14. september 2021

Áhrif hita á ljósleiðarastrengi

Á undanförnum vikum höfum við hjá Mílu gert nokkrar prófanir á hitaþoli ljósleiðarajarðstrengja og röra sem plægðir eru niður í jarðveginn. Niðurstöður þessara prófana styðja við það að aðstæður undir glóandi hrauni valda því að litlar líkur eru á að strengir haldi virkni sinni til lengri tíma, en þó er misjafnt hversu mikið þol þeir hafa eftir uppbyggingu þeirra.

Mælingar á hitastigi í jarðvegi undir hrauni benda til þess að hitinn fari vel yfir 300°C á eins metra dýpi. Það er mun hærra hitastig en strengir og þræðir eru gerðir fyrir. Hámarks hitastig strengja sem gefið er upp af framleiðendum er á milli 70 og 80°C.
Þau plastefni, HDPE og PE, sem notuð eru í strengjakápuna og rör hafa bræðslumark frá 110°C til 130°C. Akrýl sem umlykur og verndar glerþræðina hefur bræðslumark 160°C. 

Tilraun 1 

Við gerðum tvær prófanir þar sem strengjabútar og rör með blástursstreng voru bakaðir í 4 klukkustundir undir þunnu lagi af möl og grjóti og áhrif á strengina kannað. Í fyrri tilrauninni fór hitinn umhverfis strengina í 140 til 160°c. Skemmst er frá því að segja að grjót og sandur límdist við strengkápuna og göt komu á hana undan grjótinu. Þessi hiti er fyrir ofan bræðslumark þeirra plastefna sem notaðir eru í strengi og rör. Það fór eftir uppbyggingu strengjanna hvernig miðjan á strengjunum kom út en þar liggja ljósþræðirnir. 

_{1. Málmfrír strengur. 2. Strengur með stálteinum. 3. Rör með blástursstreng}

 

• Strengur 1: plægjanlegur strengur styrktur með fjórum trefjaglersþráðum. Sá strengur virtist bráðna saman og ekki var hægt að sjá að þræðir væru enn aðgreinanlegir. Trefjaglers þræðirnir urðu stökkir við hitann og brotnuðu við lítið álag.
• Strengur 2: plægjanlegur stálteinavarinn strengur. Innsta plaströrið er fyllt með vaselíni og varið með stálkápu (central tube steel armour). Stálteinar missa virkni að einhverju leiti við þennan hita þar sem kápa strengsins verður mjúk og tenging teinanna við stálrörið minnkar. Stálrörið er þá eina vörnin sem getur komið í veg fyrir að strengur og þræðir aflagist undan þrýstingi. Eftir bökun var enn vaselín í innsta plaströrinu sem bráðnaði ekki, þræðir voru mjúkir og með eðlilega akrýl húð. Innsta plaströrið er gert úr PBTP-plasti sem bráðnar við 223°C.
• Strengur 3: blástursstrengur í röri. Rörið lagðist alveg saman og þræðir í streng voru samlímdir.

 

Tilraun 2 

Í seinni tilrauninni fór hitinn í um 230°C. Aftur var gerð tilraun á þremur tegundum strengja, samskonar strengir og strengir 1 og 2 í fyrri tilrauninni. Í þessari tilraun var bætt við svokölluðu fjórburaröri í staðin fyrir einfalda blástursstrenginn, en það er fjölpípurör sem plægt er niður og síðan er hægt að blása fjórum strengjum í rörin. Í hverju röri geta verið strengir með miklum fjölda ljósþráða.

            
Fjórburarör fyrir tilraun 2. Á myndinni til hægri má sjá hvernig plastkápa strengja og fjórburarör lagðist saman og lak niður. 

Sömu niðurstöður og í fyrri tilrauninni fengust með strengi 1 og 2. Fjórburarörið sem gert er úr HDPE-plastefni, bráðnaði algjörlega saman og lak niður í holrúm á milli steina í skúffunni sem strengirnir voru bakaðir í. Blástursstrengirnir bráðnuðu saman og urðu harðir og stökkir. 

_{Strengir eftir tilraun 2. Efst er fjórburarörið, þá plægjanlegur málmfrír strengur og neðst er plægjanlegur strengur með stálteinum}

Niðurstöður prófana

Hér er ekki um mjög vísindalegar tilraunir að ræða en þær gefa okkur ákveðna sýn. Ef þessir strengir og rör hefðu verið undir meiri þrýstingi frá jarðvegi og hrauni er ljóst að ljósleiðarar í strengjunum hefðu allir sýnt mikla deyfingu vegna aflögunar af völdum hita og þrýstings frá grjóti í lagnaleið. 

Það þarf því ekki mikinn hita til að gera niðurgrafna ljósleiðarastrengi ónothæfa fyrir fjarskiptakerfi. Það er vafalaust hægt með aðgerðum að lengja líftíma strengja með sem eru í jarðvegi undir hrauni en á endanum mun hitinn fara yfir bræðslumark plastefna í rörum og strengjum og þá munu strengir aflagast og verða illa nothæfir fyrir langdræg fjarskiptakerfi. Yfir lengri tíma hættir akrýl-húðin að vernda glerþræðina sem mun orsaka enn frekari deyfingaraukningu.