從寧漢工程看影響光纜壽命的三大原因

　　ICCSZ訊  光纖光纜作為光通信產(chǎn)業(yè)的主要傳輸媒質(zhì)，在行業(yè)經(jīng)過近40年的高速發(fā)展之后，按照當(dāng)初25年的設(shè)計(jì)使用壽命，如今已進(jìn)入一個更新?lián)Q代的高峰時(shí)期。特別是在1988年~1998年期間建設(shè)的33000公里“八縱八橫”骨干光纖網(wǎng)絡(luò)，如今已服役超過20年，其使用壽命問題也引起了業(yè)界的高度關(guān)注。

　　國內(nèi)外有關(guān)光纜壽命的研究分析報(bào)道比較多，但由于光纜在實(shí)際使用過程中受到的外部環(huán)境、內(nèi)部質(zhì)量方面差異性較大，因此壽命問題比較復(fù)雜。正因?yàn)槿绱?，國?nèi)新版的YD/T 901、YD/T 769、YD/T 981系列光纜標(biāo)準(zhǔn)先后取消了有關(guān)壽命要求的描述。

　　烽火通信曾攜手中國電信湖北傳輸局對1987年開始建設(shè)的國內(nèi)第一條長途干線寧漢工程光纜進(jìn)行詳細(xì)的研究。實(shí)地考察湖北省內(nèi)的線路狀況、查詢歷年纖改和維護(hù)記錄、對在用光纜進(jìn)行實(shí)地鏈路測試、采用80×2.5G DWDM進(jìn)行現(xiàn)有業(yè)務(wù)承載能力測試，并將當(dāng)年的光纜大量取樣進(jìn)行詳細(xì)分析，同時(shí)廣泛選取1995年~2001年期間生產(chǎn)的不同廠家的在用光纜進(jìn)行對比研究，獲得了寶貴成果。

　　主要研究結(jié)論

　　針對直埋和管道光纜，在典型的華中地區(qū)氣象、地理環(huán)境條件下，若不考慮技術(shù)本身的進(jìn)步造成的光纜淘汰和更新(如1995年前光纖無PMD要求)，有以下結(jié)論。

　　1. 光纜的接續(xù)性能變化不大。寧漢光纜雖經(jīng)過20多年的使用，光纖的一次接續(xù)成功率仍在93%以上，接續(xù)性能不影響維護(hù)工作。

　　2.光纜的傳輸性能變化趨勢。光纖的自然斷纖率可以忽略不計(jì)，其衰減指標(biāo)會隨時(shí)間而劣化，在應(yīng)用前期呈加速漸變的老化趨勢，經(jīng)過約16年后，衰減值會長期保持一種老化后的穩(wěn)定狀態(tài)。光纖的色散、PMD變化與使用年限無必然聯(lián)系，經(jīng)過多年使用之后，仍然能夠承載部分業(yè)務(wù)。

　　3. 老化表現(xiàn)形式與形成原因。光纜老化的主要表現(xiàn)為衰減增加以及部分保護(hù)材料失效。光纜老化是由光纖所受的應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力變化引起的，不是由于氫損和光纖微裂紋引起的。光纜老化的原因主要是由制造環(huán)節(jié)造成的，包括光纜設(shè)計(jì)、光纜組成材料、光纖光纜工藝。

　　具體來說，對于國內(nèi)普遍采用的層絞式室外光纜，光纖涂層、纖膏、松套管尺寸是光纜老化的直接原因。

　　一、光纖涂層的選材與拉絲工藝至關(guān)重要

　　光纖損耗增大的原因主要包括氫損、光纖裂化、光纖應(yīng)力，通過實(shí)際檢測發(fā)現(xiàn)光纜中的光纖經(jīng)過多年使用后，其幾何特性、機(jī)械特性、接續(xù)特性、光學(xué)特性等宏觀性能基本沒有發(fā)生變化，通過掃描電鏡等方法發(fā)現(xiàn)光纖沒有明顯的微裂紋等異?，F(xiàn)象。但光纖涂層狀況出現(xiàn)明顯差異，模量高、涂層緊密、剝離力大的光纖在1550nm、1310nm波長下衰減明顯增加。

　　二、油膏填充式設(shè)計(jì)有利有弊

　　纖膏是緊密接觸光纖的油性物質(zhì)，是以礦物油或者合成油為基礎(chǔ)的混合物，對光纖起隔絕水汽和潤滑緩沖作用，通過肉眼觀察形態(tài)和測試油膏的氧化誘導(dǎo)期來評定纖膏性能。油膏氧化后其酸值增加可導(dǎo)致析氫增加，同時(shí)油膏氧化后對光纜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有影響，導(dǎo)致屈服應(yīng)力下降，這樣光纖在振動、沖擊、彎曲、溫差變化、地形地質(zhì)變化等影響下會受到應(yīng)力，減弱纖膏對光纖的緩沖作用，從而使光纜的可靠性下降。

　　纖膏與光纖直接接觸，它是光纖性能惡化的最重要的間接誘因。

　　通過對不同時(shí)期生產(chǎn)的在用光纜實(shí)際檢測發(fā)現(xiàn)，纖膏隨著時(shí)間的變化而緩慢變性。通常是先集結(jié)成小顆粒，然后逐漸揮發(fā)、分解、干涸。對于華中地區(qū)的直埋或管道光纜，纖膏開始發(fā)生明顯變性的典型時(shí)間為18年。

　　“實(shí)際上，早期的纖膏填充式設(shè)計(jì)除了對光纖起潤滑保護(hù)作用外，更重要的一點(diǎn)是油膏填充工藝便于控制和掌握。隨著全干式光纜技術(shù)的成熟，同時(shí)考慮到油膏變性后造成的危害，纖膏方式將逐漸被全干式技術(shù)所取代。”烽火通信光纜專家如是說。

　　三、松套管尺寸過小使殘余應(yīng)力增大

　　松套管尺寸對光纜壽命的影響更多體現(xiàn)在綜合應(yīng)力方面。當(dāng)尺寸過小時(shí)，在溫度變化、機(jī)械應(yīng)力、填充物與光纖的相互作用等變化因素下，光纖所承受的應(yīng)力得不到舒緩，進(jìn)而使光纖衰減增大，產(chǎn)生老化現(xiàn)象。

　　總結(jié)

　　光纜壽命取決于光纜使用期的外部環(huán)境和光纜內(nèi)部質(zhì)量。外部環(huán)境中的溫度變化、水和潮氣以及地形地貌、日照、冰凌等自然條件我們無法改變，隨著敷設(shè)、維護(hù)方式的日益成熟和規(guī)范，減緩老化、延長使用壽命的外部環(huán)境條件已沒有多少挖掘空間和余量，因此，運(yùn)營商在制定網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃時(shí)，光纜的壽命管理應(yīng)從設(shè)計(jì)選型、光纜制造入手。

　　設(shè)計(jì)選型上重點(diǎn)關(guān)注光纖所受的長期應(yīng)力狀況，光纜結(jié)構(gòu)方面以層絞式為主，逐步試用、推廣在接續(xù)維護(hù)成本及長期壽命方面占優(yōu)勢的全干式光纜。

　　從制造角度上考慮，目前的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及技術(shù)規(guī)范比較成熟，護(hù)套料、金屬帶、鋼絲、松套管(PBT)、纖膏、纜膏等光纜主材大部分可以通過物性指標(biāo)進(jìn)行檢測分析其可靠性，越靠近光纖的材料越應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。制造工藝控制上重點(diǎn)關(guān)注機(jī)械、環(huán)境性能試驗(yàn)過程中的衰減及光纖應(yīng)力變化趨勢。

　　思考與關(guān)注

　　光纖是光纜的核心元件，經(jīng)過30多年的發(fā)展，技術(shù)日趨成熟，但從壽命管理的角度，仍然有些問題值得我們思考。

　　1. 目前的光纖壽命研究分兩個維度：機(jī)械可靠性方面，基本上采用的是IEC TR 62048的理論分析模型，通過統(tǒng)計(jì)光纖篩選實(shí)驗(yàn)中的失效概率和光纖疲勞實(shí)驗(yàn)的威布爾分布特性，建立光纖篩選實(shí)驗(yàn)壽命評估模型;光學(xué)可靠性方面，重點(diǎn)關(guān)注光纖衰減，在早期老化研究的基礎(chǔ)上，制定了光纖標(biāo)準(zhǔn)，通過干熱、浸水、高溫高濕等實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)1550nm波長下的衰減變化，從而驗(yàn)證光纖的長期可靠性。但由于各生產(chǎn)廠家在制棒、拉絲、涂料選材工藝上存在較大差異，雖然光纖能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求，但理論值與實(shí)際壽命仍會出現(xiàn)較大偏差。

　　2. 光敏劑的大量采用。30年前的光纖拉絲速度較慢，涂層通常采用二次固化涂覆方式;現(xiàn)今的固化方式一般是單次固化，樹脂中添加了更多的光敏劑便于提高生產(chǎn)效率，雖然固化后涂層的模量、硬度等指標(biāo)滿足加速老化試驗(yàn)的需要，但其長期可靠性需要時(shí)間檢驗(yàn)。

　　3. 丙烯酸樹脂材料。30年前的單模光纖涂層普遍采用的是丙烯酸樹脂類材料，目前涂料種類依然如此，沒有根本性的變化，既然寧漢工程中的部分光纖涂層已出現(xiàn)緊密老化情況，進(jìn)一步引起衰減明顯增加，那么現(xiàn)在生產(chǎn)的光纖涂層若選材或工藝控制不當(dāng)，則仍有可能出現(xiàn)壽命達(dá)不到25年的情況。

　　尤其值得一提的是，目前已開始試用工程的ULL超低損耗光纖，其中繼距離可達(dá)1200km，采用的涂層材料與普通光纖一致，若線路設(shè)計(jì)時(shí)不考慮充分的預(yù)算光功率，則多年以后光纖老化將是嚴(yán)重的隱患，應(yīng)引起業(yè)界高度重視。