光缆的敷设线路比较复杂的区域内尤其理想。 几千公里的TOP CABLE已经安装在世界上数个国家内。
2.介绍
　　自从光缆问世以来， 已经开发出多种结构以满足技术， 环境， 生产和传输对光缆的各种极端的要求。 
　　尽管这些光缆的结构形式针对特定的环境是优化的方案， 但总是有需要针对多变的条件而要求光缆有更广泛的适用性。  
　　例如，在发展中的东南亚国家中， 一个网络建造商可能想建一条400公里的光缆， 在施工地区中因穿越相当崎岖的山区的原因而使用压架空电缆的支架，部分距离可能要穿越原始雨林而不得不使用木杆架设， 同时，间或碰到沼泽地带， 在这些区域内看上去将光缆直接浸在泥浆中似乎更安全。 在需要接入网络的小村庄和乡镇内部和周边地区， 出于安全的原因光缆应当直埋，并且无数的终端建筑里直埋光缆上面还要铺以阻燃材料。对于上述这些要求而言， 要分别找到与之相匹配的光缆结构设计不是问题，但是， 因为光缆的敷设和熔接是由经过短暂培训的当地劳工所进行， 因此仅仅一种结构光缆的使用就变得极有价值， 更不用说随后的维修或者更换了， 在这一阶段后勤也变成了附加的问题。
　　对于类似的环境相对稳定的情况而言， 不难想象开户将强烈要求我们同时满足多重的要求。 从制造商的角度而言， 对这些苛刻复杂需求的一种通用的解决办法可能在经济上提供强大的吸引力， 随之迩来的是产品竞争性的提高。
3.我们的设计方案: TOP CABLE
  
  图 1: TOP CABLE – 基于中心束管概念的基本设计
　　图一说明了我们产品设计的基本想法。一个容纳多达24根标准单模或者多模光纤的中心束管被密实且绝对坚固的FRP管所包围。 这一层厚实的FRP是经专门设计的工艺所挤出以便确保光纤及其传输性能得到完善的保护， 不受任何机械，化学及其他环境应力的影响。 外护套则起到保护FRP表面的功能。一般而言，PE已经足以达到这一目的， 不过FRNC（阻焰非腐蚀性），或者LLDPE（线性低密度PE）化合物能够提供附加的性能特点（见5.4和5.5）。图二则适用于超过24根光纤或者拉力增强型的SZ层绞松套管结构。
    
 　　　Fig. 2: TOP CABLE –基于SZ层绞束管概念的基本设计
4.标准设计
    对于一种新开发的产品而言， 尤其重要的是不要混淆不同的设计，尽管在原理上是同样的产品。 这一点对于设计而言更加适用，在理念上其侧重于综合性的应用。当前，对中心束管设计来说，我们努力将产品范围限制在4种基本设计（图一），主要性能参数参见图三。对于层绞式设计尚无确定标准形式。   
    
    图三:  中心束管形式的四种标准TOP CABLE设计
5.基本性能
5.1处理
　　成缆及准备较想象中更快更容易。就我们对这一新开发的产品的经验， 对于快速开剥FRP套管需要特制的但很简单的工具， 如图四所示。程序是使用标准开剥器去除护套； 因为没有粘结剂， 这将是十分简单的步骤。随后，使用玻璃锯在FRP管的外边开一道环形的槽。然后， 把要去除的管子沿纵向剖开， 从光缆端部开始，向环形槽方向开剖；可以使用任何种类的刀子。
    在开剥之后， FRP管可以象香蕉皮一样被剥去。一旦见到光纤松套管， 接下来的操作就和其他标准光缆无异。




                  　　图四: FRP开剥工具
       　(1)光缆切割器   (2)玻璃锯　　(3)开剥刀
    另外一个频繁出现的问题是未经加固的光缆末端木盘中反弹。这是一个安全问题，但是，解决办法既简单又有效： 尽可能长地将末端固定在木盘上 ，要么采用常见的带子或者就象其他光缆多年以来做的那样， 采用U形夹子将其固定在木盘的法兰上. 虽然有些人比较担心，凭着简单地遵守这一被广泛接受的光缆处置规定， 自从TOP CABLE生产以来我们还没有碰到一桩事故。
5.2FRP一般性能
    下表给出了我们生产FRP的现用材料的性能参数。自从我们开发工作开始以来，由于在玻璃纤维纱之间加入树脂的工艺，抗拉模量一直在持续显著增加。故此也增加了玻璃纤维纱的相对含量， 而且只要抗拉模量还有改善的空间， 我们就会进一步增加这一含量。 在其他许多方面，正 如我们所见， 对光缆设计者来说这一材料已经达到最优。
    
　　图五: TOP CABLE中使用的FRP的性能
5.3管沟急直埋应用
    如下图六所示， TOP CABLE通过了所有基本应用的一般测试。然而，必须提及的是，整根光缆横截面上阻水性能仅在图一所示的中心束管设计结构中可以保证。 而干燥防水层绞结构的测试工作正在进行， 合格测试尚未完成。  
  
      图六: TOP CABLE多种性能测试
5.4室内应用
　　由其设计的基本特点来看， TOP CABLE明显不是室内布线光缆. 但是，作为引导至楼层配线盒的竖井光缆，它是绝对适合的。这是我们心目中推荐的室内应用。 
　　对于室内应用的要求通常与管沟或者直埋的要求相近， 主要的附加特点是阻燃。 这一点已经按照IEC332-3（C）NORME3652/VDE0472T.804(C)进行了测试， 并且带FRNC护套的TOP CABLE通过了测试。由于PE护套的光缆和FRNC护套的光缆直径相同， 在处置上绝对没有差别， 而两者可以简单地通过判断护套颜色而区分： 黑色PE，绿色FRNC。

图七: 老鼠啃噬测试设置及结果
　　在室内应用和室外应用中， 光缆的抗鼠和抗白蚁侵害的能力对其广泛使用起到了决定性的作用。TOP CABLE因此承受了大量的鼠害测试并且结果优异，见图七。 通常，护套在几个小时之内就被咬光； 一如我们所期待的那样， FRP管维持原状。 看来其光滑坚硬的表面对动物的吸引力太小。 同样的结果来自白蚁测试。
    
5.5架空应用
    从其大受欢迎的承载负荷对非承压截面比， 还有每截面单位弹性模量和重量关系来看，TOP CABLE可能是架空应用的最佳侯选产品。 我们的测试结果完全证明了这一假设。由我们最初的设计开始， 唯一的改进是我们发现在护套和FRP之间不使用任何黏结剂是必要的- 因为在较高温度下黏结剂趋向于起到润滑的作用而非将两者紧密连接。
    TOP CABLE 可以用在中压(£ 30 kV)架空电力线路的架空应用上; 图三给出了典型例子的参数。振动测试已经通过， 见图六。一项针对此类光缆将来不得不面对的干式电弧效果（例如用在380千伏系统上）的调查正在进行，我们期望在年底就此应用给出多种解决办法。  
    TOP CABLE作为架空光缆的安装与其它ADSS光缆形式相比而言并不需要特别的注意。对终端来讲，推荐使用常用的150米跨距无需加强的螺旋预绞金具。在终端之间除通常的悬吊夹子之外，可以使用特殊开发的滑轮(Mosdorfer)， 在敷设过程中这种滑轮象简单的滚筒一样工作。通过推拉操纵杆，正常操作中滑轮可以卡住。当滑轮上存在预定的不均匀超荷载（按照500...700 N的顺序）时, 刹车机制可以提供光缆应力释放的方法。随后， 当不均匀超荷载除去时，光缆就靠自身的力量再次重新建立荷载平衡，滑轮可能重新卡住。在普通电杆上安装这些装置是可行的。
    TOP CABLE具备防枪击的功能，对于所有非金属光缆而言这是一个特殊的特点， 并且十分重要， 例如在奥地利和澳大利亚这样的国家。在弹径达到2.9毫米， 距离为15米，使用Baikal Mod. IJ-25的实验中，子弹射入或者甚至擦破护套， 但从未伤及FRP管， 因此可以完全保护光纤。
5.6水下应用
    TOP SEA 是我们成熟的TOP CABLE的进一步开发结果。这种产品由一层铝带安全地保护着， 以防由于析氢而引起的问题。
    这一新技术不必要使用铜护套。故此TOP SEA更轻， 并因此同其他类似产品相比，敷设更好更经济。当前， 实验正在由奥地利 Seibersdorf 研究所实施。 
    为了易于理解， 图示TOP SEA的构造。最突出的特点是铝膜包在HDPE护层下面。

　　　　　　　　　　     图八: TOP SEA Cable
5.7接地应用
　　TOP GW是新一代的接地光缆。基于ADSS TOP CABLE, 通过研究，测试而开发出的新型的TOP GW。 是传统OPGW的理想替代品。
　　缆芯由单根中心束管或者围绕中心加强件层绞的中心束管束组成。束管中的光纤可以是单模或者多模。冷填充的触变型油膏既阻水又防止机械损伤。缆芯由于有一个挤出的FRP管的保护而不受机械损伤。FRP护套提供完美的保护光缆不受在安装和服务过程中可能造成伤害的拉力和压力的影响。同时也防止老鼠，白蚁和子弹的侵害。
　　连同挤出的铝外套， 这种光缆较焊接铝管在环绕缆芯组件方面更加具备一致性，同轴性和紧密性。这种光缆可以抵抗严酷的环境条件。标准光缆铝护套的厚度根据不同的特殊用途的不同而有所变化。
         
                    图九: TOP GW 光缆
6.结论
　　数千公里的TOP CABLE在过去数年里已经安装在东南亚， 在欧洲和中东有数百公里正在使用， 每一个单独的项目都是成功的范例。这使我们得出结论即TOP CABLE实际上填充了一个低成本，耐用并且要求极端多变的光缆设计 的这样一个市场空间。我们期待将这一产品的潜在应用领域延伸至其他领域； 其中一些在本文已有叙述（干式轴向防水层绞式：高压电力线；海底光缆）， 但是还有其他。 同客户的不断联络将为我们和TOP CABLE 指明方向。
　　目前, 我们已经将这一产品国产化, 同国外建立合资公司的项目深圳艾比特通讯有限公司, 已有国产产品在大陆市场问世. 我们期望将这一产品在大陆积极推广应用。