室外用通信光纜長期阻水機(jī)理

曾　輝,楊喬云，卓　輝

(1.珠海漢勝科技股份有限公司，廣東 珠?！?19180；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南 長沙　410128)

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室外用通信光纜長期阻水機(jī)理

曾輝1,2,楊喬云1，卓輝2

(1.珠海漢勝科技股份有限公司，廣東 珠海519180；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南 長沙410128)

摘 要：在光纜設(shè)計(jì)與產(chǎn)品生產(chǎn)中，如何有效阻水不僅是保障光纜最佳環(huán)境性能也是延長光纜使用壽命的重要基礎(chǔ)；為此，本文對(duì)長期阻水物理模型進(jìn)行重點(diǎn)闡述，對(duì)解決當(dāng)前橫向滲水起到一定實(shí)際指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：光纜阻水;流體;環(huán)境性能

光纖通信作為當(dāng)今大數(shù)據(jù)[1-2]、云計(jì)算[3-4]、全光網(wǎng)絡(luò)[5]以及FTTH技術(shù)[6-8]的主要傳遞介質(zhì)與載體，對(duì)光纜使用壽命和傳輸可靠性越來越高[9]。通常光纜在敷設(shè)與使用過程難免會(huì)受潮氣與水汽影響；因而，光纜滲水性能是衡量質(zhì)量重要指標(biāo)之一[10]，也是評(píng)價(jià)環(huán)境性能是否達(dá)標(biāo)的一個(gè)參數(shù)；簡而言之：滲水性能直接關(guān)系到光纜使用年限[11-12]。

1滲水與阻水

1.1滲水現(xiàn)象產(chǎn)生

光纜滲水通?？煞譃闄M向滲水和縱向滲水。橫向滲水是指在潮濕或者濕度較大環(huán)境中，由于光纜護(hù)套內(nèi)與大氣之間存在一定氣壓梯度；隨著使用年限遞增、長期復(fù)雜環(huán)境變化以及外護(hù)套材料性能衰減在一定程度上都會(huì)使得潮氣或者水分子滲透過外護(hù)套并且逐步遷移。其表現(xiàn)為在長期使用中，空氣中含有一定水分與光纜外壁之間潛移默化作用，會(huì)逐步滲透外護(hù)套進(jìn)入光纜內(nèi)部，與光纜內(nèi)部金屬元件(腐蝕)產(chǎn)生電化析氫化學(xué)反應(yīng)，析出OH-或者H2分子；且與光纖中石英SiO2等其他含雜離子多次發(fā)生碰撞，使得氫或者氫氧峰值增大，導(dǎo)致光纖在1 310 nm和1 550 nm波段衰減越來越大，以至于使得光纖表面產(chǎn)生輕微裂紋，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致光纖斷裂；影響光纖長期傳輸性能穩(wěn)定性?？v向滲水是指在敷設(shè)過程中護(hù)套局部受損或者搭接處意外滲水，水分會(huì)沿著光纜徑向長度滲透，輕微會(huì)影響光纜光學(xué)傳輸性能；若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)進(jìn)入光纖接線盒、終端設(shè)備中，以至于阻礙整個(gè)通信線路信號(hào)傳輸。

1.2長期阻水模型

通常阻水材料(阻水帶、阻水紗、填充纜膏以及含吸水樹脂的芳綸紗、阻水玻璃紗)

遇水膨脹后會(huì)形成一種高粘性凝膠阻水流體。根據(jù)YD/T1115.1-2001標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定其使用壽命為20年，將3 m長光纜樣品A端接在水柱H=1 m帶有閥門水龍頭持續(xù)作用下，要求24 h后,B端無水滲出(如圖1)。

在該樣品中可將滲水現(xiàn)象等同于流體在圓形管道中流動(dòng)行為，即(如圖2)，流體長度為3 m,光纜外徑D(圓柱體流動(dòng)雙單元)，在該流體模型中存在以下恒等式：

(1)

(2)

式中(1)、(2)兩端水流壓力差為Fp1-p2;同時(shí)水流與護(hù)套內(nèi)徑壁之間以及水流層間摩擦力作用會(huì)存在內(nèi)應(yīng)力F′。

此時(shí)，通過牛頓粘性定律:

(3)

(4)

當(dāng)滲透進(jìn)入光纜通道中水量越大，則對(duì)阻水層粘度越大，通過式(4)可知對(duì)其時(shí)間T積分得到滲水長度S：

(5)

(6)

結(jié)合式(2)可知此時(shí)水流層間摩擦力作用會(huì)存在內(nèi)應(yīng)力F′：

(7)

當(dāng)該水流流量通過阻水材料時(shí)，此時(shí)阻水體積膨脹系數(shù)可表示為：

(8)

當(dāng)水流通道完全阻塞時(shí)，滲水結(jié)束，等效水力半徑re為：

(9)

2小結(jié)

就室外光纜長期阻水原理進(jìn)行初探，在阻水過程中需要常?？紤]材料的最大阻水凝膠大于外界水柱壓力；同時(shí)，也需要考慮阻凝膠與護(hù)套內(nèi)壁作用力大于外界水柱壓力；只有這樣方才能對(duì)長期滲水現(xiàn)象起到一定預(yù)防作用。

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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

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金(10576012、10674045)、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(60538010)；國家科技部“十二五”重點(diǎn)課題(2012BAD35B05)；湖南省教育廳學(xué)位辦項(xiàng)目(YB2010B024)

文章編號(hào)：1007-2934(2016)03-0024-03

中圖分類號(hào)：TN 05

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.003.008