轻型小缆径自承式光缆的研究与应用

■顾利国 薛梦驰 李强 黄国华 孙国芳　　（江苏亨通光电股份有限公司 江苏 吴江 215234）



轻型小缆径自承式光缆的研究与应用

■顾利国 薛梦驰 李强 黄国华 孙国芳（江苏亨通光电股份有限公司 江苏 吴江 215234）

摘 要全球范围内兴起的国家宽带计划，加速推进了光纤通信网络的布局，随着FTTH建设逐步向偏远城镇和农村地区渗入，如何以较低的成本敷设一张安全高效的光纤网络，是大多数网络运营商都在考虑的问题。轻型小缆径自承式光缆具有外径小、重量轻、自承式等特点，利用现有杆塔即可达到快速安装效果，既可有效节约网络建设成本和缩短建设周期，又可满足接入网段布线的安全性需求。目前，轻型小缆径自承式光缆已在国内外多个主流运营商得到应用，且运行情况良好。本文扼要概述了轻型小缆径自承式光缆的结构、工艺要点、性能指标以及应用等。

关键词：光缆、小缆径、自承式

1 前言

随着FTTH建设的推进，光纤网络建设逐步由城市转向乡镇和农村地区，重新建设管道资源或开挖新的隧道成本非常高昂，也不利于FTTH建设的快速推进，而因历史原因，县市、乡镇、农村的通信网络建有大量的水泥杆和铁塔。因此，为节约通信网络建设成本和缩短建设周期，一种可利用现有的杆塔进行架空敷设的自承式光缆是非常符合当前通信行业快速发展需要。

2 现状

目前市场上松套管结构的光缆主要有两种，一种为中心管式结构，即光缆只有一个松套管，其特点是结构简单，影响其性能的关键点为松套管内光纤一次余长，而松套管内光纤的一次余长受套塑工艺、材料和护套工艺等影响较大，所以工艺控制难度也大。另外一种为层绞式结构，其特点是缆芯由多个松套管绞合在加强件外围，影响其性能的关键点为二次余长而非套管内光纤的一次余长。对于层绞式光缆而言，在绞合元件尺寸确定的情况下，只需控制绞合节距即可实现稳定的二次余长，如公式1所示。[1]对于成缆设备而言，绞合节距的控制是比较容易的，而节距的稳定可保障层绞式光缆的各项性能，因此市场上大部分室外光缆都优先选择此结构。

其中：

d——中心加强件直径；

δ——松套管壁厚；

n——松套管内光纤数量

df——光纤直径。

D——松套管直径；

h——绞合节距;

目前市场上使用的层绞式光缆均采用1+n结构，即松套管和可能有的填充绳以S-Z绞合方式绕包在中心加强件外面，因中心加强件（钢丝或G-FRP）具有较好的拉伸强度和弯曲强度，因此可作为光缆的主要抗拉和抗弯曲元件，如图1中所示。但是对于8字型自承式光缆，在运行过程中主要由增强吊线承担主要的拉伸负载，因此对8字型自承式光缆而言，缆芯内的中心加强件的抗拉功能被弱化，中心加强件的存在也增大了整个绞合缆芯的尺寸，从而使光缆的外径变大，也增加了光缆的自重，影响了光缆的施工效率和运行安全性等。因此基于制造成本、施工效率、运行安全性等方面考虑，我们开发了一种新型的8字型自承式光缆，以满足市场需求。

图1 普通层绞式自承式光缆

3 产品介绍

3.1 结构

从目前县市、乡镇和农村FTTH建设时光缆需求看，在馈线段和配线段光缆芯数一般在36芯以内，针对这种情况，我们开发了轻型小缆径8字形自承式光缆，其结构如图2所示，舍弃中心加强件，将1+n结构改为0+n结构，即松套管和可能有的填充绳以S-Z绞合成一个缆芯，然后与增强吊线一起挤塑成一个8字形的光缆。缆芯可采用填充油膏或干式阻水纱进行阻水，为便于缆芯护套的开剥，缆芯可放置一根或两根撕裂绳。

图2 轻型小缆径自承式光缆

本产品的主要特点如下:

通过0+n的绞合方式，保证光缆产品性能稳定；

结构简单，自重轻，施工方便；

缆径小，增强吊线可由钢绞线改为钢丝，成本低。

3.2 工艺注意点

（1）成缆工序

在这个工序中，三个绞合单元（松套管和可能有的填充绳）以一定的节距按S-Z方式绞合成缆芯后，在缆芯外用扎纱固定，因为无中心加强件的支撑，这个三单元的缆芯刚性不足，因此扎纱张力的控制非常关键。太大的扎纱张力将使松套管被扎扁，从而出现光纤衰减偏大现象；如果扎纱张力更大一些，扎纱过程中可能出现缆芯弯折事故。太小的扎纱张力不能有效固定各个松套管，容易出现缆芯松散，结构不稳定现象，进而影响光缆的各项性能，包括拉伸强度、压扁性能、冲击、温度稳定性，以及弯曲性能等等，因此我们需要选择一个合适的扎纱张力，确保0+3绞合缆芯达到1+n绞合缆芯一样的质量。

（2）护套工序

传统的8字型自承式光缆，缆芯自重大，需要较高的拉伸强度保证光缆自承敷设需求，因此一般采用较粗的钢绞线（如7×1.2mm）作为加强元件。钢绞线有凹凸不平的螺纹状外表，使护套料与钢绞线良好接触，避免了收缩或粘结不牢现象。本产品采用单根钢丝或则非金属增强纤维杆作为加强元件，钢丝或非金属纤维增强杆外表比较光滑，要使其与护套紧密粘结，不产生收缩位移现象，一种方法是在加强件表面进行涂塑处理，但是这个方式明显会增加产品的制造成本；另外一个方法就是通过工艺和模具的改进，使挤护套时实现增强杆与聚乙烯材料的紧密结合。

3.3 关键技术指标

对于自承式光缆而言，光缆在服役期间光纤所受到的应力是影响其寿命的关键因素，因此我们根据应变与光纤寿命的关系，制定了其几个重要张力参数[2]，具体如下：

光缆额定拉断力（RTS）：光缆的结构设计拉断力，是指承载截面强度之和的计算值。在型式试验时，要求实际拉断力不小于设计拉断力的95%。

光缆的年平均运行张力（EDS）：在无冰无风平均气温的气象条件下光缆所受的张力，并要求此张力下光纤应变不大于0.05%。该张力与额定拉断力的关系是EDS≤25%RTS。

光缆最大允许使用张力（MAT）：是指光缆在设计气象条件下，理论计算总负载时，光缆所允许承受的最大张力，并且要求此负载时光纤应变应不大于0.22%。根据光纤应变及使用寿命计算公式可知，在此负载下光纤寿命可超25年。该张力与额定拉断力的关系是MAT≤40%RTS。[3]

光缆的极限运行张力Ultimate operation strength（UOS）：光缆在运行中所能承受的极限张力，并要求此张力下光纤应变应不大于0.33%。根据光纤应变及使用寿命计算公式可知，在此负载下光纤寿命可超1个月。该张力与额定拉断力的关系是MAT≤60%RTS。[3]

3.4 光缆拉力的计算

当光缆受到拉伸时，其光缆的拉伸应变计算如公式（2）所示。

式中：

F——光缆受到的拉伸力

E——光缆各构件的弹性模量

S——光缆各构件的截面积

ε——光缆受拉伸时的应变

对于层绞式光缆而言，光缆在进行张力设计验算时，其拉伸应变由三部分组成，即：松套管的一次余长、二次余长和此张力下光纤的允许应变。一次余长通常在成缆过程中基本被吃掉，可忽略。对于普通层绞式光缆而言，二次余长可通过公式（1）计算获得，而轻型小缆径自承式光缆因无中心加强件，所以不能用公式（1）计算二次余长，需要根据其结构特点及绞合元件尺寸等重新验算，经推导得到其二次余长的计算如公式3所示。

从公式（3）我们可以发现，轻型小缆径自承式光缆的二次余长主要与套管尺寸和绞合节距有关，因此其二次余长的控制更加方便。

设计光缆时通常保证光纤应变ε1小于光缆应变ε。

注：增加上面一行字，这样就把公式2和公式3的逻辑关系说明白了。

公式3是引用的，还是自己推导的，前者的话宜给出引用的参考文献，后者的话，宜给出推导的思路（大致说明在公式1基础上，采取了哪些处理原则而得到公式3）

4 产品设计与应用

4.1 产品设计

自承式光缆的一个特点就其拉伸性能需根据使用环境进行设计，如档距、气象条件和安装弧垂等。对于借助市话电信杆塔进行自承敷设的光缆，则通信杆塔之间的档距一般在100m以内。例如在湖南省某电信公司FTTH建设时接入至农村的馈线缆，它的最大跨距不超过80m；当地最恶劣的气象环境是5mm的覆冰或30m/s的风速；另外，考虑水泥杆对地安全距离，我们设计了一款GYTC8Y-36B1的产品，其主要参数如表1所示。

表1 光缆的主要结构参数

光缆经设计后进行产品的生产，其实物如图3所示。

图3 产品实物图

4.2 产品性能

对于轻型小缆径自承式光缆而言，产品经设计和生产完后，我们必须对其性能进行严格的认证，以保证其在安装和后期使用时不出现质量问题。经检测，产品的主要性能如表2所示。

表2 光缆主要性能测试情况

表2的指标是运营商的通常要求，还是企业自己的规范，最好大致描述一下 。

4.3 产品应用

本产品是自承敷设在现有杆塔上的，所以必须要有配套的金具将光缆悬挂在水泥杆塔上。因为轻型小缆径自承式光缆是8字型结构，所以他的悬垂金具和耐张金具与电力系统中圆形的ADSS使用的金具有所不同，图4是光缆及其金具安装图。

图4 光缆安装图

5 总结

我们开发的轻型小缆径自承式光缆，它采用了8字型结构设计，缆芯绞合单元采用0+3结构，即舍弃了与光缆拉伸性能关联不大的中心加强件，使整个光缆尺寸变小，自重变轻，大大降低光缆的制造成本。同时，我们也通过产品检测，发现他的传输性能、机械性能和环境性能是比较优秀的。目前该款产品在中国三大电信运营商、东南亚地区、欧洲、南美等均有客户应用，基于科学合理的拉伸性能设计，保证了产品的安全可靠和正常的使用寿命。我们相信，随着各国FTTH向乡镇、农村推进，在光进铜退过程中，利用原先杆塔自承敷设的轻型小缆径自承式光缆的市场将更加广阔。

6 参考文献

(1)邹林森,光纤与光缆,武汉工业大学出版社；

(2)中华人民共和国通信行业标准,YD/T 1999-2009《微型自承式通信用室外光缆》；

(3)陈炳炎，光纤光缆的设计与制造,浙江大学出版社。

Doi:10.3969/j.issn.1673-5137.2016.01.003