电子脉冲光缆

王渝 刘泽庶 欧阳兴华

（1.国网重庆市电力公司北碚供电分公司，重庆 400711；2.重庆合晨电通科技有限公司，重庆 401121；3.重庆合晨电通科技有限公司，重庆 401121）

对于电力公司庞大的光纤物理网络规模，结构也较为复杂；加之电力光纤通信已经历经20 多年的发展，当初按照使用寿命不到30 年设计的光纤在不久的将来其老化的问题将日益突出。一旦光纤线路出现故障后不能得到及时修复，必将给企业造成巨大的损失。通常情况下，当光纤网络出现故障后必须及时、快速、准确地得到检测和解决；同时，有些光纤故障并不会立即引起通信线路的中断，而是导致光纤局部缓慢劣变，光纤网络中的这类故障也必须尽早发现并解决用以防患未然。

如何高效率的保障光纤通信网络的正常工作，减少光纤网络中的故障，并在发生故障后，如何快速检测光纤网络故障点。这些主要问题都是维护部门在发展过程中应重点考虑和解决的。

通信光缆故障原因分析

通信光缆主要故障原因包括：

1.雷电的冲击

光缆的铠装元件都是金属导体，如果电力线产生短路的情况或者雷电击中金属件的时候，就会产生出强大的电流破坏光缆线路设备，严重时甚至会出现人员的伤亡。

2.光缆线路的绝缘性欠佳

通信光缆线路如果没有做好绝缘工作，那么接头盒进水之后或者处于受潮的情况下就会由于应力腐蚀及静态疲劳等原因大幅度减小光缆的运作强度，严重的时候会出现光缆断裂的情况。

3.外力的影响

线路故障很多情况下是受外力的影响而产生。由于很多通信光缆线路都在野外进行铺设，一般的埋设标准都是深入地层以下的，所以不能有效避免很多外界因素对光缆线路的破坏。

4.线路接头处的故障

在线路接头的地方最容易出现故障，这是因为接头处的光纤对原有光缆结构已经不具备保护力或者保护力已经明显减弱，所以日常的运行保护工作只能依赖于接头盒进行，这就导致故障的发生几率大大增加。

其中通信光缆因外力的影响而造成故障的情况尤为频繁，外力的影响包括：

1.城市的改扩建

通过人的因素和机械的挖掘，造成对光缆的破坏。这种破坏往往是瞬间完成的，造成通信系统劣化告警时间短，往往造成通信系统呈突发性中断，给后续的抢修和对涉及施工单位的协调工作难度比较大。

2.交通事故的破坏

交通事故对通信光缆的破坏，由于交通事故造成挂载通信光缆的杆塔损坏，通信系统传输劣化告警，在城市的杆塔上往往有好几个运营商的光缆挂在同一趟杆路上，造成抢修现场比较混乱，同时又要注意各方面的安全施工问题。

3.小动物对光缆的破坏

小动物对光缆的破坏也较为严重，这类光缆往往是在沟道或光缆隧道里的，光缆的外护套被小动物咬坏，造成光缆通道的部分或全部纤芯受损。

因此通信光缆需要利用有效的措施来减少光纤网络故障及隐患，尽量降低光纤线路问题所造成的损失，保障光纤网络稳定、高效、安全的运行。

本次主要针对外力影响通信光缆中的沟道光缆遭受小动物特别是鼠类破坏的情况进行研讨。

·光缆防护技术

出于生态保护和经济上等因素，光缆线路防鼠既不宜采取毒杀、捕杀等措施，也不宜如直埋光缆那样采取埋深来进行预防。因此当前的光缆防鼠措施依然还需依靠光缆的结构设计和材料变化来进行预防。常规的防鼠方案有在护套中添加化学成分、采用多层护套铠装等方法

·物理防护

光缆使用金属恺装层都能起到一定防鼠的作用。如用金属带绕包或纵包以及压铅，压铝的方法，其中使用最广泛的是用镀锌钢丝或钢带将光缆恺装起来。双层金属铠装的结构用于防鼠，能有效地防止鼠类对光缆的破坏，但是同时也有研究表明，鼠咬痕迹使暴露在外界环境内的钢带的加剧腐蚀，大多数光缆在不长的时间内都会被侵蚀，这就是最好要采取不绣钢带的原因，但如果将不锈钢带分切并复膜后;其材料成本是常规镀铬钢带的5 倍，经济上不可取。

最为可靠的防鼠方法是将聚合物外套的光缆置于密闭的钢管中，这种方法的缺陷是钢管内壁容易凝聚水分，甚至结冰，从而导致光缆损坏或传输性能恶化，此外，采用这种方法需要耗费大量的钢材。

有一种光缆结构是在含有光纤的缆芯上绕包聚酯带后再加装一层金属皱纹护套，该金属护层材料是塑包钢带，它是由较薄的钢带和很薄的不透水的聚乙烯的铝带做护层材料，这种结构可降低鼠害的破坏。

在国外有一种独出心裁的防护方法，其光缆的金属护套由一些截面呈三角形的独立元件组成，当光缆外表面上有机械力作用时，其中某一受力元件便立即相对于邻近的元件白由地转动一下。这种奇特的金属护套可降低鼠害的破坏。

光电复合缆采用特制的屏蔽防护层，该屏蔽防护层是若干不同厚度的铝套和镀铜钢套按照一定的顺序交替叠合而成。由于结构中的钢制层十分薄，这种方法的可靠性差。

除了金属防护以外，对于全橡塑光缆，增加护套的硬度可以达到防鼠的目的。所采用的护套材料有尼龙11、尼龙12、高密度聚乙烯或硬质聚氯乙烯等。这些材料均无毒，并有好的防啃咬效果，但因柔软性欠佳，在低温施工时容易断裂。

特别场合下运行的非金属光缆也可使用摩擦系数较小的芳香尼龙做护套，其护层单边厚为0.5-2.5mm。该护套上可用塑料再附加一表面包层，这两层必须紧密地粘结成一体，而防护层与含有光纤的缆芯应用树脂浸溃过的玻璃布带隔开。

为使光缆免遭鼠咬，用介质材料给光缆附加一个这样的防护层层，该防护层是硬质的薄壁外套上径向向外伸出一些尖刺，它是采用加压铸塑成型的。由于存在这些坚硬的针刺，鼠类便不能轻易接近光缆的表面。

玻璃纤维防鼠，由于玻璃纤维极细且脆，在鼠类噬咬过程中，呈粉碎状的玻璃渣将伤及鼠类的口腔，使之对光缆产生畏惧感，达到防鼠的效果。

化学防护

化学毒剂（如：士的宁）可药死鼠类，但它的使用毕竟受到一定限制，这是因为在生产光缆及使用中，药剂的毒性对人以及动植物都有严重的危害。敷设未采取任何防鼠结构的光缆时，也可以给周围放置一些通用的对人畜安全的杀鼠药饵或“电猫”，这种方法虽然简单，但只能在短期局部采用。

也可以采用避鼠剂进行防鼠，它既有良好的防鼠效果又不污染周围介质。避鼠剂的使用形式中，最简单的方法是在光缆敷设周围散撒药剂，但可靠性差，且日久挥发药物会失去效果，而将药物涂刷在光缆表面，药物分布均匀，但同样存在上述不足之处，较为可靠的是将药物混在某些高聚物材料中，给光缆附加一个避鼠防护层。

环己酞亚胺是一种常用的避鼠剂，在酸性和中性条件下，甚至在日光照射下，都很稳定，但由于它呈弱酸性，与碱性物混合时迅速破坏。此外，二硫化二甲氨基甲酸叔丁基次磺酰胺也可用于避鼠。

在光缆护套中添加辣味素的方法。辣味素原本是从辣椒等天然物质中提炼出的化学物质，在小白鼠试验中发现鼠类对辣味物质比较敏感，因此已被认为是一种有效的驱鼠剂。商用的辣味素护套料是把一种类似的化学合成材料，按照一定比例添加到聚乙烯护套中。

由于添加剂可能出现水溶和迁移等问题，必须考察其在护套中的迁移和水溶效果，才能确定这类光缆的驱鼠时效。

国外已经完成新型避鼠层的实验研究，是采用改性去氢松脂烯氯苯乙胺、三丁基一氯化锡，同时用乙烯基橡胶作为配制的基体，经应用试验证明可降低鼠害的破坏。

美国提出在光缆聚合物包皮的外表面上吹集一层含有一定数量锉离子的避鼠层，并且为了保护周围介质以及使这种活泼的物质能长久完善地附着在光缆表面，在避鼠层外再松套薄薄的一层聚合物。

有些学者现在正进行着采用锡和铅的有机化合物做避鼠剂，并且将其混入二甲基二硫脲中制造防护层的研究工作。

·电子脉冲防护

防护、杀死、驱逐鼠类的方法是多种多样的，如何经济、环保、有效地解决好鼠类对通信光缆的破坏有着十分重要的现实意义。

相比较于其他防鼠光缆措施，新型复合光缆具备显著的主动防止鼠咬破坏能力，在通信光缆防护层内嵌入金属合金线，可在光缆防护层形成高频脉冲，对鼠类等破坏性较大的小动物具有震慑作用，有效解决了通信光缆被鼠类等小动物肆意破坏的问题，同时新型复合光缆防护层使用防火保温的材质，有效防止沟道火灾、凝冰等情况，特殊的包环状结构，可降低新型电子脉冲复合光缆的运维检修困难程度。有效地解决了通信光缆被鼠类等小动物肆意破坏的问题，提高了光缆使用寿命。

·新型复合光缆介绍

新型复合光缆是由是基于“周界阻挡、威慑反击、智能报警”这一全新国际全新理念的新一代周界安全防范系统。

该系统弥补了辣味素护套、玻璃纤维光缆等传统周界防范系统的弱点，具有物理屏障、主动反击、延迟入侵、准确报警、安全防护等级高等特性。

阻挡效果：脉冲电子光缆系统的前端光缆是一道有形的物理屏障，具有隔离阻挡作用；通过系统前端光缆导线上的脉冲信号对入侵者实施电击，使其放弃入侵企图，达到阻挡效果。

威慑效果：脉冲高压信号声对动物有直接的心理威慑效果；入侵者被电击后也会形成心理威慑，从而达到威慑效果，有效减少入侵行为的发生。

报警功能：当入侵行为造成系统前端光缆导线短路、断线或主机出现故障时，立即发出报警信号及时进行警情通报，便通信运检人员及时采取应对措施。

·新型复合光缆的技术原理

·技术原理

新型复合光缆主要由高压电子脉冲主机、电子脉冲光缆和后台管理系统三部分组成，电子脉冲主机输出脉冲电频信号，分别有发射和接收两部分，从而在光缆上形成正、负回路，当入侵者触碰到光缆时脉冲电压值发生变化，从而电子脉冲主机产生光缆被触碰报警信号。当入侵者破坏光缆时电子脉冲主机发射的脉冲电频信号无法接受，从而电子脉冲主机产生光缆断裂报警信号。电源或电池能量不足时，电子脉冲主机也会发出报警信号。电子脉冲主机自检，当发生故障时，电子脉冲主机也会发出报警信号，最后传至后台管理系统进行人机交互实现运维人员能够从网管上看到光缆报警点。

新型复合光缆在防护层内嵌入金属合金线，可在光缆防护层形成高频脉冲，其有两种规格：①高电压（高压：5KV—10KV，低压：700V—1000V）②低能量（单个脉冲输出的最大能量不超过5.0J）。

脉冲发生器（主机）通电后发射端口向前端金属合金线发出脉冲电压，时间间隔大约1.5秒发射1次，脉冲在金属合金线上停留的时间大约0.1秒，前端金属合金线上形成回路后把脉冲回到主机的接收端口，此端口接收反馈回来的脉冲信号；同时主机还会探测两个发射端之间的电阻值。如果前端金属合金线遭到破坏造成断路或短路，脉冲主机的接收端口接收不到脉冲信号或两个发射端之间的电阻太小，主机都会发出报警。

新型复合光缆的报警：通过新型复合光缆的工作原理可知，无论脉冲主机处于什么样的电压工作状态，当金属合金线遭到破坏，接受端口无法收到脉冲信号，脉冲主机则会报警；同样，当两根金属合金线之间短路时，电阻非常小，脉冲主机也会报警。当有鼠类等小动物啃咬光缆触及金属合金线时，脉冲主机会用安全能量的脉冲高压将其击退，同时发出报警信号。新型复合光缆的误报率相当的低，只有在短路、断线，拆主机时才会发生报警。

新型复合光缆可智能识别出报警位置并给予有效阻拦，同时脉冲能量在安全范围内，不会造成人身伤害。脉冲电子主机电压输出符合国际标准/国家标准的各种指标，低频低能量高电压的脉冲电压（5000V～10000V），脉冲电压作用时间极短，不会给人造成伤害。

·组成结构

电子脉冲光缆系统既可自成系统单独使用，也可与第三方安全防范系统集成。图1.1 为剖视图。

图1.2 为拼接结构示意图。

图1.3 为侧视图。

图中：1、主体；2、安装管；3、安装槽；4、合金线；5、防护壳；6、第一连接口；7、活动孔；8、螺栓；9、固定块；10、第一密封垫；11、安装板；12、第二连接口；13、螺纹孔；14、固定槽；15、第二密封垫。

·主要技术参数

脉冲电子主机的基本技术参数

a）输出电压峰值：5kV～10kV

b）输出电流峰值：〈10A；

c）脉冲宽度（脉冲持续时间）；≤0.1s；

d）脉冲间隔时间：1s～1.5s；

e）脉冲输出电量：≤2.5mC；（实际数据）

f）脉冲输出能量：≤5.0J。（实际数据）

相对湿度：≤95%

适应外部-45--+60 度温度，

主机超低的耗能保证了主机长时间的低发热，温度不超过40 度

电磁兼容性：主机采用电容瞬间放电、高压包升压，所有外界的干扰源、高压线对其无任何影响，同时主机产生的低频高压脉冲不会对外界产生电磁干扰。

·新型复合光缆发展前景

随着电力通信技术在电网中的应用日益壮大，网络规模不断地扩大，传输网络中电力光缆物理故障所带来的损失越来越大。因此，对电力通信传输网络安全性的要求也在不断地提高，而随着SDH、OTN 以及数据网的等传输技术的发展，传输设备稳定性的提高，制约传输网络安全性的主要因素逐步向电力光缆线路的抗风险能力。目前，电力通信网主要是光纤覆盖为主，而光纤通道在整个电力通信网中有扮演者承载各种通信业务的重要角色。

新型复合光缆具备以下优势：

1.安全效益

新型复合光缆相对于传统周界安防产品，它具有更多的优越性：如传统的辣味素或玻璃纤维对外来入侵者能起到一定阻挡作用，但始终会造成光缆本体的损坏。而新型复合光缆在起到阻挡作用的同时，即使受到入侵也对光缆本体无伤害，能够同时实现阻挡、威慑和报警。

2.经济效益

新型复合光缆基于脉冲机制，抗干扰能力强，适用范围广，并可以快速有效判断故障点的位置，可降低故障发生率及维修时间，有效降低维护和人力资源成本，提高电力光缆系统的稳定性。

3.社会效益

新型复合光缆集强力阻挡、威慑反击、智能报警功能于一体，适应复杂地形环境，实施方便，可靠性高，克服了传统的红外、感应、振动光缆等技术缺陷，报警基本不受气候、地形、树木、小动物等影响，最大程度降低对周围环境的影响，为公司和社会创造了可观的无形价值。