Техническое решение для построения распределительных сетей в малых населенных пунктах

^{Дмитрий Гиберт,}

^{Генеральный директор “Инкаб.Про”}

Актуальность.

В последнее время потребности в обеспечении организаций и населения широкополосным доступом (ШПД) в Интернет все больше смещаются в районы малых населенных пунктов.

Это связано с тем, что:

Во-первых, крупные города и районные центры в целом обеспечены необходимым уровнем связи. И более того, зачастую на каждый многоквартирный дом приходятся по 6-10 операторов связи.

А, во-вторых, ситуация в небольших поселениях и частном секторе не такая радужная. В лучшем случае используются медные линии, а в большинстве своем о высокоскоростном доступе в Интернет жителям приходится только мечтать.

На устранение такой диспропорции были направлены усилия по созданию и запуску национального проекта «Устранение цифрового неравенства» (УЦН), призванного обеспечить Интернетом все населенные пункты России с числом жителей свыше 250 человек. В следствие этого в настоящее время при участии ведущего оператора интернет-доступа до подобных объектов активно строятся волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Надо отметить, что данный проект предполагает обеспечение WI-FI точки доступа. Однако, присутствие точки присоединения к магистральным ВОЛС подстегнет развитие распределительных сетей, а именно так называемой «оптики до абонента» (FTTH – Fiber To The Home), в том числе на основе пассивных оптических сетей (PON – passive optical network)

Как правило, для построения распределительных сетей внутри малых населенных пунктов используются небольшие, легкие оптические дроп-кабели (от англ. «drop» – «бросить»). И наибольшее распространение среди них получили плоские дроп-кабели, основу которых составляют оптический модуль с двумя стеклопластиковыми прутками в общей полимерной оболочке.

В данной статье мы рассмотрим особенности конструкции этого кабеля, его характеристик, монтажа и условий эксплуатации, попутно ответив на наиболее популярные вопросы потребителей.

Оптический плоский дроп-кабель.

1. Конструкция

В качестве типового примера возьмем кабель типа ТПОд2 разработки и производства Завода «Инкаб».

В центре оптического кабеля находится оптический модуль в котором могут находиться от 2 до 24 оптических волокон. Фактически это трубочка из полимерного материала, как правило, полибутилентерефталата (ПБТ). ПБТ имеет превосходную стойкость к климатическим воздействиям, стойкость к изнашиванию, стабильность размеров и сбалансированные физические свойства. Модуль заполнен гидрофобным гелем для обеспечения продольной водонепроницаемости. Волокна в модуле уложены с небольшой избыточной длиной, которая обеспечивает необходимую защиту волокон от механических напряжений при климатических и механических воздействиях на кабель. Избыточная длина на современном производстве непрерывно контролируется в процессе изготовления трубки.

«Хорошим тоном» в последнее время считается применение в кабелях такого типа волокон, соответствующего одновременно двум стандартам: G.652D и G.657A1. Такое волокно полностью совместимо со всеми проложенными оптическими линиями связи на основе стандартного одномодового волокна категории G.652D, нет никаких особенностей при сварках за счет идентичного диаметра модового пятна. А кроме того, такое волокно является стойким к изгибам. Что немаловажно, т.к. изгибы волокна вызывают прирост затухания оптического сигнала. Относительно лучшая стойкость к изгибам волокна категории G.657A1 по сравнению со стандартным одномодовым волокном позволяет использовать его в качестве среды передачи данных на длинах выше 1550 нм, т.к. чем больше длина волны, тем больше прирост затухания при изгибах. А тенденция развития современных пассивных оптических сетей как раз предполагает использование длин волн 1550 нм и выше, т.е. данное волокно работает на «перспективу», опережая современный уровень развития сетей.

Пониженное затухание такого волокна (не более 0,18 дБ/км на длине волны 1550 нм), в условиях постоянного дефицита оптического бюджета (оптические делители привносят большие потери), позволяет расширить на 20% потенциальную зону покрытия от узла связи.

Стеклопластиковые прутки, между которыми расположен оптический модуль, являются силовыми элементами кабеля, обеспечивая необходимую устойчивость к растяжению, изгибам, а также температурным колебаниям. Стеклопластиковые прутки получаются в результате склеивания стеклянных нитей (ровингов) с помощью эпоксидной смолы, имеют достаточно большой модуль упругости и, что немаловажно, являются диэлектрическими.

Поверх оптического модуля и стеклопластиковых прутков накладывается полимерная оболочка. В качестве материала для нее зачастую используется полиэтилен, в который вводят различные компоненты, способствующие повышению стойкости материала к старению, к солнечной радиации и др. При этом рекомендуется использование полиэтиленов средней и высокой плотности. Такие полиэтилены существенно увеличивают износостойкость оболочки, делают ее менее восприимчивой к задирам и не размягчаются при высоких температурах вплоть до 70 градусов. Также в случае требований по обеспечению пожарной безопасности, возможно изготовление оболочки кабеля из полимерных композиций, не распространяющих горение, малодымных и безгалогенных, как правило категории нг(А)-HF.

2. Характеристики

Максимально допустимая растягивающая нагрузка (МДРН) является наиболее важной характеристикой данного типа кабеля. Именно она указывается в маркировке кабеля. Важно отметить, что МДРН – эта нагрузка, которая будет воздействовать на кабель в условиях максимального гололедообразования и ветрового давления, которое может произойти 1 раз в 25 лет. Т.е. эта нагрузка воздействует непродолжительное время. При этом, величина МДРН определяется, не исходя из механической стойкости самой конструкции или отсутствия прироста затухания волокна при данных воздействиях, а устанавливается таким образом, чтобы удлинение волокна внутри кабеля не превышало безопасных пределов. Дело в том, что даже при отсутствии визуального механического повреждения кабеля или прироста затухания, если волокно подвергается чрезмерному натяжению, то на его поверхности начинают расти микротрещины, которые спустя некоторое время (которое может достигать нескольких лет) приведут к полному обрыву волокна. Современные волокна безопасно удлинять на величину до 0,20% в течении всего срока эксплуатации, а если данная нагрузка действует непродолжительное время, то достаточно безопасно допускать удлинение волокна до 0,30-0,36% в зависимости от конкретных величин времени воздействия нагрузки и вероятности обрыва.

В связи с этим, при сравнении МДРН, указываемой различными производителями, весьма важно понимать, какое допустимое удлинение волокна при этом закладывается. Т.е., к примеру, при сравнении двух кабелей с одинаковой МДРН, лучшим будет тот, у которого меньшее значение удлинения волокна. При разных указываемых МДРН, необходимо сравнить также допускаемое удлинение волокна, т.к. может оказаться, что завышенная величина МДРН является результатом удлинения волокна выше допустимых пределов или вообще указывается как механическая прочность кабеля на разрыв.

Величина МДРН определяется в большей степени диаметром используемых стеклопластиков. Чем больше диаметр, тем больше стойкость кабеля к растяжению, и тем больше величина МДРН. Заводами выпускаются варианты кабеля с МДРН от 0,4 кН (на небольшие расстояния) до 5 кН (относительно большие пролеты). Наиболее распространены кабели на 1,2-1,3 кН.

Механическая прочность кабеля на разрыв (МПР) – как правило, значительно выше максимально допустимой растягивающей нагрузки и в целом не является определяющей величиной, т.к. при грамотном проектировании предполагается, что за весь период эксплуатации нагрузки не должны превышать МДРН.

Стойкость к раздавливающим усилиям – это следующая по важности характеристика после МДРН. За счет применения в конструкции двух стеклопрутков, которые отлично препятствуют сжатию кабеля в вертикальном направлении, данная величина сравнима с характеристиками кабеля для прокладки в грунт – от 1 кН/см. Суть испытания состоит в том, что плоская пластина, как правило длиной 100 мм, давит на кабель в течении 1 минуты с заданным усилием. При этом отсутствует прирост затухания оптического волокна. Для сравнения, стойкость 1 кН/см – это воздействие груза весом примерно в 1 тонну на участок кабеля длиной 10 см.

Стойкость кабеля к климатическим воздействиям. В целом данный тип кабеля сохраняет свою работоспособность в любых климатических районах нашей страны. При этом необходимо отметить, что главной причиной роста затухания при отрицательных температурах является температурное сжатие полимерных материалов, в то время как оптическое волокно, которое по сути является стеклом, практически не подвержено температурному сжатию. В результате внутри кабеля появляются множественные микроизгибы волокна, которые приводят к росту затухания. Однако дроп-кабель постоянно испытывает растягивающую нагрузку при подвесе, обеспечивая распрямленное состояние волокна и не позволяя ему образовывать микроизгибы. Поэтому в условиях эксплуатации, как правило, даже самые экстремальные отрицательные температуры кабелю не страшны. Необходимо также отметить, что расстояния на которых используются данный тип кабелей, обычно составляют не больше нескольких сотен метров. Поэтому и суммарный прирост затухания на таком расстоянии не приводит к критической потере сигнала в дроп-кабелях. К примеру, если километрический прирост затухания в кабеле составляет 0,05 дБ/км, то для магистральной линии длиной 20 км это уже 1,0 дБ, в то время как на 200 метрах распределительной сети – это всего 0,01 дБ.

Помимо вышеуказанных характеристик, кабель должен обладать стойкостью к стандартным механическим воздействиям в виде динамических изгибов, осевых кручений и ударов.

Еще одной особенностью кабеля является то, что он является полностью диэлектрическим. Он не содержит металлических элементов, не является источником электромагнитных полей и сам устойчив к их воздействию, в том числе волокно и передача оптического сигнала по нему.

Также данный тип кабелей обладает отличными массогабаритными характеристиками. Самые легкие кабели имеют массу чуть больше 10 кг/км при габаритах примерно 2х4,5 мм, самые распространенные кабели на 1,3 кН имеют массу чуть больше 25 кг/км при габаритах примерно 3х7,5 мм.

С полной спецификацией на кабель можно ознакомиться  по ссылке

3. Применение

Данный тип кабеля является подвесным и отлично подходит для сетей FTTH в качестве «последней мили» для подключения отдельно стоящих зданий и коттеджей, а также возможно его применение в качестве распределительного кабеля вдоль улицы.

Наибольшее допустимое расстояние, на которое можно подвесить дроп-кабель, главным образом определяется уровнем климатических воздействий, а именно гололедообразованием и ветровым давлением, характерных для конкретного региона России.

Районы по гололеду и ветру классифицируются по категориям от 1 (самый легкий) до 6 (самый тяжелый) и определяются по климатическим картам «Правил устройств электроустановок – 7 изд.», п.2.5.42.

Справочные максимальные расстояния для разных климатических зон при наличии определенных допущений (1% начальная стрела провеса, нет ограничений по габаритам) приведены в таблице:

Монтаж кабеля и арматура.

В целом монтаж кабеля не представляет собой больших сложностей. Типичная схема крепления кабеля к опоре представлена на рисунке:

При этом в качестве натяжной крепежной арматуры рекомендуется использовать зажимы типа ODWAC производства Telenco (Франция).

Натяжные зажимы ODWAC состоят из открытого корпуса с ребристой контактной поверхностью, клина с прикрепленной проволочной петлей и “терки” – перфорированной вставки, которая прокладывается между кабелем и клином.

Материал из которого изготавливается зажим: оцинкованная сталь (корпус, клин и вставка) и хромированная сталь (петля).

Габаритные размеры зажима: 200*15 мм. Масса: 30 грамм.

Метод монтажа:
– Поместить кабель в корпус зажима
– Уложить вставку зажима на кабель, ребристой поверхностью в контакт с кабелем
– Вставить клин через переднюю часть корпуса и потянуть, чтобы закрепить кабель

Проведенные испытания на базе испытательного центра Завода «Инкаб» показали полную работоспособность данных зажимов с кабелем типа ТПОд2. При достижении максимально допустимой растягивающей нагрузки в 1,3 кН отсутствовал прирост затуханий оптических волокон, деформации кабеля и зажимов не наблюдалось. Начало деформации кабеля было отмечено при 2 кН (150% от МДРН), а полный обрыв оболочки произошел при 2,2 кН.

К сожалению, на рынке в большом количестве присутствуют дешевые аналоги данного типа зажима, как правило, китайского производства. Они могут обладать меньшими размерами при тех же заявленных характеристиках, металлом худшего качества, а также иной технологией нанесения перфорации на вставке.

Работоспособность неоригинальных зажимов совместно с кабелем не может быть гарантирована. Проведенные испытания показывают, что даже при небольших растягивающих усилиях зажимы-подделки могут ломаться или повреждать оболочку кабеля.

При монтаже необходимо соблюдать следующие важные требования:

– Не допускается осевое вращение ОК в пролете
– Не допускается волочение кабеля по земле и трения его о пересекаемые инженерные сооружения
– Технологический запас ОК должен наматываться с натяжением на твердую оправку или с фиксацией, предотвращающей сжатие кабеля при отрицательных температурах. Диаметр бухты запаса должен быть 0,2 м.

С полной инструкцией по монтажу кабеля можно ознакомиться по ссылке 

Разделка кабеля ТПОд2 производится в следующем порядке:
1. Ножом по боковым поверхностям кабеля удаляется часть оболочки, на требуемую длину, до оголения силовых элементов кабеля.
2. Высвобождаются силовые элементы кабеля.
3. С помощью стриппера делается круговой надрез оптического модуля. Срезанный участок модуля снимается с волокон.

Муфты

Основной задачей оптических муфт на участке распределительной сети является соединение магистрального кабеля с абонентскими ответвлениями дроп-кабелями.

Отличные решения данной задачи представляет ЗАО «СвязьСтройДеталь».

Тупиковая муфта МКО-С7/А.

Особенностью всех муфт МКО с литерой «А» является наличие внутри планки для установки адаптеров. Это позволяет использовать оконцованные абонентские дроп-кабели и осуществлять кросс-коммутацию.

Способ герметизации корпуса с оголовником механический. Осуществляется при помощи эластичной кольцевой прокладки и армированного пластикового хомута с самозатягивающимся замком. Замок хомута сконструирован таким образом, что при открывании защелка трансформируется в рычаг, обеспечивающий легкое снятие хомута с муфты.

Ввод подвесного ОК, крепление и герметизация осуществляется с помощью резьбовых фитингов.

Ввод абонентских дроп-кабелей осуществляется с помощью проходных отверстий на оголовнике, диаметр которых позволяют вводить в муфту дроп-кабели с разъемами SC типа. Герметизация вводов достигается с помощью разрезных эластичных втулок (заглушек).

В случае необходимости установки муфт на опорах или стенах дополнительно предлагается специально разработанный уникальный кронштейн для подвески. Конструкция кронштейна позволяет снимать муфту с опоры и устанавливать ее обратно без необходимости повторной фиксации или использования специального инструмента и расходных материалов в виде, например, монтажной ленты.

Габаритные размеры муфты: 36 см в длину и 19 см в диаметре. Масса: 1,8 кг.

Муфта позволяет коммутировать до 2 магистральных кабелей и до 8 абонентских дроп-кабелей.

С полной инструкцией по монтажу муфты можно ознакомиться по ссылке 

Тупиковая муфта МКО-П1/А

Муфта представляет собой малогабаритный герметичный контейнер прямоугольной формы. Внутри контейнера установлена съёмная монтажная панель (вставка), с тыльной стороны которой вмонтированы два ложемента для размещения сростков ОВ, защищенных гильзами КДЗС 4525, а на лицевой стороне панели находятся гнёзда для установки адаптеров типа SC.

Открывание и фиксация крышки в открытом положении достигается с помощью пластмассовой петли специальной конструкции, отлитой на корпусе муфты. Фиксация крышки и корпуса в закрытом положении осуществляется путем закручивания невыпадающих винтов и запрессованных в корпус гаек.

По периметру корпуса муфты, в местах соприкосновения с крышкой, находится эластичный гель, с помощью которого осуществляется как герметизация корпуса, так и герметизация введенных магистральных и абонентских кабелей.

Конструкция муфты не смотря на небольшие габаритные размеры обеспечивает возможность организации транзитной петли оптических модулей без разрезания.

Габаритные размеры муфты: 25 см в длину, 16 см в ширину и всего 5 см в высоту. Масса: 1,6 кг.

Муфта позволяет коммутировать до 2 магистральных кабелей и до 8 абонентских дроп-кабелей.

С полной инструкцией по монтажу можно ознакомиться по ссылке

Заключение

Применение рекомендованных производителями технических решений позволяет существенно увеличить надежность эксплуатации абонентской части сетей FTTH. Особенно это актуально в связи с тем, что обслуживание сети в малых населенных пунктах обходится дороже и увеличивает временные затраты, т.к., как правило, требует выезда специалистов из районных центров или городов. Очевидным представляется тот факт, что экономически целесообразнее обеспечить качественный уровень на этапе строительства, благодаря чему становится возможным снизить операционные затраты на этапе эксплуатации.

Рассмотрим небольшой условный пример:

Строительство FTTH сети на 100 абонентов.

На этапе капитальных затрат Потребитель выбирает абонентский дроп-кабель исходя из 2 предложений. Дроп-кабель №2 стоит на 10% (1 500 руб. за 1 км) дешевле, чем дроп-кабель №1, но обладает сравнительно худшими характеристиками.

При потребности кабеля в 10 км (в среднем 100 метров на абонента) экономия на этапе Закупки составит 15 000 руб. Отделом Закупки был сделан вроде бы разумный выбор в пользу более дешевого кабеля. Предположим, что на этапе Строительства монтажники не видят разницы в качестве. Оба варианта монтируются за одинаковое время и все абоненты подключены. Однако, предположим, что на этапе Эксплуатации хотя бы 1 отвод абонентского дроп-кабеля №2 (всего 1% от общего числа подключений) выходит из строя по причине, к примеру, обрыва волокна из-за несоответствующего удлинения внутри кабеля, что визуально Потребитель никак заметить не может. Ориентировочная стоимость выезда бригады и проведения перемонтажа кабеля со всеми расходами составит не менее 15 000 руб., которые были «сэкономлены» на этапе Закупки. Ситуация еще более усугубится при увеличении числа выездов обслуживающей бригады на аварийные ситуации.

Помимо этого, не рассматриваются и имиджевые потери оператора из-за недовольных Клиентов, страдающих от отсутствия связи.

В ситуациях с арматурой и муфтами выбор между капитальными и операционными затратами становится еще более очевидным.

Пусть стоимость оригинальных зажимов составляет 75 руб., а их аналогов более чем в 2 раза дешевле: 35 руб. На 200 зажимах экономия составит целых 8 000 руб. Но выход хотя бы одного зажима из строя (всего 0,5% от общего количества) по причине дефекта при изготовлении или несоответствующих характеристик опять приводит к затратному выезду бригады и перемонтажу участка кабеля, который по расходам выйдет почти в 2 раза дороже, чем полученная экономия на Закупке.

Рассмотрение расходов Потребителя не только с точки зрения максимального их сокращения на этапе капитальных затрат, но и с точки зрения операционной деятельности и обеспечения значительной экономии в течении всего срока службы сети приводит нас к очевидному выбору: качественные исходные материалы стоят в итоге дешевле, чем их аналоги более низкого качества.