Hvorfor standard fiberkabler fejler i sorte jordtyper.

Mens telekommunikationsingeniørkunst typisk prioriterer netværkskapacitet, båndbredde og optisk tab, afhænger det fysiske lags ultimative overlevelse af geoteknisk stabilitet. For netværksejere, der bygger infrastrukturanlæg, der skal holde i årtier, er den primære trussel overraskende nok ikke kapacitet. I stedet er det den mekaniske ustabilitet i “Den Aktive Zone”, som er den øvre jord, der er udsat for intense sæsonbestemte fugtighedsudsving.

Ved opbygning af kritisk netværksinfrastruktur, såsom backhaul-ruter hvor ethvert nedbrud kan have ekstrem stor indflydelse, er det klogt at overveje fiberoptiske kablers evne til at modstå jordforhold.

I mange globale regioner opfører jorden sig som en dynamisk maskine, der udøver multivektorielle kræfter, som nemt kan overstige standard fiberoptiske kablers fysiske tolerancer. For at mindske denne risiko skifter forsigtige netværksejere til specialiserede højstyrkesystemer, såsom ScaleFibres højstyrkedesign, for at sikre beskyttelse af aktiver.

Geoteknikken bag “reaktive” jordtyper

Den primære mekaniske modstander for nedgravet infrastruktur er en jordtype kendt som Vertosols, almindeligvis kaldet “sorte jordtyper”. Disse er defineret ved høje koncentrationer af ekspansive lermineraler, der gennemgår dramatiske volumetriske ændringer under våd- og tørrecyklusser.

Hvad sker der i jorden?

En Vertosols opførsel dikteres af dens mineralogiske sammensætning, specifikt tilstedeværelsen af specifikke mineraler. Disse mineraler har en 2:1 gitterstruktur – i bund og grund en mikroskopisk molekylær “sandwich” af forskellige lerlag.

Bindingerne mellem disse lag er relativt svage. Under hydrering trækkes vandmolekyler ind i det intralaminære rum (mellem lagene), hvilket tvinger lagene fra hinanden. På makroskopisk skala får denne molekylære udvidelse jordvolumen til at stige, hvilket genererer massive svældningstryk. Omvendt, under tørre perioder, får vandtab gitteret til at kollapse, hvilket resulterer i jordens sammentrækning og dannelsen af dybe sprækker eller “svindrevner”, der kan strække sig flere meter ned i underjorden.

Globale geografier i fare

Disse geologisk ustabile zoner er strategisk vigtige og vidt udbredte. Skiftende, ekspansive jordtyper udgør udfordringer over hele verden. Du har uden tvivl set dette i bygninger, hvor vægge revner og fundamenter forskydes på grund af underliggende jordbevægelser. Problematiske jordtyper forekommer mange steder, men nogle specifikke regioner er velkendte.

Nordamerika

Adskillige regioner har skiftende jordtyper, herunder den berygtede “Houston Black”, der er fremherskende i Texas-korridoren. Disse jordtyper er kendt for deres høje Koeffecient for Lineær Udvidelse (COLE), og løfter ofte fundamenter og skærer ledninger med nok kraft til at knække traditionelle forsyningsledninger. En enorm mængde skade opstår hvert år som følge af de ekspansive “Houston Black” jordtyper.

Europa

I Spaniens Extremadura-region, i et område kendt som Tierra de Barros, gennemgår Pellic Vertosols ekstrem sætning. I Storbritannien er Lias Group-lerarterne højrisikozoner for jordskredsinducerede skær og infrastrukturfejl, ofte langs almindeligt anvendte transportkorridorer. Faktisk er ekspansive jordtyper i Storbritannien den største naturlige jordfare og kan skære kabler og anden infrastruktur over, hvilket forårsager udbredte nedbrud, lækager og brud.

Australien

Australske Vertosols, der indeholder det mest forskelligartede udvalg af revnedannende lerarter globalt, danner dybe overfladesprækker, der tillader hurtig vandindtrængning til underjorden, hvilket udløser lokaliseret, voldsom svældning, der kan flytte nedgravede kabler enormt på en enkelt sæson. Telekommunikationsoperatører i hele Australien står hvert år over for enorme udfordringer fra disse jordtyper i mange regioner af landet. I nogle tilfælde flytter de sorte jordtyper sig så meget, at de skaber store afgrunde i jorden.

Fejltyper for nedgravede fiberkabler

Geoteknisk bevægelse angriber et nedgravet aktiv gennem tre forskellige mekaniske stressfaktorer. Et standardkabel vil til sidst nå sin elastiske grænse gennem en eller flere af disse og fejle.

1. Langsgående belastning (træk)

Når jorden tørrer, udøver den skrumpende jord høj friktion på kablets kappe, hvilket trækker i det fra begge ender. De fleste optiske fibre har en maksimal belastningstolerance på ca. 0,2%, før mikro-bøjningstab dæmper signalet, eller makro-bøjning fører til glasbrud.

2. Radialt tryk (svældningstryk)

Genhydrering udløser en hurtig volumenstigning, hvilket resulterer i en radial knusningsbelastning. Dette svældningstryk kan udøve enorme kræfter på kablets kappe og fungere som en hydraulisk skruestik. Standardkabler med minimale kapper yder ringe modstand, hvilket tillader bufferrør at deformeres og presse fibrene mod rørvæggene, hvilket medfører høj dæmpning.

3. Aksial kompression (bukning)

Dette er den mest kritiske og dårligt overvejede fejltype i ekspansive miljøer. Når jorden udvider sig, skubber den ofte aksialt langs kablet mod mere stabile punkter. Mange kabler har begrænsede styrkeelementer, primært designet til træk under installation. Nogle er forstærket med aramidgarn (som Kevlar), som tilbyder fremragende trækstyrke, men nul kompressionsstyrke. De er i bund og grund reb, der bliver slappe under tryk.

Under aksiale trykbelastninger bukker og knækker standardkabler. Dette tvinger glasfibrene ind i en bøjningsradius strammere end 30 mm, hvilket forårsager katastrofalt optisk tab eller total fysisk fejl.

En ingeniørløsning

Brugen af traditionelle “almindelige” kabler i sorte eller ekspansive jordtyper er ofte udsat for problemer. Disse kabler er simpelthen ikke designet til at håndtere de kræfter, som sorte jordtyper påfører dem, og fejler derfor hurtigt selv efter moderate jordforskydninger. ScaleFibre har udviklet sin portefølje af højstyrkekabler til at give yderligere styrke, der lettere modstår miljømæssige kræfter end standard fiberoptiske kabler. Der er to brede designs – det højstyrke enkeltkappe uarmeret optisk fiberkabel (klassificeret med 6kN trækstyrke), og det højstyrke ikke-metallisk armerede optiske fiberkabel (klassificeret med 20kN). Førstnævnte giver omkring tre gange trækstyrken af traditionel løs-rør, mens sidstnævnte giver omkring ti gange trækstyrken (og en betydelig forøgelse af kablets evne til at modstå gnaverskader).

Niveau 1: Høj Styrke (6kN)

6kN højstyrkeniveauet giver en betydelig opgradering i forhold til industriens standard 2kN trækgrænse, og er specifikt konstrueret til at håndtere øgede installations- og miljøbelastninger. Dette kabeldesign anvender en specialiseret Polyethylen (PE) kappe integreret med proprietære forbedringer, der drastisk øger dens mekaniske modstandsdygtighed uden behov for yderligere lag. Mens designet opretholder en strømlinet profil, fokuserer det på at maksimere kablets trækstyrke og knusningsmodstand, hvilket giver høj holdbarhed inden for en enkelt-kappe struktur. Dette gør det til et effektivt valg til disse typer af højbelastningsinstallationer, hvor standardkabler er utilstrækkelige.

Dette kabel tilbyder ikke armering og er derfor kun lige så gnaverresistent som traditionelle uarmerede kabler.

Featured Solution

Højstyrke løsrør udendørs fiberkabel

Højstyrke, modstandsdygtigt løsrør til kritiske netværksruter, konstrueret til robusthed, hvor jordbevægelser eller barske forhold truer servicekontinuiteten.

Se produktdetaljer

Niveau 2: NMA Høj Styrke (20kN)

Det ikke-metallisk armerede højstyrkedesign tager kabelbeskyttelsen endnu længere. Ideel til kritiske kabler i højrisiko-jordmiljøer, anvender denne version massive pultruderede FRP (Fiber Reinforced Plastic) stænger. Dette adskiller sig fra de mere almindelige glasgarn-type armeringer, og det har den yderligere fordel at give betydelig strukturel stivhed. Det giver markant mere beskyttelse mod gnavere og andre lignende skader, da FRP-stængerne er tykkere, stærkere og giver større dækning end garn-stil “armering”.

Disse massive stænger giver aksial kompressionsmodstand (ACR). De fungerer som bjælker, der opretholder kablets lineære integritet og effektivt forhindrer skader fra kompression og den bukning, der kompromitterer standardkabler.

Featured Solution

Højstyrke armeret løsrørs udendørs fiberkabel

Ekstremt højstyrke, armeret løst rør til kritiske netværk, hvor jordbevægelser eller barske forhold truer servicekontinuiteten.

Se produktdetaljer

Den dielektriske fordel

I modsætning til metallisk armerede kabelmuligheder, som typisk ikke tilføjer tilstrækkelig styrke til applikationer i sorte jordtyper, giver det fuld-dielektriske design (metalfrit) af begge ScaleFibres højstyrkekabler væsentlige operationelle fordele for langdistance-backbones:

Elektromagnetisk immunitet

Langdistanceruter løber ofte parallelt med højspændingsledninger. Dielektriske kabler er ikke-ledende, hvilket beskytter netværket mod inducerede strømme og lynnedslag, der katastrofalt kan smelte metallisk armerede alternativer.

Operationel effektivitet

I modsætning til metallisk armering kræver dielektrikum ingen jording eller binding ved indgangspunkter, hvilket betydeligt reducerer feltarbejde og materialeliste (BoM). I mange jurisdiktioner kan de også dele eksisterende elektriske rør eller kanaler, hvor metalliske kabler er forbudt.

Kemisk stabilitet

FRP-stænger er kemisk inerte og immune over for korrosion. Dette er almindeligt for metalliske kabler i våd, sur jord, hvilket vil have en negativ indvirkning på kabelsystemets levetid. Ikke alene reducerer korrosion gnavermodstanden for metallisk armering, men det reducerer også kablets styrke.

Konklusion

At bygge en bæredygtig digital backbone gennem reaktiv jord kræver en ingeniørfilosofi, der tager højde for geotekniske påvirkninger. At stole på standard uarmerede eller garnarmerede kabler i disse miljøer fører til en cyklus af vedligeholdelse og eventuel fiasko. ScaleFibres massiv-stangs-arkitektur repræsenterer forskellen mellem en omkostningstung forpligtelse og et permanent infrastrukturanlæg.