L'attenuazione indotta dall'idrogeno- è un aumento della perdita ottica che può verificarsi quando l'idrogeno molecolare raggiunge la fibra ottica di silice e produce un assorbimento temporaneo o reagisce con i siti difettosi nel vetro. Si tratta di una vera considerazione di affidabilità a lungo-termine in alcuni ambienti via cavo, ma non dovrebbe essere trattata come una modalità di guasto universale per le reti in fibra esterne. La moderna progettazione della fibra e un'adeguata costruzione del cavo hanno sostanzialmente ridotto il rischio nelle normali applicazioni terrestri.
La questione ingegneristica quindi non è semplicemente se un cavo contiene gel, metallo o materiale- che blocca l'acqua. Dipende se l’intero sistema di cavi può generare o ammettere abbastanza idrogeno, per un tempo sufficientemente lungo, da influenzare la fibra installata. Tale valutazione dovrebbe considerare la categoria della fibra, i componenti del cavo, l'esposizione all'umidità, gli elementi metallici, le fonti esterne di idrogeno, la sigillatura e l'ambiente di servizio previsto.
Cos'è l'attenuazione-indotta dall'idrogeno?
Le molecole di idrogeno sono sufficientemente piccole da diffondersi attraverso molti materiali dei cavi e infine penetrare nel vetro di silice. Una volta che l’idrogeno raggiunge la fibra, è necessario distinguere due effetti generali. L'idrogeno molecolare può produrre caratteristiche di assorbimento mentre l'idrogeno è presente nel vetro e parte di questo contributo può diminuire se l'esposizione viene rimossa. L'idrogeno può anche reagire con siti di difetti suscettibili nella silice e creare un assorbimento correlato a OH-, che può produrre cambiamenti di attenuazione più persistenti.
Questa distinzione è importante perché la "perdita di idrogeno" non è automaticamente sinonimo di guasto permanente del cavo. La gravità e la reversibilità dipendono dalla struttura della fibra, dalla concentrazione di idrogeno, dalla temperatura, dal tempo di esposizione e dal meccanismo chimico coinvolto.
Da dove può provenire l'idrogeno in un cavo ottico?
L'idrogeno all'interno di un cavo può provenire da più di un percorso. I meccanismi più rilevanti sono associati ai materiali dei cavi, all'umidità e ai componenti metallici oppure a un ambiente esterno ricco di idrogeno-.
Umidità ed elementi metallici
Nelle costruzioni di cavi che contengono armature metalliche, elementi di rinforzo, nastri o altri componenti metallici, l'umidità può creare condizioni per la corrosione o reazioni galvaniche che generano idrogeno. Le attuali linee guida ITU per i cavi ottici terrestri rilevano specificamente che l'idrogeno può essere generato in presenza di umidità ed elementi metallici. Per questo motivo, il sistema di corrosione, la barriera all’acqua, l’integrità della guaina e l’interazione tra i diversi materiali dovrebbero essere valutati insieme anziché trattare come problema solo l’armatura in acciaio.
Per i percorsi interrati, la scelta del cavo dovrebbe quindi riflettere le condizioni del terreno e la protezione meccanica richiesta. UNcavo in fibra ottica-interrato direttamentepuò legittimamente richiedere una protezione metallica in un progetto e una struttura non-metallica in un altro. La scelta corretta dipende da schiacciamento, roditori, fulmini, messa a terra, corrosione e requisiti ambientali.
Mescole per cavi e materiali polimerici
Alcuni componenti dei cavi possono rilasciare piccole quantità di idrogeno in particolari condizioni di invecchiamento, temperatura o sostanze chimiche. Non è corretto, tuttavia, supporre che ogni gel di riempimento tradizionale sia una delle principali fonti di idrogeno. Le formulazioni differiscono e alcuni sistemi di riempimento dei cavi possono contenere anche ingredienti che eliminano l'idrogeno-. La qualificazione dei materiali dovrebbe basarsi sui dati dei fornitori e su test di invecchiamento adeguati piuttosto che su una semplice regola "gel contro secco".
Per una visione più ampia delle funzioni e della selezione di rivestimenti, nastri, composti di riempimento, elementi di rinforzo e altri componenti, consultare la sezioneguida al materiale del cavo in fibra ottica.
Ingresso di idrogeno esterno e umidità
I cavi possono anche essere esposti all'idrogeno generato all'esterno del cavo, in particolare in ambienti industriali specializzati, downhole, ad alta-temperatura, pressurizzati o chimicamente aggressivi. Una scarsa chiusura o tenuta della guaina non costituisce di per sé una fonte diretta di idrogeno, ma l'ingresso di umidità può accelerare la corrosione e le interazioni tra i materiali che aumentano la generazione di idrogeno. Per le giunzioni e le transizioni, la qualità della sigillatura rimane quindi parte della strategia di controllo dell'idrogeno-.
Perché 1383 nm sono più importanti di 1310 nm o 1550 nm
Un errore tecnico comune è descrivere 1310 nm e 1550 nm come i principali picchi di assorbimento di OH causati dall'idrogeno. Si tratta di finestre di trasmissione importanti, ma la caratteristica di assorbimento di acqua/OH più nota-nella fibra monomodale-standard è di circa 1383 nm.
Il correnteRaccomandazione ITU-T G.652specifica, per la fibra G.652.D, un coefficiente di attenuazione massimo di 0,40 dB/km a 1383 ± 3 nm dopo invecchiamento con idrogeno. La stessa Raccomandazione rileva che il test di tipo invecchiamento all'idrogeno- per la fibra B-652.D viene eseguito in conformità alla norma IEC 60793-2-50. L'ultimoCEI 60793-2-50copre le specifiche dei prodotti in fibra monomodale di classe B-, comprese le categorie di fibre B-652.
Ciò non significa che l'idrogeno non abbia alcuna influenza su altre lunghezze d'onda. L'idrogeno molecolare e le reazioni correlate all'idrogeno-possono creare caratteristiche spettrali aggiuntive e l'impatto sul sistema dipende in ultima analisi dalla banda operativa e dal budget di collegamento. Per la qualificazione pratica della moderna fibra G.652.D, tuttavia, la regione di 1383 nm è un punto di riferimento chiave e non dovrebbe essere sostituita da una dichiarazione generica sui "picchi OH a 1310 e 1550 nm".
L'idrogeno è una causa comune di guasto nei cavi in fibra terrestre?
L'idrogeno è un aspetto importante della progettazione, ma il suo rischio dovrebbe essere dichiarato in proporzione all'applicazione. Le recenti linee guida ITU per i cavi ottici terrestri rilevano che la generazione di idrogeno diventa un problema solo in casi limitati quando vengono utilizzate fibre e cavi con un design appropriato. Ciò è coerente con l'evoluzione della moderna fibra monomodale-a basso{2}}picco idrico-e con materiali dei cavi migliorati.
L’implicazione pratica è che i team di progetto dovrebbero evitare due errori opposti: ignorare l’idrogeno negli ambienti in cui può accumularsi e trattarlo come la causa principale di attenuazione in ogni cavo esterno che invecchia. Anche piegamenti, sollecitazioni meccaniche, guaine danneggiate, giunzioni inadeguate, contaminazione dei connettori, danni-correlati all'acqua e difetti di installazione possono ridurre il margine ottico.
Come diagnosticare la sospetta attenuazione-indotta dall'idrogeno
La perdita correlata all'idrogeno- dovrebbe essere diagnosticata sulla base di prove e non dedotta esclusivamente dall'età del cavo. Un'indagine utile normalmente combina diverse osservazioni:
- Confronta l'attenuazione attuale con i record dei test di messa in servizio o di accettazione.
- Misurare l'attenuazione alle lunghezze d'onda operative e, laddove le specifiche della fibra e l'apparecchiatura di test lo consentono, esaminare la regione di 1383 nm o una traccia di attenuazione spettrale più ampia.
- Controllare se l'aumento è distribuito lungo la fibra o concentrato in corrispondenza di una giunzione, piega, chiusura o sezione del cavo danneggiata.
- Confrontare le fibre vicine nello stesso cavo e, se possibile, le fibre nelle sezioni di cavo adiacenti.
- Ispezionare il percorso per individuare eventuali infiltrazioni di umidità, corrosione, danni alla guaina, allagamenti, temperatura anomala o esposizione esterna all'idrogeno.
- Esamina la categoria delle fibre e i dati di qualificazione dell'invecchiamento dell'idrogeno-del produttore.
Un OTDR è utile per localizzare eventi riflettenti, perdite in eccesso localizzate e cambiamenti lungo una campata, ma una traccia OTDR di per sé non dimostra che l'idrogeno sia la causa principale. Uno più ampiotest su cavi in fibra otticail programma dovrebbe combinare i risultati dell'OTDR con misurazioni della perdita di inserzione-o dell'attenuazione, specifiche del prodotto e prove ambientali.
Misure mirate di progettazione dei cavi per ridurre il rischio di idrogeno
1. Specifica fibra moderna con prestazioni verificate di invecchiamento dell'idrogeno-
La selezione delle fibre è il primo livello di controllo. Per le reti terrestri convenzionali-modali,Fibra monomodale-G.652.Dè progettato con prestazioni di picco-dell'acqua basse e include un requisito di invecchiamento dell'idrogeno-di circa 1.383 nm. Le specifiche del progetto dovrebbero fare riferimento alla categoria di fibra applicabile e ai requisiti di prova invece di fare affidamento solo sull'attenuazione nominale a 1310 nm e 1550 nm.
2. Selezionare materiali per cavi a bassa-generazione di idrogeno-
Rivestimenti, composti di riempimento, nastri, leganti, rivestimenti e altri componenti del cavo dovrebbero essere selezionati come un sistema. L'obiettivo è ridurre al minimo i materiali o le combinazioni di materiali che possono generare idrogeno durante l'invecchiamento a lungo-termine.IEC TR 62690, Effetti dell'idrogeno nei cavi in fibra ottica - Linee guida, fornisce un riferimento di settore dedicato per la valutazione degli effetti dell'idrogeno nei cavi in fibra mono-modale.
3. Controllare i percorsi di umidità e corrosione
Le barriere contro l'umidità, la struttura della guaina insonorizzata, le chiusure di giunzione qualificate e la progettazione metallica-attenta alla corrosione possono ridurre le condizioni che generano idrogeno. In ambienti umidi o aggressivi, le armature e gli altri componenti metallici devono essere selezionati tenendo presente il sistema anticorrosivo completo. L’acciaio inossidabile può essere appropriato in alcuni progetti, ma non è una risposta universale per ogni progetto interrato.
Per percorsi con umidità persistente del terreno o esposizione meccanica impegnativa, confronta quelli disponibilicavo in fibra ottica sotterraneostrutture e determinare se la protezione metallica o non-metallica si adatta meglio al profilo di rischio del progetto.
4. Utilizzare materiali che assorbono l'idrogeno-quando il rischio li giustifica
L'ITU-T L.126 e le relative linee guida sui cavi riconoscono i materiali che assorbono l'idrogeno-come un metodo per controllare la concentrazione di idrogeno all'interno di un cavo. Un assorbitore di idrogeno è un materiale formulato per reagire con o catturare l'idrogeno; non deve essere confuso con la normale polvere-rigonfiabile o il nastro bloccante-acqua, la cui funzione principale è limitare la migrazione dell'acqua.
ILMetodo ITU-T L.126 per la stima della concentrazione di idrogeno nei cavi in fibra otticaè utile quando un progetto richiede una valutazione più formale dell'accumulo di idrogeno-.
5. Comprendere cosa cambia un-cavo completamente asciutto-e cosa no
Tutti i-design dei cavi a secco rimuovono il gel di riempimento o di riempimento convenzionale dalle parti della struttura del cavo e utilizzano invece elementi-che bloccano l'acqua a secco. Ciò può semplificare la gestione ed eliminare una potenziale fonte di materiale, ma non rende un cavo automaticamente immune all’idrogeno. La corrosione metallica, altri materiali polimerici, l'idrogeno esterno e le condizioni di tenuta possono ancora avere importanza.
Laddove sia auspicabile una costruzione a secco per ragioni di installazione o manutenzione, il vantaggio tecnico dovrebbe essere valutato insieme al sistema completo di materiali del cavo. Una panoramica di questo approccio costruttivo è disponibile nell'articolo del sito sututto-cavo in fibra ottica ADSS asciutto.
Quali applicazioni richiedono maggiore attenzione?
Il controllo dell’idrogeno merita una revisione più approfondita quando si prevede che un cavo operi in un ambiente con una fonte di idrogeno credibile o con condizioni che promuovono la generazione di idrogeno. Gli esempi includono strutture di cavi metallici bagnati, alcune installazioni interrate a lungo-termine, siti industriali con idrogeno esterno, ambienti ad alta-temperatura e altre implementazioni specializzate.
Per le reti FTTx ordinarie, di accesso, di condotte, aeree e terrestri che utilizzano fibre moderne e qualificate, l’idrogeno dovrebbe essere un elemento in una più ampia valutazione dell’affidabilità piuttosto che un presunto fallimento futuro. La struttura del cavo, il blocco dell'acqua, la progettazione meccanica, la qualità dell'installazione, la protezione della giunzione, il margine ottico e l'esposizione ambientale dovrebbero essere tutti esaminati insieme.
Domande frequenti
L’idrogeno può danneggiare permanentemente la fibra ottica?
Può causare cambiamenti di attenuazione persistenti quando l'idrogeno reagisce con i siti sensibili nel vetro, ma non tutti i meccanismi di perdita-correlati all'idrogeno sono permanenti. L’assorbimento dell’idrogeno molecolare può essere parzialmente reversibile quando l’esposizione viene rimossa. Il comportamento effettivo dipende dalla fibra e dalle condizioni di esposizione.
Quale lunghezza d'onda è maggiormente associata all'invecchiamento dell'idrogeno nella fibra G.652.D?
La regione di qualificazione chiave è 1383 ± 3 nm. ITU-T G.652 specifica il requisito di attenuazione a questa lunghezza d'onda dopo l'invecchiamento dell'idrogeno per la fibra G.652.D.
Tutti i-cavi ottici asciutti sono immuni all'idrogeno?
No. La rimozione del gel di riempimento elimina un potenziale contributo di materiale e può fornire vantaggi di installazione, ma l'idrogeno può comunque provenire dalla corrosione metallica, da altri materiali o dall'ambiente esterno.
Il nastro rigonfiabile in acqua- assorbe l'idrogeno?
Non necessariamente. I materiali rigonfiabili in acqua-standard sono progettati per bloccare la migrazione dell'acqua. I materiali che assorbono o eliminano l'idrogeno-richiedono una formulazione specificatamente progettata per il controllo dell'idrogeno.
Il solo test OTDR può confermare l'attenuazione-indotta dall'idrogeno?
No. L'OTDR può aiutare a individuare perdite distribuite o localizzate, ma la conferma della causa principale-normalmente richiede il confronto con i dati di riferimento, le misurazioni dell'attenuazione dipendente dalla lunghezza d'onda-, le specifiche del prodotto e le prove ambientali o materiali.
Conclusione
L'attenuazione indotta dall'idrogeno-è meglio gestita come un problema di ingegneria dei materiali-e-ambientale, non come un inevitabile meccanismo di invecchiamento. La moderna fibra a basso-acqua-picco, un'accurata selezione dei componenti, il controllo dell'umidità e della corrosione, chiusure qualificate e misure di-eliminazione dell'idrogeno, ove giustificato, possono mantenere la perdita ottica correlata all'idrogeno-entro limiti accettabili per tutta la durata di servizio del cavo.
Per l'approvvigionamento e la progettazione della rete, il requisito più utile non è "scegliere un cavo a prova di idrogeno-, ma definire l'esposizione effettiva, la categoria della fibra, la struttura del cavo, i test di qualificazione e l'attenuazione ammissibile a lungo termine-. Questo approccio produce specifiche più affidabili per trunk FTTx, reti di comunicazione elettrica, dorsali interrate e altre infrastrutture ottiche di lunga-durata.