Modello e analisi del fattore di spostamento del condotto nella trazione dei cavi in fibra ottica – Parte 1

Perché lo spostamento dei condotti è un fattore importante nell’installazione sotterranea della fibra?

Poiché durante l’interramento il condotto viene tirato da una bobina, è importante tenere presente che potrebbero esserci ondulazioni che creano curve con un angolo ridotto. Durante l’installazione, il condotto può sembrare dritto, ma quando si tirano i cavi per lunghe distanze, piccole curve nel condotto possono sommarsi e produrre tensioni di trazione più elevate.

Cosa cambia nel passaggio dei cavi in fibra ottica?

Quando si posa un cavo in fibra ottica interrato, in genere si vuole che il cavo sia il più lungo possibile e con il minimo di interruzioni. Quindi, se il cavo viene fornito in una bobina da 10 km (32.800 ft), vogliamo una lunghezza totale e ininterrotta di 10 km per eliminare qualsiasi attenuazione indotta dalla giunzione.

Per determinare le lunghezze di trazione possibili, possiamo usare le “equazioni di trazione dei cavi” per stimare la tensione di trazione dei cavi in base all’attrito, al peso del cavo e ai dettagli del percorso del condotto. Tali stime hanno mostrato una buona correlazione con la tensione misurata sul campo quando un cavo pesante viene tirato in un condotto rigido, ma la lunghezza dei tratti è molto più breve di quella desiderata per la fibra. Inoltre, il cavo in fibra ottica è molto più leggero del cavo in rame a doppino intrecciato.

Le equazioni prevedono che la fibra possa essere tirata per distanze molto maggiori di quanto sia possibile oggi. Supponendo un peso tipico di 600 lb. (2,7 kN) di tensione massima, secondo la teoria dovrebbe essere possibile tirare un cavo in fibra (con un peso tipico di 100 lb/1.000 ft (150 kg/km)) per circa 30.000 ft (oltre 9 km).  Questa stima utilizza un coefficiente di attrito pari a 0,2, il che non è irragionevole poiché sono stati misurati coefficienti di attrito molto più bassi utilizzando i lubrificanti ad alte prestazioni per fibre ottiche di Polywater.

L’esperienza sul campo mostra distanze di trazione tipiche comprese tra 1.500 e 2.000 ft (da 0,46 a 0,61 km) per mantenere le tensioni al di sotto delle 600 lb. (2,7 kN), anche in un nuovo sistema di condotti ben posizionato. Perché la trazione dei cavi in fibra ottica mostra una correlazione così scarsa con i calcoli basati sulla teoria?

Il fattore condotto

Il cavo in fibra ottica viene solitamente inserito in un condotto continuo, arrotolato, in PE o in PVC flessibile. Quando questo condotto viene estratto dalla bobina e posizionato negli scavi, tirato o inserito tramite perforazione, conserva una certa memoria della bobina che produce spostamenti o ondulazioni lievi ma regolari. Anche se un percorso appare “dritto”, gli spostamenti della memoria della bobina del condotto si comportano come curve ad angolo ridotto. Con i lunghi tratti tipici della fibra ottica, queste curve si sommano e producono una tensione più elevata del previsto.

Per comprendere meglio questo concetto, diamo un’occhiata alla forma semplificata dell’equazione di flessione di un cavo in trazione.

Curva del condotto         T_out = T_in e^μϴ
Dove:
T_out = Tensione in uscita
T_In = Tensione in ingresso
μ = Coefficiente di attrito
ϴ = Angolo di piegatura (radianti)
e = Base del logaritmo naperiano

Osserviamo che se raddoppiamo l’angolo di piegatura, il moltiplicatore si eleva al quadrato, mentre moltiplicando per 10 l’angolo il moltiplicatore aumenta alla decima potenza. L’angolo è un esponente.

Modellazione del fattore condotto.

Per quantificare questo effetto nella trazione della fibra ottica, dobbiamo modellare lo spostamento del condotto, come mostrato nella Figura 1.

Figura 1 – Modello di spostamento del condotto regolare

Questo modello tratta lo spostamento come “onda ripetuta” che si estende lungo l’intera lunghezza del condotto. Quest’onda è descritta dalla sua “ampiezza (A)”, dallo spostamento massimo da una linea retta, e dal suo “periodo (P)”, dalla distanza ripetuta da un picco all’altro. Potremmo supporre che P sia correlato al diametro della bobina del condotto e A al metodo di installazione del condotto.

I posizionamenti sul campo hanno evidenziato diverse variabili che influenzano l’ampiezza e il periodo. Essi includono il tipo di condotto, lo spessore della parete, il diametro della bobina, il diametro esterno del condotto e il metodo di posizionamento. Per il condotto interno arrotolato e calato in una trincea aperta, è stata osservata un’onda con un’ampiezza pari a 12 in. (300 mm) e un periodo di ripetizione di 20 ft (3 m).  Lo stesso condotto inserito in PVC da 4 in. (100 mm) di tipo Schedule 80 potrebbe avere un’ampiezza di soli 0,75 in. (20 mm) ogni 20 ft (3 m). Per i condotti a parete spessa utilizzati per l'”aratura” e la perforazione direzionale, non è facile osservare gli spostamenti regolari, ma è noto che dipendono dal tipo di terreno e dalla natura rocciosa, e possono essere misurati utilizzando robot di geolocalizzazione posizionati nel condotto.

Questo modello ci consente di quantificare la “curva” in un tratto “diritto” in base all’ampiezza dello spostamento e al periodo di ripetizione, e quindi di usare le equazioni di trazione per determinare l’effetto di quella curva. Il prossimo numero lavorerà su questa matematica e mostrerà l’analisi.

Nella seconda parte di questa serie, mostriamo come l’angolo totale di curvatura per periodo sia correlato alla curvatura effettiva per lunghezza del condotto. Queste informazioni possono portare a una migliore previsione della tensione con applicazioni nel mondo reale.

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