從寧漢工程看影響光纜壽命的三大原因

訊石光通訊網(wǎng) 2017/5/18 15:50:54

  Iccsz訊 光纖光纜作為光通信產(chǎn)業(yè)的主要傳輸媒質(zhì),在行業(yè)經(jīng)過近40年的高速發(fā)展之后,按照當(dāng)初25年的設(shè)計(jì)使用壽命,如今已進(jìn)入一個(gè)更新?lián)Q代的高峰時(shí)期。特別是在1988年~1998年期間建設(shè)的33000公里“八縱八橫”骨干光纖網(wǎng)絡(luò),如今已服役超過20年,其使用壽命問題也引起了業(yè)界的高度關(guān)注。

  國內(nèi)外有關(guān)光纜壽命的研究分析報(bào)道比較多,但由于光纜在實(shí)際使用過程中受到的外部環(huán)境、內(nèi)部質(zhì)量方面差異性較大,因此壽命問題比較復(fù)雜。正因?yàn)槿绱?,國?nèi)新版的YD/T 901、YD/T 769、YD/T 981系列光纜標(biāo)準(zhǔn)先后取消了有關(guān)壽命要求的描述。

  烽火通信曾攜手中國電信湖北傳輸局對(duì)1987年開始建設(shè)的國內(nèi)第一條長途干線寧漢工程光纜進(jìn)行詳細(xì)的研究。實(shí)地考察湖北省內(nèi)的線路狀況、查詢歷年纖改和維護(hù)記錄、對(duì)在用光纜進(jìn)行實(shí)地鏈路測(cè)試、采用80×2.5G DWDM進(jìn)行現(xiàn)有業(yè)務(wù)承載能力測(cè)試,并將當(dāng)年的光纜大量取樣進(jìn)行詳細(xì)分析,同時(shí)廣泛選取1995年~2001年期間生產(chǎn)的不同廠家的在用光纜進(jìn)行對(duì)比研究,獲得了寶貴成果。

  主要研究結(jié)論

  針對(duì)直埋和管道光纜,在典型的華中地區(qū)氣象、地理環(huán)境條件下,若不考慮技術(shù)本身的進(jìn)步造成的光纜淘汰和更新(如1995年前光纖無PMD要求),有以下結(jié)論。

  1. 光纜的接續(xù)性能變化不大。寧漢光纜雖經(jīng)過20多年的使用,光纖的一次接續(xù)成功率仍在93%以上,接續(xù)性能不影響維護(hù)工作。

  2.光纜的傳輸性能變化趨勢(shì)。光纖的自然斷纖率可以忽略不計(jì),其衰減指標(biāo)會(huì)隨時(shí)間而劣化,在應(yīng)用前期呈加速漸變的老化趨勢(shì),經(jīng)過約16年后,衰減值會(huì)長期保持一種老化后的穩(wěn)定狀態(tài)。光纖的色散、PMD變化與使用年限無必然聯(lián)系,經(jīng)過多年使用之后,仍然能夠承載部分業(yè)務(wù)。

  3. 老化表現(xiàn)形式與形成原因。光纜老化的主要表現(xiàn)為衰減增加以及部分保護(hù)材料失效。光纜老化是由光纖所受的應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力變化引起的,不是由于氫損和光纖微裂紋引起的。光纜老化的原因主要是由制造環(huán)節(jié)造成的,包括光纜設(shè)計(jì)、光纜組成材料、光纖光纜工藝。

  具體來說,對(duì)于國內(nèi)普遍采用的層絞式室外光纜,光纖涂層、纖膏、松套管尺寸是光纜老化的直接原因。

  一、光纖涂層的選材與拉絲工藝至關(guān)重要

  光纖損耗增大的原因主要包括氫損、光纖裂化、光纖應(yīng)力,通過實(shí)際檢測(cè)發(fā)現(xiàn)光纜中的光纖經(jīng)過多年使用后,其幾何特性、機(jī)械特性、接續(xù)特性、光學(xué)特性等宏觀性能基本沒有發(fā)生變化,通過掃描電鏡等方法發(fā)現(xiàn)光纖沒有明顯的微裂紋等異?,F(xiàn)象。但光纖涂層狀況出現(xiàn)明顯差異,模量高、涂層緊密、剝離力大的光纖在1550nm、1310nm波長下衰減明顯增加。

  二、油膏填充式設(shè)計(jì)有利有弊

  纖膏是緊密接觸光纖的油性物質(zhì),是以礦物油或者合成油為基礎(chǔ)的混合物,對(duì)光纖起隔絕水汽和潤滑緩沖作用,通過肉眼觀察形態(tài)和測(cè)試油膏的氧化誘導(dǎo)期來評(píng)定纖膏性能。油膏氧化后其酸值增加可導(dǎo)致析氫增加,同時(shí)油膏氧化后對(duì)光纜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有影響,導(dǎo)致屈服應(yīng)力下降,這樣光纖在振動(dòng)、沖擊、彎曲、溫差變化、地形地質(zhì)變化等影響下會(huì)受到應(yīng)力,減弱纖膏對(duì)光纖的緩沖作用,從而使光纜的可靠性下降。

  纖膏與光纖直接接觸,它是光纖性能惡化的最重要的間接誘因。

  通過對(duì)不同時(shí)期生產(chǎn)的在用光纜實(shí)際檢測(cè)發(fā)現(xiàn),纖膏隨著時(shí)間的變化而緩慢變性。通常是先集結(jié)成小顆粒,然后逐漸揮發(fā)、分解、干涸。對(duì)于華中地區(qū)的直埋或管道光纜,纖膏開始發(fā)生明顯變性的典型時(shí)間為18年。

  “實(shí)際上,早期的纖膏填充式設(shè)計(jì)除了對(duì)光纖起潤滑保護(hù)作用外,更重要的一點(diǎn)是油膏填充工藝便于控制和掌握。隨著全干式光纜技術(shù)的成熟,同時(shí)考慮到油膏變性后造成的危害,纖膏方式將逐漸被全干式技術(shù)所取代。”烽火通信光纜專家如是說。

  三、松套管尺寸過小使殘余應(yīng)力增大

  松套管尺寸對(duì)光纜壽命的影響更多體現(xiàn)在綜合應(yīng)力方面。當(dāng)尺寸過小時(shí),在溫度變化、機(jī)械應(yīng)力、填充物與光纖的相互作用等變化因素下,光纖所承受的應(yīng)力得不到舒緩,進(jìn)而使光纖衰減增大,產(chǎn)生老化現(xiàn)象。

  總結(jié)

  光纜壽命取決于光纜使用期的外部環(huán)境和光纜內(nèi)部質(zhì)量。外部環(huán)境中的溫度變化、水和潮氣以及地形地貌、日照、冰凌等自然條件我們無法改變,隨著敷設(shè)、維護(hù)方式的日益成熟和規(guī)范,減緩老化、延長使用壽命的外部環(huán)境條件已沒有多少挖掘空間和余量,因此,運(yùn)營商在制定網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃時(shí),光纜的壽命管理應(yīng)從設(shè)計(jì)選型、光纜制造入手。

  設(shè)計(jì)選型上重點(diǎn)關(guān)注光纖所受的長期應(yīng)力狀況,光纜結(jié)構(gòu)方面以層絞式為主,逐步試用、推廣在接續(xù)維護(hù)成本及長期壽命方面占優(yōu)勢(shì)的全干式光纜。

  從制造角度上考慮,目前的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及技術(shù)規(guī)范比較成熟,護(hù)套料、金屬帶、鋼絲、松套管(PBT)、纖膏、纜膏等光纜主材大部分可以通過物性指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)分析其可靠性,越靠近光纖的材料越應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。制造工藝控制上重點(diǎn)關(guān)注機(jī)械、環(huán)境性能試驗(yàn)過程中的衰減及光纖應(yīng)力變化趨勢(shì)。

  思考與關(guān)注

  光纖是光纜的核心元件,經(jīng)過30多年的發(fā)展,技術(shù)日趨成熟,但從壽命管理的角度,仍然有些問題值得我們思考。

  1. 目前的光纖壽命研究分兩個(gè)維度:機(jī)械可靠性方面,基本上采用的是IEC TR 62048的理論分析模型,通過統(tǒng)計(jì)光纖篩選實(shí)驗(yàn)中的失效概率和光纖疲勞實(shí)驗(yàn)的威布爾分布特性,建立光纖篩選實(shí)驗(yàn)壽命評(píng)估模型;光學(xué)可靠性方面,重點(diǎn)關(guān)注光纖衰減,在早期老化研究的基礎(chǔ)上,制定了光纖標(biāo)準(zhǔn),通過干熱、浸水、高溫高濕等實(shí)驗(yàn),檢驗(yàn)1550nm波長下的衰減變化,從而驗(yàn)證光纖的長期可靠性。但由于各生產(chǎn)廠家在制棒、拉絲、涂料選材工藝上存在較大差異,雖然光纖能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求,但理論值與實(shí)際壽命仍會(huì)出現(xiàn)較大偏差。

  2. 光敏劑的大量采用。30年前的光纖拉絲速度較慢,涂層通常采用二次固化涂覆方式;現(xiàn)今的固化方式一般是單次固化,樹脂中添加了更多的光敏劑便于提高生產(chǎn)效率,雖然固化后涂層的模量、硬度等指標(biāo)滿足加速老化試驗(yàn)的需要,但其長期可靠性需要時(shí)間檢驗(yàn)。

  3. 丙烯酸樹脂材料。30年前的單模光纖涂層普遍采用的是丙烯酸樹脂類材料,目前涂料種類依然如此,沒有根本性的變化,既然寧漢工程中的部分光纖涂層已出現(xiàn)緊密老化情況,進(jìn)一步引起衰減明顯增加,那么現(xiàn)在生產(chǎn)的光纖涂層若選材或工藝控制不當(dāng),則仍有可能出現(xiàn)壽命達(dá)不到25年的情況。

  尤其值得一提的是,目前已開始試用工程的ULL超低損耗光纖,其中繼距離可達(dá)1200km,采用的涂層材料與普通光纖一致,若線路設(shè)計(jì)時(shí)不考慮充分的預(yù)算光功率,則多年以后光纖老化將是嚴(yán)重的隱患,應(yīng)引起業(yè)界高度重視。

新聞來源:人民郵電報(bào)

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