EuroWire March 2015

Articolo tecnico

Criteri di progettazione per l’affidabilità a lungo termine dei cavi A cura di David Mazzarese, Mike Kinard e Kariofilis (Phil) Konstadinidis, OFS, Norcross, Georgia, Stati Uniti

Riassunto Il presente articolo esamina i requisiti attuali del carico assiale ammissibile sui cavi ottici. Si dimostra che il criterio corrente riscontrato in numerose norme per cavi ottici, ovvero che il carico ammissibile a lungo termine dovrebbe essere inferiore al 20 per cento della tensione di prova ( proof-test ), in alcuni casi può essere considerato ottimistico. Al contrario, in questa sede si raccomanda un nuovo criterio e cioè che il carico a lungo termine sia standardizzato a 0,14GPa (20kpsi). 1 Introduzione Per i cavi aerei, esiste una serie di requisiti di progettazione contradditori che devono essere ottimizzati. Uno degli obiettivi consiste nel ridurre al minimo la deformazione nelle fibre ottiche. Un secondo obiettivo consiste nel ridurre al minimo il diametro del cavo per diminuire il carico dovuto al vento e al ghiaccio. Un terzo obiettivo consiste nel ridurre al minimo la freccia per ciascuna distanza tra i tralicci. L’aggiunta del filo di aramide al cavo riduce al minimo la deformazione e la freccia, ma il materiale aggiunto aumenta il diametro del cavo che a sua volta aumenta il carico dovuto al vento e al ghiaccio. Una variabile chiave per l’ottimizzazione di questi parametri è rappresentata dalla deformazione ammissibile nella fibra ottica. Una regola empirica comune, utilizzata per anni, consiste nel permettere un massimo del 20% della tensione di prova ( proof-test ) come deformazione a lungo termine nelle fibre ottiche del cavo. Questo criterio compare in numerosi documenti di norme correnti e si è dimostrato ragionevole per la generazione attuale di cavi fabbricati con fibra testata a 0,69GPa (100kpsi).

Normalmente, si tratta di cavi con un ridotto numero di fibre. Tuttavia, escludendo questi cavi di derivazione, vi è una tendenza generale ad installare cavi con un maggiore numero di fibre. Ciò è dovuto agli elevati costi dei diritti di passaggio e di installazione. In numerosi cavi con un elevato numero di fibre, la metà del peso dei cavi ottici è costituito dalle fibre ottiche. Maggiore è il peso, maggiore è la tensione richiesta nel cavo per ridurre al minimo la freccia. I fili di aramide e i composti di fibra di vetro ( FRP ) vengono utilizzati per sostenere la maggior parte di questo carico, mentre il carico residuo viene supportato dalle fibre ottiche. Inoltre, quanto più elevato è il numero di fibre in un cavo ottico, tanto più grande è il suo diametro. I cavi di diametro maggiore sopportano un maggiore carico dovuto al vento e al ghiaccio, rendendo la situazione più complessa. Di conseguenza, i cavi con un numero maggiore di fibre sono potenzialmente soggetti a una maggiore deformazione delle fibre ottiche. Non è sorprendente che assistiamo ad una maggiore installazione di fibre G.657 nella rete ottica. Dati recenti provenienti dal CRU hanno dimostrato che oltre il sei per cento della fibra ottica installata attualmente appartiene a questa categoria [ Private communications Patrick Faye of CRU. ] Le fibre G.657 vengono installate grazie alle loro ottime prestazioni di macrocurvatura. Un ulteriore vantaggio delle fibre G.657 è dato dalla loro maggiore resistenza alla microcurvatura che le rende meno sensibili alle condizioni di cablaggio. Un altro sviluppo chiave delle fibre ottiche è rappresentato dall’installazione di rivestimenti resistenti alla microcurvatura [1] . 2.3 Installazione di fibre G.657 e rivestimenti resistenti alla microcurvatura

Questo criterio, che è stato sviluppato per assicurare un’affidabilità meccanica di 30 anni e che si basa sulle eccellenti prestazioni di affidabilità generale dei cavi aerei installati, appare valido. Con cavi sviluppati quasi ai limiti di progettazione, vale la pena di esplorare tali limiti e le regole empiriche che si utilizzano nella progettazione dei cavi per assicurare che, in futuro, i cavi ottici installati possano fornire un’affidabilità simile o superiore a quella dei loro predecessori. 2 Effetti delle modifiche di progetto dei cavi sull’affidabilità 2.1 Osservazioni generali I limiti di progetto tradizionali per la fabbricazione di cavi ottici sono cambiati negli ultimi dieci anni. Alcuni di questi cambiamenti riguardano: 1 L’installazione di cavi con un maggiore numero di fibre 2 L’installazione di fibre a bassa perdita per macrocurvatura (G.657) e di rivestimenti resistenti alla microcurvatura 3 Il taglio dei costi riducendo al minimo il materiale del cavo e riducendo i limiti di progettazione 4 Il test delle fibre a valori più elevati (1,38GPa [200kpsi]) tendenze di progettazione dei cavi possono influenzare l’affidabilità generale dei cavi ottici. Ciascuna modifica sarà esaminata separatamente per dimostrare che, quando combinate, possono influenzare radicalmente l’affidabilità a lungo termine se non gestite correttamente. 2.2 Installazione di cavi con un maggior numero di fibre Numerosi cavi aerei sono inclusi nella categoria dei cavi di derivazione ( drop cables ). Questi piccoli cavi collegano la rete di accesso alle singole abitazioni. Queste modifiche nelle

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