Защита волоконно-оптического кабеля от влаги

Для защиты сердечника кабеля от проникновения воды служит оболочка. Кабель, прокладываемый непосредственно в грунте, в кабельной канализации или под водой, должен иметь специальную конструкцию, защищающую от проникновения воды или влаги в продольном направлении. При определении состава сердечника кабеля должен быть выбран один из следующих двух методов защиты:

• защита кабеля с помощью гидрофобных материалов;

• содержание кабеля под давлением.

Нередко в процессе эксплуатации кабель находится в прямом контакте с водой. Воздействие влаги отрицательно влияет на работоспособность кабелей, так как может привести к механическому разрушению основного функционального элемента — оптического волокна, по которому электромагнитное поле распространяется в виде информационных сигналов в оптическом диапазоне волн. Кроме того, в случае нарушения целостности оболочки возможно распространение воды по существующим продольным каналам между элементами конструкции, что также представляет опасность для кабеля. Поэтому защита ОК от влаги является одной из наиболее важных задач для их разработчиков и производителей.

Чтобы ОК надежно работал в течение всего срока эксплуатации, необходимо определять время его эффективной влагозащиты. Существующие методики расчета эффективного времени влагозащиты для традиционных кабелей не могут быть применены из-за принципиальных различий между этими кабелями и кабелями оптическими.

В обычных (неаварийных) условиях вода проникает в кабель за счет диффузии влаги через оболочки. Вредное воздействие влаги проявляется только при контакте воды с волокном. Конструкция оптического кабеля многослойная. Оптическое волокно имеет защитные покрытия, расположено в модуле, заполненном гидрофобным составом, поверх модуля накладываются защитные оболочки. Пространства между элементами оптических кабелей современных конструкций, как правило, заполняются гидрофобными составами.

Важное значение с точки зрения влагонепроницаемости ОК имеют материалы оболочки защитного шланга.

Металлические оболочки практически влагонепроницаемы; их коэффициент влагопроницаемости крайне мал (≈10^-29). Поэтому до тех пор, пока единственным типом оболочки кабелей связи оставалась свинцовая, проблемы диффузии влаги внутрь кабеля не существовало.

Пластмассы обладают в миллиарды раз большей влагопроницаемостью. Значение коэффициента влагопроницаемости (P) для полиэтилена примерно 10^-16, для поливинилхлоридного пластиката — 10^-14 — 10^-15 в зависимости от структуры и технологического режима переработки. Количественное сопоставление диффузии через свинец и, например полиэтилен, показывает, что если при определенных условиях через полиэтиленовый образец 1 мг влаги проникает в течение 1 ч, то через аналогичный свинцовый образец то же количество влаги проникает за 10^-9 ч, т. е. за 115000 лет.

Кроме проблемы поперечной герметизации ОК важной является и проблема продольной влагостойкости кабеля. Для предотвращения или замедления процесса распространения воды вдоль кабеля используют различные гидрофобные и гидрофильные материалы. Первые достаточно надежно выполняют водоблокирующую функцию только при условии тщательного заполнения всех промежутков между конструктивными элементами кабеля по его сечению, что не всегда технологически возможно.

Гидрофильные, или водопоглощающие материалы (ВМ) более технологичны [18]. Занимая первоначально незначительный объем, при взаимодействии с водой они набухают и заполняют полости в конструкции кабеля, препятствуя продольному распространению воды. Но внедрение ВМ в отечественное производство кабелей происходит очень медленно, так как отсутствие в литературе необходимой информации об опыте эксплуатации этих материалов в составе ОК вызывает недоверие у потребителей.

Водопоглощающий элемент изготавливается в виде лент, порошка и нитей. Основными характеристиками водопоглощающего порошка являются его водопоглощающая способность, скорость водопоглощения, стойкость к воздействию соленой воды и микроорганизмов. Водопоглощаемость порошка определяется числом ионизированных групп (обычно карбоксилов) и плотностью поперечных связей. Для повышения эффективности порошок делают из нескольких составляющих: термопластичного эластомера, обеспечивающего гидрофобность; водорастворимой смолы, используемой для улучшения коэффициента водопоглощения; водопоглощающей смолы; поверхностно-пропитывающего агента для снятия поверхностного натяжения [17].

Результаты технико-экономического анализа, проведенного для конструкций с гидрофобными заполнениями и с ВМ по нескольким параметрам: водоблокирующие свойства, совместимость с другими материалами конструкции, удобство эксплуатации, цена, масса, диапазон рабочих температур, технологичность — показали, что конструкции с ВМ использовать более целесообразно, чем конструкции с гидрофобными заполнениями.

3.4.4. Пожаробезопасность волоконно-оптических кабелей.

Создание пожаробсзопасных ОК представляет сегодня важнейшую научно-техническую проблему.

В отношении пожаробезопасности требования ко всем кабелям практически одинаковы и диктуются необходимостью решения следующих основных задач [18]:

• предотвращение распространения пламени от очага возгорания как в пределах аварийного помещения, так и в других помещениях (минимизация масштабов пожара), обеспечение условий пожаротушения и эвакуации людей (снижение выделения дыма и токсичных продуктов горения);

• функционирование систем безопасности в случае пожара (сохранение целостности ОВ в течение определенного времени при воздействии открытого пламени на ОК, т. е. огнестойкость кабелей);

• защита приборов и оборудования от повреждения газообразными продуктами горения (отсутствие выделения коррозионно-активных продуктов).

Требования по показателям пожаробезопасности приведены в табл 3.8.

Таблица 3.8. Требования по показателям пожарной безопасности

Электрические и оптические кабели на основе современных полимерных композиций по степени жесткости требований к показателям пожарной безопасности могут быть разделены на шесть групп (рис. 3.21). Три группы (1 — 3) кабели на основе галогеносодержащих композиций (пластмасс и резин) и следующие три группы (4 — 6) — кабели на основе не содержащих галогены композиций полимеров и сополимеров. Кабели шестой группы должны удовлетворять полному комплексу требований по показателям пожарной безопасности, включая сохранение работоспособности при пожаре в течение нормированного времени [18].

Хотя подготовка промышленного выпуска кабелей в настоящее время ведется по всем шести классификационным группам, следует обратить внимание потребителей, что многие вопросы, связанные с практическим применением кабелей 4 — 6 групп на электростанциях, промышленных предприятиях, транспорте и в жилищно-коммунальном хозяйстве, не решены.

Рис. 3.21. Группы кабелей по пожарной безопасности

Согласно [19] ОАО ВНИИКП совместно с рядом организаций и предприятий разработали ПВХ пластикаты с пониженной горючестью типа НГП марок: НГП 40-32 и НГП 30-32 — для защитных шлангов кабельных изделий; а также ПВХ пластикаты с пониженной пожароопасностью типа НП марок: ОНП — для защитных шлангов, ИНП — для изоляции и ОНП-В — оболочек кабельных изделий.

Наряду с указанными направлениями работ проводятся исследования по созданию пожаробезопасных кабелей с использованием безгалогенных композиций на основе полиолефинов. У этих композиций относительно низкое выделение дыма, они не выделяют коррозионно-активные летучие продукты в условиях горения. У изготовителей и потребителей стран СНГ сегодня есть три основных способа повышения пожаробезопасности кабельных изделий и объектов, где они применяются:

• замена серийных ПВХ пластикатов на ПВХ пластикаты с пониженной горючестью и пожароопасностью;

• замена серийных композищ~й на основе полиэтилена на безгалогенные композиции на основе полиолефинов;

• замена ПВХ пластикатов на безгалогенные композиции на основе полиолефинов.