Comment éviter d’écraser un câble à fibre optique pendant l’installation
Le maintien d'un rayon de courbure minimal (RCM) est un élément clé pour une bonne pratique en matière d'installation de fibres. Le diamètre minimal de courbure (parfois appelé rayon minimal de courbure) n'est pas respecté lorsque le câble à fibre est installé sur de petits rouleaux. En effet, l'utilisation de galets de roulement et de guides d'angle n'est pas autorisée. Selon les experts, la cause la plus fréquente d'endommagement des câbles est l'utilisation de rouleaux de petit diamètre. L'incorporation de dispositifs de renvoi dans la conception de l’installation permet largement de respecter le RCM (rayon de courbure minimal).
Cet article décrit la recherche et la physique liées au broyage des fibres. Il explore en outre l'impact que peut avoir sur la conception de l'installation l'incorporation de dispositifs de renvoi. Étant donné qu'un dispositif de renvoi est une surface fixe, la question est la suivante : « Quelle tension est ajoutée à une traction ? »
Comment les fibres sont écrasées.
Les données de recherche sur les forces d’écrasement et les limites du diamètre de pliage ont été publiées dans un document de 2011 présenté par Corning Cable à l’International Wire and Cable Symposium (IWCS, Colloque international sur le fil et le câble). Dans cette étude, un appareil spécial a été conçu et utilisé pour tester les câbles à fibres optiques selon différentes combinaisons de charge, différents rayons de courbure et angles de contact. Plusieurs types de câbles à fibres optiques de différents fabricants ont été testés, et tous ont montré des signes d’endommagement lorsqu’ils étaient tirés avec une tension trop élevée ou autour d’une courbure présentant un rayon trop petit. C’est ce que les fabricants de câbles appellent « Outside the Box ». Le tableau 1 présente la relation entre la charge d’installation et le rayon de courbure.
Graphique 1 : « The box » (la boîte) montre la relation entre la tension de traction et le diamètre de courbure.
Cela montre que lorsque les charges d’installation sont trop élevées ou que le diamètre de la poulie est trop faible, le câble à fibres optiques peut être endommagé. Dans un cas « Outside the Box », la tension latérale est trop élevée et elle est devenue une force d’écrasement.
L’étude de l’IWCS a également confirmé que même un angle de contact léger (peu profond) peut endommager la fibre. « Un angle de contact aussi faible que 10 degrés fait autant de dégâts qu’un angle de 90 degrés. » Une courbure de 10 degrés est très faible, presque imperceptible. Voir le diagramme 1 ci-dessous.
Diagramme 1
Le diamètre de courbure a une influence directe sur la force (d’écrasement) latérale. L’angle de contact n’en a pas.
En d’autres termes, le tirage autour de roues, de rouleaux ou de dispositifs de renvoi standards causera des dommages même si on dirait que le câble est bien tiré. Le simple fait de déplacer le câble sur le bord d’un regard ou d’un coffret peut engendrer des dommages, car ces bords agissent comme de petits courbures de contact. Ainsi, la sévérité de l’angle de contact n’est pas un facteur important ; c’est plutôt le rayon de la courbure qui est important.
Dans un dispositif de renvoi standard, comme illustré ici, chaque petit rouleau exerce une force latérale (ou d’écrasement) sur le câble à fibres optiques.
Qu’est-ce que la force d’écrasement ? Comment est-elle déterminée ?
La force d’écrasement est la relation entre la force de traction et le rayon de courbure. Lorsqu’un câble est tiré le long d’une courbure, la force latérale (d’écrasement) est inversement proportionnelle à la longueur du rayon de courbure. Plus le rayon est petit, plus la force latérale augmente. La force latérale/d’écrasement est déterminée par l’équation suivante :
Les normes industrielles définissent clairement la force de traction maximale pour les câbles à fibres optiques. Pour la plupart des fibres extérieures à l’usine, la charge d’installation est limitée à moins de 2 700 N (600 lbf). Les fabricants de câbles limitent également le rayon de courbure en fonction du diamètre du câble. En gérant le rayon de courbure, il est possible d’éviter les forces latérales qui écrasent et endommagent la fibre. Un rouleau à lèvre typique pour les câbles électriques a un diamètre de 13 cm (5 pouces). C’est quatre fois plus petit que le RCM suggéré pour un câble à 72 unités de fibres optiques.
Cette poulie de déroulage populaire est présenté comme un DE (diamètre extérieur) de 18 cm (7 pouces), mais le diamètre du moyeu n’est que de 13 cm (5 pouces).
La résistance à l’écrasement minimale pour les câbles à fibres optiques est décrite dans la norme Telcordia GR 20 CORE2 comme étant de 21,9 kN/m (1 500 lb/ft). L’orientation recommandée pour la tension latérale maximale est de 50 % de cette valeur. L’étude de l’IWCS a prouvé que la fibre peut être endommagée par des charges aussi faibles que 0,9 kN (200 lbf) tirées autour d’une roue de 15 cm (6 pouces). La force latérale exercée dans ce scénario est de 12 kN/m (800 lbf/ft). Cela correspond bien aux recommandations actuelles sur les forces latérales.
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La force latérale est amplifiée dans les courbures de faible rayon. C’est la force qui endommage la fibre. La gestion de cette force latérale devient d’autant plus critique que le nombre de fibres est élevé.
Qu’est-ce qu’un dispositif de renvoi pour câble à fibre optique ?
Les dispositifs de renvoi pour câble à fibre optique sont l’un des nombreux dispositifs utilisés pour le placement des câbles. Ils sont nécessaires pour garantir que le câblage à fibre optique est protégé pendant l’installation, en particulier lors du placement d’un nombre élevé de nouveaux câbles à fibre optique. Les dispositifs de renvoi pour câble à fibre optique sont utilisés pour protéger les câbles à fibre optique pendant l’installation en créant un « chemin » qui permet au câble de suivre un virage graduel à 90° afin de faciliter le tirage à travers les regards, les conduits, etc.
Un dispositif de renvoi standard typique est composé d’une série de rouleaux sur un cadre qui sert de guide pour s’assurer que le câble à fibre optique est tiré le long d’un rayon de courbure approprié afin d’éviter la rupture des fibres de verre qui constituent le noyau du câble. Jusqu’à présent, un dispositif de renvoi standard était utilisé pour acheminer le câble à l’intérieur et à l’extérieur de zones telles que les regards et les puits de raccordement, à travers des conduits souterrains et par voie aérienne sur poteaux électriques. En théorie, le câble devrait se déplacer le long des galets, et les galets servent de guide afin de garantir que le câble n’est jamais plié en dessous de son rayon de courbure minimal.
Il s’est toutefois avéré que ce n’était pas une méthode fiable pour prévenir les ruptures. Les rouleaux eux-mêmes se sont avérés problématiques car ils exercent une pression de contact trop importante sur le câble, ce qui provoque des ruptures lorsque le câble se courbe d’un rouleau à l’autre. Le câble présente une légère déflexion sur chaque rouleau, ce qui fait que le rayon de courbure à prendre en compte provient de chaque petit rouleau plutôt que du bloc complet. De plus, chaque petit rouleau est généralement inférieur au rayon de courbure minimal. Dans le passé, ce problème a été temporairement résolu en modifiant les dispositifs de renvoi à l’aide de tuyaux fendus et de formes en acier pour maintenir une trajectoire plus constante du câble.
Après des recherches et des tests approfondis, les dispositifs de renvoi pour câble à fibre optique ont été conçus et développés comme une toute nouvelle version des dispositifs de renvoi : un dispositif de renvoi à corps solide spécifiquement utilisé pour le placement de câbles à fibre optique. En utilisant une nouvelle conception solide et légèrement incurvée, les installateurs ont pu proposer un contour plus doux, maintenir le rayon de courbure requis pour le câble à fibres optiques et éliminer la rupture du câble causée par le contact et la pression des parois latérales, contrairement aux rouleaux traditionnels.
Le dispositif de renvoi idéal possède un grand rayon avec un canal de diamètre lisse.
Mesure de la tension des câbles et des forces latérales dans un dispositif de renvoi pour câble à fibre optique.
Un dispositif de renvoi pour câble à fibre optique crée essentiellement un canal lisse à grand rayon pour diriger le câble à fibre optique pendant l’installation. Cela signifie que le câble se déplace le long de la surface avec un certain degré de friction, ce qui entraîne une augmentation de la tension nominale.
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Pour déterminer le coefficient de friction, deux dispositifs de renvoi pour câble à fibre optique différents ont été montés sur un dispositif d’essai. Une contre-tension a été ajoutée à un câble à fibres optiques alors qu’il était tiré sur la surface à l’aide d’un treuil à vitesse constante. La force de tension a été mesurée à l’aide d’une cellule de charge. Cette force a été utilisée pour calculer après-coup les valeurs du coefficient de friction pour la surface du dispositif de renvoi pour câble à fibre optique. Dans ce cas, le logiciel Pull-Planner™ de Polywater a été utilisé pour dériver itérativement le CDF (µ).
Les plastiques lisses généralement utilisés dans ces dispositifs d’installation présentent une faible friction et conviennent parfaitement au passage de câbles à fibres optiques. Les lubrifiants de câble haute performance réduisent encore plus le CDF, même sur les surfaces à faible frottement. Les résultats sont présentés ci-dessous.
Dispositif de renvoi pour câble à fibre optique A
Diamètre = 100 cm (40 pouces)
Longueur de l’arc = 60 cm (24 pouces)
Td’entrée = f de 222 N (50 lb)
Dispositif de renvoi pour câble à fibre optique B
Diamètre = 162 cm (64 pouces)
Longueur de l’arc = 117 cm (46 pouces)
Td’entrée = f de 222 N (50 lb)
Les dispositifs de renvoi pour câble à fibre optique ajoutent une courte section d’arc à la traction du câble, avec un ajout de tension minimal. L’utilisation d’un dispositif de renvoi pour câble à fibre optique garantit que la force latérale de tension ou d’écrasement reste faible. Pour la même tension d’entrée de 222 N (50 lbf), un rouleau de 18 cm (7 pouces), dans le scénario ci-dessus, crée une tension latérale de 2,5 kN/m (171 lbf/ft). On se rapproche de la force qui commencera à endommager le câble.
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Le CDF mesuré pour le matériau du dispositif de renvoi pour câble à fibre optique est encore plus bas lorsque la force latérale augmente, allant de 0,08 non lubrifié à 0,05 lubrifié en utilisant la méthode de la table de friction de Polywater. Ceci renforce l’utilisation des dispositifs de renvoi pour câble à fibre optique à la place des rouleaux et des dispositifs de renvoi standards communément utilisés dans les anciennes installations
Tirer tout en même temps
Les installateurs doivent être conscients de ces recommandations de bonnes pratiques. Pour les installations avec de longues ou nombreuses fibres, il est recommandé d’utiliser des dispositifs de renvoi. Cela améliore les chances d’une installation sûre et sans dommage pour le câble à fibre optique.
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Références
1 Quinn, C, Seddon D. 2011. Installation de câble à fibres optiques « Outside the Box ». IWCS.
2 Telcordia Technologies. 2013. GR 20 CORE, Exigences génériques pour la fibre optique et les câble à fibres optiques