黃保哲

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所，山東 青島 266555）

0 引言

隨著國(guó)家《住宅區(qū)和住宅建筑內(nèi)光纖到戶通信設(shè)施工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的頒布實(shí)施，新建及改造小區(qū)均要求采用FTTH 的接入方式，并且要滿足多家電信業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)者平等接入的要求，市場(chǎng)上對(duì)可同時(shí)滿足三家運(yùn)營(yíng)商接入并可實(shí)現(xiàn)光纖到戶的光纜分纖設(shè)備的需求量會(huì)非常大。

共建共享型光纜分纖箱就是針對(duì)這種需求而設(shè)計(jì)開發(fā)的，它可滿足三家運(yùn)營(yíng)商共同接入并保證其相互獨(dú)立，可實(shí)現(xiàn)光纜的引入固定和開剝保護(hù)、光纖的熔接和保護(hù)、信號(hào)的分配和調(diào)度，并可滿足光分路器的安裝，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分光功能。

1 總體方案設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)功能分析

共建共享型光纜分纖箱作為一種可同時(shí)滿足三家運(yùn)營(yíng)商接入的光纜分纖設(shè)備，要滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中性能指標(biāo)及其實(shí)際使用功能要求：

（1）箱門開啟角度應(yīng)不小于120°；

（2）耐電壓水平：接地裝置與箱體金屬構(gòu)件之間的耐電壓水平不小于3000V（DC），1min 不擊穿、無(wú)飛??；

（3）絕緣電阻：接地裝置與箱體金工件之間的絕緣電阻應(yīng)不小于2×104MΩ，試驗(yàn)電壓為500V（DC）；

（4）三家運(yùn)營(yíng)商相互獨(dú)立，互不干涉，開通業(yè)務(wù)時(shí)必須和建筑商共同完成；

（5）光纜的引入固定和開剝保護(hù)以及入戶蝶形光纜的引入固定；

（6）光纖的熔接、保護(hù)及存儲(chǔ)；

（7）信號(hào)的分配和調(diào)度管理以及分光功能。

1.2 總體布局設(shè)計(jì)

從上述功能要求中可以分析得出，和普通光纜分纖箱相比，共建共享型光纜分纖箱的設(shè)計(jì)難點(diǎn)和重點(diǎn)在“三家運(yùn)營(yíng)商相互獨(dú)立以及開通業(yè)務(wù)時(shí)必須和建筑商共同完成”的實(shí)現(xiàn)上，最直接的思路是三家運(yùn)營(yíng)商和建筑商分別使用一個(gè)箱體，運(yùn)營(yíng)商和建筑商的箱體之間通過(guò)跳線連接開通業(yè)務(wù)，但這樣做存在以下問(wèn)題：

（1）需要四個(gè)箱體，成本高；

（2）箱體之間要通過(guò)跳線連接，美觀性和安全性不足；

（3）各箱體之間的安裝和擺放需要優(yōu)化設(shè)計(jì)。

因此我們考慮將四個(gè)箱體合四為一，設(shè)計(jì)為一個(gè)箱體內(nèi)分成四個(gè)艙，四個(gè)艙分別安裝門板，且使用不同的門鎖，各門不能互開，保證各艙的獨(dú)立性，各艙之間使用隔板分隔，其中運(yùn)營(yíng)商與建筑商之間的隔板上預(yù)留穿線孔洞，供相互跳線使用，箱體左側(cè)為建筑商艙，右側(cè)自上而下分為移動(dòng)、聯(lián)通、電信三個(gè)運(yùn)營(yíng)商艙，各艙功能設(shè)計(jì)如下：

建筑商艙：滿足入戶蝶形光纜引入、固定和存儲(chǔ)，蝶形光纜與預(yù)置尾纖熔接，信號(hào)的分配和調(diào)度。

運(yùn)營(yíng)商艙：滿足各自室外光纜的引入、固定和開剝保護(hù)，室外光纜與預(yù)置尾纖的熔接，光分路器的安裝固定，光分輸入的端接。

由于運(yùn)營(yíng)商艙自上而下為三個(gè)艙，如果運(yùn)營(yíng)商艙要滿足室外光纜的引入、固定和開剝保護(hù)，則三個(gè)艙內(nèi)均要設(shè)計(jì)高壓防護(hù)裝置，這種設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：

（1）三個(gè)艙自上而下排列，室外光纜須從側(cè)面接入，美觀性不足；

（2）需要三套高壓防護(hù)裝置，生產(chǎn)成本增加；

（3）三套高壓防護(hù)裝置接地時(shí)，需要串連，增加施工難度。

如果室外光纜引入、固定和開剝保護(hù)的功能在建筑商艙內(nèi)實(shí)現(xiàn)，只需要一套共用的高壓防護(hù)裝置即可，可以避免以上缺點(diǎn)，光纜開剝后從豎隔板上的穿線孔中分別引入到各運(yùn)營(yíng)商艙內(nèi)與尾纖熔接，實(shí)現(xiàn)其他功能。

通過(guò)以上分析，并結(jié)合用戶配置要求及使用習(xí)慣等確定共建共享型光纜分纖箱總體方案如下：

箱體分艙設(shè)計(jì)，各艙單獨(dú)設(shè)計(jì)門板，各門板配不同門鎖，門鎖不能互開，保證各艙的獨(dú)立性，室外光纜在建筑商艙內(nèi)引入、固定、開剝后分別引入到各運(yùn)營(yíng)商艙，在運(yùn)營(yíng)商艙內(nèi)與尾纖熔接，并通過(guò)適配器與光分輸入對(duì)接，光分輸出尾纖引到建筑商艙適配器右側(cè)，入戶蝶形光纜在建筑商艙內(nèi)固定后引到熔接盤內(nèi)與尾纖熔接，尾纖引到適配器安裝板左側(cè)，與光分尾纖對(duì)接實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的分配和調(diào)度。

2 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

作為一個(gè)光配線設(shè)備，共建共享型光纜分纖箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)首先要滿足光性能和高壓防護(hù)性能要求，并在此基礎(chǔ)上滿足使用性、經(jīng)濟(jì)性、安全和美觀性等方面的要求。以下從曲率半徑、絕緣件及門板等方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

2.1 光纖曲率半徑分析

光纖曲率半徑涉及到整個(gè)箱體布局和光纖路由設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)須滿足以下標(biāo)準(zhǔn)要求：

（1）光纜引入時(shí)其彎曲半徑應(yīng)大于光纜直徑的15 倍；

（2）光纖在設(shè)備內(nèi)布放時(shí)，不論在何處轉(zhuǎn)彎，其彎曲半徑應(yīng)不小于30mm。

室外光纜和入戶蝶形光纜引入時(shí)，其固定裝置與進(jìn)纜孔在同一平面，光纜垂直引入，避免彎曲；適配器安裝板左右兩側(cè)至箱體側(cè)面和隔板的尺寸均大于120mm，在用戶使用冷接子的情況下依然可保證其尾纖的彎曲半徑；各穿線孔、光分路器、熔接盤等位置均預(yù)留足夠的走線空間，保證光纖在各處的彎曲半徑滿足要求。

2.2 耐電壓水平和絕緣電阻分析

高壓防護(hù)接地裝置主要作用是室外光纜的引入固定，設(shè)計(jì)時(shí)除滿足強(qiáng)度要求外還要滿足高壓防護(hù)性能要求，這里最關(guān)鍵的是絕緣件的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)采用高壓防護(hù)座板上下加絕緣墊的結(jié)構(gòu)形式。綜合考慮成本、強(qiáng)度等因素，上下絕緣墊均采用直徑為12mm，高度為3mm 的聚四氟乙烯，為避免螺釘與高壓防護(hù)座板接觸下絕緣墊設(shè)計(jì)凸臺(tái)。

根據(jù)均勻電場(chǎng)下絕緣電阻與絕緣厚度成正比，與導(dǎo)體面積成反比，即：

式中：RV為絕緣電阻（Ω）；

ρV為體積絕緣電阻系數(shù)（Ω·mm）；

δ 為絕緣厚度（mm）；

A 為電極面積（mm2）。

首先計(jì)算高壓防護(hù)座板與箱體之間絕緣墊處絕緣電阻，取δ=3mm，A=113mm2，經(jīng)查資料得知，在20℃時(shí)，聚四氟乙烯絕緣電阻系數(shù)ρV=1015～016Ω·mm（計(jì)算時(shí)取下限值），計(jì)算可得RV=2.65×1012Ω；再計(jì)算凸臺(tái)處絕緣電阻，取δ=1.25mm，A=37.7mm2，計(jì)算可得RV=3.3×1012Ω，兩處絕緣電阻均遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)要求。

按沖擊強(qiáng)度計(jì)算絕緣厚度公式為：

式中：t—絕緣厚度（mm）；

UBIL—電纜的基準(zhǔn)沖擊水平（kV）；

K2—沖擊電壓老化系數(shù)，K2=1.2；

K3—沖擊擊穿電壓溫度系數(shù)，K3=1.3；

Eav—長(zhǎng)期工頻擊穿強(qiáng)度。

由（2）可知，絕緣厚度只與沖擊電壓有關(guān)，查資料得知聚四氟乙烯的長(zhǎng)期工頻擊穿強(qiáng)度為10kV/mm 以上，將沖擊電壓UBIL=3000V，Eav=10kV/mm，代入（2）式得t=0.468mm，小于設(shè)計(jì)的1.25mm。

為了更好的驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案，采用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行測(cè)量，使用絕緣電阻測(cè)試儀500V 直流檔在常溫和環(huán)境實(shí)驗(yàn)后測(cè)量絕緣電阻，測(cè)量絕緣電阻為106Ω，遠(yuǎn)大于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，與理論數(shù)值的偏差主要受溫度、濕度等的影響；使用耐壓測(cè)試儀在高壓防護(hù)座板與箱體之間施加50Hz、3000V 直流電壓1min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)擊穿和飛弧現(xiàn)象。

綜合以上分析和試驗(yàn)結(jié)果可知，高壓防護(hù)接地裝置的絕緣電阻和耐電壓水平均滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 門板設(shè)計(jì)

門板設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮其美觀性和使用性，由于箱體右側(cè)自上而下有三扇門，可以采用合頁(yè)式門和轉(zhuǎn)軸式門兩種結(jié)構(gòu)形式，合頁(yè)式門是指門板與箱體之間采用合頁(yè)連接，合頁(yè)可焊接或用抽芯鉚釘固定；轉(zhuǎn)軸式門是指門板采用轉(zhuǎn)軸的方式固定到箱體上，以下從成本、美觀性、使用性、可更換性等方面進(jìn)行分析：

（1）成本：使用轉(zhuǎn)軸式門時(shí)，箱體右側(cè)三扇門中需要增加兩個(gè)轉(zhuǎn)軸板，成本相對(duì)較高；

（2）美觀性：合頁(yè)式門從側(cè)面可以看到合頁(yè)或鉚釘，另外由于合頁(yè)有一定的活動(dòng)余量，當(dāng)門板較寬時(shí)，門板縫隙不均勻；

（3）使用性：兩種門板開門角度均可達(dá)到180°以上，大于標(biāo)準(zhǔn)中要求的120°；

（4）可更換性：轉(zhuǎn)軸式門上部為活動(dòng)轉(zhuǎn)軸，拆卸方便，焊接合頁(yè)式門無(wú)法更換，鉚釘合頁(yè)式門更換時(shí)需將抽芯鉚釘打掉，更換不方便。

綜合考慮各因素，本次設(shè)計(jì)采用轉(zhuǎn)軸式門板。

3 小結(jié)

共建共享型光纜分纖箱的設(shè)計(jì)，，解決了各運(yùn)營(yíng)商樓道內(nèi)重復(fù)建設(shè)、浪費(fèi)資源的弊端，大大節(jié)約了光纖入戶投資建設(shè)成本，其共建共享系列產(chǎn)品如共建共享型光纜交接箱、共建共享型光纖配線架等產(chǎn)品也將會(huì)逐步得到重視和大規(guī)模使用。

［1］廖運(yùn)發(fā)，等編.中華人民共和國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 2150-2010 光纜分纖箱[M].人民郵電出版社，2010.

［2］張宣，等編.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50846-2012 住宅區(qū)和住宅建筑內(nèi)光纖到戶通信設(shè)施工程設(shè)計(jì)規(guī)范[M].中國(guó)計(jì)劃出版社，2012.

［3］邱宣懷，主編.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].高等教育出版社，1989.