EuroWire March 2015

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Articolo tecnico
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Questa nuova generazione di rivestimenti
della fibra ottica mostra da due a quattro
volte perdite in meno dovute alla
microcurvatura rispetto a quelle installate
cinque, dieci anni fa.
Assieme, questi due miglioramenti della
fibra ottica influiscono notevolmente
sull’attenuazione dei cavi osservati,
persino in condizioni aggressive. Le
eccellenti proprietà della fibra e del
rivestimento possono “dissimulare” l’effetto
di una progettazione o di un’installazione
del cavo inadeguati.
Quando vengono installati cavi ottici
utilizzando fibre G.652 tradizionali con
un’elevata deformazione residua nella
fibra, si osserva sovente una maggiore
attenuazione. Pertanto, il fabbricante di
cavi deve controllare la deformazione nella
fibra per assicurarsi che il cavo soddisfi i
requisiti di qualificazione.
Quando si utilizzano fibre G.657 con
rivestimenti resistenti alla microcurvatura
per la stessa struttura di cavo, migliora
l’attenuazione misurata e la stessa
struttura di cavo potrebbe soddisfare tali
requisiti ottici. Il risultato finale derivante
dall’utilizzo di fibre G.657 è che il cavo
supererà questa prova di qualificazione.
Tuttavia, dopo l’installazione, la maggiore
deformazione della fibra può presentare
un rischio di affidabilità a lungo termine.
Riassumendo, se il cavo è progettato
correttamente, le fibre G.657 e i
rivestimenti resistenti alla microcurvatura
sono di grande vantaggio per le
prestazioni ottiche del cavo installato.
Tuttavia, se il cavo non è ben
progettato, le fibre ottiche migliorate
possono mascherare il problema della
deformazione all’utente finale, e ciò può
comportare un rischio di affidabilità
meccanica a lungo termine.
2.4 Taglio dei costi riducendo al
minimo il materiale del cavo e
riducendo i limiti di progettazione
Molti cavi aerei sono progettati con una
deformazione allo zero per cento nella
fibra ottica. Con un maggiore pressione
sui costi, i progettisti sono chiamati a
ridurre i costi dei materiali. Quando si
eliminano gli elementi di rinforzo attorno
alla fibra ottica, questa deve sopportare
parte della deformazione assiale che
normalmente è sopportata dagli elementi
di rinforzo del cavo. Il progettista di cavi
può fare riferimento alle varie norme
sull’installazione dei cavi e vedere che
la deformazione massima ammissibile a
lungo termine corrisponde al 20 per cento
del livello di prova.
Effettivamente, per questi cavi,
l’industria sta passando da una prassi
di progettazione comune in cui le fibre
ottiche non dovevano sopportare alcuna
deformazione dopo l’installazione a
un’altra in cui è consentita una deforma-
zione fino al 20 per cento del livello di
prova. La lunga storia del rendimento
affidabile del cavo a questo livello di
deformazione la fa apparire una decisione
ragionevole.
2.5 Fibre testate a oltre 1,38GPa
(200kpsi) ora disponibili
Nel capitolo precedente è stato dimostrato
che i costi del materiale possono
essere ridotti consentendo una certa
deformazione nella fibra ottica. Per la
fibra ottica tradizionale che viene testata
a 0,69GPa (100kpsi), la deformazione
massima consentita nella fibra al limite del
20 per cento è di 0,14GPa. Un progettista
può decidere di utilizzare una fibra testata
a valori più alti, come la fibra testata a
1,38GPa (200kpsi), al limite del 20 per
cento; in questo caso la deformazione
consentita nella fibra dopo l’installazione
aumenterebbe a 0,28GPa.
Ciò consentirebbe ulteriori riduzioni di
materiale del cavo ottico permettendo
una maggiore deformazione nel cavo
fino a raddoppiare il valore ammissibile di
deformazione nella fibra ottica. Il risultato
finale potrebbe essere un cavo a fibra
ottica di costo inferiore.
2.6 Impatto combinato dei criteri
di progettazione dei cavi ottici
modificati
Considerate nel loro insieme, tutte
queste tendenze possono condurre ad
uno scenario non ottimale per i fornitori
di servizi. La deformazione consentita
nelle fibre applicando i criteri consueti è
maggiore; tuttavia, tale deformazione non
influenza l’attenuazione grazie all’utilizzo
delle fibre G.657. Il risultato finale
potrebbe essere un cavo ottico installato
per sopportare una deformazione a
lungo termine fino a 0,28GPa nelle fibre
ottiche. Nel frattempo, si spera che le fibre
sopravvivano oltre 30 anni senza rompersi.
Questa situazione mette alla prova i limiti
della teoria di affidabilità e dovrebbe
essere analizzata più attentamente prima
di essere applicata.
3 Origine dell’attuale
criterio di
deformazione
ammissibile
La regola empirica corrente utilizzata
nella progettazione dei cavi prende
in considerazione una deformazione
massima ammissibile pari al 20 per cento
del livello di prova. Questo criterio deriva
da uno studio sull’affidabilità realizzato
negli anni 90[2,3]. In questo studio gli autori
mostrano che le prestazioni a lungo
termine possono essere poste in relazione
con la tensione di prova ( proof-test), ma ciò
comporta una certa probabilità di errore
della prova stessa.
Allora, gli autori presero in considerazione
vari parametri di tensocorrosione e
fibre testate a 50kpsi e 100kpsi per
dimostrare che la loro approssimazione
era un metodo razionale e prudente per
assicurare l’affidabilità a lungo termine.
Questo lavoro rappresentò un importante
passo in avanti per l’industria della fibra
sostenendo la tendenza ad utilizzare la
fibra testata ai livelli correnti.
Sfortunatamente, esiste un presupposto
fondamentale circa la distribuzione
dei difetti della fibra ottica, ovvero la
probabilità di una rottura della fibra
durante le prove.
Questa probabilità non è costante e può
variare nelle fibre fabbricate in diverse
condizioni o utilizzando materie prime.
La Figura 1 mostra una curva di probabilità
di errore per una fibra di silicio generata da
Log (probabilità di guasto)
Zona II Estrinseca
Zona I Intrinseca
▼ ▼ Figura 1: Probabilità di guasto per oltre 100km di fibra testata a lunghezze di riferimento di 10m
Log (tensione)