ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ НАВИВНОЙ ДВУХМОДУЛЬНЫЙ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к волоконно-оптическим кабелям связи, а именно, к конструкциям подвесных волоконно-оптических кабелей связи, в частности, предназначенных для подвеса навивкой на несущий элемент.
Уровень техники
Из уровня техники известны способы подвеса волоконно-оптических кабелей на несущий элемент, в частности, волоконно-оптические кабели могут навиваться на несущий элемент, в роли которого выступает провод или трос (патент США No.4,715,582 от 29.12.1987, Furukawa Electric Co.). При этом требования на допустимое растяжение навивных волоконно-оптических кабелей существенно снижаются, но одновременно повышаются требования на их гибкость, а также на малость их погонного веса и поперечных размеров. Малые поперечные размеры кабелей являются, в частности, фактором снижения материалоемкости кабелей и, следовательно, цены, а также уменьшения габаритов тары и технологических бухт. Для подвеса волоконно-оптических кабелей на опорах воздушной линии электропередач требуется выполнение правил устройства электроустановок, которые, в частности, требуют, чтобы волоконно-оптические кабели были диэлектрическими. Важным применением навивных кабелей являются сети FTTH (волокно заводится в дом к абоненту), где миниатюрные поперечные размеры, малый погонный вес и низкая стоимость кабелей являются желательными параметрами кабельной системы, влияющими на снижение себестоимости подключения абонентов.
Из уровня техники известна конструкция волоконно-оптического подвесного кабеля, в которой имеется один диэлектрический жесткий силовой элемент и один оптический модуль, содержащий оптические волокна (патент США No.6,928,217 от 09.08.2005, Corning Cable Systems LLC). Конструкция кабеля упрощает его производство. Такой кабель может быть исполнен с небольшими поперечными размерами и погонным весом и может быть использован в качестве миниатюрного навивного кабеля. Недостатком этой конструкции является то, что жесткий силовой элемент расположен со смещением от центральной оси кабеля и не препятствует температурному расширению и сжатию пластикового модуля кабеля, если кабель смотан в бухту. С другой стороны, монтаж кабеля без бухт технологического запаса возможен, но существенно осложнен.
Другой конструкцией, которую можно применить для создания навивного волоконно-оптического кабеля с миниатюрными размерами и малым погонным весом, является конструкция плоского кабеля с двумя жесткими силовыми элементами и одним оптическим модулем между ними (патент США No.6,542,674 от 01.04.2003, Corning Cable Systems LLC). Эта конструкция имеет хорошую гибкость в одном из направлений. Кроме того, если силовые элементы имеют поперечный размер близкий к диаметру или больше диаметра оптического модуля, то они защищают его от воздействия раздавливающей силы, перпендикулярной плоскости кабеля. Недостатком конструкции применительно к миниатюрным навивным кабелям является то, что если требуется количество волокон больше восьми, то габариты оптического модуля и силовых элементов значительно увеличиваются. Это приводит к увеличению поперечных размеров кабеля, его погонного веса, и потере миниатюрности. Данное техническое решение является наиболее близким из числа известных к предлагаемой полезной модели по совокупности признаков.
Раскрытие полезной модели
Поставленная задача состояла в разработке конструкции экономичного волоконно-оптического кабеля с малыми поперечными размерами и погонным весом, с максимальным количеством волокон восемь и более и для основного применения в качестве кабеля для внешней прокладки путем его навивки на подвешенный несущий элемент, но этим применением не ограниченного. Кабель также должен быть диэлектрическим, характеризоваться достаточной гибкостью и стойкостью к перегибам, способностью функционировать в уличных условиях в широком диапазоне температур.
Технический результат полезной модели состоит в получении конструкции навивного волоконно-оптического кабеля с миниатюрными поперечными размерами и емкостью до 8-ми и более волокон, применение которого приводит к снижению затрат материалов и временных затрат при строительстве и обслуживании воздушных сетей, в которых применяется способ подвески оптических кабелей путем прикрепления к подвешенному несущему элементу методом навивки.
Технический результат достигается тем, что волоконно-оптический кабель навивной двухмодульный, материалы и конструкция которого позволяют применять его в уличных условиях, содержащий, по меньшей мере, одно оптическое волокно, предназначенное для передачи информации, и пластиковую оболочку, отличается тем, что содержит строго два оптических модуля в виде трубок с одинаковыми поперечными диаметрами и со свободной укладкой волокон в них и расположенный между ними, по меньшей мере, один продольный жесткий силовой элемент, препятствующий сжатию, растяжению и изгибу, не содержит металлических и иных токопроводящих компонентов, причем в поперечном сечении один размер поперечного сечения по величине больше другого размера поперечного сечения и поперечные размеры ограниченны величиной 7 мм (далее навивной двухмодульный ОК).
Такая конструкция дает возможность изготавливать миниатюрные диэлектрические оптоволоконные кабели для подвеса их путем навивки специальным навивочным устройством на кабель, провод или трос, расположенный на существующей инфраструктуре воздушных линий электропередач, воздушных телефонных и телекоммуникационных линий и т.п., что ускоряет и удешевляет строительство воздушных волоконно-оптических линий передач и воздушных волоконно-оптических сетей, в частности сетей FTTH. Миниатюрность, в частности, достигается тем, что меньший поперечный размер, может быть уменьшен вплоть до величины, представляющей собой сумму величины диаметра оптического модуля и двух величин наименьшей толщины оболочки кабеля. Соответственно, уменьшается погонный вес кабеля. При этом кабель может быть изготовлен плоским, и это важный фактор, позволяющий увеличить компактность его намотки в бухты, которые устанавливаются в навивочное устройство. Плоский кабель не имеет скрутки. Производство кабеля без операции скрутки его элементов существенно ниже по себестоимости по сравнению с производством кабелей со скруткой.
В одном из вариантов реализации полезной модели навивного двухмодульного ОК в кабеле имеется один единственный продольный жесткий силовой элемент.
Еще в одном из вариантов реализации полезной модели навивного двухмодульного ОК в кабеле имеются два продольных жестких силовых элемента.
Еще в одном из вариантов реализации полезной модели навивного двухмодульного ОК в качестве жесткого диэлектрического силового элемента применен стеклопруток (пластиковый пруток, армированный стекловолокнами).
Еще в одном из вариантов реализации полезной модели навивного двухмодульного ОК в качестве жесткого диэлектрического силового элемента применен арамидный пруток (пластиковый пруток, армированный арамидными волокнами).
Жесткий силовой элемент противодействует продольному сжатию кабеля при охлаждении, ограничивает радиус изгиба и противодействует растяжению кабеля при его растяжении или при нагревании. В частности, жесткий силовой элемент и конструкция кабеля допускают применение кабеля в широком температурном диапазоне, например, кабель может применяться в климатических зонах с температурным минимумом минус 40°C и ниже.
Еще в одном из вариантов реализации полезной модели навивного двухмодульного ОК в конструкции кабеля имеются гибкие силовые элементы в виде, по меньшей мере, одной нити, содержащей стекловолокна (стеклонить).
Еще в одном из вариантов реализации полезной модели навивного двухмодульного ОК в конструкции кабеля имеются гибкие силовые элементы в виде, по меньшей мере, одной нити, содержащей арамидные волокна (арамидная нить).
Гибкие силовые элементы в дополнение к жесткому противодействуют растяжению кабеля при его растяжении или при нагреве, что позволяет при той же максимально допустимой растягивающей нагрузке иметь жесткий силовой элемент с меньшей площадью сечения по сравнению с площадью сечения жесткого силового элемента в кабеле, в котором есть только жесткий силовой элемент и нет гибких. Меньшие поперечные размеры жесткого силового элемента дают большую гибкость кабеля, что важно при применении кабеля в качестве навивного. Жесткий силовой элемент, гибкие силовые элементы, если они имеются, и конструкция кабеля определяют его максимально допустимую растягивающую нагрузку. Гибкий силовой элемент, если он обладает достаточной прочностью, может использоваться при разделке кабеля для разрыва его оболочки.
Еще в одном из вариантов реализации полезной модели навивного двухмодульного ОК кабель содержит, по меньшей мере, одну водоблокирующую нить. Гидрофильные компоненты водоблокирующей нити при попадании воды внутрь кабеля из-за нарушения целостности наружной оболочки увеличиваются в объёме в несколько раз и препятствуют продольному распространению воды в кабеле, в частности, вдоль нитей гибких силовых элементов.
Еще в одном из вариантов реализации полезной модели навивного двухмодульного ОК в кабеле применены одномодовые телекоммуникационные волокна, малочувствительные к изгибу. Это, в частности, дает возможность применять компактные муфты для сращивания кабельных участков.
Еще в одном из вариантов реализации полезной модели навивного двухмодульного ОК кабель имеет один жесткий силовой элемент, расположенный между оптическими модулями, который имеет продольную линию касания с каждым из них. В этом случае достигается наиболее компактная укладка компонентов кабеля.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - Поперечное сечение Навивного двухмодульного ОК с одним жестким силовым элементом и без гибких силовых элементов (Вариант №1);
Фиг.2 - Поперечное сечение Навивного двухмодульного ОК с одним жестким силовым элементом, содержащего гибкие силовые элементы (Вариант №2);
Фиг.3 - Поперечное сечение Навивного двухмодульного ОК с одним жестким силовым элементом, содержащего гибкие силовые элементы и водоблокирующие нити (Вариант №3).
Фиг.4 - Поперечное сечение Навивного двухмодульного ОК с двумя жесткими силовыми элементами, содержащего гибкие силовые элементы. (Вариант №4).
На рисунках:
1 - внешняя оболочка кабеля;
2 - жесткий силовой элемент;
3 - оптические модули для свободной укладки волокон;
4 - оптические волокна диаметром 250 мкм;
5 - гидрофобный гель, заполняющий оптические модули;
6 - нити гибких силовых элементов, содержащие стекловолокна или арамидные волокна;
7 - водоблокирующая нить;
a - меньший размер поперечного сечения кабеля;
b - больший размер поперечного сечения кабеля.
Осуществление полезной модели
Основным приложением навивного двухмодульного ОК является строительство воздушных сетей, в частности сетей FTTH для районов частной жилой застройки, в том числе в коттеджных и дачных поселках. Сети FTTH обычно состоят из магистральной части, распределительной части и абонентских отводов. Навивной ОК, в частности, используется в распределительной части и для абонентских отводов.
Навивной двухмодульный ОК применяют, в частности, в распределительной части сети FTTH для подсоединения муфт подключения абонентов (дроп-муфт) к распределительному шкафу. В этом варианте использования навивной двухмодульный ОК содержит от четырех до восьми одномодовых оптических волокон. Навивные двухмодульные ОК подвешивают навивкой с помощью специального устройства к самонесущему волоконно-оптическому кабелю или тросу, образуя плотный жгут. При этом жгут может содержать навивные кабели другой конструкции и иного назначения, например, абонентские навивные дроп-кабели.
Другим применением навивного двухмодульного ОК является его навивка на провод ЛЭП среднего класса напряжений для создания магистрального участка волоконно-оптической сети. Для этого применения кабель может содержать 16 и более волокон, а его оболочка должна обладать антитрекинговыми свойствами.
Варианты реализации навивного двухмодульного ОК (далее Варианты №№), показанные на Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4 как примеры, но ими не ограничивающиеся, следующие.
Для Варианта №1, схематично показанного на Фиг.1, в качестве единственного жесткого силового элемента используется стеклопруток 2 круглого сечения диаметром 1 мм. Модули 3, расположенные по обе стороны от стеклопрутка 2, имеют продольные линии касания с ним и представляют собой трубки из полибутилентерефталата (ПБТ) с внешним диаметром 1,1 мм и с внутренним диаметром 0,7 мм. В каждый модуль 3 свободно укладывается до четырех оптических волокон 4 диаметром 250 мкм. Модуль 3 заполняется гидрофобным гелем 5. Кабель имеет поперечные размеры a=1,9 мм на b=3,9 мм. Максимально допустимая растягивающая нагрузка превышает 0,2 кН.
В Варианте №2, схематично показанном на Фиг.2, кабель аналогичен Варианту №1, но дополнительно имеет гибкие силовые элементы в виде четырех арамидных нитей 6 плотностью 1600 дтекс, которые расположены по разные стороны линии касания стеклопрутка 2 и оптических модулей 3. При этом кабель имеет величину силы максимально допустимого растяжения 0,35 кН.
В Варианте №3, схематично показанном на Фиг.3, кабель аналогичен Варианту №2, но дополнительно имеет водоблокирующие нити 7.
В Варианте №4, схематично показанном на Фиг.4, кабель аналогичен по конструкции Варианту №2, но имеет два стеклопрутка 2, которые расположены в центре кабеля и касаются друг друга. Каждый из стеклопрутков 2 имеет продольные линии касания с обоими оптическими модулями 3. Гибкие силовые элементы в виде четырех арамидных нитей 6 расположены в средней части кабеля с обеих сторон пары стеклопрутков 2. Такую конструкцию кабеля применяют для уменьшения большего размера поперечного сечения кабеля. Это позволяет достичь миниатюрности кабеля при увеличении диаметра модулей, необходимого для увеличения максимального количества волокон в кабеле, например, до 16-ти, ограничив больший размер поперечного сечения кабеля величиной b=4,5 мм, или, например, до 24-х волокон, ограничив больший размер поперечного сечения кабеля величиной b=5 мм.
Кабель Вариантов №1, №2 и №4 имеет рабочий диапазон температур не хуже чем от минус 40˚C до плюс 70˚C. Внешняя оболочка 1 кабеля для всех вариантов может быть выполнена из полиэтилена средней или высокой плотности, обеспечивая его применение в уличных условиях. Другой вариант оболочки - пластик LSZH (малодымный, не содержащий галогенов), стабилизированный для противодействия ультрафиолетовому излучению. В одних реализациях Вариантов №1, №2, №3 и №4 применены оптические волокна стандарта G.652. В других реализациях Вариантов №1, №2, №3 и №4 применены оптические волокна стандарта G.657A1, который допускает изгиб кабеля с радиусом 10 мм и более. Еще в одних реализациях Вариантов №1, №2, №3 и №4 применены оптические волокна стандарта G.657A2, который допускает изгиб кабеля с радиусом 7 мм и более. Меньший радиус изгиба не допускает стеклопруток.
Для Вариантов реализации №1,  №2 и №3 бухта кабеля длиной 100 м не превышает, в частности, следующие размеры и вес: диаметр 210 мм, ширина 45 мм, вес 900 г. Такие размеры и вес позволяют использовать при монтаже кабеля небольшое навивочное устройство, легко устанавливаемое вручную на несущий элемент - кабель или трос, на который осуществляется навивка.
Кабель Вариантов №2, №3 и №4 можно использовать как самонесущий на пролетах, рассчитанных по длине согласно возможным нагрузкам для климатической зоны применения. При свободном подвесе следует применять кольцевые зажимы, представляющие собой контейнер в виде двух вложенных цилиндров, между которыми наматывается от трех до пяти витков кабеля, которые самозатягиваются при натяжении.
В кабеле Вариантов №2, №3 и №4 арамидные нити 3 можно использовать для разрыва оболочки при разделке конца кабеля.