共建共享型光缆分纤箱结构设计

2015-12-25黄保哲

科技视界 2015年4期

黄保哲

（中国电子科技集团公司第四十一研究所，山东青岛 266555）

0 引言

随着国家《住宅区和住宅建筑内光纤到户通信设施工程设计规范》的颁布实施，新建及改造小区均要求采用FTTH 的接入方式，并且要满足多家电信业务经营者平等接入的要求，市场上对可同时满足三家运营商接入并可实现光纤到户的光缆分纤设备的需求量会非常大。

共建共享型光缆分纤箱就是针对这种需求而设计开发的，它可满足三家运营商共同接入并保证其相互独立，可实现光缆的引入固定和开剥保护、光纤的熔接和保护、信号的分配和调度，并可满足光分路器的安装，实现信号的分光功能。

1 总体方案设计

1.1 设计功能分析

共建共享型光缆分纤箱作为一种可同时满足三家运营商接入的光缆分纤设备，要满足行业标准中性能指标及其实际使用功能要求：

（1）箱门开启角度应不小于120°；

（2）耐电压水平：接地装置与箱体金属构件之间的耐电压水平不小于3000V（DC），1min 不击穿、无飞弧；

（3）绝缘电阻：接地装置与箱体金工件之间的绝缘电阻应不小于2×104MΩ，试验电压为500V（DC）；

（4）三家运营商相互独立，互不干涉，开通业务时必须和建筑商共同完成；

（5）光缆的引入固定和开剥保护以及入户蝶形光缆的引入固定；

（6）光纤的熔接、保护及存储；

（7）信号的分配和调度管理以及分光功能。

1.2 总体布局设计

从上述功能要求中可以分析得出，和普通光缆分纤箱相比，共建共享型光缆分纤箱的设计难点和重点在“三家运营商相互独立以及开通业务时必须和建筑商共同完成”的实现上，最直接的思路是三家运营商和建筑商分别使用一个箱体，运营商和建筑商的箱体之间通过跳线连接开通业务，但这样做存在以下问题：

（1）需要四个箱体，成本高；

（2）箱体之间要通过跳线连接，美观性和安全性不足；

（3）各箱体之间的安装和摆放需要优化设计。

因此我们考虑将四个箱体合四为一，设计为一个箱体内分成四个舱，四个舱分别安装门板，且使用不同的门锁，各门不能互开，保证各舱的独立性，各舱之间使用隔板分隔，其中运营商与建筑商之间的隔板上预留穿线孔洞，供相互跳线使用，箱体左侧为建筑商舱，右侧自上而下分为移动、联通、电信三个运营商舱，各舱功能设计如下：

建筑商舱：满足入户蝶形光缆引入、固定和存储，蝶形光缆与预置尾纤熔接，信号的分配和调度。

运营商舱：满足各自室外光缆的引入、固定和开剥保护，室外光缆与预置尾纤的熔接，光分路器的安装固定，光分输入的端接。

由于运营商舱自上而下为三个舱，如果运营商舱要满足室外光缆的引入、固定和开剥保护，则三个舱内均要设计高压防护装置，这种设计有以下几个缺点：

（1）三个舱自上而下排列，室外光缆须从侧面接入，美观性不足；

（2）需要三套高压防护装置，生产成本增加；

（3）三套高压防护装置接地时，需要串连，增加施工难度。

如果室外光缆引入、固定和开剥保护的功能在建筑商舱内实现，只需要一套共用的高压防护装置即可，可以避免以上缺点，光缆开剥后从竖隔板上的穿线孔中分别引入到各运营商舱内与尾纤熔接，实现其他功能。

通过以上分析，并结合用户配置要求及使用习惯等确定共建共享型光缆分纤箱总体方案如下：

箱体分舱设计，各舱单独设计门板，各门板配不同门锁，门锁不能互开，保证各舱的独立性，室外光缆在建筑商舱内引入、固定、开剥后分别引入到各运营商舱，在运营商舱内与尾纤熔接，并通过适配器与光分输入对接，光分输出尾纤引到建筑商舱适配器右侧，入户蝶形光缆在建筑商舱内固定后引到熔接盘内与尾纤熔接，尾纤引到适配器安装板左侧，与光分尾纤对接实现光信号的分配和调度。

2 关键结构设计

作为一个光配线设备，共建共享型光缆分纤箱结构设计时首先要满足光性能和高压防护性能要求，并在此基础上满足使用性、经济性、安全和美观性等方面的要求。以下从曲率半径、绝缘件及门板等方面的设计进行分析。

2.1 光纤曲率半径分析

光纤曲率半径涉及到整个箱体布局和光纤路由设计，设计时须满足以下标准要求：

（1）光缆引入时其弯曲半径应大于光缆直径的15 倍；

（2）光纤在设备内布放时，不论在何处转弯，其弯曲半径应不小于30mm。

室外光缆和入户蝶形光缆引入时，其固定装置与进缆孔在同一平面，光缆垂直引入，避免弯曲；适配器安装板左右两侧至箱体侧面和隔板的尺寸均大于120mm，在用户使用冷接子的情况下依然可保证其尾纤的弯曲半径；各穿线孔、光分路器、熔接盘等位置均预留足够的走线空间，保证光纤在各处的弯曲半径满足要求。

2.2 耐电压水平和绝缘电阻分析

高压防护接地装置主要作用是室外光缆的引入固定，设计时除满足强度要求外还要满足高压防护性能要求，这里最关键的是绝缘件的设计，设计时采用高压防护座板上下加绝缘垫的结构形式。综合考虑成本、强度等因素，上下绝缘垫均采用直径为12mm，高度为3mm 的聚四氟乙烯，为避免螺钉与高压防护座板接触下绝缘垫设计凸台。

根据均匀电场下绝缘电阻与绝缘厚度成正比，与导体面积成反比，即：

式中：RV为绝缘电阻（Ω）；

ρV为体积绝缘电阻系数（Ω·mm）；

δ 为绝缘厚度（mm）；

A 为电极面积（mm2）。

首先计算高压防护座板与箱体之间绝缘垫处绝缘电阻，取δ=3mm，A=113mm2，经查资料得知，在20℃时，聚四氟乙烯绝缘电阻系数ρV=1015～016Ω·mm（计算时取下限值），计算可得RV=2.65×1012Ω；再计算凸台处绝缘电阻，取δ=1.25mm，A=37.7mm2，计算可得RV=3.3×1012Ω，两处绝缘电阻均远大于标准要求。

按冲击强度计算绝缘厚度公式为：

式中：t—绝缘厚度（mm）；

UBIL—电缆的基准冲击水平（kV）；

K2—冲击电压老化系数，K2=1.2；

K3—冲击击穿电压温度系数，K3=1.3；

Eav—长期工频击穿强度。

由（2）可知，绝缘厚度只与冲击电压有关，查资料得知聚四氟乙烯的长期工频击穿强度为10kV/mm 以上，将冲击电压UBIL=3000V，Eav=10kV/mm，代入（2）式得t=0.468mm，小于设计的1.25mm。

为了更好的验证设计方案，采用实验的方法进行测量，使用绝缘电阻测试仪500V 直流档在常温和环境实验后测量绝缘电阻，测量绝缘电阻为106Ω，远大于行业标准，与理论数值的偏差主要受温度、湿度等的影响；使用耐压测试仪在高压防护座板与箱体之间施加50Hz、3000V 直流电压1min，实验结果无击穿和飞弧现象。

综合以上分析和试验结果可知，高压防护接地装置的绝缘电阻和耐电压水平均满足行业标准要求。