室外用通信光缆长期阻水机理

曾　辉,杨乔云，卓　辉

(1.珠海汉胜科技股份有限公司，广东 珠海　519180；2.湖南农业大学，湖南 长沙　410128)



室外用通信光缆长期阻水机理

曾辉1,2,杨乔云1，卓辉2

(1.珠海汉胜科技股份有限公司，广东 珠海519180；2.湖南农业大学，湖南 长沙410128)

摘 要：在光缆设计与产品生产中，如何有效阻水不仅是保障光缆最佳环境性能也是延长光缆使用寿命的重要基础；为此，本文对长期阻水物理模型进行重点阐述，对解决当前横向渗水起到一定实际指导意义。

关键词：光缆阻水;流体;环境性能

光纤通信作为当今大数据[1-2]、云计算[3-4]、全光网络[5]以及FTTH技术[6-8]的主要传递介质与载体，对光缆使用寿命和传输可靠性越来越高[9]。通常光缆在敷设与使用过程难免会受潮气与水汽影响；因而，光缆渗水性能是衡量质量重要指标之一[10]，也是评价环境性能是否达标的一个参数；简而言之：渗水性能直接关系到光缆使用年限[11-12]。

1渗水与阻水

1.1渗水现象产生

光缆渗水通常可分为横向渗水和纵向渗水。横向渗水是指在潮湿或者湿度较大环境中，由于光缆护套内与大气之间存在一定气压梯度；随着使用年限递增、长期复杂环境变化以及外护套材料性能衰减在一定程度上都会使得潮气或者水分子渗透过外护套并且逐步迁移。其表现为在长期使用中，空气中含有一定水分与光缆外壁之间潜移默化作用，会逐步渗透外护套进入光缆内部，与光缆内部金属元件(腐蚀)产生电化析氢化学反应，析出OH-或者H2分子；且与光纤中石英SiO2等其他含杂离子多次发生碰撞，使得氢或者氢氧峰值增大，导致光纤在1 310 nm和1 550 nm波段衰减越来越大，以至于使得光纤表面产生轻微裂纹，严重时导致光纤断裂；影响光纤长期传输性能稳定性。纵向渗水是指在敷设过程中护套局部受损或者搭接处意外渗水，水分会沿着光缆径向长度渗透，轻微会影响光缆光学传输性能；若不及时发现，会进入光纤接线盒、终端设备中，以至于阻碍整个通信线路信号传输。

1.2长期阻水模型

通常阻水材料(阻水带、阻水纱、填充缆膏以及含吸水树脂的芳纶纱、阻水玻璃纱)

遇水膨胀后会形成一种高粘性凝胶阻水流体。根据YD/T1115.1-2001标准，设定其使用寿命为20年，将3 m长光缆样品A端接在水柱H=1 m带有阀门水龙头持续作用下，要求24 h后,B端无水渗出(如图1)。

在该样品中可将渗水现象等同于流体在圆形管道中流动行为，即(如图2)，流体长度为3 m,光缆外径D(圆柱体流动双单元)，在该流体模型中存在以下恒等式：

(1)

(2)

式中(1)、(2)两端水流压力差为Fp1-p2;同时水流与护套内径壁之间以及水流层间摩擦力作用会存在内应力F′。

此时，通过牛顿粘性定律:

(3)

(4)

当渗透进入光缆通道中水量越大，则对阻水层粘度越大，通过式(4)可知对其时间T积分得到渗水长度S：

(5)

(6)

结合式(2)可知此时水流层间摩擦力作用会存在内应力F′：

(7)

当该水流流量通过阻水材料时，此时阻水体积膨胀系数可表示为：

(8)

当水流通道完全阻塞时，渗水结束，等效水力半径re为：

(9)

2小结

就室外光缆长期阻水原理进行初探，在阻水过程中需要常常考虑材料的最大阻水凝胶大于外界水柱压力；同时，也需要考虑阻凝胶与护套内壁作用力大于外界水柱压力；只有这样方才能对长期渗水现象起到一定预防作用。

参考文献：

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[2]S.Das,S.Sahni.Two-aggregator network topology optimization with splitting[C]// IEEE Symposium on Computers & Communication.IEEE,2015:683-688.

[3]Leonard M D.Configuration console for messaging middleware:US,US8347315[P].2013.

[4]Hertling W E,Whitmarsh M.CONTENT AUTO-FIT METHOD AND SYSTEM:,US 20130286050 A1[P].2013.

[5]Nakamura K,Majima M,Yamamoto N.Optical fiber communication method and multimedia opitcal fiber network using the same:EP,EP 0362790 A2[P].1990.

[6]Premadi A,Ng B,Abrahman M S.Surveillance and Protection-Based Approach for Link Failures over Fiber-to the-Home (FTTH) with Combination of ACS and SANTAD[J].Itb Journal of Information & Communication Technology,2009,3(1):34-50.

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[10] 史惠萍,李宏强.渗水对光缆寿命的影响[J].光通信研究,2007(1):54-56.

[11] 章新友.液体表面张力系数测量的误差分析与方法改进[J].大学物理实验，2014(1)：11-13.

[12] 路阳.非水平角圆管中粘性流体层流流量公式的推导及实验验证[J].大学物理实验，2016(2)：7-9.

Outdoor Communication Cable Long-Term Water-Blocking Mechanism

ZENG Hui1,2,YANG Qiao-yun1,ZHUO Hui2

(1.Technology Co.,Ltd.Zhuhai Hamilton Sundstrand,Guangdong Zhuhai 519180;2.Hunan Agricultural University,Hunan Changsha 410128)

Key words：cable water-blocking；fluid；environmental performance

Abstract：In cable design and production,and how effective water blocking cable is not only to protect the best environmental performance is an important foundation to extend the service life of the cable；In this paper,the long-term water-blocking physical model focuses on solving the current lateral seepage play certain practical significance.

收稿日期：2016-03-19

基金项目：国家自然科学基金(10576012、10674045)、国家自然科学基金重点项目(60538010)；国家科技部“十二五”重点课题(2012BAD35B05)；湖南省教育厅学位办项目(YB2010B024)

文章编号：1007-2934(2016)03-0024-03

中图分类号：TN 05

文献标志码：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.003.008