Tłumienie-wywołane wodorem to wzrost strat optycznych, który może wystąpić, gdy wodór cząsteczkowy dociera do światłowodu krzemionkowego i albo powoduje tymczasową absorpcję, albo reaguje z miejscami defektów w szkle. Jest to rzeczywiście kwestia-długoterminowej niezawodności w niektórych środowiskach kablowych, ale nie należy jej traktować jako uniwersalnej przyczyny awarii zewnętrznych sieci światłowodowych. Nowoczesna konstrukcja światłowodu i odpowiednia konstrukcja kabla znacznie zmniejszyły ryzyko w normalnych zastosowaniach naziemnych.
Pytanie inżynieryjne nie polega zatem po prostu na tym, czy kabel zawiera żel, metal czy materiał-blokujący wodę. Zależy to od tego, czy kompletny system kablowy jest w stanie wytworzyć lub przyjąć wystarczającą ilość wodoru przez wystarczająco długi czas, aby wpłynąć na zainstalowany włókno. Ocena ta powinna uwzględniać kategorię światłowodu, elementy kabla, narażenie na wilgoć, elementy metalowe, zewnętrzne źródła wodoru, uszczelnienie i oczekiwane środowisko pracy.
Co to jest tłumienie indukowane wodorem-?
Cząsteczki wodoru są wystarczająco małe, aby dyfundować przez wiele materiałów kabli i ostatecznie przedostać się do szkła krzemionkowego. Gdy wodór dotrze do włókna, należy rozróżnić dwa szerokie skutki. Wodór cząsteczkowy może wykazywać właściwości absorpcyjne, gdy wodór jest obecny w szkle, a część tego udziału może się zmniejszyć, jeśli usunie się ekspozycję. Wodór może również reagować z wrażliwymi miejscami defektów w krzemionce i powodować absorpcję związaną z OH-, co może powodować bardziej trwałe zmiany tłumienia.
To rozróżnienie ma znaczenie, ponieważ „utrata wodoru” nie jest automatycznie równoznaczna z trwałą awarią kabla. Nasilenie i odwracalność zależą od konstrukcji włókna, stężenia wodoru, temperatury, czasu ekspozycji i zaangażowanego mechanizmu chemicznego.
Skąd może pochodzić wodór w kablu optycznym?
Wodór wewnątrz kabla może pochodzić z więcej niż jednej ścieżki. Najbardziej odpowiednie mechanizmy są związane z materiałami, z których wykonane są kable, wilgocią i elementami metalowymi lub zewnętrznym środowiskiem-bogatym w wodór.
Wilgoć i elementy metaliczne
W konstrukcjach kablowych zawierających zbroję metalową, elementy wzmacniające, taśmy lub inne elementy metalowe wilgoć może powodować korozję lub reakcje galwaniczne, w wyniku których wytwarza się wodór. Aktualne wytyczne ITU dotyczące naziemnych kabli optycznych wyraźnie stwierdzają, że wodór może wytwarzać się w obecności wilgoci i pierwiastków metalicznych. Z tego powodu system korozji, bariera wodna, integralność powłoki i interakcja pomiędzy różnymi materiałami powinny być oceniane łącznie, a nie traktować samego pancerza stalowego jako problemu.
Dlatego w przypadku tras zakopanych wybór kabla powinien uwzględniać warunki gruntowe i wymaganą ochronę mechaniczną. Abezpośredni-zakopany kabel światłowodowymogą zgodnie z prawem wymagać zabezpieczenia metalicznego w jednym projekcie i-konstrukcji niemetalowej w innym. Właściwy wybór zależy od zgnieceń, gryzoni, wyładowań atmosferycznych, uziemienia, korozji i wymagań środowiskowych.
Mieszanki kablowe i materiały polimerowe
Niektóre elementy kabla mogą uwalniać niewielkie ilości wodoru w określonych warunkach starzenia, temperatury lub warunków chemicznych. Nie jest jednak dokładne założenie, że każdy tradycyjny żel wypełniający jest głównym źródłem wodoru. Formuły są różne, a niektóre systemy napełniania kabli mogą również zawierać składniki-wychwytujące wodór. Kwalifikacja materiału powinna opierać się na danych dostawcy i odpowiednich testach starzenia, a nie na prostej zasadzie „żel kontra suchy”.
Szersze spojrzenie na funkcje i wybór płaszczy, taśm, mas wypełniających, elementów wzmacniających i innych komponentów można znaleźć w zakładceprzewodnik po materiałach na kable światłowodowe.
Zewnętrzne wnikanie wodoru i wilgoci
Kable mogą być również narażone na działanie wodoru wytwarzanego na zewnątrz kabla, szczególnie w specjalistycznych środowiskach przemysłowych, w odwiertach, w wysokich-temperaturach, pod ciśnieniem lub w środowiskach agresywnych chemicznie. Słabe zamknięcie lub uszczelnienie osłony samo w sobie nie jest bezpośrednim źródłem wodoru, ale wnikanie wilgoci może przyspieszyć korozję i interakcje materiałowe, które zwiększają wytwarzanie wodoru. W przypadku połączeń i przejść jakość uszczelnienia pozostaje zatem częścią strategii-kontroli wodoru.
Dlaczego 1383 nm ma większe znaczenie niż 1310 nm lub 1550 nm
Częstym błędem technicznym jest opisywanie 1310 nm i 1550 nm jako głównych pików absorpcji OH powodowanych przez wodór. Są to ważne okna transmisyjne, ale najbardziej-znana cecha absorpcji wody/OH w standardowym włóknie jedno-modowym wynosi około 1383 nm.
PrądZalecenie ITU-T G.652określa dla włókna G.652.D maksymalny współczynnik tłumienia 0,40 dB/km przy 1383 ± 3 nm po starzeniu wodorowym. To samo zalecenie stwierdza, że badanie typu starzenia{{5}wodorowego dla włókna B-652.D przeprowadza się zgodnie z normą IEC 60793-2-50. NajnowszeIEC 60793-2-50obejmuje specyfikacje produktów ze światłowodami jednomodowymi-klasy B, w tym kategorie włókien B-652.
Nie oznacza to, że wodór nie ma wpływu na inne długości fal. Wodór molekularny i reakcje z wodorem-mogą tworzyć dodatkowe cechy widmowe, a wpływ systemu ostatecznie zależy od pasma operacyjnego i budżetu łącza. Jednakże dla praktycznej kwalifikacji współczesnego światłowodu G.652.D obszar 1383 nm jest kluczowym punktem odniesienia i nie należy go zastępować ogólnym stwierdzeniem o „szczytach OH przy 1310 i 1550 nm”.
Czy wodór jest częstą przyczyną awarii naziemnych kabli światłowodowych?
Wodór jest ważnym czynnikiem uwzględnianym przy projektowaniu, ale związane z nim ryzyko należy określić proporcjonalnie do zastosowania. W najnowszych wytycznych ITU dotyczących naziemnych kabli optycznych zauważono, że wytwarzanie wodoru staje się problemem jedynie w ograniczonych przypadkach, gdy stosuje się odpowiednią konstrukcję światłowodu i kabla. Jest to zgodne z ewolucją nowoczesnych światłowodów jednomodowych o niskim-wodnym-szczytowym poziomie-i ulepszonych materiałów kablowych.
Praktyczną konsekwencją jest to, że zespoły projektowe powinny unikać dwóch przeciwstawnych błędów: ignorowania wodoru w środowiskach, w których może się on gromadzić, i traktowania go jako dominującej przyczyny tłumienia w każdym starzejącym się kablu zewnętrznym. Zginanie, naprężenia mechaniczne, uszkodzone osłony, słabe złącza, zanieczyszczenie złączy,-uszkodzenia spowodowane wodą i wady instalacji również mogą zmniejszyć margines optyczny.
Jak zdiagnozować podejrzenie tłumienia wywołanego obecnością wodoru-
Straty związane z wodorem-należy zdiagnozować na podstawie dowodów, a nie wyciągać wnioski wyłącznie na podstawie wieku kabla. Przydatne badanie zwykle łączy kilka obserwacji:
- Porównaj tłumienie prądu z zapisami-testów rozruchowych lub akceptacyjnych.
- Zmierz tłumienie na długościach fal roboczych i, jeśli pozwala na to specyfikacja światłowodu i sprzęt testowy, zbadaj obszar 1383 nm lub szerszy ślad widma tłumienia.
- Sprawdź, czy wzrost jest rozłożony wzdłuż światłowodu, czy skoncentrowany na splocie, zgięciu, zamknięciu lub uszkodzonym odcinku kabla.
- Porównaj sąsiednie włókna w tym samym kablu i, jeśli to możliwe, włókna w sąsiednich odcinkach kabla.
- Sprawdź trasę pod kątem wnikania wilgoci, korozji, uszkodzeń osłony, zalania, nieprawidłowej temperatury lub zewnętrznego narażenia na wodór.
- Przejrzyj kategorię włókien i dane producenta dotyczące-starzenia się wodorem.
OTDR jest przydatny do lokalizowania zdarzeń odblaskowych, zlokalizowanych nadmiernych strat i zmian w całym zakresie, ale sam zapis OTDR nie dowodzi, że przyczyną jest wodór. Szerszytestowanie kabli światłowodowychprogram powinien łączyć wyniki OTDR z pomiarami-strat wtrąceniowych lub tłumienia, specyfikacjami produktu i danymi środowiskowymi.
Ukierunkowane środki w zakresie projektowania kabli w celu zmniejszenia ryzyka związanego z wodorem
1. Określ nowoczesne włókno o potwierdzonej skuteczności-starzenia się wodorem
Selekcja włókien jest pierwszą warstwą kontrolną. W przypadku konwencjonalnych naziemnych sieci jednomodowychŚwiatłowód jednomodowy G.652.D-został zaprojektowany z myślą o niskiej-szczytowej wydajności wody i wymaga-starzenia wodorowego przy długości fali około 1383 nm. Specyfikacje projektu powinny odnosić się do odpowiedniej kategorii światłowodu i wymagań testowych, zamiast opierać się wyłącznie na nominalnym tłumieniu przy 1310 nm i 1550 nm.
2. Wybierz materiały na kable o niskiej-wodorze-generacji
Płaszcze, masy wypełniające, taśmy, spoiwa, powłoki i inne elementy kabla należy dobierać systemowo. Celem jest zminimalizowanie ilości materiałów lub kombinacji materiałów, które mogą wytwarzać wodór podczas-długoterminowego starzenia.IEC TR 62690, Wpływ wodoru w kablach światłowodowych - Wytyczne, zapewnia dedykowane referencje branżowe dotyczące oceny wpływu wodoru na kable światłowodowe jednomodowe.
3. Kontroluj ścieżki wilgoci i korozji
Bariery dla wilgoci, konstrukcja osłony dźwiękochłonnej, odpowiednie zamknięcia połączeń i-korozyjna konstrukcja metalowa mogą ograniczyć warunki generujące wodór. W środowiskach wilgotnych lub agresywnych pancerz i inne elementy metalowe należy dobierać z uwzględnieniem całego systemu antykorozyjnego. Stal nierdzewna może być odpowiednia w niektórych projektach, ale nie jest to uniwersalna odpowiedź dla każdego podziemnego projektu.
W przypadku tras o stałej wilgotności gleby lub wymagających narażenia mechanicznego porównaj dostępnepodziemny kabel światłowodowykonstrukcji i określić, czy ochrona metaliczna, czy niemetalowa- lepiej pasuje do profilu ryzyka projektu.
4. Używaj materiałów-pochłaniających wodór, jeśli ryzyko jest uzasadnione
ITU-T L.126 i powiązane wytyczne dotyczące kabli uznają materiały-pochłaniające wodór jako jedną z metod kontrolowania stężenia wodoru wewnątrz kabla. Zmiatacz wodoru to materiał opracowany tak, aby reagował z wodorem lub wychwytywał go; nie należy go mylić ze zwykłym-pęczniejącym wodą proszkiem lub-taśmą blokującą wodę, której podstawową funkcją jest ograniczanie migracji wody.
TheMetoda ITU-T L.126 do szacowania stężenia wodoru w kablach światłowodowychjest przydatne, gdy projekt wymaga bardziej formalnej oceny gromadzenia się wodoru.-
5. Zrozum, co-suchy kabel zmienia-, a czego nie
Wszystkie-konstrukcje kabli suchych usuwają konwencjonalny żel zalewający lub wypełniający z części konstrukcji kabla i zamiast tego wykorzystują elementy-blokujące suchą wodę. Może to uprościć obsługę i usunąć jedno potencjalne źródło materiału, ale nie czyni kabla automatycznie odpornym na wodór. Korozja metali, inne materiały polimerowe, zewnętrzny wodór i warunki uszczelnienia mogą nadal mieć znaczenie.
Jeżeli ze względów instalacyjnych lub konserwacyjnych pożądana jest sucha konstrukcja, korzyści inżynieryjne należy oceniać łącznie z pełnym systemem materiałów, z których wykonany jest kabel. Przegląd tego podejścia do budowy można znaleźć w artykule na stronie internetowejcałkowicie-suchy kabel światłowodowy ADSS.
Które aplikacje wymagają najwięcej uwagi?
Kontrola wodoru zasługuje na bliższą analizę, jeśli oczekuje się, że kabel będzie działał w środowisku z wiarygodnym źródłem wodoru lub w warunkach sprzyjających wytwarzaniu wodoru. Przykładami mogą być mokre metalowe konstrukcje kablowe, niektóre-długoterminowe instalacje podziemne, obiekty przemysłowe z zewnętrznym dostępem do wodoru,-środowiska o wysokiej temperaturze i inne specjalistyczne wdrożenia.
W przypadku zwykłych sieci szkieletowych FTTx, dostępowych, kanałowych, napowietrznych i naziemnych wykorzystujących nowoczesne kwalifikowane włókna wodór powinien stanowić jeden z elementów szerszej oceny niezawodności, a nie zakładaną przyszłą awarię. Strukturę kabla, blokowanie wody, konstrukcję mechaniczną, jakość instalacji, ochronę spawów, margines optyczny i narażenie na środowisko należy oceniać łącznie.
Często zadawane pytania
Czy wodór może trwale uszkodzić światłowód?
Może powodować trwałe zmiany w tłumieniu, gdy wodór reaguje z wrażliwymi miejscami w szkle, ale nie każdy mechanizm utraty- związany z wodorem jest trwały. Absorpcja wodoru cząsteczkowego może być częściowo odwracalna po usunięciu ekspozycji. Rzeczywiste zachowanie zależy od włókna i warunków ekspozycji.
Jaka długość fali jest najbardziej powiązana ze starzeniem się wodoru we włóknie G.652.D?
Kluczowym obszarem kwalifikacji jest 1383 ± 3 nm. ITU-T G.652 określa wymagania dotyczące tłumienia przy tej długości fali po starzeniu wodorowym dla światłowodu G.652.D.
Czy wszystkie-suche kable optyczne są odporne na wodór?
Nie. Usunięcie żelu wypełniającego eliminuje jeden potencjalny wkład materiałowy i może zapewnić korzyści instalacyjne, ale wodór nadal może pochodzić z korozji metalu, innych materiałów lub środowiska zewnętrznego.
Czy taśma-pęczniejąca woda pochłania wodór?
Nie koniecznie. Standardowe materiały-pęczniejące w wodzie zaprojektowano tak, aby blokowały migrację wody. Materiały-pochłaniające lub wychwytujące wodór- wymagają preparatu zaprojektowanego specjalnie do kontroli wodoru.
Czy same testy OTDR mogą potwierdzić tłumienie wywołane wodorem?
Nie. OTDR może pomóc zlokalizować rozproszone lub zlokalizowane straty, ale potwierdzenie pierwotnej przyczyny zwykle wymaga porównania z danymi bazowymi, pomiarami tłumienia zależnymi od{{2} długości fali, specyfikacjami produktu oraz dowodami środowiskowymi lub materiałowymi.
Wniosek
Tłumieniem wywołanym wodorem najlepiej zarządzać jako problem-i-inżynierii środowiskowej, a nie jako nieunikniony mechanizm starzenia. Nowoczesne światłowód o niskim-szczycie-wody, staranny dobór komponentów, kontrola wilgoci i korozji, odpowiednie zamknięcia i środki wychwytujące-wodór, tam gdzie jest to uzasadnione, mogą utrzymać straty optyczne związane z wodorem-w akceptowalnych granicach przez cały okres użytkowania kabla.
W przypadku zakupów i projektowania sieci najbardziej przydatnym wymogiem nie jest „wybór kabla-wodoodpornego”, ale określenie rzeczywistego narażenia, kategorii światłowodu, konstrukcji kabla, testów kwalifikacyjnych i dopuszczalnego-tłumienia długoterminowego. Dzięki takiemu podejściu można uzyskać bardziej niezawodną specyfikację łączy FTTx, sieci elektroenergetycznych, ukrytych sieci szkieletowych i innej-infrastruktury optycznej o długiej żywotności.