Волоконно-оптический кабель

Волоконно-оптический кабель

Введение

Прогресс цивилизации связан с быстрым возрастанием потоков информации, опережающим развитие производительных сил общества. Наилучшими носителями информации вплоть до космических, признаны электромагнитные волны. Человечество неуклонно осваивает новые диапазоны, стремясь к передаче все более широких частотных полос по каждой линии или физическому каналу связи.

Цифровая связь по оптическим кабелям (ОК), приобретающая все большую актуальность, является одним из главных направлений научно-технического прогресса (НТП). На сегодняшний день наметились две основные тенденции в развитии НТП: снижение себестоимости услуг связи и повышение её качества.

Преимущества цифровых потоков в их относительно лёгкой обрабатываемости с помощью ЭВМ, возможности повышения отношения сигнал/шум и увеличения плотности потока информации.

Преимущества оптических систем передачи (СП) перед СП, работающими по металлическому кабелю заключается в:

возможности получения световодов с малым затуханием и дисперсией, а значит увеличение дальности связи и уменьшение потерь;

широкая полоса пропускания, значит большая информационная ёмкость;

ОК не обладает электропроводностью и индуктивностью, то есть кабели не подвергаются электромагнитным воздействиям;

пренебрежимо малые перекрестные помехи;

низкая стоимость материала ОК, его малый диаметр и масса;

высокая скрытность связи;

возможность усовершенствования системы при полном сохранении совместимости с другими СП.

Потенциальные возможности передачи информации возрастают с увеличением полосы пропускания передающей среды и частоты несущей. За время существования радио, используемые для передачи частоты выросли от примерно 100 КГц до приблизительно 10 ГГц. Изобретение лазера, в котором свет используется в качестве несущей, за один шаг увеличило потенциальный диапазон на четыре порядка - до 100 000 ГГц (или 100 терагерц, ТГц). Волоконная оптика теоретически может работать в диапазоне до 1 ТГц, однако используемый в настоящее время диапазон еще далёк от этого предела.

Ширина полосы пропускания связана со скоростью передачи информации. Потери (затухание) определяют расстояние, на которое может передаваться сигнал. По мере того как сигнал перемещается по передающей линии, его амплитуда уменьшается. Это уменьшение амплитуды называется затуханием. В оптическом кабеле затухание не зависит от частоты и остается постоянным в определенном диапазоне частот, вплоть до очень высоких и, как правило, неиспользуемых частот.

Важнейший результат нечувствительности оптического волокна к наводкам от электромагнитного излучения заключается в том, что световые сигналы не искажаются под влиянием электромагнитных наводок (ЭМН). Цифровая передача предполагает пересылку сигнала без ошибок. Всплеск ЭМН может привести к возникновению пика, в то время как в исходном сигнале никакого пика не было. Таким образом, оптические волокна открывают новые возможности для передачи сигнала без искажений.

Оптическое волокно весит значительно меньше медного проводника. Волоконно-оптический кабель той же информационной ёмкости, что и медный, весит меньше, поскольку последний требует большего количества линий. Волокно является диэлектриком и не проводит ток. Его использование безопасно с точки зрения искро - и пожаробезопасности. Более того, волокно не притягивает молнии.

Волоконно-оптический кабель может также использоваться в опасных местах, в которых из соображений безопасности вообще не применялись кабели. Например, волокно можно проложить прямо через топливный бак.

1. Конструкции оптических кабелей

Оптические кабели предназначены для передачи цифровых и аналоговых сигналов в высокоскоростных линиях связи. Отличительной особенностью является наличие в конструкции кабеля основного элемента - оптического волокна. Оптическое волокно имеет низкую механическую прочность. Поэтому конструкция кабеля должна быть такой, чтобы конструктивные элементы надежно защищали оптическое волокно. В кабелях внешней прокладки - это силовые и армирующие элементы: вторичное защитное покрытие в виде трубки, центральный силовой элемент, промежуточные оболочки, броня, защитная оболочка. В кабелях внутренней прокладки роль защитных элементов выполняет плотное вторичное защитное покрытие, защитная оболочка. При необходимости в конструкции кабеля могут быть армирующие Элементы на основе высокомолекулярных нитей (СВМ, Тварон, Кевлар).

.1 Классификация оптических кабелей

По назначению оптические кабели (ОК) в отличие от электрических кабелей достаточно классифицировать на две основные группы:

линейные - для прокладки вне зданий (для наружной прокладки и эксплуатации);

внутриобъектовые - для прокладки внутри зданий (для внутренней прокладки и эксплуатации).

Нет необходимости классифицировать линейные ОК на магистральные, зоновые, городские и сельские, т.е. по принципу принадлежности к магистральной, зоновым или местным сетям связи.

Современные одномодовые оптические волокна (ОВ), выполняющие в ОК роль среды передачи, имеют малое затухание, слабую его частотную зависимость и не являются ограничивающим фактором применения линейных ОК на сетях связи (магистральной, зоновых или местных).

Определяющим фактором применения линейных ОК на сетях связи являются условия их прокладки и эксплуатации. Оптические кабели позволяют создавать сети во всех средах: на суше, в воде и воздухе. С учетом этого линейные ОК можно классифицировать на три группы:

подземные;

подводные;

подводные.

Внутриобъектовые ОК по условиям применения можно классифицировать на две группы:

распределительные;

станционные (монтажные).

.2 Кабель для прокладки в грунте

- центральный силовой элемент (стеклопластиковый стержень);

- оптический модуль с заполнением гидрофобным гелем;

- оптическое волокно;

- заполнение гидрофобным компаундом;

- полиэтилентерефталатная пленка;

- внутренняя полимерная оболочка (полиэтиленовая);

- двухслойная броня из стальных оцинкованных круглых проволок;

- наружная оболочка (полиэтиленовая).

.3 Основные конструктивные элементы ОК для прокладки в земле

 

Волокно

Как известно, оптическое волокно состоит из сердцевины, оболочки и первичного покрытия. Именно в таком виде, как правило, оно и попадает на кабельное производство. Такое волокно неокрашенное, т.е. имеет светло-серый, натуральный цвет. Волокно после вытяжки и наложения первичного покрытия подвергают тесту на перемотку с натяжением. В процессе перемотки большой длины - несколько сот километров - из-за произвольного распределения трещин по длине волокно обрывается. В результате образуются отрезки волокна различной протяженности.

Рисунок 1 - Оптическое волокно

У различных производителей разные стандарты на безобрывные длины, поставляемые на катушке. Так, фирма Corning поставляет волокно длиной 25.2 км. Разумеется, существуют и другие длины к поставке, отличающиеся как в большую, так и в меньшую сторону.

Рисунок 2. Катушка с оптическим волокном

Различные виды волокон имеют разные геометрические параметры. На сегодняшний день существуют различные международные рекомендации и стандарты, по которым изготавливается большинство часть волокон в мире. Часть этих стандартов действует и в России.

Наибольшее распространение получили документы двух организаций: ITU (МСЭ) и IEC (МЭК). Были выпущены следующие рекомендации ITU и стандарт IEC:

Таблица 1 - Стандарты ITU и IEC

ITU Rec. G.650	Определения и понятия касающиеся одномодового волокна. Способы его тестирования
ITU Rec. G.651	Многомодовое градиентное волокно 50/125 мкм
ITU Rec. G.652	Одномодовое волокно
ITU Rec. G.653	Одномодовое волокно со смещенной дисперсией
ITU Rec. G.654	NZDSF
IEC 793-2	Технические условия на изделия использующие оптические волокна

Почти все эти рекомендации переведены на русский язык, а IEC 793 был принят в качестве стандарта ГОСТ Р МЭК 793-1-93.

Почти все стандартные волокна относятся к одному из следующих видов:

одномодовое ступенчатое волокно 8-10/125 мкм;

многомодовое градиентное волокно 50/125 мкм;

многомодовое градиентное волокно 62.5/125 мкм.

В последнее время используются также волокна со сложным профилем показателя преломления, т.н. волокна со смещенной дисперсией. Различают волокна с положительной ненулевой смещенной дисперсией (например, волокна Corning Leaf), с положительной нулевой смещенной дисперсией (практически не используется), с отрицательной смещенной дисперсией, для компенсации дисперсии.

У всех перечисленных стандартных волокон один и тот же диаметр оболочки, равный 125 мкм.

Покрытие волокна

Для практического использования оптическое волокно должно иметь защитное покрытие. Например, таким покрытием могут быть один или несколько слоев полимерных материалов. Защитный слой наносится на волокно в процессе его изготовления - вытягивания - в вытяжной башне, находящейся на несколько метров ниже печи. Защитное покрытие наносится в жидком виде с помощью специального устройства - аппликатора - или нескольких таких устройств. Волокно проходит через эти устройства со скоростью 3 - 10 м/с.

Обычно для защиты на волокно наносятся два слоя акрилата - внутренний слой из мягкого акрилата, для предотвращения микро-изгибов, и твердый наружный слой, для защиты от механических воздействий. После нанесения обоих слоев диаметр волокна становится равным 245±10 мкм. Нанесенный акрилат отверждается под воздействием интенсивного УФ-излучения. При этом очень важно чтобы акрилат был отвержден полностью, иначе смесь отвержденного и неотвержденного акрилата может привести к появлению микроизгибов что в свою очередь приведет к увеличению затухания, изменению геометрических параметров и т.д.

Рисунок 3. Установка для перемотки волокна с натяжением

Раньше для первичного покрытия использовался силикон (в основном японскими производителями) но за последние годы практика его применения стала сходить на нет. Причина заключается в трудностях связанных с удалением первичного покрытия волокна, например, при подготовке ОВ к стыковке или оконцовке. В отличие от силикона отвержденный акрилат счищать с волокна очень легко.

Первичное покрытие повышает механическую прочность волокна. Для гарантированной долговечности необходимо чтобы волокно с первичным покрытием выдерживало растягивающее напряжение порядка 10 Н в течение одной секунды. Предел прочности при растяжении составляет около 50 Н. Первичное покрытие заполняет неровности на поверхности оболочки и защищает волокно от пыли влаги и химикатов.

Таблица 2 - Наиболее типичные допуски для многомодового волокна 50/125 мкм

Название параметра	ITU Rec. G651	IEC 793-2
Допуск на диаметр сердцевины	±6%	±3 мкм
Допуск на овальность сердцевины	<6%	<6%
Допуск на диаметр оболочки (125 мкм)	±2,4%	±3%
Допуск на овальность оболочки	<2%	<2%
Допуск на неконцентричность сердцевина-оболочка	<6%	<6%

Модули

Оптическое волокно, обладая малыми геометрическими размерами, может выдерживать значительные нагрузки, возникающие в процессе прокладки. Однако, оно подвержено сильному воздействию влаги, температуры, механических напряжений в процессе эксплуатации, что приводит к прорастанию трещин и возникновению микроизгибов. Поэтому, в связи с указанной уязвимостью, для практического применения оптическое волокно необходимо покрывать защитной оболочкой. Разработаны специальные конструкции оболочки для защиты световодов - модули. В большинстве случаев модули сами по себе не обеспечивают необходимых прочностных характеристик и не в состоянии защитить волокно от внешних воздействий. В таких случаях поверх модулей налагаются дополнительные защитные покровы.

Модули могут быть трех видов:

модули со свободной укладкой волокон;

модули с плотной упаковкой волокон;

ленточные волокна.

Модули со свободной укладкой волокон

Чтобы предотвратить изменение оптических свойств волокна под воздействием давления растягивающего напряжения изгибов кручения и трения волокно с первичным покрытием свободно укладывают в узкой трубке. Трубка, из которой выполнен модуль, должна сохранять свою форму, быть устойчивой к старению и достаточно гибкой, чтобы не подвергать световод каким-либо механическим напряжениям. Оболочка трубки, как правило, состоит из внутреннего защитного слоя, имеющего низкий коэффициент трения, и внешнего слоя, который защищает волоконный световод от механических воздействий. Однако достаточно часто в целях минимизации стоимости кабеля трубку модуля делают из одного материала.

Рисунок 4. Модуль

кабель оптический термомеханический прокладка

В трубку модуля помещают один или несколько световодов. По сложившейся практике максимальное число волокон в трубке составляет двенадцать. Это ограничение накладывается цветовой кодировкой ОВ. Однако в настоящее время (см. п. Окраска) в модуль могут быть уложены до 72 ОВ. Кроме того, существует возможность укладки в модуль нескольких пучков по 12 волокон, которые различают по цвету скрепляющей их нити. Тем не менее, в России в большинство модулей содержит 4-6 волокон. При этом, как уже было сказано, трубка должна обладать следующими свойствами:

обратимость деформации, т.е. возврат к первоначальной форме после снятия напряжения;

высокая стойкость к раздавливающим нагрузкам;

стойкость к растяжению;

низкий коэффициент трения.

Волокно укладывается в модули с небольшим избытком по длине. Такая укладка называется свободной. При дальнейшей работе с кабелем свободная укладка волокон предотвращает возникновение растягивающего напряжения ОВ при удлинении модулей и дает возможность проводить скрутку модулей с натяжением без воздействия напряжений непосредственно на ОВ.

Волокна располагаются в трубке модуля с зазором, равным нескольким десятым миллиметра, могут перемещаться в радиальном направлении и таким образом компенсировать растягивающее напряжение давление крутящие и изгибающие усилия, а также влияние изменения температуры. Перемещения волокон не вызывают большого сопротивления, так как поверхности оболочки гладкие и коэффициент трения внутренней поверхности низкий.

При повреждении волоконно-оптического кабеля вода может проникнуть внутрь полой оболочки модуля и за счет капиллярного эффекта распространиться вдоль по кабелю на значительные расстояния. При замерзании воды волокна подвергаются воздействию напряжений во многих точках, что может вызвать микроизгибы и приведет к недопустимому увеличению затухания. Кроме того, влага, попавшая на поверхность волокна, изменяет энергию активации роста трещин, что существенно снижает его прочность, уменьшая тем самым время его жизни. Для предотвращения проникновения воды внутримодульное пространство заполняется специальным водоотталкивающим наполнителем (гидрофобом) - тиксотропным гелем. Вообще, различают два типа гелей: у гелей первого типа изменяется вязкость с изменением температуры, у второго - с изменением давления. Указанный выше гель представляет собой химически нейтральную массу, которая в необходимом диапазоне температур (от -60ºС до +70ºС) имеет достаточную вязкость, не замерзает, не подвергает коррозии или разбуханию защитное покрытие световода. Кроме того, тиксотропный гель снижает трение между волокнами и стенкой трубки, так что волокна могут свободно перемещаться внутри трубки даже при самом незначительном напряжении. Это очень важное свойство тиксотропного геля - во всем диапазоне рабочих температур (как минимум -60ºС+70ºС) он должен под механическим воздействием на него волокна (при растяжении последнего) изменять свою вязкость и обеспечивать наименьший коэффициент трения. Гель легко протирается и смывается, не оставляет после себя остатков, которые могли бы помешать соединению световодов, не содержит легковоспламеняющихся веществ.

Коэффициенты теплового расширения стекла (из которого изготавливается волокно) и полимера (из которого состоит остальная часть кабеля) сильно отличаются друг от друга. У полимеров значение этого коэффициента больше, а у волокна - меньше. Поэтому волокно относительно модуля при нагревании практически не расширяется (не удлиняется). Так как волокно может свободно перемещаться внутри трубки в радиальном направлении то в обычной обстановке это предотвращает его растяжение.

Кроме того, длина волокна в модуле на несколько десятых процента больше, чем длина его оболочки, т.е. трубки модуля. Поэтому в нормальных условиях волокно не вытянуто в прямую линию, а образует внутри модуля кривую, напоминающую синусоиду. При растяжении модуля на некоторую малую величину, например при создании скрутки, волокно не удлиняется, а распрямляется. Когда длина волокна станет равной длине трубки, произойдет его полное выпрямление. Важно правильно рассчитать работу оптического кабеля в заданном температурном диапазоне эксплуатации. Условия эксплуатации в нашей стране одни из наиболее жестких в мире. Так для кабелей, уложенных в грунт, диапазон температур составляет от -40°С до +50°С, а для эксплуатирующихся на открытом воздухе (подвеска, мосты, эстакады) еще шире. Свободно уложенное синусоидой волокно при сжатии модуля (низкие температуры) может подвергаться микро-изгибам, приводящим к неприемлемому росту потерь в линии. Данный микро-изгиб есть не что иное, как дополнительная нагрузка на ОВ, которую оно испытывает в модулях со свободной укладкой. Именно поэтому неотработанные для наших условий конструкции оптических кабелей известных зарубежных производителей оказывались непригодными для использования на взаимоувязанной сети РФ. Особенно существенны данные расчеты для подвесных кабелей, во-первых, из-за наибольших перепадов годовых температур (зима от -60°С до +70°С - лето), а, во-вторых, из-за вибрации, которая при достаточном разжижении тиксотропного геля с течением времени приводит к скоплению избытка длины оптического волокна в центре пролета.

Наружный диаметр трубки модуля в зависимости от числа укладываемых волокон находится, как правило, в пределах от 1.5 до 3 мм. Толщина стенок также колеблется - обычно от 0.3 до 0.5 мм. Соотношение диаметра трубки модуля к толщине его стенки (SDR) определяет стойкость модуля к раздавливающим усилиям. Чем меньше SDR - тем более стойким является модуль. Кроме того, стойкость к раздавливанию зависит от твердости применяемых материалов. Поэтому трубка модуля обычно изготавливается из полиамида или из полибутилентерефталата (ПБТ). Эти виды полимеров имеют хорошие физические свойства, которые отвечают изложенным выше требованиям.

Трубки модуля могут быть однослойными и двухслойными. Для производства используют, соответственно, один или два экструдера, установленные друг за другом, с помощью которых в непрерывном технологическом процессе изготавливается полая трубка, состоящая из внутренней и внешней оболочки. Это достигается с помощью системы управления, которая обеспечивает равномерный расход материалов для оболочек из экструдеров при температуре 2500ºС, чтобы поддерживать требуемую толщину стенок, равную всего нескольким десятым миллиметра. Преимуществом двухслойной оболочки по сравнению с однослойной является большая свобода в выборе материалов и возможностей их комбинаций, благодаря чему можно облегчить решение механических и термических проблем. Недостатком же является необходимость более тонких настроек, использование более дорогостоящего оборудования и, как следствие, удорожание процесса производства.

При производстве защитной оболочки наполнитель, который не должен содержать ни воздуха, ни каких-либо примесей, подается в оболочку при постоянном давлении через инжекционную иглу. Это достигается либо использованием очищенного сырья - тиксотропного геля, либо использованием при подаче специальной установки, изгоняющей пузырьки воздуха из компаунда.

При изготовлении модулей с одним световодом особое внимание необходимо обратить на точную подгонку длины световода и оболочки. Для намотки изготовленных модулей применяется горизонтально (во избежание дополнительного давления одного слоя на другой) расположенный приемный диск или кассета, находящиеся рядом с установкой, и имеющие большую емкость (до нескольких километров). Технология производства модулей с несколькими волокнами полностью аналогична. Единственное отличие заключается в размерах оболочки. Модули имеют цветную оболочку, а световоды окрашены в разные цвета. Это упрощает задачу идентификации волокон при соединении многоволоконных кабелей.

При производстве модулей с большим количеством волокон необходимо учитывать, что волокна, окрашенные в различные цвета, имеют различный коэффициент трения с тиксоптропным гелем - гидрофобным наполнителем. Поэтому при выборе скорости схода волокон с отдающих катушек необходимо подбирать правильные режимы и строго контролировать длину волокон разных цветов в готовом модуле с высокой точностью (например, с использованием приборов типа ИД-2-3, компании ИИТ, работающих на методе фазового анализа). Также при настройке оборудования необходимо добиваться точного места укладки определенного волокна в модуле - в центре или на периферии. Невыполнение данных условий приводит либо к необходимости создания избыточной прочности защитных покровов оптического кабеля, либо к обрывам отдельных волокон в процессе эксплуатации.

Именно сочетание распрямления волокна и смещения его внутри модуля обеспечивают большой предел удлинения кабеля с модулями такого типа.

Далее, по мере натяжения модуля, волокно (в конструкции модульной скрутки) смещается к его оболочке в сторону центральной оси кабеля, но не растягивается.

Оптический сердечник

Разнообразие областей применения световодов в системах волоконно-оптической связи требует, чтобы были разработаны самые разные конструкции кабелей с соответствующими размерами и материалами. Исходя из применения кабеля, выбираются типы модулей и соответствующая им конструкция сердечника кабеля и защитных покровов. Особое внимание уделяется предотвращению повреждений световодов в кабелях из-за воздействий окружающей среды, таких как перепады температуры и механические нагрузки.

Оптический сердечник, который образуется в результате скрутки оптических модулей, называется сердечником модульной скрутки. Сердечник, образованный на основе расположения модулей в пазах профилированного стержня, - профилированный оптический сердечник. Сердечник с центральным расположением модуля, имеющий трубчатую конструкцию называется трубчатый сердечник.

Сердечник модульной скрутки

Центральный силовой элемент (ЦСЭ) сердечника модульной скрутки

В целях увеличения механической прочности оптических кабелей модули скручивают вокруг центрального элемента, который является силовым элементом кабеля (ЦСЭ). При этом центральный элемент может служить для защиты от продольного изгиба и от растяжения. Поэтому он изготавливается из таких материалов, которые имеют большой модуль упругости и сохраняют устойчивость при колебаниях температуры в определенном диапазоне.

В качестве ЦСЭ кабеля может использоваться стальная проволока диаметром 2-3.5 мм (или тросик примерно такого же диаметра из нескольких проволок более тонкого сечения), вокруг которой укладываются модули, образуя скрутку. Недостатком такой конструкции оптического сердечника является существование проводника в центре оптического кабеля, что означает возможность повреждения оптических волокон при разряде молнии на проводнике - проволоке ЦСЭ. Таким образом, оптические кабели с металлическим ЦСЭ нельзя применять в случаях, когда отсутствуют грозозащитные элементы, например, непосредственно в грунт. Такие типы кабелей, согласно нашей классификации (см. Таблица 1), могут применяться в случаях 1 и ограниченно - в городской канализации 2. Известны случаи прокладки дополнительного грозозащитного проводника при использовании металлического ЦСЭ, что, на наш взгляд, является экономически неэффективным.

Для исключения металлических элементов в структуре оптического сердечника в качестве ЦСЭ используется диэлектрический стержень. В большинстве случаев он выполнен из стеклопрутка, который получается в результате склеивания стеклянных нитей (ровингов) с помощью эпоксидной смолы. При особо высоких требованиях к прочности и гибкости ЦСЭ выполняют из арамидного прутка, в котором несущими являются арамидные нити. Однако, широкого распространения арамидный ЦСЭ не получил, из-за высокой удельной стоимости арамида как силового элемента.

Скрутка

Благодаря скрутке световоды в модуле имеют определенное свободное пространство, при перемещении в пределах которого при растяжении, изгибе, сжатии не ухудшаются их передаточные характеристики. Наряду с модулями в различном исполнении, в скрутку могут быть дополнительно включены наполнители, т.е. просто полиэтиленовые элементы (кордели). Часто в комбинированных кабелях элементом скрутки являются изолированные медные жилы. Совокупность силовых и скручиваемых элементов, а также скрепляющей ленты или оболочки вокруг них, если такая имеется, называется сердечником кабеля.

Таблица 3 - Цветная кодировка модулей

N	Кабели с сердечником
1	Красный
2	Зеленый
Остальные	Натуральный
Кордель	Черный
По требованию может поставляться с другим цветовым сочетанием

Самой распространенной в технике оптических кабелей является скрутка слоями или послойная скрутка. При этом скручиваемые элементы располагаются концентрически вокруг ЦСЭ в один или несколько слоев. Шаг спирали рассчитывается для того, чтобы предотвращать увеличение затухания в кабеле, вызываемое, прежде всего, изгибами кабеля в процессе его изготовления, при прокладке и при установке, а также вследствие колебаний температуры.

Если скручиваются отдельные элементы, например, модули или наполнители, то в этом случае говорят о кабеле повивной скрутки. Если же сердечник кабеля скручивается из элементов, состоящих из скрученных модулей, то такой кабель называется кабелем жгутовой скрутки. При использовании кабелей жгутовой скрутки плотность упаковки может быть существенно увеличена.

Если кабель предназначен для наружной прокладки, то пространство между модулями заполняется веществом (гидрофобным наполнителем), придающим кабелю водонепроницаемость по всей его длине. Поверх скрутки накладывается защитная наружная оболочка из полимера.

Заполнение сердечника

Для обеспечения водонепроницаемости сердечника оптического кабеля по всей длине свободное пространство между модулями или волокнами заполняется специальным компаундом, состав которого не должен оказывать влияния на характеристики остальных элементов сердечника. Компаунд почти не вызывает набухания полимерной оболочки и имеет относительно малый коэффициент линейного расширения. Предохранительный слой из устойчивого к нефтепродуктам расплавленного связующего вещества, которое наносится вокруг сердечника экструзионным способом, служит, во-первых, дополнительным барьером для компаунда, а, во-вторых, как бесшовное соединение между устойчивой к нагрузке на растяжение защитной оболочкой или обмоткой сердечника и оболочкой кабеля, не уменьшая, при этом, ее гибкости.

Если продольная водонепроницаемость не требуется, например, для кабелей внутренней прокладки, то необходимость в заполнении сердечника компаундом отпадает. Чтобы защитить элементы сердечника от повреждений во время дальнейших технологических операций, а также, чтобы изолировать наполнители сердечника от силовых элементов кабеля, предотвращающих нагрузку на растяжение, и от материала оболочки, скручиваемые элементы покрываются одним или несколькими слоями тонкой полимерной пленки.

Для обозначения фирмы-производителя кабеля непосредственно поверх скручиваемых элементов, обычно параллельно оси кабеля, укладывается фирменная опознавательная нитка. Эта операция выполняется, как правило, во время наложения оболочки. По желанию заказчика дополнительно к опознавательной нитке можно добавить ленту для определения длины, которая представляет собой бумажную полоску шириной 6 мм с нанесенными метровыми метками.

Защитные покровы

Защитные покровы должны предохранять сердечник оптического кабеля от:

механических воздействий;

тепловых воздействий;

химических воздействий;

воздействий влаги.

Силовые элементы защитных покровов

Силовые элементы повышают механическую прочность кабеля. В ходе прокладки и после нее силовые элементы принимают на себя растягивающие напряжения, защищая от них волокно.

В качестве силовых элементов для оптических кабелей могут использоваться следующие материалы:

стальная проволока;

медная, алюминиевая или свинцовая трубка (обычно у подводного кабеля);

стекловолокно;

арамидные нити.

При этом защита от механических воздействий, в частности от продольных механических усилий, возникающих при прокладке и в процессе эксплуатации (особенно для воздушных самонесущих кабелей), обеспечивается силовыми элементами, а защита от тепловых и химических воздействий, влаги, а также от ряда механических воздействий, например, истирания или грызунов, обеспечивают внешняя и промежуточные оболочки.

Как правило, силовые элементы и металлические ленты (для защиты от грызунов) не рекомендуется накладывать непосредственно на оптический сердечник и в качестве промежуточного слоя накладывается промежуточная полимерная оболочка.

Стальная проволока

Стальная проволока навивается поверх сердечника кабеля. Преимущество состоит в том, что кабель, усиленный таким образом, может выдерживать большие поперечные и продольные нагрузки, так как сталь характеризуется лучшей механической устойчивостью, по сравнению с другими материалами. Однако сталь является проводником, что представляет опасность при попадании грозовой молнии.

Круглая оцинкованная проволока используется, например, для бронирования кабелей с трубчатым сердечником. В процессе бронирования повив заполняется гидрофобным компаундом для предотвращения попадания воды в пустоты бронеповива.

Наружная оболочка

Наружная оболочка кабеля состоит из одного или двух слоев полимера. Обычно для изготовления оболочки применяют следующие виды полимеров:

полиэтилен (ПЭ);

поливинилхлорид;

полиамид;

термопластический полиуретан.

Применяемые виды полимеров обладают различными термическими, механическими и электрическими свойствами. Прочность, стойкость к воздействию химикатов и воспламеняемость у них также различная.

Таким образом, правильный выбор материала для каждого конкретного изделия имеет большое значение.

2. Материалы

.1 Оптическое волокно

Оптическое волокно - основной элемент, выполненный в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы, по которому осуществляется передача волн длиной несколько микрон, что соответствует диапазону частот  Гц. Волокно, как правило, имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления  и . Стеклянные волокна имеют как стеклянное ядро, так и стеклянную оптическую оболочку. Стекло, используемое в данном типе волокон, состоит из сверхчистого сверх прозрачного диоксида кремния или плавленого кварца. В стекло добавляют примеси, чтобы получить требуемый показатель преломления. Германий и фосфор, например, увеличивают показатель преломления, а бор и фтор, напротив, уменьшают его. Стеклянные волокна с пластиковой оптической оболочкой имеют стеклянное ядро и пластиковую оптическую оболочку. Пластические волокна имеют пластиковое ядро и пластиковую оптическую оболочку. По сравнению с другими видами волокон пластиковые имеют ограниченные возможности с точки зрения затухания и полосы пропускания. Пластиковые и PCS волокна не имеют защитных оболочек вокруг оптической оболочки.

Как упоминалось раньше, оптическое волокно должно изготовляться, по крайней мере, из двух материалов, различающихся показателем преломления. В мировой практике нашли применение следующие виды ОВ, отличающиеся материалами, из которых они сделаны.

Полимерные оптические волокна (ПОВ)

Изготавливаются на основе целого ряда полимерных материалов, из которых наиболее распространены полиметилметакрилат (сердцевина) и фторполимеры (оболочка). Лидером в исследовании ПОВ является Япония, откуда появились сообщения о получении образцов длиной 50…100 м с затуханием менее 50 дБ/км в области длин волн 850…1300 нм. В 2001 году было достигнуто затухание ~15 дБ/км с использованием нового химического процесса.

Перспективная область применения ПОВ - линии длиной 10…100 м с большим количеством подключений при отсутствии высоких требований к надежности и емкости сетей, в том числе локальные сети, сети доступа, датчики в автомобилях и военная техника (бортовые линии связи).

Кварц-полимерные оптические волокна

Имеют сердцевину из кварцевого стекла и оболочку из полимерных материалов (кремнеорганичесие компаунды, телефоны). Коэффициент затухания равен 5…8 дБ/км на длине волны 850 нм. Преимуществом этих ОВ является сердцевина большого диаметра (200…1000 мкм), высокая механическая прочность, малая чувствительность к изгибам и повышенная стойкость к ионизирующим излучениям. Область применения - линии длиной несколько сотен метров.

Волокна из многокомпонентных силикатных стекол

Разрабатывались для первых поколений линий связи, и их достоинством являлась возможность получения высокой числовой апертуры (до 0,6). Однако эти волокна не нашли применение в технике связи из-за невозможности получения высокого уровня параметров, в том числе коэффициента затухания, при промышленном производстве.

Волокна, прозрачные в среднем инфракрасном диапазоне

Теоретические оценки показали, что существуют стеклообразные и кристаллические материалы, позволяющие создавать оптические волокна в среднем инфракрасном (ИК) диапазоне (2…11 мкм) с ультранизкими потерями  дБ/км.

Материалы для оптического волокна среднего ИК-диапазона можно разделить на три группы:

галогениды (стеклообразные и кристаллические);

халькогениды;

оксиды тяжелых металлов.

Несмотря на очень интенсивные исследования в этом направлении, практически значимых результатов в разработке оптических волокон, прозрачных в среднем ИК-диапазоне не достигнуто. Это связано с крайне сложными проблемами создания технологии получения таких волокон.

Кварцевые оптические волокна.

Имеют сердцевину из кварцевого стекла, легированного малыми добавками стеклообразующих компонентов (оксидов германия и фосфора, фтора) для изменения показателя преломления, и оболочку из кварцевого стекла.

Благодаря уникальному комплексу свойств, таких как прозрачность и ближней ИК-области спектра, высокая механическая прочность, вязкостные характеристики, обеспечивающие хорошую формуемость стекла, высокая химическая стойкость и стабильность характеристик, кварцевое стекло остается единственной средой передачи современных сетей связи.

Оценка предельно достижимой скорости передачи по кварцевому оптическому волокну (10…30 Тбит/с).

Защитные полимерные покрытия кварцевых волокон оптического волокна

Несмотря на то, что предел прочности массивного кварцевого стекла очень высок (~ 20 ГПа), волокно, имеющее развитую поверхность по отношению к малому объему стекла, крайне чувствительно к поверхностным дефектам (микротрещинам, пылинкам), которые резко снижают его прочность, особенно в присутствии влаги и под действием высоких температур и напряжений. Для сохранения механической прочности и защиты поверхности оптического волокна наносят полимерные покрытия.

Защитные полимерные покрытия оптического волокна имеют, как правило, двухслойную структуру, что обеспечивает также защиту оптического волокна от внешних воздействий, которые могут привести к возрастанию оптических потерь. Причиной роста оптических потерь в оптическом волокне являются микроизгибы, возникающие при калибровании оптического волокна или изменениях температуры как следствие напряжений в конструкции «оптическое волокно - покрытия - кабельные компоненты».

Материалом современных покрытий оптического волокна являются уретанакрелаты двух типов, отверждаемые под действием ультрафиолетового излучения. Первый тип имеет модуль упругости, равный ~0,7 МПа, образует мягкий внутренний слой поверх кварцевой оболочки оптического волокна, защищающий оптическое волокно от внешних сжимающих усилий. Второй тип имеет модуль упругости почти на три прядка выше, образует твердый наружный слой, который обеспечивает прочность оптического волокна, его стойкость к абразивным воздействиям и влагозащиту.

Основными требованиями к защитным покрытиям оптического волокна являются стабильность характеристик в интервале рабочих температур и отсутствие взаимодействия с материалами кабеля (например, гидрофобным заполнителем и др.). Кроме того, покрытие должно обеспечить стабильную адгезию к оптическому волокну в течении всего срока службы и в то же время должно легко механически удаляться с помощью стриппера. Обычно усилие стягивания покрытий составляет 1,3…8,9 Н.

Краски (чернила) для оптических волокон.

Используются, в основном, «чернила» ультрафиолетового отверждения, наносимые на оптическое волокно для их цветового кодирования. «Чернила» обеспечивают стойкость цветовой окраски в течение всего срока службы оптического кабеля, не оказывают влияния на характеристики передачи оптического волокна, стойки к химическим материалам, применяемым в конструкциях оптического кабеля. «Чернила» прозрачны для оптического излучения, что обеспечивает возможность использования системы юстировки LID в автоматических аппаратах для сварки оптического волокна и возможность подключения к оптическому волокну оптических телефонов для организации служебной связи по оптическому волокну в процессе строительства и эксплуатации.

В оптическом модуле размещается как правило до 12 оптических волокон, для их окраски используются «чернила» преимущественно следующих цветов: голубой, оранжевый, зеленый, коричневый, серый, белый, красный, черный, желтый, фиолетовый, розовый, бирюзовый.

При размещении в оптическом модуле оптического кабеля от 14 до 36 волокон окраска оптического волокна производится как правило теми же цветами, однако с нанесением на оптическое волокно с номерами от 13 до 24 дополнительной сплошной цветовой полоски, а на оптическое волокно с номерами от 25 до 36 с нанесением дополнительной штриховой цветовой полоски.

Таблица 4 - Основные характеристики «чернил»

Параметр	Единица измерения	Значение
Прочность на растяжение	МПа	25÷30
Удлинение (эластичность)	%	2÷4
Модуль упругости при 2,5% эластичности	МПа	1450÷1650
Испаряемость	%	1
Температура вспышки	ºС	>93
Вязкость при 25 ºС	МПас	1700÷2500

2.2 Полибутилентерефталат (ПБТ)

Твердый бесцветный полимер; среднечисловая молярная масса (27-40)·103; коэффициент полидисперсности Mw/Mn≈2, где Mw и Mn - среднемассовая и среднечисловая молярная массы соответственно.

В отличие от полиэтилентерефталата ПБТ - быстро кристаллизующийся полимер; максимальная степень кристалличности 60%. Обладает высокой прочностью, жесткостью и твердостью, стоек к ползучести, хороший диэлектрик. ПБТ обладает хорошими антифрикционными свойствами. Коэффициент трения у ПБТ значительно меньше, чем у полиeкапроамида и полиформальдегида.

В отличие от полиамидов у ПБТ благодаря незначительному водопоглощению сохраняются в условиях повышенной влажности высокие электроизоляционные и механические свойства. При длительном контакте с водой и водными растворами солей (напр. NaHCO3, Na2CO3, NaHSO3, KCl) ПБТ подвергается гидролитической деструкции: скорость процесса при комнатной т-ре ничтожно мала, но возрастает при повышенных температурах (800C).

Таблица 5. Характеристики полибутилентерефталата

Плотность (при 23°C), г/см3	1,310
T. пл.,°C	224-230
T. стекл.,°0C	40-50
Водопоглощение за 24 ч (23°C), % по массе	0,06
Равновесное влагосодержание (23°С, 50%-ная относит. влажность воздуха), % по массе	0,2
Предел текучести при растяжении, MПа	46-60
Относит. удлинение, %	50-250
Модуль упругости при растяжении, MПа	(25-28)·103
Изгибающее напряжение при значении прогиба, равном 1,5 толщины образца, МПа	75-90
Твердость по Бринеллю, МПа	140-160
Твердость по Роквеллу (шкала M)	104
Твердость по Шору (шкала D)	79-80
Ударная вязкость по Шарпи, кДж/м2 образец без надреза образец с надрезом	Не разрушается 2,5-5,5
T размягчения при изгибе (нагрузка 1,82 МПа),°С	60
Температурный коэффициент объемного расширения,°C-1 (от -40 до 40°C)	0,7·10-4
ΔНпл, кДж/кг	48-50
ρ, Oм·м	2·1016
e (при 1 МГц)	2,8-2,9
tgδ (при 1 МГц)	0,017-0,023
Кислородный индекс, %	22-23

ПБТ растворяется в смесях фенола с хлорированными алифатическими углеводородами, в м-крезоле, не растворяется в алифатических и перхлорированных углеводородах, спиртах, эфирах, жирах, раститительных и минеральных маслах и различных видах моторного топлива. При 600°C ограниченно стоек в разбавленных кислотах и разбавленных щелочах. Деструктируется в концентрированных минеральных кислотах и щелочах. По стойкости к действию химических реагентов и растрескиванию под напряжением превосходит поликарбонаты.

Для модифицирования свойств в ПБТ вводят (в кол-ве 2-80%) главным образом наполнители (стекловолокно, углеродное волокно, мел, BaSO4, тальк, графит или др.), антипирены (бром-содержащие органические вещества в сочетании с Sb2O3), полимеры (полиэтилентерефталат, поликарбонаты, термоэластопласты), красители.

.3 Гидрофобные заполнители

Все кабели бывают в такой ситуации, когда может быть повреждена оболочка. Кабели для наружной прокладки особенно подвержены воздействию воды и влаги, которая может проникнуть в кабель через небольшие дефекты оболочки или плохо выполненное соединение. В кабелях, которые постоянно подвержены сильному влиянию влаги, вода будет диффузировать через пластиковую оболочку, независимо от того, хорошо ли изготовлена или наложена оболочка. Для предотвращения диффузии воды внутрь кабеля перед наложением оболочки в некоторых конструкциях ОК на кабель накладывается слой металлической (алюминиевой или свинцовой) фольги.

Если вода проникнет внутрь кабеля со свободным пространством между волокнами или между трубками модулей, то она будет распространяться по сердечнику кабеля до тех пор, пока не достигнет наиболее низкой физической точки, где она будет собираться. Вода снижает срок службы кабеля, разрушая стекло. Также возникает риск того, что в результате высокой концентрации водорода будет возрастать затухание волокон.

Наилучшим способом предотвратить проникновение воды и влаги - это заполнить свободное пространство между волокнами, трубками, лентами с волокнами и оболочкой водозащитным материалом. Этот заполняющий материал может каким-либо образом влиять на волокна или пластиковые составляющие кабеля. Заполняющий материал предотвращает дальнейшее распространение воды в кабеле и таким образом ограничивает риск повреждения оболочки.

В качестве водоблокирующих материалов в ОК могут использоваться гидрофобные компаунды, разбухающие порошки, ленты, нити или комбинации этих материалов. Заполняющий компаунд, разбухающие порошки или нити должны вводиться в промежутки между элементами с оптическими волокнами (трубками оптических модулей, модулями профильной конструкции). Компаунд, поглощающий гидроксильные группы, может быть использован в качестве заполнителя трубки ОМ или паза модуля профильной конструкции. Обычные компаунды используются для заполнения свободного пространства и пространства между скрепляющими лентами сердечника кабеля, лентами брони кабеля. Разбухающая лента наносится, как правило, поверх элементов с ОВ или поверх сердечника кабеля.

Гидрофобные компаунды, используемые в качестве заполнителей оптических модулей, помимо задачи защиты ОВ от воздействия влаги выполняют также функцию амортизатора для ОВ при механических воздействиях на ОК, а также функцию смазки, уменьшающей трение между ОВ и стенкой оптического модуля.

Гидрофобные заполнители отличаются диапазоном рабочих температур и назначением: внутримодульные заполнители, применяемые для заполнения модулей с ОВ, и межмодульные заполнители, применяемые для заполнения свободного пространства в сердечниках ОК и в бронепокровах, выполняемых из стальных проволок или стеклопластиковых стержней.

Внутримодульные заполнители характеризуются значительно более высокими предъявляемыми к ним требованиями и имеют меньшую вязкость по сравнению с межмодульными заполнителями.

Ключевыми параметрами для ГЗ являются:

физические характеристики (блокирование распространения воды, вязкость, предел текучести, рабочая температура, технологическая стабильность, дренажные свойства и минимальное маслоотделение);

химические характеристики (совместимость с акрилатными покрытиями волокна, с окрашивающими покрытиями волокна, с полимерными материалами, используемыми в конструкции кабеля);

стоимость.

Композиции компаундов выбирают таким образом, чтобы обеспечить приемлемые реологические характеристики. Эти характеристики влияют на величину излишка волокна в трубках, стабильность технологического процесса введения компаунда в трубку, производительность процесса, дренажные свойства материала.

Критическое значение предела текучести обусловливается усилием, необходимым для начала истечения желеобразного компаунда. Величина предела текучести должна находиться в определенных пределах, для того чтобы не оказывать влияния на передающие характеристики оптического волокна. Высокое значение предела текучести (>70 Па) может способствовать возникновению напряжений, воздействующих на оптическое волокно. В то же время низкое значение предела текучести (< 25 Па) может повысить дренажные свойства компаунда, что ухудшает водоблокирующие характеристики материала.

Масла, содержащиеся в желеобразных компаундах, не должны вызывать набухания или повреждения акрилатного покрытия оптического волокна. Эта фирма провела испытания оптических волокон после ускоренного старения с целью определения критических напряжений, которые могут привести к образованию дефектов в покрытии оптического волокна. Соответствующие испытания были проведены также на окрашенных оптических волокнах, что позволило оценить стойкость кодирующей окраски к действию водоблокирующих компаундов.

Водоблокирующие компаунды не должны негативно влиять на полимерные материалы, которые используются в конструкциях волоконно-оптических кабелей. Для оценки возможного влияния были проведены испытания на абсорбцию по методу Дамббела при температуре 70°С в течение 28 суток. Значения величины абсорбции составили для полибутилентерефталата - 0%, для полиэтилена высокой плотности - 5%, для полиэтилена средней плотности - 6%.

Приведем некоторую информацию по водоблокирующим компаундам фирмы Optifil.-4900. Совместим с полипропиленом. Рабочие температуры - от - 400С до +850С.-5264. Совместим с полибутилентерефталатом. Рабочие температуры - от -600С до +800С. Применяется в ленточных волоконно-оптических кабелях для заполнения трубок большого диаметра.-5264С. Совместим с полибутилентерефталатом. Рабочие температуры - от -600С до +1000С. Применяется в ленточных волоконно-оптических кабелях для заполнения трубок большого диаметра.-5270. Совместим с полибутилентерефталатом. Рабочие температуры - от -600С до +1000С. Применяется при изготовлении волоконно-оптических кабелей на высокоскоростных экструзионных линиях.-5300. Модификация оптифила-5270. Совместим с полибутилентерефталатом. Стоимость материала снижена за счет одновременного снижения температурных и реологических характеристик.

Гидрофобные заполнители марки TFC фирмы MWO GmbH

Гидрофобные заполнители марки TFC - сверхчистые, тиксотропные продукты с низкой вязкостью и высокой прозрачностью. Они изготавливаются двух типов: ТТС 1529 и TFC 1129 (табл. 6).

Заполнители TFC совместимы с материалами, используемыми в ОК.

Заполнитель типа TFC 1529 - нестекающий компаунд, имеет стабильные характеристики до -40°С. Свободен от силиконовых масел.

Заполнитель типа TFC 1129 - нестекающий компаунд со стабильными характеристиками до -60°С. Свободен от силиконовых масел.

Таблица 6 - Основные технические характеристики заполнителей марок TFC 1529 и TFC 1129

Параметр	Единица измерения	TFC 1529	TFC 1129
Вязкость при 25°С	мПа·с	7000÷8000	6200÷6800
Конусная пенетрация при: +25°С -40°С	мм/10	300÷400 200÷260	300÷400 250÷320
Маслоотделение, 24 ч при 80°С	%	Нет	Нет
Летучесть, 24 ч при 80°С	%	<0,2	<0,2
Плотность при 25°С	г/см3	0,83	0,82
Температура вспышки	°С	>220	>230

Гидрофобные заполнители фирмы Henkel KGaA

Гидрофобные заполнители марок Macroplast CF 250, 300 и 320 используются для заполнения модулей с ОВ. Заполнители этих марок могут вводиться в ОК при нормальной температуре, каплепадение отсутствует при температуре до 100°С. Заполнители не оказывают воздействия на ОВ, совместимы с полимерными материалами ОК, остаются вязкими при температуре до -80°С, не содержат силикона и неорганических заполнителей.

Гидрофобный заполнитель марки Macroplast CF 290 (табл. 7) предназначен для заполнения межмодульного пространства и защищает элементы ОК от воздействия влаги. Изготавливается на основе углеводородов и синтетических полимеров. Цвет заполнителя янтарный.

Таблица 7 - Основные технические характеристики гидрофобных заполнителей Macroplast CF 290.

Параметр	Единица измерения	Значение
Конусная пенетрация при: + 22°С -10°С -20°С	мм/10	240 215 175
Маслоотделение, 24 ч при 150°С	%	5
Плотность при 20°С	г/см3	0,88
Температура вспышки	>230

Гидрофобные заполнители фирмы ВРLС (Франция)

Гидрофобные нетоксичные заполнители №ріе1 предназначены для внутримодульного (Naptel 308) и междумодульного (Naptel 851, 842, 827, 867) заполнения ОК. Производятся на основе полиизобутилена с добавлением воска (табл 8, 9). Изготавливаются в виде гомогенного вязкого геля белого цвета.

Таблица 8 - Основные технические характеристики гидрофобного заполнителя Naptel 308.

Параметр	Единица измерения	Значение
Температура каплепадения	°С	> 250
Вязкость при 20°С: 2 об/мин 5 об/мин 10 об/мин	0,1 Пас	150000 70000÷90000 40000÷54000
Плотность при 20°С	г/см3	0,89÷0,90
Температура вспышки	°С	>200
Диэлектрические потери при 20°С, 50 Гц, 5000 В/см	н/д	<10-4
Электрическое сопротивление при 20°С (от 50 Гц до 1 МГц)	Ом·см	>1016
Относительная диэлектрическая проницаемость при 20°С	н/д	<3

Таблица 9 - Основные технические характеристики гидрофобных заполнителей Naptel 851, 842, 827, 867

Параметр	Единица измерения	851	842	827	867
Температура каплепадения	сСт	90	80	70	90
Вязкость при 120°С		75÷90	175÷225	75÷100	100÷150
Температура вспышки	°С	175	230	200	220
Диэлектрические потери при 23°С,	отс.	10-4	10-4	10-4	10-4
Электрическое сопротивление при 23°С	Ом·см	1016	1016	1016	1013
Относительная диэлектрическая проницаемость при 23°С	н/д	2,3	2,3	2,3	2,3

Водоблокирующие тиксотропные компаунды фирмы ВS GSP (Великобритания)

Водоблокирующие тиксотропные компаунды Optifill 5300, 5270 предназначены для внутримодульного, а компаунд Optifill 5209 и компаунды Insojell - для межмодульного заполнения ОК. Рабочий диапазон температур от -60 до +150°С. Компаунды Optifill изготавливаются в виде геля из синтетических материалов и / или на основе минеральных масел с инертными заполнителями (табл. 10).

Таблица 10 - Основные технические характеристики компаундов Optifill 5300, 5270, 5209.

Параметр	Единица измерения	5300	5270	5209
Плотность при 20°С	г/см3	0,85	0,85	0,90
Температура вспышки	°С	н/д	230	230
Вязкость при 20°С	мПа·с	9000÷ 11000	9000÷11000	20000÷24000
Критический предел текучести при 20°С	н/д	35	25	н/д

Компаунды Insojell

Компаунды Insojell 4822 и 5724 применяются для межмодульного заполнения сердечников ОК и изготавливаются на основе минерального масла и воска (табл. 11).

кабель оптический термомеханический прокладка

Таблица 11 - Технические характеристики компаундов Insojell

Параметр	Единица измерения	4822	5724
Температура каплепадения	сСт	Более 73	100
Конусная пенетрация при 25°С	0,10 мм	70÷90	160
Конусная пенетрация при 10°С	0,10 мм	>30	н/д
Кинематическая вязкость при 100°С	сСт	75÷90	175÷225
Температура вспышки	°С	>230	>230
Диэлектрические потери при 23°С,	н/д	10-4	10-4
Удельное объемное сопротивление при 100°С	Ом·см	>1012	>1012
Удельное объемное сопротивление при 23°С	Ом·см	>1015	>1015
Относительная диэлектрическая проницаемость при 23°С	н/д	<2,3	<2,3

2.4 Полиэтилентерефталатные пленки

Основным материалом для скрепления элементов сердечника ОК повивной скрутки является полиэтилентерефталатная лента, обеспечивающая фиксацию элементов конструкции сердечника до наложения полимерной оболочки и предотвращающая вытекание из сердечника гидрофобного заполнителя.

Еще в 1941 г. Винфельд и Диксон синтезировали новый полимер - полиэтилентерефталат. Первые исследования промышленных партий его были выполнены в Англии, после чего там было организовано производство изоляционной пленки под названием «мелинекс».

В 1954 г. фирма Дюпон (США) начала выпускать в большом количестве эту пленку, дав ей название «майлар». Примерно в то же время полиэтилентерефталатная пленка стала изготовляться фирмой Калле (ФРГ) под маркой «хостафан». Примерные характеристики последних пленок приведены в табл. Вскоре французская фирма Целлофан приступила к производству этой пленки под фирменным наименованием «терфан». Потом производство этой пленки было организовано в Японии и других странах.

Полиэтилентерефталат - синтетический линейный термопластичный полимер, принадлежащий к классу полиэфиров. Продукт поликонденсации терефталевой кислоты и моноэтиленгликоля. Полиэтилентерефталат может эксплуатироваться как в аморфном, так и в кристаллическом состоянии. Аморфный полиэтилентерефталат - твердый прозрачный материал, кристаллический - твердый непрозрачный бесцветный. Степень кристалличности может быть отрегулирована отжигом при температуре между температурой стеклования и температурой плавления. Товарный полиэтилентерефталат выпускается обычно в виде гранулята с размером гранул 2-4 миллиметра.

Обычное обозначение полиэтилентерефталата - ПЭТ, но могут встречаться и другие обозначения: ПЭТФ или PET или PETP (полиэтилентерефталат), APET (аморфный полиэтилентерефталат).

В промышленном масштабе ПЭТ начал выпускаться как волокнообразующий полимер, но вскоре занял одно из ведущих мест и в индустрии полимерной упаковки. По темпам роста потребления в настоящее время полиэтилентерефталат является наиболее быстрорастущим полимерным материалом.

Волокнообразующий полиэтилентерефталат известен на рынке под торговыми марками лавсан или полиэстер.

Технические требования, предъявляемые к отечественному ПЭТ, определяются «ГОСТ Р 51695-2000 Полиэтилентерефталат. Общие технические условия».

Эта пленка изготовляется по отечественной технологии и выпускается под наименованием «лавсан». После формовки из расплава смолы пленка подвергается растяжению вдоль и поперек полотна, благодаря чему достигается весьма высокая механическая прочность.

Таблица - Характеристики полиэтилентерефталатной пленки

Характеристика	Величина
Плотность, г/см3	1,40
Предел прочности при растяжении, кгс/мм2: вдоль рулона поперек рулона	18-25 14-20
Относительное удлинение при разрыве, %: вдоль рулона поперек рулона	50-130 50-130
Разрывная прочность по кромке (прочность на надрыв), кгс: вдоль рулона поперек рулона	20 18
Число двойных перегибов: вдоль рулона поперек рулона	15 000 7 500
Модуль упругости вдоль рулона, кгс/см2	45 000
Температура плавления,°С	255 - 260
Допустимый интервал рабочих температур,°С	От -60 до +130
Усадка, %: при +100°С при +150°С	0,5 2-3
Теплопроводность, кал/(см·сек·град)	0,36
Влагосодержание, %	0,3 - 0,4
Проницаемость водяных паров (пленка толщиной 0,04 мм при 85% относительной влажности воздуха в течение 24 ч), г/м2	5
Электрическая прочность пленки толщиной 0,04 мм при 20° С и 50 Гц, кВ/мм	160
Удельное объемное сопротивление, Ом/см	1017
Диэлектрическая проницаемость: при 800 Гц при 106 Гц при 800 Гц при 106 Гц	3,2 3,1 0,005 0,018

Уже с самого начала производства полиэтилентерефталатных пленок выявилось исключительное значение их для электротехники, так как, помимо высокой механической прочности, эти пленки обладают весьма высокой электрической прочностью, влагостойкостью и нагревостойкостью. В отношении нагревостойкости полиэтилентерефталатные пленки превосходят все остальные изоляционные пленки из большинства различных синтетических материалов, за исключением пленок из полиимидов, политетрафторэтилена и политрифтор-монохлорэтилена.

При рассмотрении свойства полиэтилентерефталатных пленок следует обратить внимание на следующие два обстоятельства.

Электроизоляционные пленки из синтетических материалов обладают недостаточной короностойкостью; тонкие полиэтилентерефталатные пленки в этом отношении обладают известным преимуществом в сравнении с другими пленками.

У всех очень тонких пленок, в том числе и полиэтилентерефталатных, при толщине их менее 0,02 мм при определении электрической прочности отдельные результаты получаются значительно ниже среднего значения (при исследовании изоляционных пленок толщиной 0,04 мм и выше разброс результатов этих испытаний едва заметен, так как с повышением толщины пленки вероятность наличия электрически слабых мест становится значительно меньшей). Практика показывает, что, несмотря на отмеченное явление, имеется полная возможность применения для целей электрической изоляции даже очень тонких полиэтилентерефталатных пленок.

Пленки толщиной 0,015-0,030 мм могут применяться для бан-дажирования лобовых частей обмоток электрических машин.

Полиэтилентерефталатные пленки могут применяться и в холодильниках, так как они стойки к воздействию хладоагентов - фреона-12 и фреона-22. В ГОСТ 8865-58 и рекомендациях МЭК эти пленки относятся к классу нагревостойкости Е. Некоторые зарубежные фирмы допускают возможность эксплуатации при 130°С полиэтилентерефталатных пленок только с подложками из нагревостойких материалов (асбобумага, чешуйки слюды и т.п.).

Применению полиэтилентерефталатных пленок при изготовлении проводов и кабелей способствует повышенная температура их плавления, благодаря чему на изолированный кабель можно накладывать без заметного последующего повреждения пленки защитные оболочки из различных синтетических материалов, а также производить вулканизацию резиновых оболочек и т.п.

К числу недостатков полиэтилентерефталатных пленок следует отнести их повышенные жесткость и упругость, что затрудняет их фальцевание и применение в качестве пазовой изоляции.

В целях повышения мягкости изоляции и одновременного увеличения механической прочности полиэтилентерефталатные пленки склеивают с бумагой, электрокартоном и подобными им материалами. В частности, фирмы Дженерал Электрик и Вестингауз (США) применяют полиэтилентерефталатную пленку «майлар», пакленную на бумагу, для пазовой изоляции электродвигателей малой мощности и композиционный материал из пленки и стеклоткани для изоляции электрических машин морского исполнения. В ФРГ полиэтилентерефталатная пленка обычно применяется для пазовой изоляции в сочетании с электрокартоном, асбестом, стеклотканью и т.п.

Полиэтилентерефталатная пленка изготавливается в соответствии с МРТУ 6-11-30-66 толщиной 8, 10, 12, 15, 18, 20, 22 и 25 мкм с допуском ±30% и шириной 6-20 мм (через 2 мм) с допуском по ширине ±0,5 мм и выпускается под маркой ПЗТФ. По согласованию с заказчиком допускается изготовление этой пленки любой ширины в пределах 20-650 мм.

Длина пленки в ролике между склейками должна быть не менее 50 м. Предел прочности при растяжении пленки как в продольном, так и в поперечном направлениях должен быть не менее 1 200 кгс/см2, а относительное удлинение при разрыве - не менее 50% (вдоль) и 35% (поперек). Усадка пленки (уменьшение линейного размера пленки) после прогрева в течение 10 мин при 150°С должна быть не более 5%. Электрическая прочность при 20±5°С должна быть не менее 160 кВ/мм (среднее из пяти определений; допустимая минимальная величина 120 кВ/мм) и при 150±5°С - не менее 50 кВ/мм, ρ_v при 20±5°С - не менее 1·1016 Ом·см и при 150±5°С - не менее 1·1012 Ом·см, tgδ при 20±5°С и частоте 1000 Гц - не более 8·1013.

.5 Полиэтилен

Полиэтилен - твердый термопластичный полимер белого цвета; макромолекулы имеют линейного строение с небольшим количеством боковых разветвлений. ПЭ неполярный полимер, обладающий высокими электроизоляционными свойствами.

Различают три вида полиэтилена:

. Полиэтилен низкой плотности (высокого давления) ПЭНП получается в результате реакции полимеризации при температуре 130 - 140 ºС и давлением 250 - 300 МПа.

. Полиэтилен высокой плотности (низкого давления) ПЭВП получается в результате реакции полимеризации при температуре 70 - 140 ºС и давлением 0,3 - 70 МПа.

. Полиэтилен среднего давления.

Благодаря низкой плотности, высокой вязкости, удлинению при разрыве и хорошей обрабатываемости он используется для производства оболочек сердечников оптических кабелей. Для различных видов оболочек оптических кабелей обычно используют полиэтилен низкой плотности (ПЭНП). Однако, при необходимости обеспечения большей прочности и сопротивления деформации при высоких температурах, применяют и более твердые разновидности полиэтилена - полиэтилен средней плотности (ПЭСП) и высокой плотности (ПЭВП). Это повышает стоимость кабеля, однако ПЭВП существенно увеличивает износостойкость оболочки, делает ее менее восприимчивой к задирам. Также низкий (в 1000 раз меньше чем у ПЭСП) коэффициент диффузии молекул воды через ПЭВП обеспечивает изоляцию металлических силовых элементов свыше 2000 МОм/км. Известно, что именно по сопротивлению изоляции можно судить о нарушении оболочки линий дальней связи. Для этого должна быть высокая защита кабеля от проникновения влаги, что способствует дальности обнаружения нарушения оболочки.

В настоящие время широкое распространение получил линейный ПЭНП, полученный в газовой фазе. В отличии от обычного ЛПЭНП имеет меньшее число разветвлений, поэтому имеет более высокие механические свойства: модуль упругости и стойкость к истиранию, а так же меньший tgδ.

Таблица - Характеристики полиэтилена

Параметры	ПЭНП	ПЭВП	ЛПЭНП
Молек. масса, М	30 - 400 тыс	50 - 800 тыс	80 - 110 тыс
Кол-во групп СН3 на тыс С	12 - 25	2 - 4	н/д
Размер кристаллитов, 10-10 м, А	50 - 200	50 - 500	н/д
Степень кристаллизации, %	30 - 50	50 - 80	н/д
Плотность, кг/м3	918 - 930	940 - 960	н/д
Тпл, ºС	103 - 110	124 - 135	115 - 123

ПЭ выгодно отличается от других термопластов сочетанием высокой прочности с достаточной эластичностью и способностью работать в широком интервале температур (от -120 до 100 ºС). Рекомендуемый диапазон для использования полиэтилена составляет от -60 до +79ºС; при этом допускается кратковременное нагревание до 90ºС при условии, что в этом случае кабель не будет подвергаться повышенному давлению. Точка плавления полиэтилена находится в диапазоне температур от 110 до 130ºС. Как и остальные полимеры, при понижении температуры полиэтилен становится более твердым. При температуре около -65ºС полиэтилен становится хрупким.

Для ПЭ характерно малое изменение электрических свойств в широком диапазоне температур и частот. Тангенс угла диэлектрических потерь ПЭ в интервале температур от -45 до +115 ºС и частот 10 - 50 кГц находится в пределах (2 - 4)·10-4. Электрические свойства ПЭ ухудшаются с увеличением степени его окисления и при наличии примесей. Свойства ПЭ можно модифицировать смешением его с другими полимерами и сополимерами. Так, при смешении ПЭ с полипропиленом повышается нагревостойкость, при смешении с бутилкаучаком или этиленпропиленовым каучаком - ударная вязкость и стойкость к растрескиванию.

ПЭ обладает низкой газо- и паропроницаемостью и малопроницаемостью для воды и водяных паров. Химическая стойкость ПЭ зависит от М, ММР и особенно от плотности; с её увеличением химостойкость ПЭ возрастает. Наиболее высокой химостойкостью обладают ПЭНД и ПЭСД. ПЭ не реагирует со щелочами, с растворами солей, органическими кислотами и даже с концентрированной соляной и плавиковой кислотами. ПЭ разрушается при 20 ºС 50%-ной HNO₃, а так же с жидкими и газообразными хлором и фтором. ПЭ не растворяется, но набухает в органических растворителях при 20 ºС; выше 80 ºС растворяется во многих растворителях, особенно хорошо в углеводородах и галогенпроизводных. ПЭ можно хлорировать, сульфохлорировать, бромировать, фторировать. Эти реакции используются на практике для модификации свойств ПЭ. Кабели с такой оболочкой можно использовать в условиях повышенной влажности и при наличии химических веществ в окружающем пространстве.

При воздействии на ПЭ тепла, ультрафиолетовых лучей, кислорода воздуха происходит старение, которое выражается в ухудшении физико-механических и электроизоляционных свойств. Чтобы затормозить этот процесс, полимер стабилизируют введением антиоксидантов (ароматических аминов, алкилфенолов, фофтитов и др.) и светостабилизаторов (сажа, и производные бензофинолов, др.). Поэтому полиэтилен, предназначенный для использования на открытом воздухе, обычно черного цвета. Содержание антиоксидантов 0,03-0,05% по массе.

При изготовлении изделий из ПЭ наблюдается их усадка. Значения термической усадки при охлаждении изделий от 115 до 20 ºС изменяются в следующих пределах: линейная от 5,1 до 0%, объёмная от 15,3 до 0%.

ПЭ практически безвреден и не выделяет в окружающую среду опасных для здоровья человека веществ. Вредное действие могут оказывать лишь продукты его разложения.

ПЭ является горючим материалом. Эго кислородный индекс составляет 18,4. Для повышения КИ ПЭ в него вводят специальные добавки - антипирены. Существующие композиции самозатухающего кабельного ПЭ содержат 5% триоксида сурьмы, хлорированного парафина. В результате КИ составляет 26. В результате применения дэкаброма дифинилоксида, тригидрад алюминия и соды CaCO₃ КИ достигает 28-32.

Введение антиоксидантов и антипиренов приводит к изменению физико-химических свойств. В частности повышается относительная диэлектрическая проницаемость, а значит возрастает ёмкость.

Для уменьшения диэлектрической проницаемости в кабельную конструкцию на основе ПЭ вводят воздух. Получают пористую изоляцию.

Иногда используется многослойная оболочка из ламинированного алюминием полиэтилена, известная по технологии изготовления медных кабелей.

Напряжение, вызывающее разрушение, при 20ºС равно 10 МПа. Полиэтилен, применяемый для изоляции, можно растянуть на 400%, прежде чем он порвется, а полиэтилен, используемый для изготовления кабельных оболочек, - на 500%; его разрушающее напряжение составляет не менее 12 МПа.

В полиэтилене нет никаких пластификаторов, которые могли бы мигрировать в другие материалы. Однако при постоянном соприкосновении с поливинилхлоридом (ПВХ), резиной и т.п. в полиэтилен могут проникать небольшие количества пластификаторов. Поэтому в некоторых случаях полиэтилен нужно защищать от миграции пластификаторов.

Таблица Показатели ПЭ

Показатель	ПЭВД	ПЭНД	ПЭСД
Прочность, МПа: - при растяжении - при изгибе - при срезе	10 - 17 17 - 20 14 - 17	18 - 45 20 - 40 20 - 36	18 - 40 25 - 40 20 - 37
Предел текучести, МПа	9 - 17	25 - 35	28 - 38
Модуль упругости при изгибе, МПа	120 - 260	650 - 750	800 - 1250
Относительное удлинение, %, в начале течения	15 - 20	10 - 12	5 - 8
Ударная вязкость образца с надрезом, кДж/м2	не ломается	2 - 150	7 - 150
Удельное сопротивление, Ом·м	1015	1015	1015
Удельное поверхностное сопротивление, Ом	1015	1015	1015
ε при 1 МГц	2,2 - 2,3	2,2 - 2,4	2,3 - 2,4
tgδ, при 1 кГц-1 МГц	(2 - 3)·10-4	(2 - 4)·10-4	(2 - 4)·10-4
Епр, МВ/м при h = 1 мм	45 - 55	45 - 55	45 - 55
Коэффициент теплопроводности, Вт/(мсºС)	0,33 - 0,36	0,42 - 0,44	0,46 - 0,52
Удельная теплоёмкость при 20-25 ºС, кДж/(кг·ºС)	1,9 - 2,5	1,9 - 2,1	1,7 - 1,9
ТКЛР, ºС-1 (0-100ºС)	(2,1 - 5,5)·10-4	(1 - 2,5)·10-4	(1 - 1,5)·10-4
Водопоглощение за 30 суток, % при 20ºС	0,02	0,005	<0,01
Длительная рабочая тем-ра, ºС	90	90	90

Таблица - Марки полиэтиленов

Назначение	ГОСТ, фирма-изготовитель	Марка полиэтилена
Для оболочек ОК	ГОСТ 16336-77	102-10К, 153-10К, 178-10К
Для оболочек внутриобъектовых ОК (композиции, не поддерживающие горение)	Фирма Borealis	НЕ 6067, НЕ 6062, ME 6052
Для изоляции жил	То же	FR4810
Для оболочек диэлектрических ОК, подвешиваемых на опорах ЛЭП (композиции, стойкие к электрокоррозии)	То же	ME 6080, ME 6081

Таблица - Основные технические характеристики полиэтиленов по ГОСТ 16336-77

Параметр	Единица измерения	102-10К	153-10К	178-10К
Плотность	г/см3	Не нормируется
Показатель текучести расплава	г/10 мин	0,24÷0,36	0,21÷0,39	1,05÷1,95
Предел текучести при растяжении	МПа	> 11,3	> 11,3	>9,3
Предел прочности	МПа	> 14,7	> 13,7	> 11,7	%	>600	>600	>600
Стойкость к растрескиванию	ч	>500	>500	>2,5
Стойкость к термоокислительному старению	ч	>8	>8	>8
Стойкость к фотоокислительному старению	ч	500	500	500

Таблица - Основные технические характеристики полиэтиленов фирмы Borealis

Параметр	Единица измерения	НЕ6067	НЕ6062	МЕ6052	FR4810	МЕ6080	МЕ6081
Плотность	г/м3	0,954	0,954	0,944	1,270	1,100	1,100
Показатель текучести Расплава	г/10 мин	1,7	0,5	0,7	0,1	0,2	0,4
Предел прочности	МПа	20	25	25	200	20	200
Относительное удлинение при разрыве	%	800	700	700	500	400	500
Стойкость к растрескиванию	ч	1000	2000	2000	1000	1000	2000
Температура хрупкости	°С	-76	-76	-76	-35	-50	-80
Модуль упругости на изгиб	МПа	850	850	600	н/д	850	н/д
Удельное объёмное сопротивление	Ом·см	1016	10 м	ю16	5хЮ16	н/д	н/д

.6 Армирующие материалы из стеклопластика и металла

Интересен еще один вид армирующих материалов, который чаще всего используют для усиления сердечника ОК - это стеклопластики. Прутки из этого материала выполняют из пучка стекловолокон, пропитанных полиэфирной смолой (Япония) [20]. В таблице приведены основные параметры стеклопластиковых прутков [21, 22, 23, 24]. Прутки изготавливаются диаметром от 2,5 до 15 мм неограниченной длины. Технология изготовления прутков состоит из следующих операций. Стекловолокно с отдающих катушек проходит через ванну с пропитывающим составом и печь предварительной просушки. Поверх заготовки накладывают еще один слой стекловолокна. Затем проводят операции сушки и полимеризации. Всю технологическую операцию осуществляют за один проход.

Таблица 12 - Основные параметры стеклопластиковых стержней

Параметр	Neptco США	Polystal Германия	Cousin Франция	Отечественный
Удельная плотность, г/см3	н/д	2,1	н/д	1,85-2,15
Разрывная прочность, МПа	> 1500	> 1500	> 1600	900 - 1200
Прочность на изгиб, МПа	48000	н/д	н/д	950 - 1250
Модуль упругости, ГПа	>52	>50	>50	50
ТКЛР, 1/К	5,9×10-6	6,6×10-6	6×10-6	н/д

Из металлических армирующих элементов, применяемых в ОК, следует упомянуть стальные проволоки с латунным покрытием или полимерной оболочкой, тросы, металлические стержни с цилиндрическими канавками. Возможно применение углеродного волокна. В некоторых конструкциях ОК используют оплетки из указанных материалов, упрочненные нитями полимеров.

Возможно выполнение оболочки из комбинации стеклянных или синтетических нитей, пропитанных эпоксидным компаундом. Этим добиваются не только высокой разрывной прочности и стойкости к кручению, но и хорошей стойкости к продавливанию, а также герметичности. При радиальной толщине оболочки 0,25 мм и общем диаметре кабеля 1,53 мм его относительное удлинение при усилии растяжения 400 Н составило 1%. Модуль упругости материала оболочки приблизительно равен 55 ГПа, плотность материала из стекловолокна, пропитанного эпоксидным компаундом, составляет 2,2 г/см³. Материал выдерживает 1000000 Циклических перегибов при 20%-ной предельной нагрузке растяжения и сохраняет ОВ в целостности.

Стальная оцинкованная проволока круглого сечения используется для бронирования ОК, изготавливается в соответствии с требованиями ГОСТ 1526-81. «Проволока стальная оцинкованная для бронирования электрических проводов и кабелей. Технические условия».

Проволока выпускается 20 типоразмеров: диаметром 0,30; 0,40; 0,50; 0,60; 0,80; 1,00; 1,20; 1,40; 1,60; 1,80; 2,00; 2,20; 2,40; 2,50; 2,60; 2,80; 3,00; 4.00; 5,00; 6,00 мм.

Цинковое покрытие по проволоке должно быть сплошным, без пропусков, трещин. Оно не должно растрескиваться и отслаиваться при спиральной навивке проволоки на цилиндрический сердечник. При диаметре проволоки от 0,30 до 0,50 мм отношение диаметра сердечника к диаметру проволоки равно 4, а для проволоки диаметром от 0,50 до 6,00 мм отношение равно 6.

Проволока поставляется в мотках из одного отрезка или на катушках. Масса проволоки в мотках в зависимости от её диаметра составляет от 1,5 до 40 кг, а на катушках от 1,5 до 100 кг. Обычно проволока покрывается консервационным маслом, но по требованию потребителя она может быть поставлена без консервационного покрытия.

С целью защиты проволоки от повреждений при хранении и транспортировке она должна быть упакована в соответствии с требованиями ГОСТ 1526-81.

3. Технология изготовления

.1 Изготовления оптического волокна

Качество и характеристики оптического волокна определяются, в первую очередь, технологическим процессом его изготовления, который включает две основные стадии:

первая стадия - изготовление заготовок - является процессом, при котором формируется базовая структура оптического волокна (сердцевина - оболочка). На этой стадии происходит синтез кварцевого стекла и оболочки заготовки, которая затем на второй стадии перетягивается в волокно. Этот процесс является самым ответственным в производстве волокна, поскольку именно он определяет основные технические параметры оптического волокна: геометрические, оптические, передаточные, механические;

вторая стадия - вытягивание оптического волокна и нанесение защитных покрытий - является общим процессом независимо от метода изготовления заготовок.

Заготовка представляет собой стеклянный стержень, состоящий из стекла сердцевины и стекла оболочки. Если рассматривать поперечное сечение такой заготовки, то по нему в увеличенном масштабе видны геометрические размеры и профиль показателя преломления оптического волокна, которое может быть сделано из заготовки. При сильном нагреве одного конца происходит вытяжка заготовки в волокно, при этом одновременно наносится покрытие, являющееся его защитной оболочкой.

Изготовление кварцевых заготовок осуществляют различными технологическими методами, в основе которых лежит метод жидкой фазы, парофазная техника и золь-гель процесс.

К методам жидкой фазы относят: метод тигля, слоистого расплава, двойного тигля, обменной диффузии.

Существует два основных метода изготовления кварцевого гель-стекла: гидролиз и полимеризация алкоголятов; превращение в гель золей, полученных из коллоидных оксидных дисперсий. С помощью золь-гель процесса изготавливают опорные кварцевые трубы (ОКТ), сердцевину и оптическую оболочку.

Алкоголяты позволяют получать многокомпонентные гели, и благодаря маленьким порам (2-7 нм), эти гели могу спекаться при температурах, значительно меньших, чем температуры, которые применяются при образовании стекла. Таким образом, можно исключить проблему кристаллизации, так как спекание происходит при температуре значительно ниже той, при которой начинается образование центров кристализации и рост кристаллов. Однако сушка монолитных алкоголятных гелей представляется трудной задачей. Она может быть решена путем гиперкритической откачки воздуха из автоклава. Метод очень трудоемок, требует громоздкого оборудования и больших затрат.

Поэтому основное распространение получил метод изготовления заготовок парофазной техникой.

Технология изготовления опорных кварцевых труб

Опорные кварцевые трубы являются важным исходным компонентом для изготовления кварцевых заготовок. Опорные кварцевые трубы изготавливают из различных видов сырья по одностадийной или двухстадийной технологии.

Одностадийный процесс обеспечивает наилучшие геометрические характеристики изготовляемых труб, но, как и процесс контактного двухстадийного формирования труб, не обеспечивает высокой прочности кварцевого стекла опорных кварцевых труб ввиду его загрязнения частицами материала дорна установки контактного формирования трубы.

Наибольшее распространение получил двухстадийный процесс производства опорных кварцевых труб из натурального стекла с использованием метода бесконтактного формирования трубы, имеющий достаточно высокие экономические показатели.

Изготавливаемые на его основе ОКТ выпускаются диаметром 8 - 24 мм с радиальной толщиной стенок 1 - 1,6 мм. Допуск на радиальную толщину стенки для лучших образцов ОКТ колеблется от ± 0,2 до ± 0,4 мм. Длина ОКТ может составлять 1 - 2,5 м. допуск на радиальную толщину стенки в значительной степени определяет точность изготовления заготовки с заданным профилем показателя преломления заготовки

Изготовления заготовок методом осаждения стекла из паровой фазы

Существует три вида парофазного осаждения стекла:

метод модифицированного химического парофазного осаждения слоев внутри кварцевой трубки (MCVD - modified chemical vapor deposition);

плазменный метод химического парофазного осаждения (PCVD);

метод наружного (OVD - outside vapor deposition) и метод осевого парофазного осаждения (VAD - vapor-axial deposition).

Ниже в таблице приведены сравнительные данные, характеризующие

технологические методы производства заготовок на базе осаждения стекла из паровой фазы.

Таблица Сравнительные характеристики различных технологических методов производства заготовок

Параметр	методы
	MCVD	OVD	VAD
Коэффициент затухания одномодовых ОВ на l = 1,3 мкм, дБ/км	0,40	0,35	0,4 - 0,45
Коэффициент затуханияградиентных ОВ на l = 1,3 мкм, дБ/км	0,55	0,55	0,55
Коэффициент широкополосности на l = 1,3 мкм, дБ/км	800 - 1800	800 - 1200	700 - 1200
Скоросто осаждения частиц сажи, г/мин	0,5 - 2,0	4	0,6 - 2,0
Минимально возможная длина ОВ из заготовки, км	10 - 30	50	50
Число технологических операций при изготовлении заготовки	1 - 2	3 - 4	4 - 5

Метод модифицированного химического парофазного осаждения (MCVD)

В методе MCVD происходит осаждение сверхчистого кремниевого диоксида (всегда легированный для сердцевины) на внутреннюю поверхность опорной трубки, затем трубка подвергается воздействию повышенной температуры (газовое пламя) для того, чтобы трубка приобрела форму твердого стеклянного стержня диаметром около 30 - 40 мм и длиной 1000 мм. Таким образом, стеклянный стержень имеет готовый профиль стекловолокна.

Процесс осаждения начинается когда очень чистая, высококачествен - ная опорная кварцевая труба кремнезема вымывается в кислотной ванне и фиксируется в токарноподобном устройстве, где трубка может вращаться вокруг ее центральной оси. Кислородно-водородная горелка перемещается в двух направлениях вдоль трубки, чтобы прогревать ее очень высокой температурой. Вводный конец трубки соединен через газонепроницаемый враща - ющийся соединитель с системой, которая подает в трубку газы. Эта система включает газовый смеситель и компьютер, регулирующий управление потоком газов (контроллер расхода массы). Очень важно, чтобы эта часть аппарата была абсолютно герметична и исключала попадание загрязняющих веществ из системы ввода и обеспечивала точную пропорцию подачи газов. Из другого конца трубки (выходного конца) удаляются лишние материалы.

В процессе осаждения точно контролируется количество химических компонентов, подаваемых в трубку с помощью подачи индивидуальных потоков газов (Ar, He, O₂). В области повышенной температуры, создаваемой непосредственно над горелкой, SiCl4 и легирующие примеси окисляются. При этом мелкая порошковая окись формируется из подаваемых газов по всей длине трубки. Когда тепловая энергия от горелки непосредственно достигает осевшего порошка, под действием тепла плавится порошок в свободный от пузырьков, твердый, прозрачный кремниевый диоксид (легированный и нелегированный). При достижении горелкой конца трубки, меняется направление ее движения. Горелка быстро перемещается назад по трубке к начальной точке, чтобы образовать новый слой порошка. Разнообразные легирующие материалы, подаваемые в различных количествах в течение фазы осаждения, образуют сердцевину и оболочку. Последовательно нанося один слой легированного кремниевого диоксида на другой при изменении количества легирующих примесей может быть изготовлено волокно с различным показателем преломления. В этом методе доступ загрязняющих веществ всех видов снижен настолько, насколько это технически возможно - особенно загрязняющих веществ, содержащих водород. Загрязняющие вещества, содержащие водородные формы ОН в стекловолокне приводят к серьезным увеличениям затухания в световодах.

Основное преимущество процесса MCVD состоит в том, что структура оптического волокна и его свойства могут быть включены в заготовку и сохранены в готовом стекловолокне.

После того как процесс осаждения закончен, выполняется следующая важная стадия изготовления заготовок: сжатие трубки. Это происходит в несколько этапов (рис 5.3). Для сжатия повышается температура трубки при помощи газовой водородно-кислородной горелки до 1500 - 2000ºС, при которой трубка медленно размягчается и свертывается к твердому стержню заготовки. Сжатие происходит, когда пламя горелки последовательно передается трубке.

Недостатком метода MCVD следует считать наличие большого температурного градиента между внутренней поверхностью опорной кварцевой трубки в месте реакции и наружной поверхностью.

Метод MCVD используют для изготовления градиентных и одномодовых заготовок оптического волокна, а также оптического волокна с эллиптичесой оболочкой.

Плазменный метод химического парофазного осаждения (PCVD)

Изготовление заготовок плазменным методом химического парофазного осаждения осуществляется в основном аналогично модифицированному методу химического парофазного осаждения. Различие заключается в технике реакции. Плазму получают путем возбуждения газа с помощью, например, микроволн (сверхвысокие частоты). При этом газ ионизируется, т.е. разлагается на свои носители электрических зарядов. При воссоединении этих носителей зарядов выделяется тепловая энергия, которая может быть использована для плавления материалов с высокой температурой точки плавления. Так, при плазменном методе галогениды вступают в реакцию с помощью плазмы низкого давления (давление газа примерно 10 мбар), и в результате соединения с кислородом образуется SIO2. возникающие при этом порошкообразные частицы при температуре примерно 1000ºС осаждаются в виде стеклянного слоя.

Поскольку плазменное пламя движется быстро вдоль трубки назад и вперд, то за счет перемещения резонатора можно изготовить более 1000 тонких слоев, благодаря чему повысить точность профиля показателя преломления.

Основное преимущество метода заключается в проведении всего процесса осаждения при более низкой температуре, чем при методе MCVD. точность показателя преломления повышается.

Метод внешнего парофазного осаждения (OVD)

Метод внешнего парофазного осаждения более сложен, чем метод MCVD. Однако полный объем оптического волокна, изготовленных из заготовок, выполненных методом OVD, больше, чем объем оптического волокна, изготовленнх из заготовок, выполненных методом МСVD. Это обусловлено тем, что в крупномасштабном производстве этот метод более эффективен, чем метод МСVD.

Производство заготовки методом OVD осуществляется в два этапа.

Первый этап включает в себя осаждение порошка кремниевого диоксида (часто упоминается, как частицы сажи) с или без легирующих примесей на тонком стержне из кварцевого стекла Al₂O₃ или графита. Горячий поток частиц сажи проходит по поверхности стержня, некоторые из которых прилипают к стержню, который вращается вокруг своей оси вдоль горелки. Пористая заготовка создается слой за слоем. При этом некоторые из частиц будут в спекшемся состоянии. Когда осядет достаточное количество стекла для сердцевины и оболочки, процесс останавливается и начальный стержень становится заготовкой. В процессе изготовления заготовки кислород (О₂) вместе с другими легирующими добавками, необходимыми для обеспечения нужного профиля показателя преломления, например с металлогалогенидами (SiCl₄, GeCl₄. BCl₃. PCl₃), подается в горелку и там преобразуется в соответствующие оксиды. Они образуют малые порошкообразные частицы, которые осаждаются на вращающемся стержне. Если стержень также перемещается назад и вперед вдоль продольной оси, то получится слоистая пористая стеклянная заготовка. Каждый слой может легироваться по-разному, т.е. к основному материалу (SiO₂) может быть добавлено определенное количество примеси. Для градиентных профилей показателя преломления легирование сердцевины с помощью GeO₂ уменьшается от первого слоя к последующим непрерывно до тех пор, пока для оболочки будет осаждаться SiO₂ в чистом виде. Соответственно для ступенчатых профилей показателя преломления легирование сердцевины посредством GeO₂ остается постоянным от слоя к слою.

Второй этап изготовления заготовки предусматривает процесс усадки пористого стержня.

Пористая форма заготовки нагревается сначала в атмосфере газа хлора, который удаляет воду, и затем происходит дальнейшее ее позонное нагревание до температуры 1400-1600ºС, при которой частицы сажи спекаются в твердый, свободный от пузырьков стеклянный стержень - заготовку (рис 5.5). Это имеет место в управляемой печной атмосфере. Пустоты изначального стержня в основном схлопываются в течении этого этапа, а отверстие по центру заготовки тоже исчезает. Во время спекания заготовка постоянно омывается газообразным хлором для сушки, с тем, чтобы удалить из стекла по возможности все следы воды, так как в противном случае следует ожидать больших величин затухания.

В целом описанные выше этапы метода OVD включают в себя пять основных последовательных циклов: очистка материалов, транспортировка реагирующих материалов к тепловой зоне, химическая реакция и формирование частиц, осаждение частиц на начальный стержень или заготовку с уже имеющимся напылением, дегидрация и спекание.

Метод осевого парофазного осаждения (VAD)

При методе осевого парофазного осаждения порошкообразные частицы (белой сажи), образуется с помощью кислородно-водородной горелки, осаждаются на торцевую поверхность вращающегося стержня из кварцевого стекла.

Производственная система состоит из механизма для осевого движения заготовки, вакуумной камеры, горелки, выпаривающего модуля для составляющих сырья и блока управления. Заготовка вытягивается медленно, вертикально, вверх через производственное оборудование. Сырье (SiCl₄, GeCl₄ и PОCl₃) вводится таким же образом, как в OVD методе; используется газовая водородно-кислородная горелка и чрезвычайно мелкие стеклянные частицы, сформированные в процессе реакции теплового гидролиза. Эти частицы оседают на поверхности стержня с уже имеющимся напылением, который функционирует как основа для наращивания заготовки. Пористая зоготовка наращивается вдоль оси стержня и увеличивается в направлении роста заготовки. При этом расстояние между горелкой и растущей в осевом направлении заготовкой должно оставаться постоянным. Можно также использовать несколько горелок одновременно, для того чтобы обеспечить требуемые показатели преломления сердцевины и оболочки. В зависимости от конструкции горелок и их расстояния от стержня, а также от температуры при осаждении можно изготавливать различные профили показателя преломления. Превращение в прозрачную заготовку (остеклование) осуществляется с помощью кольцеобразной печи по окончанию осаждения. Для сушки, т.е. удаления остатков влаги, в процессе усадки заготовка омывается газообразным хлором.

Важными элементами процесса изготовления заготовки методом VAD являются:

постоянны процесс роста;

точный контроль над потоком сырья;

точный контроль относительно выхода избыточных материалов;

температура пламени;

поверхностная температура зоны роста заготовки;

скорость вращиния заготовки;

позиция зоны роста заготовки.

Чтобы получить световод с более толстой оболочкой, можно после этого на заготовку надвинуть трубку из кварцевого стекла в соответствии с методом «стержень в трубке», используемую в качестве оболочки.

.2 Вытяжка оптического волокна

Для вытяжки кварцевого оптического волокна применяют установку вертикального типа (рис 5.7), которая состоит из каркаса - 1, узла подачи заготовок - 2, печи - 3, системы измерения диаметра оптического волокна - 4, узла нанесения первичного защитного покрытия на оптическое волокно - 5, система контроля концентричности первичного защитного покрытия - 6, системы отверждения первичного защитного покрытия - 7, измерителя диаметра первичного защитного покрытия - 8, тягового устройства - 9, системы испытания оптичекого волокна на механическую прочность - 10 - 12, компенсатора - 13, приемного устройства - 14, системы управления - 15, систем газоснабжения, водоснабжения, освещения, вентиляции.

Каркас помещен на специальные резиновые амортизаторы, которые до минимума снижают вибрацию всей установки. Заготовки крепят в узле подачи заготовок с помощью зажима цангового типа.

Подачу заготовки осуществляют с помощью прецизионного винтового приспособления. Центрирование заготовки по оси X и Y происходит автоматически. Дополнительно предусмотрен ручной режим центрирования заготовки. Узел подачи заготовки может иметь дополнительный привод, обеспечивающий вращение заготовки с одновременным ее продольным перемещением.

Печь для вытяжки оптического волокна должна обеспечивать оптимальный температурный градиент для максимального переноса тепла к заготовке в зоне плавления и высокую чистоту атмосферы, окружающей заготовку. Основными источниками тепла для разогрева заготовок являются: газовые горелки, лазеры на основе СО₂, печь с графитовым нагревателем, индукционная печь с циркониевым нагревателем, индукционная печь с графитовым нагревателем.

Система измерения диаметра оптического волокна основана на использовании лазера (метод лазерного сканирования), который обеспечивает точность ±0,5 мкм измерения даже при вибрации оптического волокна.

Узел нанесения первичного защитного покрытия на оптическое волокно позволяет наносить полимерный материал на поверхность оптического волокна. Слой первичного защитного покрытия должен быть концентричным, постоянным по толщине, не иметь посторонних включений.

Система контроля концентричности первичного защитного покрытия основана на явлении дифракции и интерференции света. Концентричность покрытия относительно оптического волокна измеряют с помощью гелий-неонового лазерного интерферометра. В зависимости от наблюдаемой картины узел нанесения первичного защитного покрытия перемещают вручную или автоматически, добиваясь наилучшей концентричности. Точность нанесения однослойного покрытия ± 1 мкм, для двойного ± 2 мкм.

Система отверждения первичного защитного покрытия производится двух типов: тепловая и ультрафиолетовая (УФ-печь). Тепловая система представляет собой печь (или печи), в которую при необходимости подают инертный газ. Температура в печи достигает 800ºС, количество печей в зависимости от скорости вытяжки может достигать трех, точность поддержания температуры +2ºС. УФ-печь применяют для отверждения эпоксиакрилатов, кремнийор-ганических компаундов и уретанакрилатов. Полимеризация осуществляется в атмосфере азота, что в значительной мере ускоряет весь процесс.

Измеритель диаметра по первичному защитному покрытию аналогичен измерителю диаметра оптического волокна.

Тяговое устройство ременного типа обеспечивает постоянство скорости с точностью 0,5%.

Система испытания оптического волокна на механическую прочность предназначена для выявления механических дефектов оптического волокна по всей длине. Принцип действия заключается в перемотке оптического волокна при заданном напряжении. Это напряжение можно создать путем приложения к оптическому кабелю растягивающей нагрузки или одновременно растягивающей и изгибающей нагрузок.

Процесс вытяжки оптического волокна происходит следующим образом, на примере оборудования фирмы «Ericsson Cable AB».

Готовый стержень, независимо от метода его изготовления, вытягивается в волокно в башнях высотой приблизительно 12 метров.

Процесс вытягивания (рис. 5.8) начинается на верху башни, где стержень заготовки зафиксирован в центрирующем патроне. Нижний конец заготовки помещен в печь и нагревается до температуры 2000ºС. Графитовый нагревательный элемент защищен инертной атмосферой аргонового газа. Заготовка медленно опускается сверху в печь, в то время как стекловолокно вытягивается вниз и выходит из печи. Скорость вытягивания и скорость подачи автоматически контролируется машинной системой управления.

Немедленно под печью управляемый лазером прибор измерения проверяет диаметр стекловолокна. Полученные значения подаются назад к системе управления, которая управляет скоростью кабестана вытягивания внизу башни. Увеличение диаметра волокна приводит к увеличению скорости вытягивания и наоборот. Обычное волокно имеет диаметр 125±2 мкм и скорость вытягивания - обычно 3 - 10 м/с. Стекловолокно охлаждается окружающим воздухом. Изготовленное стекловолокно имеет те же самые геометрические отношения между оболочкой и сердцевиной, что и заготовка.

Стекловолокно покрывается защитным слоем акрилата, первичным покрытием, во время процесса вытягивания. Первичное покрытие состоит из двух слоев акрилата, более мягкого внутреннего слоя и жесткого внешнего слоя.

Первичное покрытие из акрилата имеет следующие преимущества:

увеличивается прочность волокна;

защита от влаги (ОН);

защита против микроизгибов;

облегчается прокладка.

Сразу после наложения первичное покрытие подвергается обработке УФ-облучением. При первичном контроле диаметра проверяется диаметр первичного покрытия и концентричность волокна. Готовое волокно будет иметь диаметр 245±10 мкм.

После вытяжки волокно проходит тестирование на прочность. Для этого оно подвергается механическим воздействиям и при обнаружении трещин или других повреждений бракуется. Это испытание называется проверкой прочности и означает, что волокно подвергается указанному натяжению в течение одной секунды. Трещины в волокне могут привести к его разрыву. После проверки прочности волокно транспортируется в лабораторию, где подвергается испытанию в экстремальных условиях.

Из одной заготовки в условиях этой фирмы обычно получается 50-150 км волокна.

4. Прокладка оптических кабелей в грунт

Перед прокладкой ОК проводятся изыскания трассы с целью выбора оптимальной конструкции прокладываемого ОК и технологии прокладки (кабелеукладчиком, в траншею, с использованием горизонтально-наклонного бурения, взрывных работ и др.). Учитывается также наличие имеющихся подземных сооружений (других кабелей связи, силовых кабелей, трубопроводов и т.д.) и наземных препятствий (шоссейные и железные дороги, реки, болота, леса, овраги, пересечения с линиями электропередачи и др.), определяются места размещения необслуживаемых регенерационных пунктов, пунктов доступа к ОК, оптических муфт и т.д.

Основным, наиболее экономичным методом прокладки ОК непосредственно в грунт, обеспечивающим наиболее высокую степень механизации и скорость прокладки, является прокладка кабелеукладчиком. На определенных участках трассы могут применяться и другие технологии - в частности, при пересечениях автомобильных и железных дорог, глубоких оврагов и болот, рек, скальных участков. Для ОК с металлическими бронепокровами необходимо соблюдение мер по защите ОК от грозовых повреждений и от влияний электрифицированных железных дорог и линий электропередачи на участках сближений с этими объектами. На особо опасных с точки зрения электромагнитных воздействий участках трассы предусматривается прокладка диэлектрических ОК.

Прокладка ОК с помощью кабелеукладчика (рис.) предусматривает обеспечение плавного прохода ОК через кассету кабельного ножа с соблюдением допустимого радиуса его изгиба, а также нормируемой (1,2 м) глубины прокладки. Кабелеукладчики используют на спрямленных и протяженных участках трассы, при отсутствии частых пересечений с подземными коммуникациями.

Кабелеукладчики и рыхлители (пропорщики) грунта, в том числе оснащаемые вибратором, обеспечивающим снижение необходимого тягового усилия примерно вдвое, выпускает ЗАО «Межгорсвязьстрой» (г. Москва).

Перед прокладкой ОК в грунт предварительно прорезают (пропарывают) грунт кабельным ножом вхолостую, без ОК, или же с применением специального рыхлителя грунта (пропорщика). Пропорка в тяжелых и каменистых грунтах производится за несколько проходов, до полной глубины трассы.

Прокладка ОК ведется без увеличения или снижения скорости, кабельный нож должен ровно заглаживать дно прорези во избежание повреждения ОК выступающими камнями и исключения резких изгибов ОК. Нельзя превышать допустимое усилие растяжения ОК. Наклон ножа кабелеукладчика должен быть постоянным, в ходе прокладки ведется контроль глубины прокладки ОК.

Основные технические характеристики современных кабелеукладчиков и пропорщиков грунта производства «Межгорсвязьстрой» приведены в таблице.

Таблица - Основные технические характеристики кабелеукладчиков и пропорщиков грунта производства «Межгорсвязьстрой»

Технические характеристики	Единица измерения	Тип
		кабелеукладчика		пропорщика
		КВГ-1	КВГ-2	РВГ-1
Категория разрабатываемого грунта	н/д	1…4		1…4
Глубина прокладки кабеля или же пропорки грунта	мм	до 1500		до 1500
Диаметр прокладываемого кабеля	мм	до 80		н/д
Диаметр прокладываемых ЗПТ	мм	32,40, 50, 63		н/д
Скорость прокладки кабеля или пропорки грунта	км/ч	0,4… 1,5		0,5…1,5
Диаметр размещаемых барабанов	мм	2250 (2 шт.) или 2500 (1 шт.)		н/д
Полная масса барабанов	кг	4000		н/д
Величина смещения рабочего органа	мм	н/д	1140	н/д
Ширина прокладываемой сигнальной ленты	мм	до 75
Ширина габаритная (в сборе с навесным оборудованием)	мм	3760		3154
Глубина преодолеваемого брода	м	1,1		1.1
Базовый трактор		Т-170, Т-170Б

Допустимый радиус изгиба ОК должен оставаться постоянным, при повороте трассы с радиусом более крутым, чем допускает кабелеукладочная техника, должна отрываться траншея для выполнения маневра. Выглубление и заглубление ножа кабелеукладчика производятся только в предварительно отрытом котловане, размер которого должен быть больше наибольшей ширины ножа. Выше уровня прокладки ОК на 10…15 см рекомендуется одновременно с ОК прокладывать сигнальную ленту, а на поворотах трассы и участках пересечений с подземными сооружениями устанавливать электронные маркеры.

При пересечении трассы ОК с другими подземными сооружениями (трубопроводами, кабелями) должны быть приняты меры, исключающие повреждение этих сооружений.

В местах стыка строительных длин ОК предусматривается технологический запас длины ОК, обеспечивающий последующий монтаж ОК в специально оснащенной монтажной автомашине (длиной не менее 10 м). По окончании монтажа ОК смонтированную муфту и технологический запас длины ОК, свернутый в бухту с допустимым радиусом изгиба ОК, укладывают в грунт на глубине прокладки ОК и защищают от механических воздействий. Для этого муфты и технологические запасы длины ОК перед засыпкой грунтом накрывают механически прочными материалами или же размещают в малогабаритном пункте доступа.

Прокладка ОК в траншею (рис.) выполняется при множественных пересечениях с подземными коммуникациями или другими препятствиями, а также при возможных повреждениях кабелеукладчиком дренажных устройств. Траншеи разрабатываются траншеекопателями, цепными или одноковшовыми экскаваторами, а при небольших объемах работ и в стесненных условиях - вручную. Глубина траншеи должна обеспечивать подсыпку песка или рыхлого грунта слоем 5…10 см для выравнивания дна траншеи и выполнения плавных переходов через неизвлекаемые включения. По окончании укладки ОК в траншею предварительно засыпают слой песка или рыхлого грунта толщиной около 10…15 см (без включений камней), укладывают сигнальную ленту и окончательно засыпают траншею вынутым грунтом, который затем уплотняют.

На участке пересечения с автомобильными и железными дорогами ОК укладывают в защитные трубы, прокладываемые преимущественно закрытым способом (методом горизонтального прокола или методом управляемого бурения).

Прокладка ОК через водную преграду предусматривает сооружение двух участков перехода (створов), разнесенных друг от друга на расстояние около 300 м. При наличии моста на участке организации речного перехода нижний створ ОК прокладывается по мосту. На береговых участках ОК речного перехода соединяются муфтовым соединением с ОК, проложенным в грунт. Для удобства доступа к муфтам стыка грунтового ОК и ОК речного перехода целесообразно размещать их и технологические запасы длин ОК внутри пункта доступа типа ПОД.

Метод горизонтально-наклонного бурения применяется при прокладке ОК через крупные овраги, судоходные реки и многочисленные подземные коммуникации. Этим методом с высокой точностью выполняются скрытые переходы на глубине до 30 м и длиной до 1 км. Установка горизонтально-наклонного бурения по заданной траектории бурит предварительную (пилотную) скважину, с большой точностью выходящую в заданную точку на другой стороне препятствия. Затем за один или несколько этапов расширяют скважину до требуемого диаметра. В скважину с помощью бурового раствора, формирующего канал и выполняющего роль смазки, затягивают отдельные трубы или пучки труб, используемые в качестве труб кабельной канализации на участке перехода.

Маркировка трасс ОК осуществляется предупредительными знаками, пикетажными столбиками, привязкой на рабочей документации кабельных трасс к стационарно расположенным местным объектам, с использованием систем геостационарного позиционирования, электронными маркерами.

5. Расчет геометрических размеров ОК

Количество оптических модулей в скрутки примем равным 6. Далее вычислим диаметр оптического кабеля по скрутке (т.к. количество оптических модулей равно 6, то диаметр центрального силового элемента принимаем равным диаметру оптического модуля D_цсэ = D_мод):

,

где    D_ск - диаметр кабеля по скрутке, мм;

М_од - диаметр оптического модуля, равный 2,5 мм;

D_ЦСЭ - диаметр центрального силового элемента, равный 2.5 мм.

Рассчитаем диаметр кабеля по защитной оболочке:

,

где    D_об - диаметр кабеля по оболочке, мм;

δ_об - толщина полиэтиленовой защитной оболочки, мм;

δ_ПЭТФ - толщина полиэтилентерефталатной пленки, мм.

Выберем диаметр проволоки для брони про следующему соотношению:

 при d_пров = 0,5÷6 мм, следовательно

,

где d_пров - диаметр стальной проволоки, мм.

Принимаем диаметр проволоки равным d_пров = 1.6 мм, выбрав его из ряда стандартных размеров стальных оцинкованных проволок.

,

где L_бр1 - длина окружности, проходящей по центру первого повива брони, мм.

Определим количество проволок в первом повиве брони:

,

где N_бр1 - количество проволок в первом повиве брони, шт.

Из технических соображений принимаем количество проволок в первом повиве брони равным N_бр1 = 22.

,

где L_бр2 - длина окружности, проходящей по центру первого повива брони, мм.

Определим количество проволок во втором повиве брони:

,

где N_бр2 - количество проволок во втором повиве брони, шт.

Принимаем количество проволок во вотором повиве брони равным 28.

Диаметр оптического кабеля:

,

где D_ок - наружный диаметр оптического кабеля, мм;

δ_шл - толщина полиэтиленового шланга, равная 2 мм.

6. Расчет массы ОК

Для расчета воспользуемся следующей формулой:

,

где    М_ов - масса оптического волокна, кг/м;

М_в - масса светоотражающей оболочки, кг/м;

М_ПЗП - масса первичного защитного покрытия (лак), кг/м;

,

где    d_в - диаметр оптического волокна по светоотражающей оболочке, равный 125·10^-6 мм;

ρ_SiO2 - удельная плотность кварца, равная 2217 кг/м³;

,

где    d_ПЗП - диаметр оптического волокна по первинному защитному покрытию, равный 250·10^-6 мм;

δ_ПЗП - толщина первичного защитного покрытия, равная 62,5·10^-6 мм;

ρ_лак - удельная плотность первичного защитного покрытия (лак), равная 1040 кг/м³.

,

где    d_ВЗП - диаметр оптического волокна по вторичному защитному покрытию, равный 260·10^-6 мм;

δ_ВЗП - толщина вторичного защитного покрытия, равная 5·10^-6 мм;

ρ_краска - удельная плотность вторичного защитного покрытия (краска), равная 1130 кг/м³.

В результате общая масса оптического волокна равна:

Далее рассчитаем массу оптического модуля из полибутилентерефталата по следующей формуле:

где    М_ПБТ - масса пустого оптического модуля, кг/м;

D_мод - диаметр оптического модуля, равный 2,5 мм;

δ_ПБТ - толщина оптического модуля, равная 0,25 мм;

ρ_ПБТ - удельная плотность полибутилентерефталата, равная 1310 кг/м³.

Масса внутримодульного геля:

,

где    М_вг - масса внутримодульного гидрофобного геля, кг/м;

ρ_вг - удельная плотность внутримодульного гидрофобного геля, равная 850 кг/м³;

n - количество оптических волокон в модуле, шт.

,

где    М_мод - масса оптического модуля с оптическими волокнами заполненный гидрофобом, кг/м;

К - коэффициент напуска оптических волокон в модуле.

,

где    М_ЦСЭ - масса центрального силового элемента (стеклопластик), кг/м.

,

где    М_{мод.пов.} - масса повива из оптических модулей, кг/м;

n - количество оптических модулей, шт.;

К_у - коэффициент укрутки оптических модулей.

Коэффициент укрутки оптических модулей рассчитаем по следующей формуле:

,

где    L - укрутка оптических модулей.

,

где    h - шаг скрутки оптических модулей, мм.

Масса повива равна:

,

где    М_мг - масса межмодульного гидрофобного геля, кг/м;

n - количество оптических модулей (включая центральный силовой элемент);

ρ_мг - удельная плотность межмодульного гидрофобного геля, равная 900 кг/м³.

,

где    М_серд - масса сердечника оптического кабеля.

,

где    М_ПЭТФ - масса полиетилентерефталатной пленки, кг/м;

δ_ПЭТФ - толщина полиетилентерефталатной пленки, мм;

ρ_ПЭТФ - удельная плотность полиетилентерефталатной пленки, кг/м³.

,

где    М_об - масса полиэтиленовой оболочки, кг/м;

δ_об - толщина полиэтиленовой оболочки, мм;

ρ_ПЭ - удельная плотность полиэтиленовой оболочки, кг/м³.

Масса первого броневого повива рассчитывается по формуле:

,

где    М_{бр.пов.1} - масса первого броневого повива, кг/м;

N_бр1 - количество стальных проволок во втором повиве брони, шт.;

К_бр1 - коэффициент укрутки брони из стальных проволок;

ρ_Fe - удельная плотность стали, равная 7800 кг/м³.

Коэффициент укрутки брони из стальных проволок рассчитаем по следующей формуле:

,

где    L_бр1 - укрутка первого повива брони.

,

где    h - шаг скрутки стальных проволок, мм.

Масса первого повива брони равна:

Масса второго броневого повива рассчитывается по формуле:

,

где    М_{бр.пов.2} - масса второго повива брони, кг/м;

N_бр2 - количество стальных проволок во втором повиве брони, шт.;

К_бр2 - коэффициент укрутки второго повива брони из стальных проволок;

ρ_Fe - удельная плотность стали, равная 7800 кг/м³.

Коэффициент укрутки второго повива брони из стальных проволок рассчитаем по следующей формуле:

,

где    L_бр2 - укрутка второго повива брони.

,

где    h - шаг скрутки стальных проволок, мм.

Масса второго повива брони равна:

Масса полиэтиленового шланга равна:

,

где    М_зп - масса защитного покрытия из полиэтилена, кг/м;

δ_зп - толщина защитного покрытия из полиэтилена, мм.

7. Термомеханический расчет оптического кабеля

.1 Тепловой расчет кабеля

При изготовлении оптического модуля без превышения длины ОВ над длиной ТЗО и его последующих испытаниях вне кабеля приращение длины ОВ составит [1]:

где    Т0 - температура, при которой начальная избыточная длина условно равняется 0˚С;

Т - температура окружающей среды при испытаниях ОМ, ˚С;

 - температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) материала ТЗО, (для ПБТ = 1.3 1/˚С) [1];

-ТКЛР ОВ, (для ОВ принимаем его равным )

Таким образом, при нагревании ОМ до Т = +60 ˚С оптическое волокно получит приращение:

Знак минус свидетельствует о том, что оптическое волокно, не имеющее начальной избыточной длины, натянется, и при этом получит удлинение 0,324%. Сила натяжения ОВ составит:

 Н

Из этого следует, что для предотвращения этого необходимо либо создать начальную избыточную длину ОВ в ТЗО, равную 0,453%, либо в конструкции ОК иметь элементы, сдерживающие удлинение ТЗО, причем ТКЛР таких элементов должен быть равным ТКЛР кварца.

При охлаждении ОМ до Т = -40˚С ОВ получит приращение:

.

Это значит, что ОВ уменьшит размеры меньше, чем ТЗО, а значит, получит дополнительные макроизгибы, приводящие к росту затухания.

Из этого следует, что в конструкции должны быть элементы, сдерживающие осевое сжатие ТЗО.

Анализируя величины приращения приходим к выводу, что воздействие отрицательных температур на ОМ, а значит на ОК в целом является более критичным, т.к. зависимость затухания ОВ от микро- и макроизгибов сильнее, чем от продольного растяжения.

.2 Механический расчет кабеля

Целью механического расчета оптического кабеля является определение предельных растягивающих усилий, которым способен противостоять кабель при подвеске и эксплуатации.

Расчет проводится исходя из достижения оптическим волокном в кабеле предельного удлинения (0,5%), которое может возникнуть во время подвески или эксплуатации. Причем удлинение 0,5% соответствует натяжению оптического волокна с усилием 4 Н, равному усилию, которому подвергается волокно при 100% тестировании на стадии его изготовления. Аналогичные и даже более высокие требования по удлинению и нагрузкам предъявляют к ОВ и зарубежные фирмы-изготовители ОВ.

Кроме того, за счет геликоидального расположения ОВ в ТЗО, имеется его избыточная длина, превышающая длину ТЗО на величину от 0,25 до 0,5%. Интересно отметить, что зарубежными изготовителями самонесущих оптических кабелей, величина превышения ОВ над ТЗО составляет 0,45 - 0,7%.

И, наконец, за счет смещения ОВ из предполагаемого положения в центре ОМ на минимальное расстояние к оси ОК волокно может еще увеличить на 0,7 - 0,9% превышение длины ТЗО.

Таким образом, максимально возможное удлинение ОК, при котором ОВ получает нагрузку, равную тестирующей, определяется:

где    Еп - превышение длины ОВ над ТЗО, 0,25-0,70%;

 - предельно допустимое удлинение ОВ, равное удлинению

при тестировании, % ( = 0,5%);

Ео - удлинение ОВ при его смещении к центру ОК при его

растяжении, Ео = 0,07 - 0,09%.

%.

Соответственно, максимально возможное удлинение, соответствующее исходному минимальному превышению длины ОВ над длиной ТЗО, т.е. 0,25% будет:

%.

А среднее значение максимального удлинения ОК составит:

%

Для расчета примем величину Еок = 1,0%, т.е. меньшую, чем среднее значение, тем самым, ужесточая требования к относительному удлинению кабеля.

Таким образом, критерием механического расчета кабеля, является такое его удлинение, при котором оптические волокна во время действия усилий, прикладываемых к кабелю при подвеске и эксплуатации, т.е. не продолжительное время, получают удлинение 0,5%. В зарубежной литературе встречаются данные о более жестких требованиях к допустимым растягивающим нагрузкам кабелей, величины которых принимаются равными 0,3%, а максимальное натяжение волокна при максимальном рабочем напряжении 0,25%, однако, изготовители таких самонесущих ОК принимают минимальное превышение ОВ над ТЗО 0,45%.

Часть нагрузки, которую примет на себя стеклопластик, при удлинении Еок = 1% (для простоты расчета, влиянием прочих полимерных материалов пренебрегаем) определяется:

,

где    - удлинение стеклопластика при разрыве, %, = 3%;

 - нагрузка при разрыве стеклопластика, Н.

,

где    П_сп - площадь поперечного сечения стеклопластика, мм²;

- предел прочности при разрыве стеклопластика, равный ≤1800 МПа.

мм²

Нагрузка приходящаяся на стеклопластик будет:

при разрыве                           Н

при удлинении 1%                 Н

Соответственно растягивающая нагрузка, приходящаяся в кабеле на двухслойную броню из круглых проволок при удлинении ОК на 1% определяется:

На первый слой круглопроволочной брони:

, Н

где    - нагрузка, прикладываемая к одной проволоке при ее

удлинении в 1%,

,

где    - удлинение стальной проволоки при разрыве, равное 13%,

 - нагрузка при разрыве стальной проволоки, Н.

, Н

где    П_бр1 - площадь поперечного сечения проволоки, мм²;

- предел прочности при разрыве стальной проволоки, равный 2400 МПа.

мм²

Нагрузка приходящаяся на одну стальную проволоку будет:

при разрыве                           Н

при удлинении 1%                 Н

n - количество проволок, шт.;

α₁ - угол наложения проволок, град.

,

где    Н_бр1 - шаг скрутки проволок. Н_бр1 = 150 мм.

D_бр1 - средний диаметр по первому слою брони, мм.

Нагрузка приходящаяся на первый слой стальной круглопроволочной брони:

 Н

На второй слой круглопроволочной брони:

,

где    - нагрузка, прикладываемая к одной проволоке при ее

удлинении в 1%,

,

где    - удлинение стальной проволоки при разрыве, равное 13%,

 - нагрузка при разрыве стальной проволоки, Н.

, Н

где    - площадь поперечного сечения проволоки, мм²;

- предел прочности при разрыве проволоки, равный 2400 МПа;

мм²

Нагрузка, приходящаяся на одну стальную проволоку будет:

при разрыве Н

при удлинении 1% Н

n₂ - количество проволок во втором слое брони, шт.;

α₂ - угол наложения проволок, град.

,

где    Н_бр2 - шаг скрутки нитей. Н_бр1 = 150 мм.

D_бр2 - средний диаметр по первому слою брони, мм.

Нагрузка приходящаяся на второй слой стальной круглопроволочной брони:

 Н

Суммарная нагрузка на кабель определится:

Н

Следовательно, расчетный коэффициент запаса по растягивающим усилиям будет:

,

 - нормируемое значение для самонесущих кабелей, наружным диаметром свыше 19 мм, = 20 кН [14].

Из полученных результатов видно, что при воздействии нормированной растягивающей нагрузки (=20000 Н) ОК будет удлиняться на величину менее 1%, следовательно, и ОВ получат меньшую нагрузку и удлинение. Определим их [4]:

,

%

При этом удлинение ОВ составит:

%

А нагрузка на ОВ составит:

, Н

где    - натяжение ОВ при тестировании, = 4 Н [14].

Н.

Очевидно, что при удлинении ОК на 0,62% под воздействием нормированной растягивающей силы на ОК нагрузка на ОВ составит 76% от нагрузки при тестировании, что снижает вероятность разрушения ОВ при подвеске, или при нагрузке на ОВ 4 Н, его минимальное превышение длины ОВ над длиной ТЗО должно быть не менее 0,38%.

Анализируя полученные результаты приходим к выводу, что механический расчет выполнен верно, так как максимальное удлинение которое получит кабель составляет порядка 0,62%. А нормированное удлинение кабеля составляет  = 0,96%, при этом удлинение оптических волокон составляет 0,38%. Однако, как показал термомеханический расчет, минимальная величина превышения ОВ над ТЗО должна составлять не менее 0,324%.

8. Технико-экономическое обоснование изготовления волоконно-оптического кабеля для прокладки в земле

В экономической части бакалаврского проекта определяется себестоимость волоконно-оптического кабеля для прокладки в земле с учетом влияния рыночных факторов, прибыли, цены изделия и эффективности его производства, источников финансирования.

Таблица 1 - Расчет затрат по материалам

Вид материала	Цена единицы материала, грн/кг	Масса материала, кг/км	Затраты, грн.
Одномодовое оптическое волокно	750	3,36	2646
Полибутилентерефталат	16	13,92	233,86
Тиксотропный гелевый заполнитель	54	13,86	785,86
Заполнитель Зоминол	8	8,84	74,26
Пленка ПЭТФ	14	3,34	49,1
ПЭНД шланговый	12	134	1688,4
Стальная оцинкованная проволока	6	808	5090,4
Стеклопластик	36	10	378
Итого с учетом транспортных расходов	10945,88

Затраты по материалам З_м определяются:

З_м = (Ц_м · М_м · К_тр) - (Ц_о · М_о),

где    Ц_м, Ц_о - цена единицы материала и отходов, грн., принимаются по рыночным ценам,

М_м, М_о - масса материалов, отходов, кг. Принимается по данным расчета, выполняемого в технической части работы.

К_тр = 1,05 - коэффициент, учитывающий транспортные расходы.

Принимаем, что отходы равняются нулю (для упрощения расчета).

Затраты по основной заработной плате рассчитываем укрупнено, принимая их величину в размере 5% от затрат на материалы, в соответствии со структурой себестоимости по ЭИКТ

З_З = 10945,88· 0,05 = 547,29 грн.

Дополнительная заработная плата принята в размере 10% от основной

Д_З =547,29 · 0.1 = 54,73 грн.

Калькуляция себестоимости на изготовление нагревательного кабеля и расчет цены представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Калькуляция себестоимости

Статьи затрат	Затраты, грн.
Сырьё и материалы	10945,88
Основная заработная плата	547,29
Дополнительная заработная плата	54,73
Отчисления на социальное страхование	225,76
Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования	1641,87
Общепроизводственные расходы	820,94
Другие производственные расходы	54,73
Производственная себестоимость	14291,2
Административные расходы	547,29
Расходы на сбыт	428,74
Прибыль	2290,1
Цена производства	16581,28
НДС	3316,26
Цена продажи	19897,54

Проектируемое изделие - волоконно-оптический кабель для прокладки в земле.

Калькуляциональная единица - 1 км.

Объем товарной продукции - 10000 км.

В расчетах приняты:

Отчисления на социальные мероприятия (ОСМ) принимаем в соответствии с нормами действующего налогового законодательства в размере 37.5% от суммы основной и дополнительной заработной платы работников.

ОСМ = (547,29 + 54,73) · 0,375 = 225,76 грн.

Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования РСО, общепроизводственные расходы ОР, другие производственные расходы ДПР, административные расходы АР, расходы на сбыт РС можно принять в размере средних значений по отрасли, то есть:

РСО = 300%, ОР = 150%, ДПР = 10%, АР = 100% от основной заработной платы работников, РС = 3% от производственной себестоимости изделия.

РСО = 547,29 · 3 = 1641,87 грн.,

ОР = 547,29 · 1,5 = 820,94 грн.,

ДПР = 547,29 · 0,1 = 54,73 грн.

Производственная себестоимость СП равна сумме всех затрат, без учета административных расходов и расходов на сбыт:

СП = 10945,88 + 547,29 + 54,73 + 225,76 + 1641,87 + 820,94 + 54,73 = 14291,2 грн.

РС = 14291,2 · 0,03 = 428,74 грн.,

АР = 547,29 · 1 = 547,29 грн.

Прибыль для установления рыночной цены рекомендуется принять исходя из достигнутого среднеотраслевого уровня для продукции ЭИКТ с учетом принятой стратегии маркетинга. В работе её принимаем в размере 15% от суммы всех затрат.

П = (14291,2 + 547,29 + 428,74) · 0,15 = 2290,1 грн.

Цена производства:

Ц_П = СП + П,

Ц_П = 14291,2 + 2290,1 = 16581,28 грн.

Налог на добавленную стоимость (НДС), в расчетах принят в размере 20%

НДС = Ц_П · 0,2,

НДС = 16581,28 · 0,2 = 3316,26 грн.

Цена продажи:

Ц_ПР = Ц_П + НДС,

Ц_ПР = 16581,28 + 3316,26 = 19897,54 грн.

Эффективность производства нового изделия может быть определена укрупнено по формуле:

Е_Р = (П · N₂) / (Ц_И · Ф_Е · N₂),

где    Е_Р - расчетный коэффициент экономической эффективности;

П - прибыль на изделие, грн;₂ = 10000 км - годовой объем производства в натуральном выражении;

Ц_И = 16581,28 - цена изделия (без НДС), грн;

Ф_Е = 0,4 - фондоемкость изделия.

Е_Р = (2290,1 · 10000) / (16581,28 · 0.4 · 10000) = 0,35

Данная разработка является целесообразной, на что указывает полученное расчетное значение коэффициента экономической эффективности выше нормативного (Ен = 0,15).

В работе так же определяется, сколько средств нужно для реализации данного проекта (на проведение технической подготовки производства и приобретение дополнительного оборудования и производственных площадей) и источники их получения: собственные средства, привлечение акционерного капитала, кредиты.

Считаем, что предприятие является прибыльным и у него есть достаточно средств для реализации данного проекта на 50%, остальные 50% необходимой суммы берем кредит в банке.

Срок окупаемости капитальных вложений (инвестиций) в производство:

Т_ОК = (С_Ф + к · С_кр)/(П - Н),

где    С_Ф - стоимость производственных фондов;

Н - налог на прибыль предприятия (30%) по действующему законодательству.

С_ф = Ц_И · Ф_Е · N₂,

к - процентная ставка за кредит (к = 20%);

С_кр = 0,5 С_Ф - сумма кредита.

С_ф = 16581,28 · 0,4 · 10000 = 66325120

Т_ОК = (66325120+ 0.2 · 0.5 ·66325120) / (22901000 - 6870300) = 4,55 года

Полученное значение срока окупаемости ниже нормативного (Т_окн = 6,7), что указывает на целесообразность разработки проекта.

Срок возврата кредита:

Вк = С_кр (1 + к / 100) / (П - Н)

Вк = 0,5 · 66325120 · (1 + 20 / 100) / (22901000 - 6870300) = 2,48 года

Выводы.

В технико-экономическом обосновании, было рассчитана себестоимость волоконно-оптического кабеля для прокладки в земле, цена производства которого получили 20 грн. за 1 метр кабеля. На сегодняшний день цена такого кабеля составляет от 25 грн. и выше за 1 метр кабеля. Срок окупаемости составляет 4,55 года, который ниже нормативного срока, равного 6,7 года.

Список источников информации

1.Макаров T.B. Волоконно-оптические линии передачи. Учебное пособие. ОЭИС им. A.C. Попова. - Одесса, 1990. - 99 с.

2.Дональд Дж. Стерлинг, младший. Техническое руководство по волоконной оптике. - М.: Лори, 1998. - 277 с.

З. Гроднев И.И., Верник СМ. Линии связи. - М.: Радио и связь, 1988. - 544 с.

4. Гроднев И.И., Ларин Ю.Т., Теумин И.И. Оптические кабели. Конструкции,
характеристики, производство и применение. - М.: Энергоатомиздат, 1991.

-      264 с.

5. Верник СМ., Гитин В.Я., Иванов B.C. Оптические кабели связи. - М.: Радио
и связь, 1988. - 144 с.

6. Ларин Ю.Т., Рязанов И.Б. Расчет параметров оптических кабелей. - М.: МЭИ, 1992. - 122 с.

7.Козанне А., Флере Ж., Мэтр Г., Руссо М. Оптика и связь: Оптическая передача и обработка информации / Пер. с фр. - М.: Мир, 1984. - 504 с.

8.Корнейчук В.И., Макаров Т.В., Панфилов И.П. Оптические системы передачи. - К.: Техника, 1994. - 393 с.

9.ITU-T. Recommendation G.651 - 1988, Characteristics of a multimode gradet index optical fibre cable.

10.ITU-T.G.652 - 1997, Characteristics of a single-mode optical fibre cable.

12.ITU-T. Recommendation G.654 - 1988, Characteristics of a cut-off shifted single-mode optical fibre cable.

13.ITU-T. Recommendation G.655. Characteristics of a non-zero dispersion-shifted single-mode optical fibre cable.

14.Корнейчук В.И. Измерение параметров компонентов и устройств ВОСП: Учебное пособие. - Одесса: УГАС им. A.C. Попова, 2000. - 323 с.

15.Гауэр Дж. Оптические системы связи / Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989.

-      504 с.

16.Волокно с потерями 0,01 дБ/км в инфракрасном диапазоне // Электроника. - 1977. - №19. - С. 8.

17.Иванов А.Б. Волоконная оптика, компоненты, системы передачи, измерения.

-      М.: Компания Сайрус Системе, 1999. - 671 с.

18.Корнейчук В.И., Панфилов И.П. Проектирование цифровых волоконно-оптических систем передачи. 4.1: Расчет характеристик субсистем ВОСП. Методическое руководство по дипломному и курсовому проектированию. - Одесса, 1987. - 53 с.

19.Иванов СИ., Коршунов В.Н., Ксенофонтов С.Н. Сборник упражнений и задач по волоконно-оптическим линиям связи. Учебное пособие. - М.: МЭИС, 1987. -31 с.

20.ITU-T. Recommendation G.650 - 1997, Definition and test methods for the relevant parameters of single-mode fibres.

21. Производство кабелей и проводов: Учебник для техникумов/ Н.И. Белоруссов, Р.М. Лакерник, Э.Т. Ларина и др.; Под ред. Н.И. Белоруссова и

И.Б. Пешкова. - М.: Энергоиздат, 1981. - 632 с., ил.

. Обмоточные и монтажные провода. Изд. 4-е, переработ. и доп. М., «Энергия», 1971.