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浅谈光缆老化原因分析
2014/9/5

     光缆老化问题具一定隐蔽性,但其对电信传输网的运行质量与安全构成巨大威胁,可能造成企业重大损失,需要我们高度重视。文章先选取湖南省干光缆两则老化的 实例详细描述了其特征,然后介绍光缆老化的四方面的原因及特征:包括氢损、温度特性劣化、外界应力、进潮。再通过特征比对的方式对两则实例进行分析,揭示 其发生机制。最后笔者从光缆的选购、应用等方面提出因应光缆老化的七项措施。

    光缆老化原因

光缆老化,特别是未达到预期寿命的传输性能严重劣化,全程损耗普遍增加的原因是多样的。主要有以下四方面原因。
   1、氢损
    光纤的氢损,从本质上讲,是氢气扩散入光纤玻璃之中,同时和玻璃中的缺陷发生反应,在一些特征波长上造成光纤衰减增加的过程,这种过程包括物理过程和化 学过程两个方面。物理过程主要是指氢气在光纤玻璃中的扩散过程,这个过程中,氢分子并未和玻璃的缺陷发生反应,因此其造成的氢损也仅仅和渗透进纤芯的氢分 子的吸收光谱特性有关。试验表明氢分子造成的吸收损耗曲线如图三。其附加损耗1550nm比1310nm大,在1240nm、1590nm 、1640nm等波长处出现衰减峰。这类氢损大小只与光纤中氢分子浓度有关,温度高时光纤玻璃中溶入的氢少,造成的氢损就小。其过程也是可逆的,当外界不 存在氢氛围,光纤中的氢又可渗出,氢损消除。

光纤中还存在其它一些缺陷,氢与缺陷发生反应同样发生氢损,其波长可涵盖1350-1600nm范围。氢损的物理和化学过程在光纤的氢损发生过程中同时存在。
   2、温度特性恶化
   光缆温度特性恶化可能由以下深层次原因引起:   1) 光缆在常温时余长偏大,低温时余长进一步增加,造成较大宏弯损耗;   2) 光缆常温余长偏小,当光缆处在高温时,光纤呈负余长,光纤下沉在PBT管管壁,导致光纤产生微弯损耗;   3) 由于护套和PBT管低温收缩,“吃”掉接头盒中的光纤余量,使接头盒中光纤出现小弯曲,导致光纤损耗增加甚至断裂;   4) 光缆整体性差,形成“活塞效应”。即光缆中各元件耦合松紧的程度不高,通过多次温度循环,光缆结构松驰,光缆中的元件像活塞一样随温度变化而明显收缩与膨 胀,引起光纤损耗。
 5) 光纤油膏和光缆油膏质量不好。如光纤油膏低温锥入度小于200dmm时,纤膏变硬,其力可加于光纤产生微弯损耗。又如光缆油膏高温滴流和油分离,均会在光 缆中造成气隙,致使潮气浸入光缆,油膏含水量大也会使光缆水汽增加,这些水汽在低温下结成微小冰粒,导致光纤受力弯曲,从而使光缆低温损耗增加。
    3、外界应力
 光缆中的光纤在缆化、敷设和使用过程中可能会受到拉伸、弯曲、扭转以及振动产生的应力,这些应力作用于光纤会导致损耗增加、光纤强度降低。
 4、进潮
  光缆中光纤对水与潮气产生的OH-离子极为敏感。水与潮气会使光纤上的微裂纹扩张,使光纤强度显著降低。光纤长期处于潮湿环境,其损耗将增加、光纤将变脆。这种情况下一般表现为光纤损耗增加同时,光纤自然断裂也增加。    分析与对策
    实例一中光缆的老化符合氢损的表现,因其所有光缆中光纤均有损耗增加,其1550波段比1310增加更多,而且损耗增加后还呈周期性缓慢回落,但总体上 损耗呈现增高趋势。我省9月份气温明显高于3月份,光纤中氢分子浓度低,造成损耗每年9月低3月高现象。应为光缆中纤膏或缆膏质量差, “析氢”现象严重,光缆内外护层又保持了氢气氛,光纤氢损的物理与化学过程同时发生,光纤损耗增加。光纤质量也存在一定问题,光纤内部缺陷较多,加速了氢 损进程,并导致损耗不断呈增高趋势。因其光纤无变脆,自然断裂增加现象,光缆金属护层绝缘正常,故可排除进潮的原因。
 实例二中光缆的老化是其温度特性较差造成。对照上面温度特性恶化的原因深究,应是光缆余长不当与光缆中纤膏老化粘度变大所致。因石英光纤的热膨胀系数远 小于PBT松套管的热膨胀系数,当温度降低时,松套管收缩,光纤将向远离缆芯方向运动,而套管中纤膏粘度大,如温度变化过快,一时光纤无法到位而形成宏 弯,造成损耗增加。当温度升高时,松套管增长,光纤受拉力,向靠近缆芯方向运动,不存在微弯问题,故损耗正常。光纤在松套管中的运动如图四。
 
      光缆老化问题具一定隐蔽性,但其对电信传输网的运行质量与安全构成巨大威胁,可能造成企业重大损失,需要我们高度重视。综合以上问题与分析,笔者提出以下应对措施:
 1.严把工程材料关。在光缆选购时,必须要对光缆的结构形式、选用原材料、生产工艺及技术指标作深人了解,综合考虑。不能简单的以几芯价格多少来比较衡 量。尤其要注意光缆中采用的光纤与纤膏的厂家与质量,千万不要选用价格过于便宜但未经严格检测的产品。    2、加强合同管理。选用劣质原材料或不当工艺生产的光缆,往往在最初的产品检测时,很难检出,因为老化需要一段时间。因此在采购合同中要明确光缆未达预期 寿命的责任与赔偿事项,要求厂商提供相应光缆选用的光纤、纤膏、松套管、加强芯、复合铝带、护套料等主要原材料的厂家与规格。因其追溯期较长,一定要做好 合同与相应附件的保存与管理。
 3.加强对光缆上承载系统光功率变化的分析,及时发现问题。光缆的老化是一个渐进的过程,早发现可以早处理早预防。因此要充分运用设备时刻在线的优势,利用网管手段采集光性能参数,机线综合分析。同时要做好线路的定期测试与分析工作。
 4、对已出现老化的光缆降级使用或与正常光缆混合使用。光缆老化引起损耗增加量直接与长度相关,通过对已老化光缆的介入长度控制,可使起损耗变化在设备 容许值内,延长光缆在网时间。如省干老化光缆降为短断本地网用,又如在一个长距再生段中,一段采用正常光缆另一段采用老化光缆。
 5、把好施工质量关。工程质量对光缆老化也也有一定影响,需做好工程质量管理。尤其是埋式光缆的绝缘合格率在施工时严格要求,防止接头与光缆进水。
 6.光缆建设要分批平均进行,最好不要集中在某几年进行,降低老化风险。
 7、加强对光缆老化问题的调查分析。目前,我省光缆网建设时间还不十分长,老化问题还不十分突出,有些问题还未暴露,防范手段还未发现,需进一步调查研究。

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