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1、光缆结构优化新思路冒兵（江苏省邮电设计规划院有限责任公司网络院院长）李经春 （信息产业部光通信产品质量监督检验中心主任）谢圣明 （上海高人得光电线缆有限公司）摘 要：本文详述了气候要素和光缆结构参数之间的关系。从适应环境和应用需求出发，提出了光缆的结构优化的新思路。同时，还列举了一种优化结构的光缆。关键词：气候异常 风速 结冰 地震 电杆 光缆 光缆重量 光缆外经一、前言近年来我国部分地区气候异常，因暴风雨雪、冰凌等恶劣天气，光缆经常被拉断， 造成大面积通信中断。随着全球性气候变化的加剧，今后这种异常的气候还会发生，甚 至更加严重。同时随着原材料价格的大幅上涨、光缆铺设的平民化、地上杆路和地下
2、管 道资源日趋紧张，如何进一步降低建设成本、提高各种管线资源的利用效率，成为各电 信企业需要研究的课题。这就给整个通信光缆的设计提出更高要求，也就是说光缆结构 需进一步的优化。二、气候要素和架空光缆结构参数的关系1、吊线和气侯条件及光缆结构参数之间的关系为简单计，假定相邻两电杆其顶端高度一样。吊线（钢绞线）应力S按式2-1计算。S=qL2/8f l+16f2/L2（l+2x/L）2 1/22-1最大应力在 x=0 和 x=L 处,此时：S =qL2/8f （1+16f2/L2） 1/22-2max式中:S 最大应力,单位：NmaxL-跨长, 单位： mf-垂度, 单位： mq均布荷载，N/m，
3、包括钢绞线、光缆自重荷载q、裹冰荷载q和风荷载q ,1 2 3q= （q+q）2+q 2 1/2I.22-3123其中：q =n ba a (d+ba a )y.l0-62-42 1 2 1 2式中：q 单位长度上的裹冰荷载(kN/m)2b一基本裹冰厚度(mm)，基本裹冰厚度根据当地离地10m高度处的观察资料d光缆、吊线的直径(mm)a-与光缆、吊线直径有关的裹冰厚度修正系数1a-覆冰厚度的高度变化系数2y-裹冰密度，一般取 9kN/m3q=w Xu Xu XB XAX 1.42-53 0 s z 2式中：q -风荷载,kN/m3w 基本风压,kN/m2；; w =v2/1600,v为风速，单
4、位是:m/s 00u s-风荷载体型系数,取 1.2A-裹冰后等效截面宽度；采用光缆挂钩时,等效截面宽度为吊线裹冰后直径与光缆裹冰后直径之和B -风振系数，根据钢绞线距离地面的高度在1.0-1.2 取定2u -风压高度变化系数 z2、电杆强度和气侯条件及光缆结构参数之间的关系通信用电杆强度是指电杆出土位置的负载弯矩M,按式2-6计算：M=M+M+M2-6123式中：M-电杆出土处的负载弯矩(kN.m)M 电杆因架挂的光缆及吊线受风压产生的弯矩(KN.m)1M 电杆自身受风压产生的弯矩(kN.m)2M 由于悬挂物风荷负载及自重作用的电杆挠度而产生的附加弯矩(kN.m)3M=P X h(kN.m)
5、2-71 1 1P =u u w B n X(d+2b) + n X(d+2b) XL2-81 s z 031122式中：P电杆上光缆及吊线上风荷载的水平合力(kN)1u =1.2su -风压高度变化系数zw-基本风压,kN/m2； w=V 2/1600, V为基本准风速度,单位是:m/s.0 0 0 0B -风振系数, 根据绞钢线距离地面的高度在1.0-1.2 取定3b一裹冰厚度(m) n - 电杆上架挂光缆数量1n - 电杆上架挂吊线数量2d电杆上架挂光缆外径(m)1d 电杆上架挂吊线外径(m)2h 水平合力点距离地面高度(m)1L-杆档距离(m)一般来说，M和M较小，2-6直接用2-7表
6、示： 23M=(1.05-l.l) XM2-91式中系数在 1.05-1.1 取定,电杆较高时取 1.1。从 2-4 和 2-8 可以清楚地看出，光缆重量和光缆外径对吊线和电杆承载能力影响最大。光缆外径越大，风荷负载和裹冰负载同时增加。因此必须设计一种既能能有效减轻重量、减少外径，又能使传输性能和机械性能满足国家、部和行业标准的的光缆结构。三、典型的光缆优化结构如前所述，影响架空吊线应力和电杆扭矩的光缆参数是光缆重量和光缆外经。所以 光缆结构优化的方向是在保证光缆质量符合标准的前提下，尽量减轻光缆重量和缩小光 缆外经。图 1 是这种优化的典型结构：护纤膏松套管非金属加强带(管)光纤或光纤带图1
7、表 1 GYFXTY 12 芯光缆的结构参数名称束管外径束管厚度加强带（管）厚护套厚度光缆外径光缆重量(mm)(mm)度(mm)(mm)(mm)(kg/km)参数30.50.71.06.435这种光缆的结构特征：1、是全介质的。在其中，采用了非金属加强带（管），它主要起防潮、加强和抗侧 压等作用；正因为在这种光缆是全介质的，（1）不会遭雷击；（2）也不会因磷化钢丝或钢带的 氧化而使光纤遭受氢损，从而造成光缆的传输损耗大幅增加；（3）在强电磁场的环境下 也能使用；（4）在国外被普遍采用，已出口乌克兰、匈牙利、西班牙、丹麦、印度、尼 日利亚等多个国家；2、在光缆结构不变的情况下，选择不同类型的非金
8、属加强带（管），可生产出不同 柔度的光缆，可广泛应用于室内室外；3、结构紧凑，如图 1 所示，松套管、非金属加强管和护套是一有机整体。所有材 料都是各向同形地最大限度地保护中间的光纤，没有一点材料浪费；在低温时，无护套 和束管收缩；4、所有性能指标符合室外用中心束管式光缆的信息产业部标准 YD/T769-2003 和国 家广播电影电视总局标准 GD/T130-1997。表 2 几种光缆（以 12 芯为例）的结构参数和经济性的比较型号外径重量经济性非金属光缆10. 585! 30%层绞式光缆9. 5105! 10%-20%中心束管式光缆9100! 5%-10%优化光缆（GYFXTY）6. 435
9、光缆建设成本! 50%四、光缆特点通过与传统结构光缆比较，发现这种光缆（GYFXTY）具有以下特点:1. 结构尺寸小。和传统结构相比，体积缩小 60-70%。2. 重量轻。和传统结构相比，重量减少 60-70%。3. 耐候性能好、高低温性能优异；在低温时，无护套和束管收缩，适合北方地区使用4. 机械物理性能良好（见图 2 和图 3）。1.0000.800Cable Strain (%) vs. Force (N)0.6000.2000,400 1503004506007509001050 1200 135015000.0000图 2 光缆拉伸试验5光纤拉伸应变图3+Q. 6()0-C.300S
10、OWER (dB) v N-C.QOO也1丄No L3-C=00STRAIN (%) v NIVkQQ1QQ01200200严5. 防鼠、防蚊、防弹。6. 柔软，弯曲性能好。7. 是全介质光缆，不会遭雷击。在南方地区使用，优势明显。8.抗侧压性能优良（见图4）,抗侧压$4500N/10mm （标准：$1500N/10mm）,可以直 埋敷设。在地震时不容易损坏。4. ft t nnPOWER (dBJ v N+0.050+o.onn*00O當 1 i J 1J J1*483 a 1 w 22八 W 1 J 1 d 3,=-J 4 .丄亠U.100 如l580100015802000250G300
11、03500图4抗侧压试验9.接续方便，便于施工。无需象 GYXTW 或 GYTA 或 GYTS 那样，要把钢丝和钢带剥出固 定和电气断开，而是直接固定护套。无论是采用卧式还是立式接头盒，一般可节省接续 时间 50-60%，减轻劳动强度 60-70%；并且，现有的这两种接头盒就可使用。 10.节约敷设成本和资源。*架空敷设时，若采用缠绕法敷设工艺，可使用小一个规格的架空掉线，一般可节省 敷设成本450元/KM；*可节省约 40%以上对管道空间资源的占用，提高管孔的利用率，降低管道投资； *小跨距时，可以自承；五、结论综上所述，光缆轻量化、小型化、非金属化将成为一种趋势，可以减少对吊线、杆 路的张力和应力，减少对杆路、管道资源的占用，提高资源利用率。这种新的结构的光 缆抗侧压性能好，可以大大节省原材料，降低采购成本。特别适合在FTTH进程中使用， 既降低造价，又节省管道占用，网络安全性、灵活性大大提高。在我国大力提倡节约型 经济的今天，这种光缆就更显其优势了。
