Сети FTTH районов индивидуального жилья на основе микротрубочной канализации

Микроканализация (микротрубочная канализация) является альтернативой стандартной канализации для сетей FTTH и получает все большее распространение в Европе. Основная идея – оптическое волокно очень компактно и для его прокладки можно обойтись каналами диаметром меньше сантиметра.

Основные отличительные черты микроканализации следующие:

• Микротрубочная канализация имеет для каждого кабеля или модуля индивидуальную трубку. Каждая трубка или пустая или с одним оптическим кабелем (модулем); два и более кабеля (модуля) в канале не допускаются.

• Диаметр канала микроканализации более чем на порядок меньше диаметра канала стандартной канализации.

• Трубки можно маршрутизировать по сети в обслуживаемых смотровых устройствах (микротрубочная муфта в колодце, муфта на опоре, шкаф, пенал) в периоды строительства и эксплуатации или в необслуживаемых подземных микротрубочных муфтах или коробах во время строительства.

• Микроканалы заканчиваются в оптических шкафах, пеналах, панелях, муфтах, на абонентской розетке или абонентском терминале.

• Прокладка кабелей или модулей в трубках микроканализации производится большими длинами (до километра и возможно более) методом пневмопрокладки (задувки) без предварительной заготовки каналов кордом для протяжки.

• Микротрубки могут укладываться в виде пучков или применяться в виде микротрубочных кабелей.

• Микротрубочная канализация решает многие неудобства стандартной канализации:

  • не требуется прямолинейности участков между смотровыми, соединительными устройствами и устройствами ветвления;

  • микроканализация может залегать выше глубины промерзания;

  • для микроканалов легко обеспечивается полная герметичность, нет необходимости соблюдать уклоны;

  • имеется возможность максимально уменьшить вдоль трассы количество обслуживаемых смотровых устройств путем их замены на необслуживаемые устройства, закрываемые грунтом, и сохранив возможность доступа к каналам только на ее концах;

  • микроканализация и оптические кабели (модули) в ней могут быть выполнены в диэлектрическом варианте и безопасно залегать вблизи силовых кабелей.

Микротрубочная канализация обладает и базовыми чертами стандартной кабельной канализации:

• сопрягается со смотровыми устройствами;

• позволяет укладывать или удалять кабели (модули) в любое время;

• ремонтируется по месту повреждения;

• достраивается и разветвляется по мере развития сети (но трубки – индивидуально для каждого маршрута одного кабеля).

Компоненты микротрубочной канализации

Микротрубки. Микротрубочная канализация состоит из микротрубок, отдельных или собранных в виде кабелей или пучков, устройств маршрутизации трубок – коробов, шкафов, муфт, фитингов для соединения или терминирования трубок и терминальных устройств оптической сети, в которых кабели (модули) выходят из микроканалов и поступают на стандартные элементы сети для управления маршрутами волокон. Микротрубки – название условное. Площадь сечения внутреннего канала самой тонкой трубки примерно в 1000 раз меньше площади сечения канала обычных труб стандартной кабельной канализации. Правильнее их было бы называть мили-трубки, но сложились общепринятые названия – микротрубки и микроканализация.

Существуют различные стандарты для трубок микроканализации (внешний/внутренний диаметры):

• тонкостенные трубки – 4/3, 5/3.8, 7/5.5, 10/8, 12/10 мм;

• толстостенные трубки – 7/4, 12/8, 14/10 мм;

• тонкостенные трубки из пластика LSZH (малодымный, безгалогеновый пластик) для прокладки по зданиям и коллекторам – 4/3, 5/3.8 мм.

Трубки внутри имеют скользящий слой или продольную зубчатую структуру внутренней поверхности для уменьшения коэффициента трения с кабелем и должны выдерживать давление больше 10 атмосфер.

Тонкостенные трубки укладываются в грунт в виде кабелей с упрочненной внешней оболочкой. Толстостенные трубки могут укладываться в грунт напрямую или в футлярах из тонкой п/э оболочки или текстиля. Существует исполнение многотрубочных кабелей для прокладки в каналы стандартной кабельной канализации – тонкостенная внешняя оболочка и исполнение для прокладки внутри зданий – LSZH, и оболочка и трубки. Возможна сборка многотрубочных «кабелей» во время строительства – укладка в грунт ЗПТ и затем протяжка в них пучка трубок. Стандарты малых диаметров (тонкостенные трубки – 4мм, 5 мм или толстостенные – 7мм) рассчитаны на прокладку оптических модулей (2-12 волокон), а стандарты больших диаметров (тонкостенные 7-12 мм, толстостенные 12мм, 14 мм) на прокладку кабелей (обычно до 48 волокон, но для больших диаметров трубок имеются кабели 72, 96 и 144 волокна).

Микротрубочные кабели существуют во множестве вариантов исполнения.

• Для тонкостенных трубок (рис. 1а):

  • упрочненная внешняя оболочка для укладки непосредственно в грунт,

  • тонкая внешняя оболочка для укладки в каналы стандартной кабельной канализации,

  • бронированная внешняя оболочка,

  • упрочненная или тонкая внешняя оболочка в диэлектрическом исполнении (в качестве водоблокирующей ленты используется текстильная лента с набухающим от воды порошком),

  • LSZH оболочка (трубки тоже из LSZH пластика),

  • подвесные кабели с вынесенным силовым элементом для воздушной прокладки.

Рис. 1. Варианты микротрубочных кабелей с тонкостенными трубками (а), толстостенными трубками (б).

• Для толстостенных трубок (рис. 1б):

  • круглые кабели с тонкой пластиковой оболочкой,

  • плоские кабели с тонкой пластиковой оболочкой,

  • пучки в текстильной оболочке,

  • пучки, связанные кордом.

Как правило, кабели содержат трубки одного диаметра, количество которых позволяет иметь плотный пучок. Это сборки из 1, 2, 4, 7, 12, 19-ти трубок. Конструкция из 24-х трубок содержит дополнительную центральную трубку большего диаметра. Интересны гибридные сборки из трубок разных диаметров, например 2 трубки по 8мм и 8 трубок по 5мм. Такие конструкции позволяют совмещать магистральные каналы для кабелей с большим количеством волокон и участки распределения маловолоконными модулями.

Интересную возможность дает модернизация многопарных телефонных кабелей под оптику с применением технологии удаления медных жил. Свободный канал в оболочке кабеля после удаления «меди» (длина 50-100 м) заполняется пучком микротрубок или в него вводится микротрубочный кабель с тонкой внешней оболочкой. Старый «медный» кабель преобразуется в микротрубочную оптическую канализацию. В колодцы устанавливаются короба соединения или муфты маршрутизации микротрубок, что позволяет иметь реконфигурируемую микроканализацию.

Устройства сочленения, маршрутизации – это короба и герметичные муфты (рис. 2). Для микротрубок не обязательно, чтобы муфта, в которой от кабеля отводится часть трубок, была герметичной. Важно чтобы в короб не попадала грязь. Даже вмороженные в лед микротрубки выполняют свое назначение и защищают оптические кабели. Герметичные муфты позволяют блокировать попадание воды между трубками и продвижение ее вдоль кабелей. В этом нет большой необходимости, но такие муфты позволяют содержать соединения трубок в чистоте и сухости и обслуживать муфту в любое время года, если потребуется. Считается, что короба и муфты ветвления необслуживаемые, но доступ в них может потребоваться при реконфигурации сети.

Рис. 2. Для тонких трубок: разветвительная муфта (а) и Y-ответвительный короб (б); ответвление толстых трубок без защиты (в).

Устройства сочленения, маршрутизации трубок, если они используются для кабеля, уложенного в грунт, также закрываются грунтом. В этом есть большое преимущество перед стандартной канализацией – нет люков, но теряется гибкость. Если такие устройства расположить в стандартных колодцах или установить в виде уличных шкафов, то в этом случае трубки можно оперативно переключать, выдувая и задувая вновь в них кабели. Для толстостенных трубок применение коробов для маршрутизации не обязательно. Трубка может быть выделена из продольного разреза оболочки, разрезана, один конец заглушен, а другой соединен с отходящей трубкой упрочненным соединителем или место соединения защищается отдельно. В этом случае особенно удобны плоские кабели. Для ремонта кабелей можно использовать кусок ПНД трубы и термоусаживаемые трубки (ТУТ). Перед ремонтом и труба и ТУТ надеваются на один из концов. После сочленения трубок гильзами, которые должны располагаться с взаимным смещением, ПНД труба и ТУТ надвигаются на участок сочленений; ТУТ обсаживается термофеном. Этот способ можно использовать для доукладки однотрубочных абонентских кабелей, предварительно выведенных из разветвительных коробов или муфт и подведенных к границам участков потенциальных абонентов. Важно отметить, что разветвительные короба и муфты имеют специальную конструкцию и собираются на кабеле из частей так, чтобы можно было не резать транзитные трубки.

Соединительные гильзы. Трубки соединяются и закрываются на концах специальными гильзами, которые имеют механизм, самоблокирующийся при повышении внутритрубочного давления (рис. 3). Если внутреннее давление воздуха совпадает с наружным, то трубку можно легко вставить и извлечь из гильзы. Эту операцию можно делать в любом месте – в траншее при ремонте, в кабельном колодце, у абонента в доме. Для ввода в оптическую муфту применяются водоблокирующие вводные гильзы, не пропускающие воду, если из-за повреждения она окажется в трубке. Для абонентского подключения ставят газоблокирующие гильзы со специальным механизмом для обжатия модуля (кабеля) проходящего через него. Это исключает попадание газов из микроканализации в дом абонента. Есть переходные гильзы, состыковывающие трубки разных диаметров или разных стандартов. Для толстостенных трубок применяют упрочненные гильзы; соединения ими можно располагать непосредственно в грунте.

Рис. 3. Гильзы: соединительные (а), терминальные (б), упрочненные (в), водоблокирующие (г), газоблокирующие (д).

Терминальные устройства . Микротрубки перебрасывают волокна между оптическими пассивными узлами. Например, распределительный узел сети PON исполнен на оптической муфте со сплиттерами, и от нее трубки расходятся в дома абонентов, в которых они вводятся в оптическую абонентскую розетку. В другом случае, в качестве распределительного узла выступает оптический уличный шкаф или пенал (рис. 4).

Рис. 4. Оптический уличный пенал. Все микротрубочные кабели подходят снизу через пьедестал.

Для терминации микротрубочных кабелей можно использовать стандартные оптические муфты, лишь бы в них были вводы, совместимые с диаметром кабеля. Некоторые производители муфт выпускают специальные линейки продуктов для микротрубок (рис. 5).

Рис. 5. Специализированная оптическая муфта с портами для ввода микротрубочных кабелей и индивидуальными сплайс кассетами для задувных модулей.

Если применяются модули, то в муфтах и шкафах микротрубки соединяются через наконечник водоблокирующего коннектора с гибким кембриком для провода модуля в сплайс-пластину. Для ввода микроканализации в дом используются специальные вводные комплекты (рис. 6). Как правило, на вводе в дом устанавливается газоблокирующий соединитель трубок, а в доме прокладывается трубка из пластика LSZH.

Рис. 6. Абонентская розетка с вводом в дом и пеналом для газоблокирующей гильзы.

Кабели и модули. Для укладки в микроканализацию применяются специальные диэлектрические кабели и модули. Маловолоконные кабели, как правило, имеют конструктив с центральной трубкой и прокладываются в микротрубках, начиная с 4-х мм диаметра внутреннего канала. Многоволоконные кабели имеют модули, повитые вокруг центрального силового элемента. Есть конструкции с центральной трубкой с «ленточными» сборками волокон. Кабели могут иметь емкость до 144 волокон (для трубок 12, 14 мм), но в большинстве проектных решений достаточно ограничиться волоконностью до 48 (трубки от 7мм). Для модулей – ограничение 12 волокон, но диаметры трубок значительно меньше – 4/3 и 5/3.8 мм тонкостенные, 7/4 мм толстостенные. Для сетей доступа FTTH решение на тонких трубках с модулями выгоднее: многотрубочные кабели тоньше, а абоненту не нужно иметь более 4-х волокон. Модули бывают в двух исполнениях: волокна в акрилате с мягкой внутренней и жесткой внешней акриловой оболочкой с микросферами и волокна в гибкой плотной трубке с небольшим количеством скользкого геля между ними. Акрилатные модули имеют волоконность 2, 4, (6) и 8 (рис. 7). В гибкой трубке (гибкий буфер) обычно 8 или 12 оптических волокон.

Рис. 7. Задувный оптический модуль:(а) с 4 и 2 оптическими волокнами (третий элемент – рип-корд) (волокна в плотном буфере), (б) модуль с оптическими волокнами в гибкой плотной трубке.

Модули поставляются длинами до 6км в специальных пластиковых канистрах, в которых они уложены вокруг центрального цилиндра канистры наслаивающимися петлями. В процессе монтажа витки модуля выходят вверх из неподвижной канистры. Интересно отметить, что на канистру с волокном через специальную цилиндрическую вставку можно надеть пустую канистру и систему из двух канистр перевернуть, сделав доступ, таким образом, ко второму концу модуля для смотки. Это позволяет производить задувку единого отрезка модуля из центральной точки в две стороны, увеличив строительную длину в два раза (до 2 км вместо ограничения 1 км при задувке с одной стороны). Есть специальное устройство – «койлер», сматывающее модуль в канистру. Применение такого устройства позволяет иметь неразрывные длины до 6 км, но для сетей FTTH это вряд ли нужно. Модули, особенно если задействовано только одно волокно (PON), могут быть отмотаны и оконцованы разъемом на производстве для исключения одной сварки в расчете на участок (рис. 8). Это обычно участок абонентского подключения, а задувка со стороны распределительного узла позволяет не производить сварные работы по волокну вне помещения. Бывают также 2-х, 4-х, 8-ми и 12-ти волоконные модули, предоконцованные с одной стороны.

Рис. 8. Катушка предоконцованного с одной стороны задувного модуля на подающем устройстве.

Средства строительства оптических сетей на основе микротрубочной канализации

Кабели с микротрубками обычно укладывают в открытые траншеи. При строительстве сетей FTTH в существующих кварталах малоэтажной застройки трудно найти место для трассы так, чтобы она не залегала под твердым покрытием дорог и тротуаров и не имела пересечений с дорогами. Средства, которые минимизируют издержки от вскрытия дорог это микротрэншеры и оборудование безтраншейной прокладки – ГНБ и грунтовые пневмопробойники. Для укладки в грунт кабелей с микротрубками достаточно прорезать траншею шириной несколько сантиметров, а для плоских кабелей – от 20 мм. При таких размерах фреза микротрэншера способна резать щель в асфальте, которая после укладки трубок заполняется специальным мелкодисперсным бетоном и «жидким» асфальтом (рис. 9).

Рис. 9. Микротрэншер.

Для пересечений дорог, декоративных посадок и других препятствий эффективно применять торпеды-пробойники (рис. 10). Это тоже подход из разряда «микро». Например, вес торпеды диаметром 55 мм, который достаточен для большинства микрокабелей, всего 15 кг, и необходим компрессор с расходом воздуха 0,5 м ³ /мин – тоже «микро» в семействе строительных компрессоров.

Рис. 10. Торпеда-пробойник.

Задувка микрокабелей и микромодулей производится с помощью задувочной головки. Типичные расстояния – до 1 км. Скорость задувки около 20-30 м/мин. Задувочная головка имеет небольшие размеры. Размеры компрессора зависят от диаметра трубок и максимальной расчетной длины задувки. Так для трубок 4-7 мм и прокладки до 1 км компрессор имеет вес около 60 кг, а для подключения абонентских участков с ограничением до 300 м нужен меньший компрессор переносимый руками весом 25 кг. Весь задувочный комплекс, включая компрессор, помещается в легковой грузовик или в универсал. Для его перевозки подходят УАЗ 3909 (Буханка), на базе которых оборудуют автомобиль – оптическую лабораторию (ЛИОК).

Рис. 11. Задувочная головка и компрессор для пневмопрокладки.

Микротрубочная канализация применительно к малоэтажной застройке

Распределительная часть сети FTTH это древовидная структура, ствол которой начинается в распределительном узле, а ветви заканчиваются у абонентов. Подобную топологию имеет и микроканализация. Стволы – это многотрубочные кабели, проходящие вдоль улиц, от которых в нескольких местах к домам или к дроп-узлам отходят ветви – однотрубочные кабели. Можно применить два подхода:

• трубка в дом, рис. 12а,

• трубка до узла абонентских подключений, рис. 12б.

Трубка в дом. Так обычно делают в Европе. По трубке можно подвести одно или несколько волокон. Вдоль улиц прокладываются кабели с большим количеством трубок (12-24), при этом обслуживаемых смотровых устройств может не быть вовсе. Однотрубочный кабель или трубка, отведенная в период строительства к абоненту перед его участком, может быть заглушена и оставаться в грунте. На этапе подключений абонентские трубки докладываются. Волокна доводятся методом пневмопрокладки до абонентской розетки (трубки прокладываются и по дому, но в исполнении LSZH). Это все достоинства, недостатки следующие: большие затраты на этапе строительства (большое количество многотрубочных кабелей), требуется каждый раз привозить громоздкое оборудование пнемопрокладки при подключении абонентов поодиночке и требуется проведение одиночных сварок волокна (или состыковок, оконцовок). Средняя длина абонентского кабеля (модуля) при этом составляет несколько сотен метров.

Рис. 12. Топология прокладки микротрубок от распределительного узла: а) в дом абонента; б) до узла абонентских подключений.

Трубка до узла абонентских подключений (дроп-узла). В качестве дроп-узла может выступить дроп-муфта, расположенная в пластиковом колодце, или в шкафу на опоре (стене). Для этого подхода выгодно, чтобы сеть FTTH была спроектирована как сеть PON с доведением до абонента одного волокна. Рассмотрим этот вариант на примере. Трубки микроканализации доводятся до пластиковых колодцев в расчете один колодец на 4 дома. Пример колодца типа «оптическая камера трубопроводная» показан на рис. 13. Камера имеет накручивающийся колпак, в котором располагается муфта и в который не поднимается вода даже при разгерметизации камеры. Эта камера полностью закрывается грунтом и для обслуживания ее требуется обкопать до горловины. Камера имеет внутренний маркер для быстрой и точной идентификации трассоискателем.

Рис. 13. Пластиковый герметичный колодец-камера с накручивающимся колпаком-контейнером.

Рис. 14. Дроп-муфта на 4 подключения.

При этом используются кабели с малым количеством трубок – 1, 4, 7, 12. В колодцах устанавливаются мини дроп-муфты на 4 подключения (Рис. 14). От распределительного узла в трубки задуваются 4-х волоконные модули, которые соединяют порты сплиттера, установленного в распределительном узле с портами дроп-муфт. На этапе строительства, для которого требуются специалисты и строительное оборудование, сеть заканчивают в дроп-муфтах. На этапе подключения абонента от колодца в дом прокладывается защитная пластиковая труба (ЗПТ-25, ЗПТ-32 или гофротруба) и в нее протягивается дроп-кабель, который может иметь оптические разъемы с обеих сторон (средняя длина 60-70 м, рис. 15). Оптический разъем для прокладки в канализации должен быть защищен герметичным контейнером типа «пуля» (Рис. 16).

Рис. 15. Дроп кабели SC-SC, 100 м, 40 м, 20 м.

Рис. 16. Защита оптического разъема кабеля Xpres-Drop (TE Connectivity) для прокладки в канализации.

Работы по подключению домов может выполнять обычная бригада. Оборудования для пневмопрокладки и сварки не требуется. Это очень удобно при проведении множества одиночных подключений. Бригада – это землекопы и один специалист для подключения ONT (абонентского терминала сети PON). Недостаток этого подхода – большое количество пластиковых колодцев. Однако в целом этот подход более экономичный благодаря простоте этапа подключений абонентов. Другой недостаток – в недорогие пластиковые колодцы трудно иметь доступ зимой, особенно, если колодцы полностью закрываются грунтом. Альтернатива – устанавливать муфту на укороченный столб (пасынок для деревянной опоры) или трубостойку защищая ее металлическим шкафом. В шкафах абонентские подключения можно обслуживать без затруднений круглогодично.

Заключение

Микроканализация – это эффективный и экономически оправданный способ создания подземных сетей FTTH, использующий преимущество оптического волокна – его миниатюрность. Микроканализация требует определенной культуры строительства и осваивание новых миниатюрных строительных механизмов и приборов. Особенно эффективна микроканализация в жилых кварталах с малоэтажной застройкой.