تأثیر آب روی کابل فیبرنوری
کابل‌هـای فیبرنـوری عمدتـا در کانال‌هـا و مجراهایـی نصـب می‌شـوند که آب بنـدی نشـده‌اند. فیبرها بایـد بـه گونـه‌ای مؤثـر از رطوبـت و آب محافظـت شـوند تـا اعتبـار عملکـردی آنهـا تضمیـن شـود. در ایـن مقالـه، تأثیر آب روی کابل فیبرنوری شـرح داده می‌شـود. مـروری بـر روش‌های تسـت و اسـتانداردهای فعلـی نمـوده و همچنیـن بـه جنبه‌هایی که بایـد هنگام انتخـاب کابل فیبرنوری مناسـب در نظـر گرفـت؛ اشـاره می‌گردد.
وضعیت فیبرهای استاندارد سینگل مود
سال‌هاسـت کـه بیشـتر تولیدکنندگان کابـل و فیبر، کابلهای سـینگل مود خـود را مطابـق اسـتاندارد کیفیـت D.652.G, OS2 یا 3.B1 (تعریف شـده در (2008:50-2-60793 EN )تولیـد می‌کننـد. ایـن حقیقـت که چندین اسـتاندارد مختلـف بـرای فیبرهـای سـینگل‌مـود وجـود دارد بـه علت دخیـل بـودن گروه‌هـای استاندارسـازی بین المللـی در این حوزه اسـت. اتحادیـه بین‌المللـی ارتباطـات یـا ITU ،یک آژانس تخصصی سـازمان ملل اسـت کـه در کنار دیگـر کارها، اسـتانداردهای ارتباطـات جهانی را تعییـن می‌کنـد. IEC (کمیسـیون بین‌المللـی الکتروتکنیک) و همتای اروپایـی آن CENELEC (کمیتـه اروپایی هنجارسـازی الکتروتکنیک) اسـتاندارهایی بـرای کاربردهـای خصوصی تنظیـم کرده‌اند. اسـتاندارد 652.G توســط ITU تنظیــم شــد. CENELEC/IEC ایـن نـوع فیبرهـا را بـه عنـوان ”OS1 ”و ”OS2 ”در اسـتانداردهای مربـوط بـه کابل کشـی عمومـی و کاربـری عـام، 11801 IEC/ISO و 51073 EN DIN جـا داده اسـت. مقادیـر تضعیـف در اینجـا از آنچـه کـه در اسـناد IEC و CENELEC وجـود دارد و در ایـن اسـتاندارد (50-2-60793) معرفـی شـده، بالاتر اسـت. پارامترهـای 50-2-60793 IEC مشـابه پارامترهـای اسـتاندارد D.652.G ITU اسـت.
شکل۱. شرایط حاد: این کانال کاملا زیر آب قرار دارد.
جدول۱. مقایسه مقادیر تضعیف انواع فیبرهای SM
فیبرها با قله تضعیف کاهش یافته
بـر اسـاس دانـش عمومـی، یون‌هـای OH مسـئول افزایـش تضعیـف در فیبرهـای نـوری هسـتند، کـه بیشـترین اثـر را در 1383 نانومتـر (طـول مـوج رزونانـس آب، در منحنـی تغییرات بـه صورت قله دیده می‌شـود) از خـود نشـان میدهـد. در اولیـن فیبرهای سـینگل مود عرضه شـده (A.652.G و B–652.G ) دلیـل ایـن کـه چرا بازه طـول موج اطراف 1383 نانومتـر نمی‌توانسـت بـرای انتقـال اسـتفاده شـود همیـن قلـه تضعیـف بود. اکنـون بـرای یک دهه اسـت که فیبرهای سـینگل‌مـود (SM) فقط با کیفیت D.652.G تولیـد می‌شـوند. در اسـتانداردهای IEC نیـز هـر دو فیبـر OS1 ، SM ، و OS2، بـه عنـوان فیبرهـای مطابق بـا 2008:50- 2-60793 EN و تحـت کـد 3.B1 یا a_6.B شـناخته می‌شـوند. این امر به آن معناسـت که هر دو فیبـر OS1 و OS2 دارای قلـه تضعیـف کاهـش یافتـه در 1383 نانومتر هستند.
آنهـا عمومـا بـه عنـوان “قله آب کـم” و “قلـه آب صفر” معرفی می‌شـوند. مطابـق با اسـتاندارد 1-50173 EN تنها تفاوت بیـن فیبرهای نوع OS1 و OS2، تضعیـف حداکثـری آنهـا در طـول موجهـای 1310 ،1383 و 1550 نانومتـر اسـت. بـرای فیبرهـای نـوع OS1 تضعیـف حداکثـری km/dB 0.1 و بـرای OS2 ،km/dB 4.0 اسـت (بـرای تمـام طـول موجهـای ذکـر شـده).
جدول 2 .الزامات عملکرد برای فیبرهایSM ،مطابق با 2011:1-50173 EN DIN
(کابل‌کشی ساختمان با کاربرد معمولی)
استانداردهای تأثیر آب
دو اسـتاندارد مرتبـط بـا اثـر آب بـر روی فیبرهـای نوری موجود اسـت. اسـتاندارد 50-1-60793 IEC روش اندازهگیـری و رویـه آزمایـش “حـرارت مرطـوب” را پوشـش میدهـد. اسـتاندارد -1-60793 IEC 53 ” غوطـه‌وری در آب” را پوشـش میدهـد. در آزمایـش اول، فیبرهـا در معـرض عمـل حـرارت مرطـوب قـرار دارنـد (85 درجه سانتیگراد ،رطوبـت نسـبی محیطـی %85 ) در آزمایـش دوم، فیبرهـا در آب بـا دمای کنترل شـده ( 23 درجه سانتیگراد ) غوطـه‌ور می‌شـوند. هـردو آزمایـش 30 روز بـه طـول می‌انجامند،کـه در ایـن مـدت، افزایـش تضعیـف در هیچکـدام نبایـد از حـد معینـی فراتـر رود. اثـر دفـع کننـده محافظـت اولیـه، بـرای مثال، میـزان اثـر پوشـش فیبـر در برابـر نفـوذ آب، نیـز آزمـوده می‌شـود.
فیبرهای درمعرض خطر
اگـر یـک کابـل فیبرنـوری آسـیب دیده یـا بـدون سـرپوش‌های انتهایی نگه‌داری شـود، مهم اسـت کـه تأثیر آب روی کابل فیبرنوری نتواند بـدون مقاومت بـه درون کابل نفـوذ کنـد. ورود آب به درون یک کابل نوری ذاتا ناراحت کننده نیسـت، زیر لایه‌های مختلـف که عمدتـا از پلی‌اتیلن تشـکیل شـده‌اند، مقاوم در مقابـل آب هسـتند و تیوب‌هـای پـر شـده از ژلـه همـراه بـا پوشـش اولیـه و غلاف فیبـر، درجه بالایی از محافظت را بـه مرکز فیبـر ارائه می‌دهنـد. در نتیجـه ویژگی‌هـای انتقـال یـک فیبرنـوری، بـه خوبـی حفظ می‌شـود.
بـه هرحـال اگـر آب بتوانـد وارد مفصـل یا جعبـه اتصال شـود، در اینجا فیبرهـا، فقـط پوشـش اولیـه خـود و همچنین پوشـش نقطـه اتصال را بـرای محافظـت دارند و آسـیب به فیبر نباید غیرمحتمل شـمرده شـود، بخصـوص اگـر پوشـش فیبر مطابـق کیفیت قید شـده در اسـتاندارهای ذکرشـده در بالا نباشـد.
اگـر آب بـه درون متریال فیبرنـوری (SiO2) وارد شـود، افزایش غیرقابل برگشـت در تضعیـف رخ می دهـد. مولکول‌هـای آب همچنیـن وارد ترک‌هـای خیلـی ریـز فیبرهـا شـده، آنهـا را بزرگ‌تـر کـرده و بـه طـور چشـمگیری عمـر فیبـر را کاهـش می‌دهنـد. پس اینجاست که تأثیر آب روی کابل فیبرنوری کاملا مشخص می‌شود.
آب بندی طولی کابل
بـا توجـه بـه تأثیــر احتمالــی کـه رطوبت در کابل نوری می‌توانــد بـر روی فیبرها داشـته باشـد، جـای تعجـب نیسـت کـه ضـدآب بـودن طولـی، یکی از مهمتریـن پارامترهـای محیطـی بـرای کابل‌هـای نوری اسـت. مطابق با F5 2-1-60794 IEC یـک کابـل در صورتـی از نظـر طولـی، مقاوم در مقابـل آب در نظـر گرفتـه می‌شـود کـه آب فقـط قادر به نفـوذ در یک طول مشـخص در هسـته کابل باشـد.
سـالها پیـش، برای حفاظت کابل‌هـا از نفوذ آب ناشـی از اثر مویینگی و یـا حداقـل نگه داشـتن آن در حد مینیمـم؛ فضاهای خالی در سـاختار کابـل، بـا ژلـه نفتـی کـه ژلـی مشـابه وازلین اسـت، پر میشـد. بـا این حـال، ایـن راه حل دارای دو اشـکال اسـت: مادة پرکننده به شـدت قابل اشتعال است و نصب‌کننـده مجبـور اسـت ایـن ژل را دوبـاره از روی عناصـر کابـل بزدایـد؛ پروسـه‌ای وقت‌گیـر کـه نیازمنـد پاک‌کننده‌هـای مخصوصی اســت که در انتها باید به عنوان زباله‌های خطــرناک دفع شوند.
تولیدکننـدگان نـوآور کابـل روش متفاوتـی را بـرای بـرآورده کـردن نیازمندی‌هـای ضـدآب بودن طولی ایجـاد کرده‌اند. امـروزه تولیدکنندگان، در سـاختار کابـل از نـخ و نـوار قابل تورم جـاذب رطوبت اسـتفاده می‌کنند. اگـر کابـل آسـیب ببینـد، ایـن مـواد هر آبـی را که نفـوذ کرده باشـد جذب کـرده متـورم شـده و محـل آسـیب را می‌بندنـد. برخلاف پرکـردن بـا ژلـه نفتـی، مـواد قابـل تـورم در انتشـار آتش شـرکت نمی‌کنند. بـه عنوان نکتـه آخـر، بـا توجه به خشـک بودن ایـن مواد نیـازی به تمیز کـردن آنها به هنـگام نصب کابل نیسـت.
معمـولا تولیدکنندگان کابل قابلیت ضـدآب بودن طولی کابلهای نوری فضـای بـاز یا Outdoor خـود را در اسـتاندارد F5-2-1-60794 IEC، بـا روش B آزمایش می‌کنند، که شبیه‌سـازی‌کننده شـرایط سـخت‌تری اسـت. در حالـی کـه روش A نفوذ و تأثیر آب روی کابل فیبرنوری بـه درون یک کابل آسـیب دیده را توصیـف می‌کنـد، روش B رفتـار کابـل را هنگامی میسـنجد که آب قـادر بـه نفـوذ بـه یـک انتهـای باز باشـد کـه توسـط درپـوش انتهایی بسـته نشـده اسـت. معیار اصلـی که توسـط اسـتاندارد تعیین شـده این اسـت کـه گسـترش آب در کابـل نباید از سـه متـر در 24 سـاعت فراتر رود.
شکل 2 .آزمایش آببندی بودن مطابق با
استاندارد F5-2-1-60794 IEC روش A و B
فقدان استاندارد برای آببندی جانبی
مشـخصات فنـی قـراردادی معمولا الـزام می‌کننـد که کابـل فیبرنوری از نظـر جانبـی نیـز بـه خوبـی طولـی، مقـاوم در مقابـل نفوذ آب باشـد. بـا ایـن حـال، پارامتر “ضـدآب بودن جانبـی” که به نفـوذ آب یا رطوبت بـه درون کابل‌هـای سـالم اشـاره می‌کنـد، در هیـچ اسـتانداردی قـرار نمی‌گیـرد و در نتیجـه هیـچ روش آزمایـش مرتبطی با آن وجـود ندارد. دلیـل ایـن امـر آن اسـت کـه، احتمال کمـی بـرای نفوذ آب یـا رطوبت بـه کل تشـکیلات کابـل وجـود دارد. مثلا غلاف کابل، مـواد جاذب، دسـته‌های پلی‌اتیلـن، ژل پرکننـده دسـته‌ها، پوشـش اولیـه و غلاف فیبـر. علاوه بـر ایـن، نفـوذ و تأثیر آب روی کابل فیبرنوری از طریـق مـواد واسـط، همـواره یـک پروسـه انتشـار بسـیار طولانـی اسـت.
بـرای آزمـودن، بایـد بـه مـدت چندیـن سـال و تحـت شـرایط معیـن کابـل در معـرض عملکـرد آب اطـراف قـرار بگیـرد تـا بتـوان نتایـج معنـی دار بدسـت آورد. تنهـا اسـتثناء، روش آزمایــش F10 بـرای کابــل زیـرآبــی اسـت که شـرایط تأثیرگـذار بـر روی یـک کابـل در بسـتر دریـا را شبیه‌سـازی می‌کنـد. بـا ایـن حـال، ایـن روش کاملا غیرمرتبط بـا شـرایط موجود در سیسـتم‌های کانالـی اسـت، چرا کـه فشـار آب بسـیار متفاوت اسـت. کابل یونیورسال برای نصب زیرزمینی کابل‌هـای فضـای بـاز با یک روکـش HDPE ( پلـی اتیلن بـا چگالی بالا) بـرای دفـن کـردن مسـتقیم، بـه طـور مثـال در محیط‌هـای مرطـوب بسـیار مناسـب‌اند. ایـن مـاده سـازنده روکـش، بسـیار نفوذناپذیـر بـوده و در نتیجـه انتشـار معمـول آب از خـاک و از میـان روکـش بـه میـزان حداقل اسـت.
از طـرف دیگـر، روکش‌های کابـل یونیورسـال از پایه پلی‌اتیلن سـاخته شـده و حـاوی افزودنی‌هـای معدنـی هسـتند. پلی‌اتیلـن بسـیار قابـل احتـراق ولـی بـدون هالـوژن اسـت و هنـگام آتـش گرفتـن هیـچ گونه مـاده سـمی (خورنـده) آزاد نمی‌کنـد. افزودنـــی‌ها، رفتــار کابل‌هــای یونیورسـال را از طریـق تقویـت ویژگی‌هـای ضدشـعله، دود کـم و خـود خاموشـی، مربـوط بـه مـاده روکـش، بهبـود می‌بخشـند. اسـتفاده از روکـش LSZH/FRNC (ضدشـعله، غیرخورنـده، کـم دود، بـدون هالـوژن) مبتنـی بر این واقعیت اسـت کـه کابلهای یونیورسـال عمدتا بـا توجـه بـه کاربردشـان، درون سـاختمان‌ها نیـز اسـتفاده شـوند.
افزودنی‌هـای موجـود در مـواد روکـش می‌توانـد میـزان نفـوذ آب را در یـک کابـل یونیورسـال افزایـش دهنـد،
اگرچـه نفـوذ تـا مرکـز فیبـر، غیر محتمـل اسـت (بـه علـت سـاختار کابـل، خصوصـا بـه سـبب عناصـر قابـل تـورم در کابـل) و اگـر آب تا پوشـش اولیـه نیز نفـوذ کند، همچنـان بایـد وارد حفـاظ اولیـه فیبر شـود؛ که اثربخشـی آن بـا آزمون ageing hydrogen ،در هنـگام سـاخت فیبر آزمایـش می‌شـود. بـا ایـن حـال آسـیب طولانی مدت بـه فیبر نمیتواند غیرمحتمل شـمرده شـود. بنابرایـن برخـی از سـازندگان کابـل، عبـارت “مناسـب دفن مسـتقیم” را از برگه‌هـــای اطلاعـات مربـوط بـه کابل‌هـــای یونیورســال خود (فیبر نوری یونیورسال) حذف می‌کنند.
البتـه شـما می‌توانیـد یـک کابـل یونیورسـال را در زمین خشـک نصب کنیـد. امـا چـه کسـی می‌توانـد تضمیـن
بدهـد کـه درجـه رطوبـت در منطقـه و بـه تبـع آن انتشـار آب در کابـل، افزایـش نمی‌یابـد؟
شکل 3 .کابلهای نوری فضای باز به دلیل وجود ترکیبی از غالف HDPE ،عناصر قابل تورم و تیوبهای پرشده از ژل
تقریبا ضدآب هستند.
نصب درکانال
بـرای حفـظ ایمنـی، یـک کابل یونیورسـال هیچـ‌گاه نباید در شـرایطی نصـب شـود کـه احتمـال ورود آب بـه درون یـک کانـال یا مجـرا و به تبـع آن تمـاس طولانـی مـدت بـا آب، باشـد، در عوض باید یـک کابل Outdoor بـا روکـش HDPE اسـتفاده شـود. ورود آب می‌توانـد بـه سـرعت اتفـاق بیفتد.
در برخـی کشـورها کـه خیلـی از کانال‌ها از اجـزای بتنـی از پیش آماده سـاخته می‌شـوند، عمدتـا سـوئیس و گاهـا دانمـارک، فنالنـد، بریتانیا و ایتالیـا، ورود آب ممکن اسـت همـراه با افزایش بالای مقدار pH باشـد. روکش‌هـای HDPE در اینجـا به عنوان سـدهایی مؤثـر در برابر مقادیر بـالای pH عمـل می‌کننـد. کابلهای فیبرنـوری فضای بـاز از آنجا که ترکیـب روکـش HDPE ،عناصـر قابـل تـورم و رشـته‌های پرشـده بـا ژل، بهتریـن محافظـت را در برابـر تماس بـا آب ارائـه می‌دهند ضدآب طولـی و “ضـدآب جانبی تقریبی” هسـتند.
کابل‌هـای نوری فضای باز به همراه یک روکش اسـتیل کروگیت شـده بـا نـوار آلومینیـوم، بـه طور کامل نسـبت بـه آب خارجی مقاوم‌انـد، زیرا بـه گونـه‌ای نـادر، محکم بسـته شـده‌اند. اینجا نیـز هرگونـه تأثیر منفی ناشـی از رطوبـت درون کابـل، از طریـق مـواد قابـل تـورم و تیوبهای پرشـده بـا ژل، غیرمحتمـل می‌شـود. بـا این حـال، نصب‌کننـده باید در هنـگام قـراردادن کابل‌هـای با عنصر فلـزی، تـدارکات الزم برای زمین کـردن الکتریکـی آنهـا را انجام دهد.
آزمودن برای سهولت نصب در فضای باز
در ادامه ایـن سـؤال کـه، آیـا کابل‌هـای یونیورسـال برای دفـن و نصب در سیسـتم‌های کانالـی مناسـبند یـا خیـر؟ بایـد توجـه کـرد کـه قطعـا همـه کابل‌هـای یونیورسـال در آزمـون مربـوط به مناسـب بـودن برای نصـب در فضـای بـاز نیـز بایـد مـورد آزمـون پیرسـازی کـه فرسـایش تسـریع شـده را شبیه‌سـازی و آسـیبی که می‌تواند ناشـی از نور آفتاب، باران و شـبنم باشـد را بازسـازی می‌کنـد، قرار گیرنـد. در حین آزمایش، مـواد در معـرض سـیکل‌های متناوب اشـعة UV و رطوبـت در دماهای بـالای کنتـرل شـده قرار داده می‌شـوند. عمـل نور آفتاب بـا لامپ‌های فلوئورسـانت UV مخصوص و تأثیر شـبنم و باران با اسـپری رطوبت و یـا آب متراکـم، شبیه‌سـازی می‌شـود. در طـول چنـد روز یا چنـد هفته، آزمـون آسـیبی را بازسـازی می‌کنـد کـه ممکـن اسـت چند مـاه یا چند سـال طـول بکشـد تا در هـوای آزاد ایجاد شـود.
نتیجه گیری
کابل‌هـای فیبرنـوری یونیورسـال بـرای نصب در فضـای درون و بیرون مناسـب هسـتند. بـا ایـن حـال، بـه دلایـل ایمنـی، پیشـنهاد می‌شـود کـه کابل‌هـای یونیورسـال را مسـتقیم در زمیـن دفـن نکنیـد و یـا در کانـال – البتـه بـه اسـتثنای سیسـتم‌های کانالـی کابـل خشـک –قـرار ندهیـد. ترجیـح بـر این اسـت که کابلهای نـوری فضای بـاز که دارای روکـش HDPE هسـتند بـا توجـه بـه اینکـه ضـدآب طولی می‌باشـند و تـا حـدودی “ضـدآب جانبی” نیز تلقـی می‌گردند، برای دفن مسـتقیم و یـا در سیسـتم‌های مجرای کابلی اسـتفاده شـوند کـه در معرض خطر نفوذ آب هسـتند یا در آنها آب سـاکن دائمـی وجود دارد.
این مقاله توسط مهندس محمدعلی مساواتی نوشته شده و در مجله سیم و کابل منتشر شده است.
