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        光纜護套在接頭盒處回縮的原因探討

        • 2021-11-03
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        1 前言 


          隨著光通信業務的快速增長,以及電信運營商的合并重組完成和光纜價格的走低,光纜的應用日趨廣泛,新建光纜線路越來越多,除了部分為省際和省內的核心干線網外,其中大多為接入網線路。用戶選擇的接入網光纜一般為芯數小數量多的松套層絞光纜和芯數大距離短的光纖帶光纜,絕大多數沒有鎧裝護層,光纜的敷設也以管道和架空為主。 


          但由于目前市場上有的接頭盒設計不當,加之施工時護套與接頭盒固定不可靠,造成部分架空和管道線路經過一兩年的運行后,光纜護套在接頭盒處脫開而產生回縮,從而引起通信中斷事故,給運營商帶來了較大的經濟損失,為此我們從光纜的生產、接頭盒與護套的固定以及施工幾個方面對護套回縮所造成的影響進行了分析研究,探尋解決護套回縮問題的方法。 


          2 光纜護套中的收縮應力對護套回縮的影響 


          接入網光纜在郊外或農村以架空敷設為主,在城市則大部分為管道敷設,在管孔和桿塔資源較緊張的情況下,有的借用電力桿塔線路架空敷設無金屬光纜。接入網光纜一般采用無鎧裝的單護套結構,主要類型有A護套光纜(GYTA型)和S護套光纜(GYTS型),對于電力線路下架設的則為防強電的無金屬Y護套光纜(GYFTY型)。 


          目前光纜護套所用的聚合物一般為黑色的聚乙烯,主要有中密度和高密度兩種,護套的加工就是將聚乙烯顆粒經過擠塑設備和模具加熱熔融擠制到纜芯表面,再經過水槽冷卻定型而成。聚乙烯是一種高結晶性的聚合物,剛聚合時其結晶度高達80—90%,如果將熔融的聚乙烯經過冷卻而使其溫度降至玻璃化溫度以下時,則冷后的聚乙烯就成為了非晶態,如果再遇到擠制的護套厚度較厚時,其內部的溫度一時仍然不能達到玻璃化溫度以下,護套中就有了聚乙烯晶體的存在,因此聚乙烯經過熔化、冷卻而再結晶時,其結晶度一般只能達到50—60%,由于聚乙烯護套內為晶態和非晶態的分子混合體,晶態的分子比較穩定,而非晶態的分子性能則不太穩定,特別是對護套機械性能的影響較大,所以護套內就殘存了一定的應力。 


          聚乙烯護套在加工冷卻過程中都存在有一定的拉伸定向。由于拉伸定向一般發生在聚乙烯的熔點和玻璃化溫度之間,因此拉伸定向的程度與所選用的擠塑模具、擠塑溫度、生產線速度和冷卻水溫有關。 


          在拉伸比(由模具和所生產的產品尺寸決定)和擠塑溫度一定的情況,生產速度越高則分子定向的程度越高;在加工溫度和生產速度一定的情況下,拉伸比越大則分子定向的程度越高;不管拉伸的情況如何,冷卻的速度越快則保持定向的程度就越高。如果分子定向的程度越高,而沒有結晶或結晶度不高的產品就具有了較大的收縮應力。因此要消除護套的收縮應力就應適當控制分子的定向程度,提高聚乙烯護套的結晶度,實踐證明消除護套的收縮應力關鍵是控制冷卻的速率。 


          在實際的護套加工過程中我們嚴格控制了加工溫度和生產線速,盡量減少聚乙烯的拉伸,采用梯度冷卻的方法,特別是第一節水槽的水溫的控制,對于A護套和S護套的光纜,水溫控制在40--50℃左右;對于易拉伸定向的Y護套光纜,水溫則控制在高達50--60℃范圍內,并采取薄護套厚度分次擠塑的工藝來提高聚乙烯護套的結晶度,有效地降低了護套內的收縮應力。 


          對于護套內收縮應力的控制好壞主要表現在熱收縮率的大小上,按照YD/T901-2009《層絞式通信用室外光纜》的規定可檢測護套的熱收縮率是否滿足要求,取樣按YD/T837.3-1996規定的方法進行。 



          從試驗結果來看由于Y護套沒有金屬帶的支撐其熱收縮率較A護套和S護套大,但是均遠小于標準的要求??傊o套內收縮應力對護套回縮有一定的影響,但一般都可控制在標準的范圍內。 


          3 接頭盒內護套固定裝置對護套回縮的影響 


          關于接頭盒內護套的固定在YD/T814-1996《光纜接頭盒》中已有規定,要求接頭盒內有用于光纜護套固定和光纜加強構件固定的固定裝置,并且還有用于光纜接頭盒本身及光纜接頭盒與光纜護套之間的密封組件。 


          部分接頭盒生產商在設計固定構件時,主要考慮了加強件的固定,而忽視了護套的固定,特別是受溫度變化影響后護套固定的可靠性,這一點在接頭盒的型式試驗時就體現了出來。 


          按YD/T814-1996《光纜接頭盒》中的規定對接頭盒進行拉力試驗,將接頭盒與光纜連接密封好后,在接頭盒內充入60KPa的氣壓,再在光纜軸向施加不小于1000N的拉伸力,維持1分鐘,試驗后氣壓應無變化才為合格。但是有的接頭盒難以通過此項檢測,主要反應在護套固定裝置設計不合理,護套固定不可靠,在拉力的作用下產生滑移松動而漏氣,以至試驗失敗。 


          2003年8月在南通召開的YD/T814-200x《光纜接頭盒》標準的變更審查會上提出了將1000N的拉伸力修改為800N,修改的原因主要是考慮到目前國內接頭盒的水平,如果按1000N的力進行試驗就有部分接頭盒不滿足標準要求,另外接頭盒兩端都有預留和伸縮彎一般不會受到大的拉力。當時就有不少光纜廠就此項修改提出了異議:首先接頭盒所承受的最小拉力應不小于光纜的長期抗張力,其次如上述接頭盒拉力試驗的失敗并不是加強件的固定和接頭盒的承力問題,而是接頭盒中的護套固定裝置設計不可靠所造成的。常溫下尚且如此,如果經過一定的高低溫循環的熱脹冷縮,可能會在更低的軸向拉力下護套就會發生滑動。為此會上還對護套的固定問題進行了討論,由于對護套固定后所能承受的軸向拉力大小難以確定,只好籠統地描述為光纜護套的固定要牢固。 


          為了確定護套固定后所能承受的軸向拉力,我們對A護套、S護套和Y護套進行取樣測試。去除了纜芯的護套樣品其直徑大約均為11mm左右,然后夾在拉力機上進行拉伸,三種護套都是從800N左右的拉力開始發生縮頸變形。當然對于不同直徑不同護套厚度的光纜,其最小變形力可能會有不同,如果護套固定后所能承受的軸向拉力大于其最小變形力,那么該護套固定裝置肯定是很可靠的。但是如果實際線路中接頭盒兩端有預留和伸縮彎,且受環境的影響也不大,在其護套固定后所能承受的軸向拉力即使小于其最小變形力,護套也會不發生回縮。因此要確定護套固定后承受多大的軸向拉力才能保證護套不回縮,應該具體情況具體分析。 


          4 施工對護套回縮的影響 


          光纜敷設時如果不是牽引加強芯而是直接牽引護套,就會致使光纜護套受張力而被拉伸,有的光纜在敷設完成后甚至發生纜芯縮進護套內的現象,這樣一來在光纜護套內就殘留了較大的收縮應力。此時如果立即安裝接頭盒,就很容易造成在安裝完成后一定時間內,護套在收縮應力的作用下脫開接頭固定裝置而回縮。對于這種情況應不要急于安裝接頭盒,應剪掉端頭拉伸較嚴重的幾米,放置三天以上待應力消除后,再安裝接頭盒。 


          對于架空和管道敷設的光纜,特別是架設在電力線下的無金屬Y護套光纜(GYFTY),受溫度、風等自然環境影響很大,光纜要受到一定的拉伸、搖擺等機械應力和熱脹冷縮的收縮應力,因此在光纜敷設連接時要有盤繞預留或做伸縮彎,以消除這些應力特別是收縮應力的影響,前面所述接頭盒標準要將拉伸力從1000N改為800N就是考慮了這一因素。 


          而實際線路工程中,有的施工人員在接頭盒兩端沒有考慮盤繞預留或做伸縮彎,在機械應力和熱脹冷縮的收縮應力作用下造成護套從接頭盒中脫出,而使護套在沒有固定的情況下發生自由收縮。 


          從目前接頭盒處護套回縮的樣品來看,接頭盒處護套的固定不牢固是護套回縮的主要原因,這里有接頭盒護套固定裝置設計不合理的原因,也有施工過程中接頭盒護套固定夾具尺寸與光纜直徑不匹配的因素。當夾具尺寸較光纜直徑大時,就在護套上纏繞普通的絕緣膠帶來固定,由于膠帶較軟,受溫度變化影響易發生老化,夾具根本對護套起不到較好的固定作用;當夾具尺寸較光纜直徑小時,由于夾緊了會使套管壓扁,光纖衰減超標,所以只好夾松一些,但夾松了同樣對護套固定不了,經過一段時間后護套脫開接頭盒而發生回縮。 


          另外接頭盒的選擇和固定也很重要,我們發現發生護套脫出的接頭盒基本上是臥式的接頭盒,而且這些接頭盒都是直接通過掛鉤掛在鋼絞線上,受風擺等外力的影響較大,如果沒有盤繞預留或做伸縮彎,護套回縮的可能性就比較大。因此對于風力和溫差較大的地方,接頭盒最好固定到線桿上,如果使用立式的接頭盒,對防止護套的回縮可能會更好一些,不過要注意立式接頭盒內盤留光纖的固定,防止光纖松散零亂而造成接頭損耗的增加。 


          5 結束語 


          光纜護套在接頭盒處發生回縮的原因較多,有的可能是幾種因素綜合到一起而產生的。但是我們認為接頭盒處護套的固定是關鍵,這里涉及到接頭盒的合理設計,接頭盒安裝的方便性和可靠性。當然對于光纜的生產企業來說應努力減小護套內的收縮應力,對于施工方也應嚴格按規范施工光纜和安裝接頭盒。 


          作為運營商對這一問題應該引起重視,因為這一問題不是馬上就能發現,而往往是在一兩年后才出現。所以在線路的建設初期就應做好接頭盒的選擇,施工的監理等,切實有效地防止光纜護套在接頭盒處發生回縮。


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