KABLE SPECJALNE

Nie można stworzyć dobrej wiązki światłowodowej do zastosowań specjalnych nie dysponując odpowiednimi kablami. Światy kabli telekomunikacyjnych i kabli do zastosowań specjalnych są kompletnie różne, a to powoduje, że konstrukcje ich są zupełnie inne.
Specjalne kable światłowodowe są stosowane najczęściej w do budowania sieci tymczasowych takich jak :

• sieć łączności na polu walki,
• przekazywanie sygnałów z kamer TV (HDTV) do wozu transmisyjnego w czasie imprez sportowych,
• dostarczanie i odbieranie sygnałów sterujących od maszyn górniczych na polach wydobywczych (maszyny przemieszczają się ze względu na wydobywany urobek),
• połączenie statków z nabrzeżem portowym,
• transmisja sygnałów audio w czasie koncertów muzycznych itp.

Zasadniczym wymaganiem we wszystkich tych aplikacjach jest elastyczność - kabel musi być wielokrotnie zwijany i rozwijany, musi swobodnie i płasko układać się na rozwijanej powierzchni a przy tym wszystkim nie tracić swoich parametrów transmisyjnych po kolejnych zwinięciach. Ponieważ sieci w wyżej wymienionych aplikacjach wymagają rozwijania w każdych warunkach klimatycznych krytyczną sprawą jest też utrzymanie elastyczności bez względu na temperaturę otoczenia.

Stosowane w sieciach telekomunikacyjnych kable żelowane z luźną tubą są najgorszym z możliwych rozwiązań dla tego rodzaju aplikacji. Ich „rurkowa” budowa powoduje znaczne ograniczenie elastyczności. Równoległy układ kilku rurek z centralnym elementem nośnym komplikuje mocowanie kabla w złączach a ponadto powoduje, że włókna optyczne są oddalone od części centralnej kabla, przez co narażone są na większe naprężenia przy zginaniu kabla (np. przy nawijaniu na bębny). Kwestia ściekającego żelu i pociągającego za sobą w dół włókno światłowodowe (ang. axial migration) dyskwalifikuje je w zastosowaniach, gdzie występuje duże nachylenie – szyby kopalń, wysoka burta statku – nadbrzeże portowe itp.

Kable ze ścisłą tubą (bezżelowe) są najlepszym rozwiązaniem dla tego rodzaju zastosowań. Ich ścisła struktura nadaje się najlepiej do przenoszenia dużych naprężeń osiowych (rozciąganie/ściskanie) jak i promieniowych (miażdżenie) przy zachowaniu bardzo małej średnicy i idealnej ochrony przed wnikaniem wilgoci do wnętrza kabla. Zachowują one bardzo dużą elastyczność i żywotność przy częstym zginaniu, mogą więc być (bez szkody dla ich parametrów transmisyjnych) wielokrotnie nawijane i rozwijane z bębnów. Kable ze ścisłą tubą bardzo dobrze nadają się do instalowania na nich złącz światłowodowych przeznaczonych do pracy w ciężkich warunkach. Aby lepiej zrozumieć omawiane dalej zalety należy teraz przedstawić dwie zasadnicze struktury w jakich występują kable bezżelowe:

Struktura kabli do zastosowań specjalnych.

Kable dystrybucyjne (mini-breakout) tworzy wiązka rozdzielnych włókien światłowodowych o średnicy 125µm, z których każde pokryte jest tworzywem akrylowym chronionym przez bufor (ścisłą tubę) o średnicy 90µ m. Osłonę włókien w buforach stanowią włókna aramidowe (tzw. kevlar) będący jednocześnie elementem wytrzymałościowym kabla. Całość jest osłonięta powłoką zewnętrzną wykonaną najczęściej z poliuretanu. Atutami takiej konstrukcji są małą średnica, mniejszy promień gięcia i niższa waga. Centralne umieszczenie włókien światłowodowych powoduje, że przy zginaniu kabla znajdują się w strefie neutralnej a więc siły rozciągające (występujące we włóknach znajdujących się po zewnętrznej stronie łuku) i ściskające (występujące we włóknach znajdujących się po wewnętrznej stronie łuku) są dużo mniejsze od sił występujących w powłoce kabla.

	Fot. 1. Rzeczywisty wygląd militarnego kabla światłowodowego o strukturze dystrybucyjnej		Fot. 2. Rzeczywisty wygląd militarnego kabla światłowodowego o strukturze breakout

	Rys. 1. Struktura militarnego kabla dystrybucyjnego.		Rys. 2. Struktura militarnego kabla dystrybucyjnego.

Kable break out (rozdzielczy) składa się z wiązki cienkich, jednożyłowych modułów (sub-kabli). Każdy sub-kabel składa się z jednego włókna światłowodowego pokrytego tworzywem akrylowym, na który nałożony jest bufor o średnicy 900µm. O wytrzymałości mechanicznej decydują włókna ar amidowe, niezależne dla każdego sub-kabla. Każdy sub-kabel ma swoją powłokę. Wiązka sub-kabli wzbogacana jest o wypełniacze (jeżeli są konieczne – zależnie od liczby włókien) utrzymujące prawidłową geometrię kabla i ewentualnie włókna ar amidowe zwiększające wytrzymałość i zamykana wspólną powłoką zewnętrzną wykonaną najczęściej z poliuretanu. Atutami takiej konstrukcji są większa wytrzymałość na rozciągnie, większa wytrzymałość na miażdżenie, łatwiejsze rozplatanie kabla i zaprawianie złącz.

Inne cechy różniące kable specjalne od standardowych kabli światłowodowych:

	Rys. 3. Helikalne i równoległe ułożenie włókien w kablu.		Fot. 3. Rzeczywisty wygląd kabla z heliakalnym ułożeniem włókien

Jedną z głównych różnic pomiędzy budową kabli do zastosowań „cywilnych” i kabli do zastosowań specjalnych jest helikalne skręcenie włókien (sub-kabli). Włókna skręca się ze sobą tak jak włókna w linkach nośnych – dzięki temu każde z włókien układa się w linię śrubową zwaną helisą. Przy takim układzie włókien (sub-kabli) w czasie działania siły rozciągającej włókna są dociskane do siebie i do centrum kabla. Sprzyja to następującym zjawiskom:

• przekazaniu naprężeń na sąsiednie włókna (sub-kable), co powoduje równomierne obciążenie wszystkich włókien;
• utrzymaniu zawsze okrągłego przekroju poprzecznego kabla nawet przy jednoczesnym działaniu dużych sił promieniowych (zginających). To z kolei zapewnia minimalną powierzchnię styku z powierzchnią, przez którą przeciągany jest kabel, co minimalizuje ryzyko uszkodzenia powłoki kabla oraz ogranicza tarcie;
• zwiększeniu elastyczności kabla i zachowaniu izotropowości elastyczności (żaden kierunek zginania nie jest uprzywilejowany);
• w trakcie zginania kabla skręcone heliakalnie włókna (sub-kable) znajdują się raz w strefie ściskanej, a raz w rozciąganej, co również korzystnie wpływa na rozkład naprężeń we włóknie

Aby powyżej opisane cechy ujawniły się w kablu współczynnik helisy musi być odpowiednio krótki (włókna powinny być mocno skręcone). Przy delikatnym skręceniu włókien w kablu wyzej opisane zjawiska zachodzą w znacznie mniejszym stopniu.
Najprostszym, intuicyjnym, wyjaśnieniem dlaczego włókna (sub-kable) powinny być spiralnie skręcone jest odwołanie się do naszej intuicji – czy wspinając się na górski szczyt wolelibyście być asekurowani okrągłą, mocną linką czy też wisieć na setkach biegnących obok siebie, cienkich włókienek (choćby ich było tyle samo lub więcej niż w okrągłej lince)?

	Fot. 4. Porównanie powłoki nakładanej wysokociśnieniowo (lewy) z powłoką zwykłego kabla światłowodowego (prawy)

Kolejną istotną różnicą pomiędzy zwykłym kablem światłowodowym a kablem do zastosowań specjalnych jest wysokociśnieniowo nakładana powłoka (Core-Locked™). Materiał powłoki nakładany pod wysokim ciśnieniem wypełnia wszelkie szczeliny pomiędzy helikalnie skręconymi sub-kablami. Dzięki temu kabel zyskuje następujące cechy:

• bez względu na narażenia mechaniczne jakim poddawany jest kabel (zginanie, skręcanie, rozciąganie) sub-kable pozostają na niezmienionej pozycji i utrzymują stały współczynnik helisy (skręcenia);
• brak możliwości wzajemnego przemieszczania się modułów powoduje, że cały kabel może być traktowany jako jedna struktura mechaniczna. Umożliwia to między innymi proste zawieszanie kabla w miejscach pionowej instalacji za pomocą samozaciskowych siatek (ang. Kellems® grips) zakładanych bezpośrednio na zewnętrzną powłokę kabla (tzw. „pończoch”). Cecha ta ma fenomenalne przełożenie na „samonośność” kabla w instalacjach pionowych – w przypadku kabli nieopancerzonych mocując kabel w jednym punkcie na szczycie można go opuścić w dół na głębokość ponad 1km, bez obawy, że urwie się pod własnym ciężarem;
• zapobieganie przekroczeniu minimalnego promienia gięcia kabla (nawet na bardzo ostrych krawędziach);
• ograniczenie przestrzeni w jaką może wniknąć woda w przypadku uszkodzenia powłoki zewnętrznej

Podsumowując: jak zawsze „diabeł tkwi w szczegółach”. Dwa kable światłowodowe wyglądające na pierwszy rzut oka podobnie mogą się diametralnie różnić w swych parametrach poprzez odmienną technologię wykonania. Wybierając kabel do specjalnych zadań zadbajmy o to, aby nie użyć wyrobu, który ledwo radzi sobie z dochowaniem parametrów w normalnych warunkach eksploatacji. Tylko doświadczony producent jest w stanie dostarczyć kabel, który nie zawiedzie w krytycznym momencie.