Радиус изгиба кабеля

Как и любая другая техническая продукция, кабели имеют свои ограничения, которые следует учитывать как при монтаже, так и в процессе эксплуатации. Одним из таких важных аспектов является допустимый радиус изгиба.

Почему важно знать радиус изгиба кабеля?

Кабель имеет определённую степень гибкости, что позволяет его прокладку по изогнутым трассам. Тем не менее, если изгиб слишком резкий, это может привести к возникновению значительных механических напряжений в конструкции или отдельных её элементах. Такие напряжения могут негативно сказаться на характеристиках кабеля, сократить его срок службы, а в крайних случаях привести к повреждению оболочки или поломке самого изделия.

Чтобы избежать подобных проблем, необходимо строго следовать рекомендациям производителя по поводу радиуса изгиба. Этот параметр всегда указывается в технической документации на кабель и должен учитываться при его установке.

Каким должен быть приемлемый радиус изгиба оптоволоконного проводника?

На предел допустимого радиуса изгиба оптического кабеля существенно влияет внешний диаметр (D наружный). Согласно "Правилам эксплуатации оптических кабелей, пассивных устройств и оборудования для сварки оптоволокон", такие кабели должны быть устойчивыми к различным физическим воздействиям, включая статическое изгибание.

К примеру, оптический шнур должен выдерживать до двадцати циклов деформации с углом изгиба в 90 градусов при радиусе, который составляет двадцатикратное значение внешнего диаметра (D наружный) при температуре -10°C и нормальных условиях эксплуатации.

Для того чтобы правильно рассчитать предельно допустимый радиус изгиба, достаточно внешний диаметр умножить на 20. Если принять, что D наружный равен 12 мм, то предельно допустимый радиус изгиба составит 240 мм.

Нормативные документы и определение параметра

Минимально допустимый радиус изгиба кабелей регулируется различными нормативными документами. Для силовых кабелей основными источниками являются шестое издание Правил устройства электроустановок (ПУЭ) и ГОСТ 31 996-2012. В отношении волоконно-оптических кабелей, предназначенных для наружной прокладки, следует обращаться к "Правилам применения оптических кабелей связи". Для кабелей локальных сетей (ЛАН) применяются требования, изложенные в ГОСТ Р 58748-2019.

Определение необходимого радиуса изгиба осуществляется на основании внутренней кромки изогнутого кабеля, что соответствует внутренней кривой изгиба.

Помимо того, что представлено абсолютное значение, существует также распространенная практика указания радиуса в "квазибезразмерной" форме, где в качестве метрики используется кратность относительно внешнего диаметра самого кабеля.

Такой подход к нормированию имеет свои преимущества. Во-первых, он позволяет установить стандарты для группы кабелей с разными сечениями проводников и/или количеством передающих цепей. Во-вторых, это сводит к минимуму разнообразие радиусов изгиба, сводя их к ограниченному набору значений, представленному как 3, 4, 6, 8, 10, 15 и 20 внешних диаметров.

Что гласит об этом стандарт ANSI/TIA/EIA-568-B.3?

Кондиция отвечает требованиям ANSI/ICEA S-83-596.

2-, 4-волоконный шнур, как элемент оптоволоконной системы, без нагрузки должен обладать R изгиба ≥ 1" (например, после монтажа). R изгиба 2-, 4-волоконного шнура на горизонтальной линии должен соответствовать ≥ 2" при наивысшем механическом напряжении 222 N. Прочие виды продукции без нагрузки должны обладать R изгиба ≥ 10 D наружных (по оболочке) и ≥ 15 D наружных при протяжке с допустимым усилием.

Кондиция отвечает требованиям ANSI/ICEA S-87-640.

Шнур должен обладать влагозащищённой структурой и выдерживать мехнапряжение 2670 N. R изгиба без нагрузки должен соответствовать ≥ 10 D наружных и ≥ 20 D наружных при протяжке с усилием.

Падение мощности на макро-изгибах

Очевидно, что от R изгиба шнура зависит R изгиба оптоволокна. Если следовать нормам и предписаниям, качество передачи сигнала не нарушается; в итоге он, не затухая, передается по волокну, и эффект внутреннего отражения сохраняется.

Если R min изгиба не выдерживается, появляется т. н. макро-изгиб: световой поток, покидая границы волоконного сердечника, затухает. Так что избыточное затухание внутри кабеля исключено в случае, когда при прокладке и функционировании ВОЛС соблюдаются нормы и предписания R изгиба шнура.

Эксплуатационные стандарты шнура

R min изгиба всегда указывается в паспорте продукции. С учётом данного обстоятельства, значение R бывает меньше, нежели прописано в «Правилах».

Однако если производитель заявляет предельно допустимый R изгиба меньше, нежели в упомянутом нормативно-правовом акте, то это корректировочное изменение подкрепляется результатами официальных лабораторных экспериментов.

Во избежание нештатных ситуаций надлежит выполнять такие условия:

• располагать шнур лишь на ровной плоскости;
• не допускать кручения шнура и появления петель;
• избегать при монтаже опасных поворотов и острых кромок;
• строго выдерживать R min изгиба, рекомендованный заводом-изготовителем.

Виды оптических шнуров с точки зрения R изгиба

Ординарный грунтовой кабель (ДПС) допускает R min изгиба от 15 D кабеля, который аккуратно заделывается в относительно ровную траншею вручную либо посредством кабелеукладчика. Условие R min изгиба кабеля ≥ 15 D кабеля также распространяется на:

1. ВСК – 1-волоконный, внутренний.
2. ВДП – 2-волоконный универсальный.
3. ВДК – 2-волоконный, внутренний.
4. ВРК – много-волоконный (1-12), внутренний.
5. ВРуК – много-волоконный, наружный.
6. ВРаК – 8-волоконный, наружный.

При этом для всех них R min изгиба оптоволокна ≥ 3 mm (в течение 10 min).

Внутриобъектовый Distribution (ОБР) допускает R min изгиба от 10 D кабеля, который размещается внутри специальных каналов и лотков. Здесь на маршруте коммуникации попадаются проблемные участки, а также переходы, поэтому для такого варианта актуально, чтобы изделие обладало самым коротким R изгиба без последствий для оптоволокна.

Различия между предельно допустимыми R при прокладке и при применении в нормативной базе отсутствуют. В связи с этим монтажные катушки, бухты резерва обязаны иметь R внутренний ≥ R min изгиба, соответствующего нормальной работе кабеля.

Радиусы изгиба кабелей силовых, контрольных и других типов

Представим данные о радиусах изгиба для самых распространенных типов кабелей в следующей таблице:

От чего зависит минимальный радиус изгиба

При изгибе кабелей наибольшие механические напряжения возникают в их внешних слоях, то есть на периферийной поверхности защитной оболочки, где происходят максимальные растяжения и сжатия. Также важным фактором является жесткость компонентов кабельного сердечника, а также конструктивные особенности и пластичность материалов, используемых в цепях передачи электроэнергии и сигналов.

С учетом этих характеристик, при равных условиях наибольшую гибкость демонстрируют кабели, обладающие следующими признаками:

• оболочка из резины;
• отсутствие сплошных экранов;
• многопроволочные проводники.

Такие конструкции могут без проблем изгибаться с радиусом, равным трем внешним диаметрам. В то время как у других типов изделий минимально допустимый радиус изгиба значительно больше и может достигать 10-20 внешних диаметров. Это особенно актуально для:

• силовых кабелей с жесткими однопроволочными или секторными жилами сечением 50 мм² и более;
• устаревших кабелей с бумажной изоляцией и свинцовой оболочкой, так как эти материалы обладают ограниченной механической прочностью;
• волоконно-оптических кабелей с однотрубочной конструкцией и с размещением упрочняющих элементов в наружной области оболочки.

Проблема с ограниченной гибкостью экранированных и бронированных кабелей может быть несколько смягчена за счет использования специализированных покрытий, выполненных в виде ленточных обмоток или гофрированных металлических лент.

Замена резины на пожаробезопасные пластики, как в случае с кабелями ВВГнг-LS, существенно увеличивает разрешенный радиус изгиба до 10/7 внешних диаметров для однопроволочных и многопроволочных медных жил. При переходе на алюминиевые жилы жесткость конструкции возрастает. Например, согласно заводским техническим условиям, для гибкой конструкции АВВБШВ минимально допустимый радиус изгиба составляет 10 внешних диаметров.

Конструкция кабеля также влияет на радиус изгиба. У некоторых LAN-кабелей наружная оболочка представлена жесткой трубкой, внутри которой свободно размещены четыре витые пары. В процессе изгиба они могут перемещаться, что позволяет снизить механические напряжения, и минимально допустимый радиус изгиба уменьшается до четырех внешних диаметров.

Мероприятия по выполнению ограничений по допустимому изгибу

В технических условиях для различных типов кабелей указаны параметры радиуса изгиба, которые необходимо учитывать как во время установки, так и в процессе эксплуатации. Следует отметить, что для уже смонтированных кабелей допускается снижение этого параметра до двух раз, что связано с отсутствием динамических нагрузок в таких условиях.

Наибольшие трудности с соблюдением установленных норм возникают именно в процессе прокладки кабелей, когда они подвергаются динамическим нагрузкам. Для того чтобы минимизировать риски нарушения норм, часто прибегают к использованию направляющих роликов или специальных профилей, которые устанавливаются на входе в канал.

В зимний период важно обратить внимание на проблему ограниченной гибкости кабелей, что может привести к повреждению их оболочки. Эту ситуацию можно смягчить, предварительно прогревая кабель перед его укладкой. Например, оставить кабельный барабан на ночь в отапливаемом помещении является весьма эффективной мерой.

Не менее важным аспектом является квалификация монтажного персонала. Опытный специалист способен на ощупь определить, достигнут ли предельно допустимый радиус изгиба, без необходимости использования измерительных инструментов. Это связано с тем, что при сгибании кабеля до минимально допустимого радиуса он становится более жестким, и для его дальнейшего изгиба требуется прикладывать значительно большие усилия.