Cáp quang điện tử tổng hợp: Hướng dẫn thực tế dành cho người mua và kỹ sư

Mọi tế bào nhỏ 5G được lắp đặt trên mái nhà hoặc cột đường đều phải đối mặt với thách thức kỹ thuật giống nhau: nó cần cả dữ liệu tốc độ cao và nguồn điện đáng tin cậy — thường trong một ống dẫn duy nhất. Việc chạy cáp quang và cáp điện riêng biệt sẽ làm tăng gấp đôi công việc lắp đặt, tăng gấp đôi yêu cầu về ống dẫn và khiến việc bảo trì trở nên đau đầu trong nhiều năm. Cáp tổng hợp quang điện tử giải quyết vấn đề này bằng cách hợp nhất cả hai chức năng thành một cấu trúc nhỏ gọn. Đây là những điều mà các kỹ sư và nhóm mua sắm cần biết trước khi chỉ định hoặc tìm nguồn cung ứng.

Cáp tổng hợp quang điện tử thực sự là gì

Cáp tổng hợp quang điện tử kết hợp các sợi quang và dây dẫn điện bằng đồng trong một vỏ bọc duy nhất. Các bộ phận sợi - thường là sợi đơn mode 250 µm được đặt trong các ống lỏng chứa đầy gel chống thấm nước - xử lý việc truyền tín hiệu ở tốc độ gigabit. Các dây dẫn bằng đồng mang nguồn DC, thường ở điện áp từ 48 V đến 400 V DC, tùy thuộc vào cấu trúc nguồn điện từ xa.

Lõi của cáp sử dụng FRP (nhựa gia cố bằng sợi thủy tinh) hoặc bộ phận chịu lực trung tâm bằng thép. Các ống lỏng và dây dẫn điện được buộc xung quanh nó để tạo thành một mặt cắt tròn, nhỏ gọn. Một lớp chất độn chặn nước sẽ lấp đầy các khoảng trống, băng thép nhiều lớp (PSP) hai mặt bao bọc cụm lắp ráp và toàn bộ cấu trúc được hoàn thiện bằng lớp vỏ ngoài PE hoặc LSZH. Kết quả là tạo ra một loại cáp chắc chắn về mặt cơ học có thể xử lý những điều kiện khắc nghiệt khi lắp đặt ngoài trời đồng thời bảo vệ các sợi quang chính xác bên trong.

Nó được triển khai ở đâu và tại sao

Trường hợp sử dụng chủ yếu là truyền dẫn không dây — cụ thể là kết nối Thiết bị băng cơ sở (BBU) với Thiết bị vô tuyến từ xa (RRU) trong kiến trúc trạm gốc phân tán. Trong hệ thống cấp nguồn DC từ xa, phòng thiết bị trung tâm tăng 48 V DC lên khoảng 200–400 V, truyền nó qua dây dẫn đồng của cáp đến địa điểm từ xa, sau đó hạ nguồn xuống để cấp nguồn cho RRU. Các sợi quang trong cùng một cáp mang dữ liệu CPRI hoặc eCPRI giữa BBU và RRU cùng một lúc. Một lần kéo cáp sẽ thay thế hai lần kéo cáp riêng biệt.

Ngoài cơ sở hạ tầng không dây, môi trường triển khai phổ biến bao gồm:

• Lắp đặt cáp quang đến phòng đô thị (FTTR) - nơi một cáp đơn phục vụ cả dữ liệu trong tòa nhà và nguồn điện áp thấp cho các thiết bị đầu cuối
• Mạng lưới an ninh và giám sát — camera ở các địa điểm ở xa nhận được cả kết nối video qua cáp quang và nguồn điện 48 V sau một lần chạy
• Giám sát công nghiệp — các cảm biến và nút điện toán biên trong các nhà máy hoặc trạm biến áp nơi mà khả năng miễn nhiễm EMI của liên kết sợi quang là rất quan trọng
• Xây dựng viễn thông nông thôn — các tuyến đường dài đến các ngôi làng hoặc các tòa nhà cộng đồng nơi việc giảm thiểu số lượng cáp giúp giảm cả chi phí vật liệu và nhân công

Trường hợp sử dụng công nghiệp đáng được quan tâm đặc biệt. Không giống như cáp dữ liệu đồng, thành phần sợi quang không bị nhiễu điện từ - một lợi thế lớn trong môi trường có máy móc hạng nặng, thiết bị chuyển mạch điện áp cao hoặc bộ truyền động tần số thay đổi. Tìm hiểu thêm về cách cáp tổng hợp quang điện tử nâng cao độ tin cậy trong môi trường công nghiệp.

Thông số kỹ thuật chính để đánh giá khi tìm nguồn cung ứng

Không phải tất cả các loại cáp composite đều có thể hoán đổi cho nhau. Đây là những thông số ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất hệ thống:

• Số lượng và loại sợi: Hầu hết các hoạt động triển khai viễn thông đều sử dụng sợi quang đơn mode G.652D. Xác minh số lượng phù hợp với ngân sách cặp cáp quang truyền dẫn trước của bạn - 2, 4, 6 hoặc 8 sợi là các cấu hình phổ biến.
• Mặt cắt dây dẫn: Kích thước dây dẫn điện (tính bằng mm2) xác định tổn thất điện trở trên toàn bộ chiều dài đường dây. Dây dẫn 1,5 mm2 mang điện áp 48 V DC trên 500 m sẽ mất điện áp nhiều hơn đáng kể so với dây dẫn 2,5 mm2 ở cùng dòng điện. Hãy kết hợp thông số kỹ thuật của dây dẫn với ngân sách nguồn điện của bạn chứ không chỉ định mức điện áp.
• Đánh giá điện áp: Các loại tiêu chuẩn xử lý lên đến 400 V DC. Hệ thống cung cấp từ xa điện áp cao (HVDC) có thể yêu cầu cáp được xếp hạng cho cấp cách điện cao hơn — hãy xác nhận với nhà sản xuất thiết bị cung cấp điện.
• Chất liệu vỏ bọc: Áo khoác PE phù hợp với tiêu chuẩn chôn cất ngoài trời và chạy trên không. LSZH (Low Smoke Zero Halogen) là bắt buộc trong không gian kín, đường hầm và tòa nhà theo hầu hết các quy tắc an toàn phòng cháy.
• Loại áo giáp: Áo giáp PSP (băng thép gợn sóng) giúp chống lại loài gặm nhấm và bảo vệ khỏi bị nghiền nát khi chôn trực tiếp. Để triển khai trên không, hãy kiểm tra xem thiết kế có bao gồm dây truyền tin hay được xếp hạng để tự hỗ trợ hay không.
• Phạm vi nhiệt độ hoạt động: Cáp ngoài trời phải hoạt động trên toàn bộ phạm vi nhiệt độ môi trường xung quanh của khu vực lắp đặt. Thông số kỹ thuật từ −40 °C đến 70 °C là điển hình cho các biến thể môi trường khắc nghiệt.

Để tham khảo, bộ tiêu chuẩn IEC 60794 quy định các quy trình thử nghiệm cơ học, truyền dẫn và môi trường đối với cáp quang bao gồm các loại hỗn hợp lai — một tiêu chuẩn hữu ích khi xem xét các bảng dữ liệu của nhà cung cấp.

Những cân nhắc về cài đặt thường bị bỏ qua

Cáp composite đưa ra yêu cầu kỷ luật kép tại chỗ: đội kỹ thuật cần cả năng lực nối sợi và kỹ năng chấm dứt điện. Những vấn đề này thường do các nhóm thương mại khác nhau xử lý và sự phối hợp kém giữa họ là nguyên nhân thường gây ra sự chậm trễ.

Bán kính uốn cong tối thiểu là không thể thương lượng. Cáp composite có xu hướng có bán kính uốn cong tối thiểu lớn hơn cáp sợi thuần túy do có thêm dây dẫn đồng. Vượt quá giới hạn này trong quá trình kéo - thậm chí chỉ trong giây lát quanh chỗ uốn ống dẫn - có thể làm đứt sợi và tạo ra các xung mất chèn mà chỉ xuất hiện trong quá trình kiểm tra OTDR sau khi lắp đặt hoàn tất. Đánh dấu bán kính uốn cong tại các điểm vào ống dẫn trước khi bắt đầu kéo.

Việc giảm sức căng tại các điểm cuối quan trọng hơn so với cáp chỉ dùng đồng. Ở mỗi đầu, tải trọng cơ học trên bộ phận chịu lực phải được tách biệt khỏi các kết nối sợi quang và các đầu nối nguồn. Sử dụng bộ đệm cáp hoặc hộp đầu vào do nhà sản xuất chỉ định - các cách bố trí ngẫu hứng là nguyên nhân đáng tin cậy gây ra các vấn đề về độ tin cậy lâu dài.

Cuối cùng, kiểm tra độc lập cả đường dẫn quang và đường điện trước khi đưa vào vận hành. OTDR từ đầu đến cuối sợi quang để xác nhận tổn hao mối nối và đầu nối nằm trong thông số kỹ thuật. Kiểm tra Megger cách điện của dây dẫn để loại trừ bất kỳ vết xước nào trên vỏ trong quá trình lắp đặt. Các vấn đề được phát hiện trước khi bật nguồn thiết bị sẽ có chi phí sửa chữa rẻ hơn nhiều so với các lỗi được phát hiện sau đó.

Chọn loại cáp phù hợp: GYTS so với GYXTY

Hai biến thể phổ biến xuất hiện trong hầu hết các danh mục nhà cung cấp cho các ứng dụng composite ngoài trời. Loại GYTS sử dụng lớp giáp băng thép gợn sóng và phù hợp cho việc chôn trực tiếp, lắp đặt ống dẫn và các môi trường có nguy cơ cơ học cao. Loại GYXTY sử dụng cấu hình áo giáp phi kim loại hoặc nhẹ hơn, giúp nó nhẹ hơn và dễ điều khiển hơn khi chạy chuyển tiếp trên không hoặc trong nhà-ngoài trời khi trọng lượng áo giáp bị hạn chế. Cả hai đều có sẵn từ các nhà sản xuất như Hawell với cấu hình đếm sợi tiêu chuẩn và tùy chỉnh - xem phần dòng sản phẩm cáp quang ngoài trời cho các thông số kỹ thuật liên quan.

Nếu dự án cũng liên quan đến cơ sở hạ tầng đường dây điện, điều đáng chú ý là giải pháp dây nối đất quang học tích hợp sợi quang vào dây dẫn điện trên không giải quyết một nhu cầu khác nhưng có liên quan - đặc biệt là thông tin liên lạc trên đường dây truyền tải điện áp cao.

Điểm mấu chốt thực tế

Cáp quang điện phức hợp không phải là giải pháp phù hợp cho mọi dự án. Nếu nguồn và dữ liệu đã chạy qua các đường dẫn khác nhau hoặc nếu điện áp nguồn quá cao so với định mức cách điện của cáp thì các cáp riêng biệt vẫn là giải pháp chính xác. Nhưng đối với mạng truyền dẫn 5G, FTTR, giám sát từ xa và giám sát công nghiệp trong đó khả năng chạy tích hợp duy nhất, nó luôn giảm chi phí lắp đặt, mức sử dụng ống dẫn và độ phức tạp của việc bảo trì dài hạn. Chỉ định chính xác — loại sợi, tiết diện dây dẫn, vỏ bọc và vỏ bọc phù hợp với môi trường triển khai thực tế — và nó hoạt động đáng tin cậy với tuổi thọ hơn 20 năm mà các yêu cầu lắp đặt cơ sở hạ tầng này yêu cầu.