Способ испытания муфт оптических кабелей на срок службы

 

Изобретение используется в кабельной технике. Способ испытания муфты оптических кабелей на срок службы включает температурное воздействие на муфту с последующей проверкой на герметичность и определение величины затухания в оптическом волокне. Температурное воздействие осуществляют при температуре 67-73^oС в течение времени, рассчитываемого по определенной формуле, после чего муфту выдерживают в течение 10 сут при температуре 32-38^oС и относительной влажности воздуха 97-99%, а затем подвергают последовательному воздействию температур -(57-63)^oС и +(47-53)^oС в течение 2-4 ч при каждой температуре. Указанные операции составляют один испытательный цикл, эквивалентный одному году срока службы. Проверку на герметичность и определение величины затухания в оптическом волокне проводят после каждого цикла, а о сроке службы судят по количеству циклов испытаний, выдержанных муфтой. Обеспечено повышение достоверности испытаний.

Изобретение относится к способам испытаний кабельных муфт, изготавливаемых из полимерных материалов, и может быть использовано в кабельной технике при прогнозировании их срока службы.

Надежность оптических кабельных линий определяется надежностью оптических кабелей, оптического волокна входящего в конструкцию кабеля, также надежностью остальных элементов, входящих в состав кабельной линии и, прежде всего, смонтированных на оптических кабелях муфт, выполненных из полимерных материалов и предназначенных для монтажа и защиты сростков оптического волокна. При этом муфты в процессе эксплуатации должны сохранять герметичность для предотвращения проникновения воды во внутренний объем.

Муфты эксплуатируются в различных условиях (в колодцах кабельной канализации, в земле, в воде и при установке на опорах ЛЭП - на воздухе) при различных климатических и механических воздействиях. Поэтому испытания на надежность должны включать ряд факторов, воздействующих на муфты, при режимах заведомо более жестких, чем при эксплуатации, и испытания должны подтверждать их работоспособность в течение всего срока службы.

Известен способ испытания муфт оптических кабелей на срок службы, включающий температурные воздействия на муфту последовательно при температуре +70^oС и -60^oС (составляющие 1 цикл), предусматривающий проведение 20 циклов испытаний, с промежуточной проверкой муфт на герметичность и определение величины коэффициента затухания в оптическом волокне (О.М. Комаров, Е.А. Матвеев. Испытания муфт серии МТОК 96 длиною в семь лет. Кабели и провода, 2000 г., 5, с.24-29).

Указанный способ является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности.

Однако по результатам испытаний не представляется возможным оценить реальный срок службы муфты, а относительные результаты надежности муфт во времени эксплуатации не коррелируют с результатами натурных испытаний муфт.

Поставленная задача состояла в разработке способа испытаний муфт оптических кабелей, позволяющего получить достоверные результаты по прогнозированию срока службы этих муфт.

Технический результат достигается тем, что в способе испытания муфт оптических кабелей на срок службы, включающем температурное воздействие на нее с последующей проверкой на герметичность и определение величины затухания в оптическом волокне, воздействие осуществляют при температуре 67-73^oС в течение времени, рассчитываемого по формуле t_и=8800ехр[-(1/Т_р-1/Т_и)E/R], где t_и - длительность одного цикла испытаний, ч; Е - минимальная условная энергия активации полимерного материала среди материалов муфты, кДж/моль; R - универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль К); Т_и - температура испытаний (К); Т_р - усредненная рабочая температура среды при эксплуатации муфты (К), после чего муфту выдерживают в течение 10 сут при температуре 32-38^oС и относительной влажности воздуха 97-99%, а затем подвергают последовательному воздействию температур -(57-63)^oC и +(47-53)^oC в течение 2-4 ч при каждой температуре, причем указанные операции составляют один испытательный цикл, эквивалентный одному году срока службы, проводя проверку на герметичность и определяя величину затухания в оптическом волокне после каждого цикла, а о сроке службы муфты судят по количеству циклов испытаний, выдержавших муфтой.

Комплект монтажных деталей муфты изготавливают из различных полимерных материалов (полиэтилен, полипропилен, полистирол, сополимер акрилонитрила с бутадиенстиролом), имеющих разные значения условной энергии активации (имеющиеся в справочной литературе). Для расчета длительности воздействия задаются определенной температурой испытаний, выбирают среди полимерных деталей, входящих в комплект муфты, одну из деталей, условная энергия активации которого минимальная из использованных материалов. Так, например, среди вышеперечисленных материалов наименьшим значением условной энергии активации (58,62 кДж/моль) характеризуется ударопрочный полистирол.

Пример.

Испытаниям подлежат три образца ( 1; 2; 3) муфты тупиковой оптического кабеля (МТОК), каждый из которых смонтирован на подвесном оптическом кабеле (ОК) с применением следующих деталей, входящих в состав одного комплекта: оголовник муфты из полипропилена ПП-М50 (с 3-мя патрубками) - 1 шт.; кожух муфты из полипропилена ПП-М50 - 1 шт.;
прокладка резиновая (силиконовая резина) - 1 шт.;
обойма муфты - 2 шт.;
кольцо - 2 шт.;
хомут из нержавеющей стали с фиксирующим креплением - 1 шт.
кронштейн из стали для крепления кассет - 1 шт.;
кассета с ложементами из ударопрочного полистирола УПМ - 1 шт.;
- металлический штуцер для крепления и герметизации ОК в патрубках оголовника - 2 шт.

Кроме упомянутых трех образцов монтируется четвертый (контрольный) образец, который не подвергается температурным воздействиям и служит для периодических контрольных проверочных сопоставимых измерений.

Дополнительно к перечисленным деталям на каждом образце смонтированных муфт на третьем патрубке установлен колпачок с воздушным вентилем для постановки муфты под избыточное воздушное давление (проверка герметичности муфты).

На концах ОК каждого смонтированного образца муфты выполнены шлейфовые соединения всех оптических волокон (OB) для проверки затухания в цепи последовательно сваренных оптических волокон смонтированных ОК.

Для испытаний при подготовке образцов муфты из указанных выше деталей выполняется нижеследующее.

Все детали комплекта проверяют на соответствие конструкторской документации.

В открытые патрубки оголовников муфт устанавливают колпачки с вентилями или вставляют технологические штуцера.

Согласно Руководства (инструкции) по монтажу монтируют испытываемые образцы муфт. Оголовник и кожух муфты герметизируют с помощью резинового уплотнения и фиксируют при помощи двух колец, охватываемых двумя полукольцами обоймы, которые, в свою очередь, стягиваются при помощи хомута из нержавеющей стали с фиксирующим креплением.

Перед воздействием температурных циклов и после их завершения смонтированные образцы муфт предварительно ( и по завершении): испытывают в течение 24 ч на герметичность путем постановки их под избыточное воздушное давление 0,7 кгс/см² (образец погружается в воду и контролируется отсутствие появления пузырьков воздуха). Промежуточные контрольные проверки герметичности выполняют манометрическим методом с использованием образцового манометра (10 мин)
Критерий положительной оценки - отсутствие снижения давления (по показаниям манометра).

Перед воздействием температурных циклов и после их завершения у всех смонтированных образцов муфт со стороны шлейфом соединенных (сваренных) OВ проверяется затухание в цепи OВ, величина которого является контрольной в исходном состоянии для каждого из испытывающихся образцов муфт.

Подготовленные таким образом образцы муфт устанавливается на испытания в камеру для испытаний.

Целью испытаний является проведение ускоренных испытаний по подтверждению срока службы (например, 5 или 25 лет) для МТОК.

Порядок проведения испытаний:
1. Проверяются габаритные и соединительные размеры деталей муфт на предмет их соответствия конструкторской документации.

2. В соответствии с "Руководством (инструкцией) по монтажу муфт" на отрезках ОК длиной минимум по 12 м выполняют монтаж трех образцов испытуемых муфт и один четвертый (контрольный) образец, выполняемый идентично трем испытуемым образцам. Контрольный образец воздействию температурных циклов не подвергается и нужен для выполнения сравнительных измерений затухания в OВ по завершении испытаний испытуемых образцов после конкретного количества годовых циклов.

3. Все образцы в смонтированном виде ставятся под избыточное воздушное давление 0,7 кгс/см² и выдерживаются 24 ч. (Муфты погружаются в воду и контролируется отсутствие выделения пузырьков воздуха). Выполняются проверки электрических характеристик смонтированных образцов. Таким образом, перед климатическими воздействиями проверяются характеристики подготовленных образцов МТОК в исходном состоянии.

4. После положительных результатов проверки герметичности смонтированных образцов муфт избыточное воздушное давление из муфт стравливается через открытые колпачки в третьем патрубке (муфты в термокамере испытываются без избыточного воздушного давления), на технологические штуцера с патрубком (колпачки с воздушным вентилем) одеваются короткие отрезки резиновых патрубков, которые заглушаются (перегибаются и на место перегиба накладывается несколько бандажных витков медной отожженной проволоки), и испытуемые образцы (три образца) укладываются в термокамеру и в ней повышают температуру до +70^oС.

5. При проведении настоящих испытаний использован вышеизложенный способ.

Согласно этого способа для прогнозирования физико-механических свойств материалов, из которых выполнены различные детали, входящие в комплект монтажных деталей (КМД) муфты, в условиях длительной эксплуатации полимерные детали подвергают относительно кратковременному (по сравнению с реальными сроками службы) воздействию повышенной постоянной температуры. Длительность испытаний на срок службы в форсированных режимах определяется значением повышенной испытательной температуры и величиной условной энергии активации материалов (Е, кДж/моль), из которых изготовлен КМД муфты. При расчете длительности испытаний на подтверждение срока службы (при выбранной повышенной температуре испытаний) за величину расчетной условной энергии активации принимают наименьшую энергию активации тех материалов, из которых состоит КМД муфты. В составе КМД муфты МТОК наименьшая Е у полистирола УПМ (Е= 58,62 кДж/моль), из которого выполнена кассета, и поэтому расчетное время испытаний, последовательность и интенсивность воздействий для каждого цикла, имитирующего один год срока службы согласно упомянутого способа, следующая:
Выдержка при температуре +70^oС - 220,5 ч.

Воздействие повышенной влажности воздуха 98% при температуре +35^oС - 10 сут.

Циклическое воздействие температуры -60^oС (2 ч) и +50^oС (2 ч) - 1 цикл.

Для подтверждения срока службы (например, 5 или 25 лет) нужно провести 5 или 25 таких циклов.

6. После проведения необходимого количества годовых циклов (5; 10; 15; 20; 25), имитирующих срок службы муфт, выполняют кондиционирование образцов муфт в течение не менее 3 ч и затем проверяют их герметичность и проводят контрольные измерения затухания в OВ. Критерии промежуточных оценочных проверок:
образцы муфт должны быть герметичны при Р=0,7 кгс/см² в течение минимум 15 мин,
прирост затухания в шлейфом соединенных OВ (при подсоединении буферных катушек с OВ по 1 км с каждой стороны измеряемой цепи) не должен превышать нормативных данных для конкретного типа OВ на конец срока службы и составлять минимальные расхождения с аналогичными измерениями на контрольном образце муфты.

Выводы
1. Результатами проведенных испытаний трех образцов муфт МТОК путем длительных температурных воздействий согласно предлагаемого способа ускоренных испытаний по подтверждению срока службы установлено, что после 5 циклов температурных воздействий образцы муфт сохранили свою герметичность, результаты измерений затухания в OВ также соответствуют нормативным значениям и не имеют расхождений с замерами затухания в OВ контрольного образца муфты.

2. Учитывая положительные результаты завершающих проверок и измерений по проведенным испытаниям, а также положительные результаты промежуточных натурных измерений при эксплуатации ВОЛС, считать срок службы 5 лет для муфт МТОК подтвержденным.

Формула изобретения

Способ испытания муфты оптических кабелей на срок службы, включающий температурное воздействие на муфту с последующей проверкой на герметичность и определение величины затухания в оптическом волокне, отличающийся тем, что температурное воздействие осуществляют при температуре 67-73^oС в течение времени, рассчитываемого по формуле
t_и=8800ехр[-(1/Т_р-1/Т_и)Е/R],
где t_и - длительность одного цикла испытаний, ч;
Е - минимальная условная энергия активации полимерного материала среди материалов муфты, кДж•моль;
R - универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(мольК);
Т_и - температура испытаний, К;
Т_р - усредненная рабочая температура среды при эксплуатации муфты, К,
после чего муфту выдерживают в течение 10 сут при температуре 32-38^oС и относительной влажности воздуха 97-99%, а затем подвергают последовательному воздействию температур -(57-63)^oС и +(47-53)^oС в течение 2-4 ч при каждой температуре, причем указанные операции составляют один испытательный цикл эквивалентный одному году срока службы, при этом проверку на герметичность и определение величины затухания в оптическом волокне проводят после каждого цикла, а о сроке службы судят по количеству циклов испытаний, выдержанных муфтой.