探析影响光缆线路使用寿命因素

探析影响光缆线路使用寿命因素

韩振华谭学真杨庆华（65045部队，黑龙江哈尔滨

摘要：重点分析了影响光缆塑料外护层使用寿命、光纤使用寿命、光缆接头盒使用寿命的因素。

关键词：光缆线路；使用寿命；影响因素

光缆线路的使用寿命取决于光缆的使用寿命，同时还受光缆接续材料、施工工艺水平、敷设地域环境、土壤性质、平时防护措施等因素的影响。我们可从光缆防护材料使用寿命、影响光纤使用寿命、光缆接头盒使用寿命3个方面来探析影响光缆线路使用寿命的一些因素。

1关于光缆塑料外护层的使用寿命

光缆的聚乙烯外护层（PE塑料）是以聚乙烯树脂为主体，配置适量的增强塑料剂、稳定剂、润滑剂、抗氧剂、填充剂、着色剂等混合物而挤塑成为光缆外护层，聚乙烯是高分子热塑性材料，是耐化学腐蚀的，它耐酸（包括稀硝酸）、碱、盐、气体、水等的腐蚀。只有浓硝酸、发烟硫酸、醋醋、酮类、醚类、卤代烃类、芳胶等对它有腐蚀作用。另外，聚乙烯是高分子物质，有较强的凝聚力，水分子是很难浸透。

我们分析合成材料使用寿命的方法一般是以抗拉强度降低到40kg/cd或延伸率降低到50%作为合成材料可能弯曲脆裂的寿命终点，即用外推法分析评定光缆外护套的使用寿命。由于PE塑料是以PE树脂为主要材料添加适量的配合剂制成的混合材料，在使用中受环境因素影响，PE塑料外护层就会发生老化，硬度、抗拉强度增高。

因此，不能简单地用抗拉强度的变化情况来评定光缆外护层的使用寿命。当延伸率是随着使用时间的增长而逐渐降低的，用外推法分析延伸率的变化情况评估光缆外护套的使用寿命是比较符合实际的。

技术人员采用外推法对埋设18年的小铜轴通信电缆（试件与光缆塑料外护层为同一系列材料）进行了测试，推断出光缆PE塑料外护层使用寿命在100年以上，因此，在光缆PE塑料外护层完整无损和正常的稳定环境下，光缆的使用寿命是让人放心的。

2关于光纤的使用寿命

影响光纤使用寿命有3个关键因素：

一是光纤机械强度退化。

以石英玻璃为基础的光纤表面上总是会存在着微裂纹，受环境中的水和水蒸气分子对光纤表面的长期浸蚀，受敷设光缆时造成的光纤扭伤和不合理的敷设光缆时残留下来的应力作用，就会发生裂纹生长，但并不会立即断裂（因有包层的保护作用），只有施加应力达到裂纹的临界值时，光纤纤维才会断裂。如果光纤纤维承受到一个小于临界值的恒定力时，表面裂纹会发生慢的扩大，使裂纹的深度达到断裂的临界值，这就是光导纤维机械强度退化的过程。裂纹不断的扩大，光纤的机械强度就会逐渐退化。

二是光缆敷设环境造成的光纤机械强度的退化。

光缆敷设地域的地质发生变化，光缆在地下所受应力增大，施加在光纤上的应力也增大，光纤长期在应力作用下，就很容易拉断光纤或光缆。象在黑龙江地区，冬季气温非常低，若光缆没有埋设在冻土层以下，由于冻土的膨胀作用把光缆抬升，冻土融化后，泥土回缩恢复原貌，但抬升的光缆不能回缩恢复，这样年复一年，光缆抬升受的拉力就越来越大，时间久了拉力积聚到一定大时就容易拉断光纤，甚至拉断光缆。

另外，在敷设时还要尽量避免振动区域，如将光缆敷设在桥上，车辆通过桥梁时容易产生共振。光缆长期处在振动环境中，使光纤涂层的微小粒子脱落，致使光在传输中漏光和折射衰减，造成传输信号误码等；由于振动，光纤表面的微裂纹就会慢慢的扩大，致使裂纹深度达到断裂的临界值而断裂，光纤的使用寿命终止。

另外，光缆长期处在振动环境中，加速了塑料外护套中的PE树脂和添加剂的分解、裂变，从而也促进了光缆外护套的疲劳老化，缩短了光缆的使用寿命。

三是光缆接续也会影响光纤使用寿命。

光纤的接续是制约光缆使用寿命的瓶颈，近些年来发生的光缆断纤故障大部分都在接头盒处，原因都是接续造成的。因为光纤接续时要用酒精清除光纤上的油脂及附着物，容易造成光纤表面擦伤。两根光纤熔接后有个扭力；加固光纤接头的热可缩套管向接续点移动时，给光纤外加了一个扭力；在盘绕光纤余纤时发生扭折，由于给光纤施加这些力都比较小，当时用OTDR测试也很难发现故障，短期不影响光信号传输。但是随着时间的推移这几个力的叠加释放，或当光缆接头稍微受到震动，即会发生光纤断裂故障。

3关于光缆接头盒的使用寿命

光缆线路的接头盒一般具有较强的抗压、防裂、耐腐蚀和良好的密封性，试验室使用寿命指标是30年。实践中，光缆接头盒使用地域的土壤性质、土壤化学成份、地质性质、气候环境、接续操作技术水平等，也都制约着光缆接头盒的使用寿命。从近些年来光缆接头盒的使用情况来看，接头盒的故障率占光缆线路故障率的80%以上，这主要是由于接头盒密封性不好和光纤接续操作不当造成的。接头盒密封不好，潮气、水分子进入到接头盒，使接头光纤不但受到接续时造成的应力释放，而且又受到水和蒸气分子的浸蚀。光纤裂纹末梢受到应力的化学键和水发生化学反应生成了硅醇而使化学键断裂，而存在的水分子又进一步加强了裂纹末梢最邻近的那些化学键上应力的集中，并造成化学键的断裂。这种应力与水的联合作用就是所谓的应力浸蚀和静态疲劳。

应力浸蚀造成裂纹扩大的数学表达式为：

V=AKIn

V——应力浸蚀造成裂纹扩大的速度；

A——裂纹扩展系数；

KI——应力强度因子，它与裂纹末梢应力场强的大小有关；

n——疲劳参数，它是表征应力浸蚀的材料环境参数。

由于接头盒进潮，接头中的光纤受到水和水蒸分子的慢慢浸蚀，光纤的抗拉强度也随之降低，在光纤本身的应力或外来力的作用下造成光纤断裂。从我们10年维护实践的统计来看，接头盒更换率达到73%，有的通常是光缆线路在交付使用的第二年，就发生接头盒故障问题。若按此推算，光缆接头盒的使用寿命都低于30年，一般在17年左右。

影响光缆线路使用寿命因素很多，很多人为因素及自然界因素影响是可以避免或减小的，通常是我们在敷设前勘察设计和施工时避开不稳固、有腐蚀的地域，严格按照施工技术标准进行施工作业，加强日常维护管理，发现故障及时维修，就能使光缆本身的使用寿命得以延长。