Визначення місця пошкодження волокон
Частина 3. Застосування OTDR.
Розділ I. Вимірювання довжини. § 6
Визначення місця пошкодження волокон
Оптичний кабель проектується і застосовується з таким розрахунком, щоб термін служби лінії передачі був не менше 25 років. Такий кабель, якщо він експлуатується в штатному режимі, має високий ступінь надійності. Але все ж, за 25 років кабель може бути пошкоджений випадково або навмисно. Випадкові ушкодження кабелю відбуваються, в основному, при земляних роботах (близько 40%), навмисне його ушкоджують при крадіжках шматків кабелю (думаючи, що мідний) або при стрільбі по ньому з мисливських рушниць. Крім того, кабель може бути пошкоджений гризунами або на лінії може статися аварія (переміщення грунту, повінь, удар блискавки і так далі).
В більшості випадків (
80%) пошкоджуються відразу все волокна в кабелі, що призводить до простою лінії і, відповідно, до великих фінансових втрат. Для прикладу, типова вартість простою локальної мережі за кордоном становить близько 100 тис. Доларів в хвилину. Тому місце пошкодження кабелю повинно бути знайдено максимально швидко. Однак зробити це, з огляду на велику протяжність регенераційної ділянки лінії (типова довжина
100 км), часто буває складно.
За допомогою рефлектометра можна виміряти з хорошою точністю (порядку декількох метрів) довжину волокна від початку лінії до місця пошкодження волокна. Однак знання довжини волокна недостатньо для того, щоб визначити стан місця пошкодження кабелю на трасі. Для цього потрібно ще здійснити прив'язку рефлекторам до місцевості. Зробити це необхідно тому, що довжина волокна, укладеного в кабель, зазвичай перевищує довжину кабелю, а довжина кабелю в свою чергу перевищує довжину траси.
Загальним для всіх конструкцій оптичного кабелю є те, що деформації кабелю, що неминуче виникають під дією навколишнього середовища, не повинні призводити до виникнення напруги в волокне. Тільки в цьому випадку вдається уникнути появи в волокні додаткових втрат і забезпечити великий термін служби кабелю. Так, наприклад, для досягнення терміну служби
25 років величина відносного подовження волокна не повинна перевищувати 0.2%, що в кілька разів менше допустимої величини відносного подовження кабелю.
Найбільш простим конструктивним рішенням, що забезпечує механічну розв'язку волокна від несучих елементів кабелю, є вільне укладання волокна в кабель у вигляді спіралі. При цьому надлишок волокна повинен бути досить великим для того, щоб деформації, яким піддається кабель, приводили тільки до зміни кроку спіралі, і не створювали в волокні натягу.
Величина надлишку волокна залежить від конструкції кабелю. Так, наприклад, волокно може бути укладено у вигляді спіралі в трубчастому модулі (пластмасовому або металевому) (рис. 3.9). Надлишок волокна в такому модулі становить 0.4. 0.8%. Ці модулі зазвичай звиваються шарами (повивами) навколо центрального елемента кабелю. Виникає при цьому надлишок волокна може досягати вже декількох відсотків. Для оцінки - при надлишку волокна близько 3% на відстані 30 км довжина волокна може перевищити довжину кабелю приблизно на 1 км.
.
Мал. 3.9. Схема, яка пояснює виникнення надлишку волокна при його укладанні в модулі
У свою чергу, довжина кабелю може значно (в 1.5 рази) перевищити довжину траси. Відбувається це тому, що кабель повинен обходити різні перешкоди і, крім того, в лінії є конструктивні запаси кабелю необхідні для його ремонту. Тому, незважаючи на те, що за допомогою рефлектометра можна з досить хорошою точністю виміряти довжину волокна від початку лінії до місця її ушкодження, положення місця пошкодження волокна на місцевості буде відомо з невисокої точністю порядку декількох сот метрів (рис. 3.10).
Мал. 3.10. Схема, яка пояснює причин виникнення невизначеності при визначенні місця пошкодження волокна
Невизначеність у визначенні місця пошкодження волокна можна зменшити, представивши рефлектограмм як функцію довжини кабелю (а не як функцію довжини волокна). Зробити це можна, якщо замість групового показника волокна встановити в рефлектометром якийсь ефективний показник заломлення nефф, що дозволяє врахувати надлишок волокна в кабелі. Для того, щоб розрахувати величину nефф, потрібно знати довжину кабелю LK (її можна взяти, наприклад, з документації на кабель), груповий показник заломлення волокна nг (він зазвичай вказується виробником в специфікації на волокно) і довжину волокна LB (вона вимірюється рефлектометром) .
Знайти величину nефф можна і трохи іншим способом, використовуючи при обчисленнях рефлектометр. Для цього треба встановити курсори на початок і кінець кабельного ділянки зазвичай задовгі і підібрати таке значення показника заломлення, при якому оптична довжина волокна буде дорівнює фізичної довжині кабелю.
Далі за допомогою функції автопоиска треба ідентифікувати всі будівельні довжини кабелів в лінії і ввести в рефлектометр відповідний їм ефективний показник заломлення. В результаті рефлектограмм буде представлена, як функція довжини кабельної лінії.
На наступному етапі проводиться прив'язка рефлекторам до місцевості. Для цього, після завершення монтажу кожної муфти, записуються мітки на кабелі із зазначенням його довжини, а також кілометраж залізниці або іншого протяжного об'єкта, уздовж якого прокладається кабель. У більшості випадків таку прив'язку вдається здійснити, так як через високі ціни на землевідведення оператори зв'язку прагнуть використовувати вже готові інфраструктури. Тому кабелі часто прокладають вздовж залізниць ( "Компанія Транстелеком"), ліній електропередач ( "Ростелеком") або в смузі відчуження газопроводів ( "Газтелеком") і нафтопроводів ( "Связьтранснефть").
Якщо положення муфти на місцевості відомо, то при визначенні місця пошкодження волокон яку можна відраховувати не з початку лінії, а від найближчої муфти. Це відстань (близько будівельної довжини кабелю 2 ... 5 км) значно менше довжини регенераційної ділянки лінії (
100 км) і невизначеність у визначенні місця пошкодження волокна буде, відповідно, значно менше. Крім того, на відносно короткій ділянці траси простіше врахувати вигини кабелю і його конструктивні запаси.
При будівництві ліній передачі часто використовується технологія прокладки кабелю в грунт. В цьому випадку виникає проблема пошуку траси. ВУкаіни в грунт зазвичай прокладають кабель броньований сталевий дротом. Тому пошук траси з таким кабелем (за рахунок наявності в ньому металу) виконати досить просто. У Казахстані, а іноді і вУкаіни застосовується технологія задування (затяжки) легкого неброньованого кабелю в попередньо прокладену в грунт захисну пластмасову трубку. Для полегшення пошуку траси з таким кабелем на деякій відстані поверх нього в землю закопується спеціальна металева стрічка. На цій стрічці вказується кілометраж, і робляться написи про тому, що під нею знаходиться оптичний кабель (а не мідний).
Деякі лінії передачі, що володіють великою пропускною здатністю, забезпечені системою дистанційного моніторингу. Ця система дозволяє проводити трасування лінії передачі по географічній карті, забезпечуючи відповідність між маркерами встановленими на цій карті і відстанями на рефлектограмме. При цьому на електронній карті місцевості відображається положення всіх вузлів кабелю: муфт, конструктивних запасів кабелю, кабельних колодязів, вигинів кабелю і т.д. Робоча вікно карти дає можливість вводити додаткову інформацію і здійснювати пошук вузлів кабелю і місць обриву волокна.
Однак далеко не всі лінії передачі забезпечені системами дистанційної моніторингу. Крім те, невеликі помилки під час трасування лінії у кінцевому підсумку призводять до великої невизначеності у визначенні місця положення обриву волокна. Більш того, в ряді випадків, наприклад, при прокладанні лінії в степу, не можна прив'язати до місцевості положення муфт та інших вузлів кабелю.
Для вирішення цієї проблеми компанією Kingfisher розроблений затиск, що охолоджується рідким азотом. Він дозволяє створювати неоднорідності в волокні поблизу очікуваного місця пошкодження волокна і здійснити більш точну прив'язку до місцевості. Неоднорідності в волокні створюються за рахунок того, що кабель згинається в затиску в декількох місцях. При охолодженні цієї ділянки кабелю рідким азотом збільшується жорсткість покриття волокна, а так як волокно в кабелі зігнуто, то в волокні виникають микроизгибах призводять до появи додаткових втрат.
Мал. 3.11. Схема прив'язки місця обриву волокна в кабелі до місцевості за допомогою охолоджуваного затиску
Охолоджуваний затиск був встановлений на відстані близько 40 м від берега річки, і була знята рефлектограмм траси. Виявилося, що місце пошкодження волокна знаходиться на відстані 98 м від затиску і на відстані приблизно 130 м від берега річки. Тобто місце пошкодження знаходиться не в річці, як очікувалося, а на досить великій відстані від берега. Пошкоджена ділянка кабелю викопали і з'ясували, що він був пошкоджений ковшем екскаватора, коли закопували траншею з кабелем. Таким чином, вдалося заощадити чимало часу і кошти, які довелося б витратити, дістаючи і укладаючи новий кабель в річку.
Розділи з книги
Листвин A.B. Листвин В.Н. Рефлектометрія оптичних волокон (завантажити PDF)
Про виміри оптоволоконними рефлектометра з прикладами рефлектограмм сторінка Вимірювання оптоволоконного кабелю (ВОЛЗ) в процесі монтажу