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国外光缆技术的最新发展动态
发布时间:2013-7-29 0:00:00
随着信息时代的到来,信息的传送量呈爆炸性增长。作为大容量、长距离传输的有效手段,光纤光缆得到了大量应用,增长速度令人称奇。行业的发展推动着技术的进步。新的光缆结构不断出现,制造技术得到改进。光缆技术方面的研究非常活跃。

——一年一度在美国举行的国际电线电缆年会(IWCS),成为全世界光缆研究者和制造商们交流最新研究成果的地方。本文对最近三年IWCS会议发表的有关论文进行了综合介绍,供业内人士参考。

一、带状光缆

——带状光缆由于光纤密度大,接续效率高已成为提高光缆芯数的常用结构。关于带状光缆的研究文章较多,下面分类予以介绍。

——1、骨架带状光缆

——自九十年代初以来,日本NTT大量使用骨架式带状光缆。由于日本管道拥挤,骨架式带状光缆的高光纤密度成为一个重要优势。同时骨架式带状光缆是全干式结构,接续十分方便。在将螺旋式骨架带状结构的芯数发展到1000芯以上后,自九七年开始,NTT和日本几大厂家如住友、藤仓、古河等开始推出SZ骨架事实太光缆。这种光缆的最大优点是中间下纤方便,但直径比螺旋骨架带状光缆稍大。光缆的芯数为100~200,采用4芯带。光缆结构为“8”字型,直径为13~14mm,高度为23mm。缆芯与吊索之间的护层间隔连接,使得缆芯长度长于吊索,从而得到了良好的拉伸性能和空气动力学性能,这种光缆主要用作FTTH的架空分配光缆。

——从九八年开始,日本NTT和几大厂家纷纷推出了芯数高达2000的SZ绞带状光缆。这种光缆是双层绞合结构。内层为SZ骨架槽,外层为SZ绞U型槽。该结构采用8芯光纤带,经测试其光学、机械和环境性能良好。由于内外层均为SZ绞,下纤较方便。光缆外径为40mm。这种光缆因双层绞合且为全干式,阻水性能较差,一般渗水距离为10米左右(24小时,1米水柱)。同时推出的还有采用8芯带的1000芯SZ骨架带状光缆,直径为32mm,比同芯螺旋绞光缆大2mm。这些大芯数光缆主要用于FTTH系统的主环路中。

——九九年骨架带状光缆方面有以下动态:1)将G.655光纤用于骨架式带状光缆成缆,实验证明衰减及偏振模色散均控制得较好。2)减轻骨架式带状光缆的重量,减少敷设困难。主要方法有:使用非金属加强芯或小直径绞合钢丝;将骨架部分发泡以及减少骨架尺寸等。3)改进骨架槽的柔软性。通过将骨架槽横向切槽,光缆的曲挠刚性可减低30%。4)古河推出一种特殊的双层骨架式光缆,内层为螺旋骨架,采用4芯带,共100芯,用于长途。外层挤上SZ骨架槽,用2芯带,共128芯,主要用于接入。光缆外径为20mm。5)韩国大宇公司提出用拍叠法在成缆时做成U型槽,可以加大U型槽的制造长度,改进大芯数U型槽带状光缆的制造工艺。

——2、中心束管式带状光缆

——中心束管式带状光缆由于其光纤密度最高而受到从产的欢迎。目前研究的焦点是进一步提高光纤芯数。最早中心管式带状光缆采用的是12芯带,为了扩展芯数逐步发展的为24芯带,目前已开始研究36芯带。为了能够与现有12芯带熔接机兼容,24芯带和36芯必须能分成两个或三个12芯子带。为此出现了两种方法:一种是用第二层树酯将两个或三个12芯带封装成一个24或36带,用这种方法在分带时可以完整地保护子带,但母带厚度增加,且增加了一个工序。另玫中是将子带边缘光纤与树酯的粘结力提高,使分带时边缘光纤不会脱落。目前中心管式带状基本都采用24芯带。18个24芯带可构成432芯光缆。九九年IWCS会议上朗讯推出了由36个24芯带可构成的864芯光缆。

——3、其它带状光缆

——1)OPGW带状光缆

——韩国大韩公司将带状光纤用于OPGW光缆,做出72芯的OPGW光缆,光纤带层叠后用聚合物封装,内部充入阻热油膏并放入铝骨架中,外面绞上异形铝包钢丝。通过良好的设计和对光纤弯曲性能的挑选,这种光缆获得了优异光学、机械和电气性能。

——2)ADSS带状光缆

——Fitel朗讯采用松套层绞式带状光缆结构制造出432芯ADSS光缆。已生产160km,成功地用于工程。

——3)大芯数中心管室内/室外光缆

——朗讯用中心管式带状光缆(18(12芯带))加抗紫外LSZH护套制成高达144芯的室外/室外带状光缆。

二、用户网光缆和室内光缆

——随着光纤向用户端的延伸,各种不同的用途要求各种各样的光缆结构。目前研究的重点是减小尺寸,降低成本和提高芯数。所以在不少结构中也使用了带状光纤。下面分别进行介绍。

——1、新型接入网分配光缆

——NTT对过去使用的小芯数“8”字型骨架带状分配光缆的结构进行了改进。通过将骨架去除并改用紧包方式,在保证各项性能(包括接入性能)的前提下减少了尺寸和重量,降低了制造成本。这种光缆将用于日本的FTTH系统。

——藤仓公司推出一种取代骨架式室内带状光纤的室内分支光缆。这种结构非常有利于降低安装和接续成本。先把两个4芯光纤带用塑料封装后加上一个缓冲层和含两根细钢丝的无卤阻燃护套做成光缆单元。这些光缆单元再绞合在一个加强芯上后用扎带固定。这种光缆因单元光缆保护较好而没有做外护层,所以分离光缆单元非常方便。光缆单元具有良好的性能,分开后使用敷设不存在任何问题。

——2、室内光缆

——西康对过去常用的两芯光缆(duplex or zipcord)进行了改进。通过把两根光纤放入一根松套管中再进行周边加强,减少了光缆制造材料成本。而且在敷设时不必使用两个分开的连接器。新型两芯光缆外径为3.0~3.4mm,性能与原结构相当。若将两根松套管对绞后加上芳纶和护层,可以制成4芯缆,外径为3.3~3.7mm。这种光缆还可爱和于设备内互连,取代单芯光缆,节约空间和成本。3M公司对上述2芯及4芯光缆的性能进行了研究,认为尤其在使用较敏感的50μm芯径多模光纤时,要对套管护套材料的线胀系数,模量和刚化温度Tg进行认真选择。同时套管的尺寸也要控制到使光纤尽量少产生交叉的程度,才能保证光缆的性能。

——日本TOYOKUNI电缆公司对办公室内用扁平光缆进行了改进。通过将紧套散纤改为光纤带,降低了光缆成本,提高了芯数。老结构4芯缆的尺寸为5.2×10.8mm,新结构4芯缆尺寸为5.0×7.9mm,8芯缆为5.0×10.4mm。新结构光缆经测试性能优异。

——3、局内布线尾缆的改进

——在建设FTTH系统中,光纤终端模块中要容纳数以千计的光纤。为了提高空间利用率,需要减小布线尾缆的直径。古河公司在保证性能的同时将原1.7mm的尾缆直径减少到1mm。主要方法是适当减小紧套光纤外径,增加芳纶填密度并采用聚酰胺外护层取代PVC以改进抗挠刚性。同时该公司还研制出外径为0.25mm的尾缆。其中采用了涂覆直径为180μm的光纤以及用POLYALYRATE纱线加强的外涂覆层。

——藤仓公司推出了几种细软线结构。一种外径为0.9mm,一种为0.25mm。此外,该公司还推出了8芯软线带,这些软线带与普通光纤带尺寸基本相同,可以整体排接,也可以分成单芯软线而用作软跳线。

——4、室内室外两用缆

——由于接入网光缆常在室外和室内穿行,而室外缆要求与室内缆不同,因此要求开发既能用于室外又能用于室内的两用光缆。室外光缆要求有抗紫外性能力,良好的温度性能并能阻水,而室内缆则要求光缆柔软,阻燃,开剥接续方便。

——Commscope公司推出了一种能同时满足上述要求的光缆。光缆缆芯由900μm阻燃紧套光纤绞合在用无卤阻燃料套塑过的加强芯上构成。在用芳纶丝对缆芯加强后挤上低烟无卤外护套。这种光缆满足竖井级阻燃要求,但不满足通风道级的阻燃要求。

——阿尔卡特推出了室外/室内通风道级光缆。该光缆对所有材料都进行了阻燃实验并进行了优化组合。采用干式套管避免了易燃油膏的使用。而套管内添加阻水粉又保证了阻水性能。

——5、其他用户光缆

——日本藤仓及古河公司对过去使用的架空下线两芯光缆(drop wire)结构进行了改进。这种改进即减小了尺寸,节约了材料,而且使制造能够一步完成。这种新型下线2芯单元可平行放置在一个带吊索“8”字型护套管中,在使用时拉出。

——日本海缆公司用带护层的小直径不锈钢管与哿芯预绞构了一种用户光缆。钢管单元外径为4.8mm~5.3mm,加强件套塑后的外径为4.6mm。这种光缆的优点是温度性能好,防潮、直径小、重量轻等。即能用在恶劣气候条件下,也可用于室内,在接入网中很有用处。

气送光缆技术仍然在继续发展中。由于预先只放管道,不放光缆,客中系统初期建设成本低,避——免了光缆闲置资源浪费。目前研究的重点是布缆标准,提高吹送距离(6纤单元可在2小时内吹送3000米)并使用带纤提高单元光纤芯数。

——阿尔卡特近年来一直锲而不舍地研究多芯光纤。其研制的4芯光纤已成缆后用于实验系统。由于多芯光纤的外径与普通光纤一样,所以可以有效地提高光缆纤芯密度。共制造成本(平均每纤芯)也比较低。但接头需用专用的熔接机(带旋转对准功能),并需要专门的扇出装置。衰减水平比普通光纤略高,串扰性能满足通信要求。

三、ADSS、OPGW及海缆

——随着传输容量要求的提高,ADSS、OPGW及海缆都在向大芯数发展。除了使用带状光纤等方法提高芯数外(如前所述),上述光缆的其它性能也在深入研究中。

——1、ADSS光缆

——阿尔卡特针对一些PE护套ADSS光缆因电蚀问题失效的现象,对12kV场电压以下可使用PE护套料的结构提出质疑,并开发了一种新的耐电蚀材料。这种材料推荐用于场电压为4~12kV的场合。而在场电压为12~25kV时,则要用交联护套料。

——比瑞利电缆公司对ADSS光缆金具进行了各种实验并进行了优化,优化后的金具在拉断力及蠕变实验中表现优异。该公司还对ADSS光缆的风振性能进行了详尽的理论分析与实际测试,证明由于工作张力/重量相差较大,ADSS光缆的风振性能完全不同于传统的架空金属缆。

——Fitel朗讯推出了大芯数ADSS光缆。这种光缆通过双层绞合,最大芯数可达288芯。该光缆用抗弯折材料做松套管并采用干式阻水技术,使施工非常方便。通过采用无卤阻燃外护套,该缆可满足竖井级阻燃要求,因此也可引入室内。

——BICC对高电压等级(400kV)线路上的ADSS光缆的耐电蚀性能进行了研究。认为ADSS光缆悬挂点的场电压应低低于12kV。在一些污染严重的地区,此值还应降低。现有耐电蚀材料在用于150kV以上电压等级的线路上时不可靠。通过在铁塔附近贴着ADSS光缆放置半导体棒,可以把400kV线路上的ADSS光缆的电蚀现象降到可接收的水平。

——美铝藤仓公司通过对ADSS光缆振动性能的理论研究和实验,确定了一套设计阻尼器(纺锤型和螺旋型)位置和数量的方法。该公司还对ADSS蠕变、温度系数及起始/最终模量差异对弧垂张力表计算的影响进行了研究。另外,推出了一种通过间接电容耦合测量耐电蚀性能的方法。这种方法比常用的直接接触耦合法测量电蚀更接近实际情况。

——韩国三星公司对ADSS在高电压等级线路上的架设位置进行了研究。认为只要悬挂点选择合理,ADSS光缆在风吹摆动时不会进入感应电场大于0.5kV/mm的区域,从而可以避免电蚀现象。因为电压等级越高,铁塔尺寸越大,而导体因重量大而摆动幅度减小,很容易找到这样的悬挂点,所以该文认为ADSS光缆可以不受电压等级的限制。

——2、OPGW

——阿尔卡特电缆公司对骨架型和钢管型OPGW光缆的蠕变性能进行了研究,结果表明OPGW的蠕变性能与同样结构和材料的导体相同。在10年的期间内,蠕变为0.04~0.05%,对光纤应变余量的影响可以忽略。针对以上两种OPGW,阿尔卡特建立了一个计算短路电流造成的温升的理论模型和计算软件,可以计算出短路时OPGW各层的温升。此计算结果比实际测试的结果更为可靠,因为实际测试时传感器的热惯性、尺寸、位置及与导体的接触好坏等对结果有很大影响的参数不好控制。

——西门子光缆公司开发出芯数很大的中心管式OPGW。中心管采用铝管或钢管。芯数为96芯和144芯。各种测试证明这种OPGW各种性能指标十分优异。

——3、海缆

——阿尔卡特光缆公司用含有48芯光纤的钢管制成192芯海底光缆。4根各有48芯光纤的钢管绞合后护上一层PE护套,然后绞上一层或两层镀锌钢丝,外层再套上聚乙烯护套。单层钢丝绞合的光缆直径为34mm,双层纲丝光缆直径为42mm。设计水深为1500米,温度范围为-20~+35℃。

——日本海缆公司推出了采用大有效面积G.655光纤的海缆。光缆中的光单元采用紧包结构,以防止大张力下光缆在接线端位移。光缆中含8根光纤,光缆成缆后衰减低于0.22dB/km,PMD≤0.09ps。文中还将不同有效面积的三种光纤进行了对比,挑选了最合适的一种。这种缆已用于实际工程。藤仓公司对用于海缆的紧包光单元进行了研究。大有效面积G.655光纤的套塑直径为400μm,以减小微弯损耗。这些光纤绞合在一个加强件上并用紫外固化树酯封包,之后再套上外层。通过合理选择紫外固化封包层的结构和材料,可以获得性能优良的光单元。

——阿尔卡特海缆网络公司也推出了中心钢管型G.655海缆,称作OALC-4,适当选择G.655光纤的MAC值,可使该光缆的性能指标非常优异,完全满足实用的要求。该缆已成功地进行了现场实验。

——在关于海缆的损氢性能方面,挪威Telenor Nett公司对已敷设的无阻氢层的海缆进行了8~10年的长时间的测试,发现只要铠装钢丝的外护套完好,氢损会维持在一个很低的水平上(1550nm衰减增加<0.04dB/km)。若有阻氢层,则观察不到氢损。但只要外护套破损,氢损会急剧增加。氢损的大小与水深及是否掩埋无关。

四、其它光缆

——此外,还有一些其它结构的光缆值得一提。

——1、无金属防鼠光缆

——古河公司对几种防鼠非金属光缆结构进行了研究。结果表明,只有用FRP铠装的光缆和用较多玻璃纤维(至少1.5mm厚)铠装的光缆才能达到防鼠要求。而用双层玻璃丝带和采用半芳香族聚酰胺护层的光缆不能达到防鼠要求。日本住友公司将一种合成辣椒素微囊混于护套中,然后在表面挤上一层普通聚乙烯,既能防鼠,又大大提高了操作安全性及敷设方便性。

——2、半松套光缆

——阿尔卡特公司推出一种半松套结构光缆。将松套管尺寸尽可能缩小,但仍保持光纤处于可以自由运动的状态,就构成半松套单元,称作FlextubeTM。因为普通松套管材料太硬,半松套单元采用非常软的热塑料做套管。再将半松套单元与干式阻水材料一起放入中心管中,即可构成144芯半松套光缆,其外径仅为13mm。经测试,该光缆各方面性能良好,而接入时间比松套层绞光缆节约33%。该光缆可用于需要高芯数而空间有限的管道中。若将护套料改为阻燃材料,可做成竖井级室内缆。而加上钢带铠装可作直埋缆使用。

——3、防弹光缆

——DoW Chemical对架空光缆的枪击实验进行了研究。提出用双层钢塑护层加上双层芳纶防弹带可以防弹。在架空光缆中使用钢带还可以防止护套回缩和防潮。而防雷击性能与全介质光缆没有区别,因为吊索几乎承载了所有的雷击感应电流。

——4、光纤/铜线混合缆

——西康推出了一种称作Dualcom的光纤和对绞线的混合缆,其设计特点是去掉了加强芯,以铜线和钢带作为抗拉元件。该光缆主要用于FTTC系统,其中光纤用来传输信号,对绞线用来供电。若护套改为阻燃材料,则可以用作室内缆。

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