EuroWire March 2015

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Articolo tecnico
Marzo 2015 109
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).
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])
Queste modifiche nelle 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.
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.
2.3 Installazione di fibre G.657
e rivestimenti resistenti alla
microcurvatura
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].