光缆老化模型研究

王贤亮，张 炎，周良浩，席世友，鲁金屏

（1.国网重庆市电力公司 綦南供电分公司，重庆401420；2.重庆电信研究院，重庆401336）

光缆老化模型研究

王贤亮1，张 炎2，周良浩1，席世友1，鲁金屏2

（1.国网重庆市电力公司 綦南供电分公司，重庆401420；2.重庆电信研究院，重庆401336）

指出了开展光纤老化实验测试的必要性，提出了老化性能实验测试方法。利用国网重庆市电力公司綦南供电分公司现存的光缆样品在实验室进行了老化测试，基于测试数据，总结分析了各存量光缆的老化性能数据。建立老化模型进行研究，通过模型分析，提炼出实用的光纤寿命判别方法。

光缆；老化；数学模型；寿命判别

0 引言

随着通信事业的迅猛发展，光纤通信以其大容量、高速率的特点在通信中起着非常重要的作用。通常光缆线路的设计寿命是25～30年，我国在网运行的线路中，有些线路已使用近25年，由于光缆线路数目庞大，这些线路目前的状况如何，维护部门很难掌握。2014年，国网重庆市电力公司专门立项开展光缆故障模型研究，由国网重庆市电力公司綦南供电分公司牵头、重庆电信研究院协助，对现有电力通信进行加速老化实验。本文通过研究该项目，提炼出一套简单实用的光纤寿命判别方法。

1 老化实验

1.1 试样制备

断裂伸长率保留率（KO）指光缆老化后的断裂伸长率与其初始断裂伸长率的比值。我们对经过预处理的6个试样进行测量，得到试样1～试样6的断裂伸长率初始值依次为75%、100%、125%、110%、90%、100%和100%，平均值为100%。

1.2 试验过程

我们以6个试样为一组，取4组试样分别放在设定温度为180℃、165℃、150℃、135℃的温箱中，按照一定时间间隔取出试样条，并标记取样时间。将取出的试样条在室温下进行拉伸试验，得出各试样老化后的断裂伸长率，具体数值如图1所示。

1.3 数据处理

我们通过计算得到6个试样断裂伸长率保留率的平均值，具体如图2所示。

图1 试样老化后的断裂伸长率

图2 老化时间-断裂伸长率保留率实验数据

2 判别方法

用阿累尼乌斯(Arrhenius)定律来评估塑料寿命已被塑料行业接受，Arrhenius认为，对于某一确定的反应，橡胶活化能是不随环境温度改变而发生变化的常数[2]。这一理论保证了热加速老化试验的可行性。假设试样（绝缘材料）的某一初始性能值为M1，对应的时间为t1；性能值为M2时对应的时间为t2。当热力学温度T为常数时，从tl～t2试样性能的变化量为：

其中，E为绝缘材料的活化能 （千卡/克分子），K为玻尔兹曼常数，A0为常数，ΔE为失效机理活化能。令t= t2-tl，则：

如果当试样的性能值达到某个值时认为该试样失效，则试样的寿命是从tl开始至达到失效性能值时的时间段，记为τ，则：

其中，a为寿命线截距，b为寿命线斜率 （b=E/2.303R= E/4.567）。从式（4）可以看出，绝缘材料的热老化寿命的对数与热力学温度的倒数呈线性关系。

我们以断裂伸长率保留率为纵坐标，以老化时间 （本文中所有时间的单位都为小时）的对数为横坐标，按照最小二乘多项式拟合法进行二次多项式曲线拟合，得出不同温度下试样性能值随老化时间变化的变化曲线（K-t曲线），具体如图3所示。

图3 临界值综合K-t曲线

本文以光缆固有特征断裂伸长率保留率达50%为寿命终点[1]，即终点水平。从图3我们可以看出不同温度下试样的断裂伸长率保留率达到终点水平时的时间对应关系，据此绘制出阿累尼乌(Arrhenius)曲线，如图4所示。

根据图4我们得到阿累尼乌斯图拟合直线，由该直线方程展开外推，可以知道当实际工作温度为30℃时，光缆的寿命为6.57年（这是持续温度下的寿命）。

有时根据实际需求不同，选取的终点水平不一定是确定的值。因此，本文对工作温度条件和终点水平不同时光缆试样的使用寿命做了一份报表，如表1所示。

图4 回归直线（阿累尼乌斯图）

表1 光缆寿命-终点水平参考表

3 结束语

本文采用加速老化实验的方法，以国网重庆市电力公司綦南供电分公司现有通信光缆为实验对象，运用阿累尼乌斯(Arrhenius)定律，以断裂伸长率保留率为终点水平判断指标，得出了光缆寿命-终点水平参考表，为评估光缆寿命提供了参考。该表反映的终点水平与温度决定的剩余寿命大体符合电力行业通信经验指标。后续还可以进一步加大实验样本，得到更多实验数据以进一步分析光缆寿命。本文的研究成果为后期制定相关行业标准提供了参考。

[1]中华人民共和国质量监督检验检疫总局.GB/T 7142-2002,塑料长期热暴露后时间-温度极限的测定[S].北京：中国标准出版社，2002.

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[3]张明洁.船用大然橡胶绝缘光缆丁一苯使用寿命的估计[J].湛江水产学院学报,1993(2)：19-22.

[4]郝诱，王庆春.船用光缆剩余寿命无损检测法[J].船电技术，2003(3)：49-52.

[5]赵疆眸，孙慧琴，冉海潮,等.光缆热老化寿命的预测[J].河北电力技术,2007(3)：21-23

[6]李昂.橡胶的老化与寿命估算(续)[J].橡胶参考资料,2009,39(4)：29-31.

Research on fiber optic cable aging model

WANG Xian-liang1,ZHANG Yan2,ZHOU Liang-hao1,XI Shi-you1,LU Jin-ping2
(1.State Grid of Chongqing Qinan electric power company,Chongqing 401420,China; 2.Chongqing Institute of Telecommunications,Chongqing 401336,China)

The paper points out the necessity of carry out the fiber aging test,proposes the aging performance test method.It uses state grid of Chongqing Qinan electric power company existing fiber optic cable sample for aging test in the laboratory,based on the test data,the fiber optic cable stock of aging performance data are analyzed and summarized.The paper establishes aging model for research,through analyzing model,refines and practicals the optical fiber discriminant method of life expectancy.

fiber optic cable,aging,mathematical model,discriminant of life

TN913

A

1002-5561（2016）04-0060-03

10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2016.04.019

2015-10-12。

重庆市电子信息产品测试工程技术研究中心，重庆市工程技术研究中心（渝科委发[2014]1号）资助；重庆市科技平台与基地建设计划项目(工程技术研究中心)（cstc2014pt-gc40002）资助；国家电网公司科技项目（合同号：SGTYHT/14-JS-188）资助。

王贤亮（1975-），男，副高级工程师，主要从事信息通信方面的工作。