黃保哲

（中國電子科技集團公司第四十一研究所，山東 青島 266555）

0 引言

隨著國家《住宅區(qū)和住宅建筑內(nèi)光纖到戶通信設施工程設計規(guī)范》的頒布實施，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)務經(jīng)營者平等接入的要求，市場上對可同時滿足三家運營商接入并可實現(xiàn)光纖到戶的光纜分纖設備的需求量會非常大。

共建共享型光纜分纖箱就是針對這種需求而設計開發(fā)的，它可滿足三家運營商共同接入并保證其相互獨立，可實現(xiàn)光纜的引入固定和開剝保護、光纖的熔接和保護、信號的分配和調(diào)度，并可滿足光分路器的安裝，實現(xiàn)信號的分光功能。

1 總體方案設計

1.1 設計功能分析

共建共享型光纜分纖箱作為一種可同時滿足三家運營商接入的光纜分纖設備，要滿足行業(yè)標準中性能指標及其實際使用功能要求：

（1）箱門開啟角度應不小于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、無飛弧；

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

（4）三家運營商相互獨立，互不干涉，開通業(yè)務時必須和建筑商共同完成；

（5）光纜的引入固定和開剝保護以及入戶蝶形光纜的引入固定；

（6）光纖的熔接、保護及存儲；

（7）信號的分配和調(diào)度管理以及分光功能。

1.2 總體布局設計

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計難點和重點在“三家運營商相互獨立以及開通業(yè)務時必須和建筑商共同完成”的實現(xiàn)上，最直接的思路是三家運營商和建筑商分別使用一個箱體，運營商和建筑商的箱體之間通過跳線連接開通業(yè)務，但這樣做存在以下問題：

（1）需要四個箱體，成本高；

（2）箱體之間要通過跳線連接，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)化設計。

因此我們考慮將四個箱體合四為一，設計為一個箱體內(nèi)分成四個艙，四個艙分別安裝門板，且使用不同的門鎖，各門不能互開，保證各艙的獨立性，各艙之間使用隔板分隔，其中運營商與建筑商之間的隔板上預留穿線孔洞，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、聯(lián)通、電信三個運營商艙，各艙功能設計如下：

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

運營商艙：滿足各自室外光纜的引入、固定和開剝保護，室外光纜與預置尾纖的熔接，光分路器的安裝固定，光分輸入的端接。

由于運營商艙自上而下為三個艙，如果運營商艙要滿足室外光纜的引入、固定和開剝保護，則三個艙內(nèi)均要設計高壓防護裝置，這種設計有以下幾個缺點：

（1）三個艙自上而下排列，室外光纜須從側(cè)面接入，美觀性不足；

（2）需要三套高壓防護裝置，生產(chǎn)成本增加；

（3）三套高壓防護裝置接地時，需要串連，增加施工難度。

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

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

箱體分艙設計，各艙單獨設計門板，各門板配不同門鎖，門鎖不能互開，保證各艙的獨立性，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營商艙，在運營商艙內(nèi)與尾纖熔接，并通過適配器與光分輸入對接，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)，與光分尾纖對接實現(xiàn)光信號的分配和調(diào)度。

2 關鍵結(jié)構(gòu)設計

作為一個光配線設備，共建共享型光纜分纖箱結(jié)構(gòu)設計時首先要滿足光性能和高壓防護性能要求，并在此基礎上滿足使用性、經(jīng)濟性、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計進行分析。

2.1 光纖曲率半徑分析

光纖曲率半徑涉及到整個箱體布局和光纖路由設計，設計時須滿足以下標準要求：

（1）光纜引入時其彎曲半徑應大于光纜直徑的15 倍；

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

室外光纜和入戶蝶形光纜引入時，其固定裝置與進纜孔在同一平面，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

高壓防護接地裝置主要作用是室外光纜的引入固定，設計時除滿足強度要求外還要滿足高壓防護性能要求，這里最關鍵的是絕緣件的設計，設計時采用高壓防護座板上下加絕緣墊的結(jié)構(gòu)形式。綜合考慮成本、強度等因素，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座板接觸下絕緣墊設計凸臺。

根據(jù)均勻電場下絕緣電阻與絕緣厚度成正比，與導體面積成反比，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）。

首先計算高壓防護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，聚四氟乙烯絕緣電阻系數(shù)ρV=1015～016Ω·mm（計算時取下限值），計算可得RV=2.65×1012Ω；再計算凸臺處絕緣電阻，取δ=1.25mm，A=37.7mm2，計算可得RV=3.3×1012Ω，兩處絕緣電阻均遠大于標準要求。

按沖擊強度計算絕緣厚度公式為：

式中：t—絕緣厚度（mm）；

UBIL—電纜的基準沖擊水平（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—長期工頻擊穿強度。

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

為了更好的驗證設計方案，采用實驗的方法進行測量，使用絕緣電阻測試儀500V 直流檔在常溫和環(huán)境實驗后測量絕緣電阻，測量絕緣電阻為106Ω，遠大于行業(yè)標準，與理論數(shù)值的偏差主要受溫度、濕度等的影響；使用耐壓測試儀在高壓防護座板與箱體之間施加50Hz、3000V 直流電壓1min，實驗結(jié)果無擊穿和飛弧現(xiàn)象。

綜合以上分析和試驗結(jié)果可知，高壓防護接地裝置的絕緣電阻和耐電壓水平均滿足行業(yè)標準要求。

2.3 門板設計

門板設計時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，可以采用合頁式門和轉(zhuǎn)軸式門兩種結(jié)構(gòu)形式，合頁式門是指門板與箱體之間采用合頁連接，合頁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、可更換性等方面進行分析：

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

（2）美觀性：合頁式門從側(cè)面可以看到合頁或鉚釘，另外由于合頁有一定的活動余量，當門板較寬時，門板縫隙不均勻；

（3）使用性：兩種門板開門角度均可達到180°以上，大于標準中要求的120°；

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

綜合考慮各因素，本次設計采用轉(zhuǎn)軸式門板。

3 小結(jié)

共建共享型光纜分纖箱的設計，，解決了各運營商樓道內(nèi)重復建設、浪費資源的弊端，大大節(jié)約了光纖入戶投資建設成本，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)品也將會逐步得到重視和大規(guī)模使用。

［1］廖運發(fā)，等編.中華人民共和國通信行業(yè)標準YD/T 2150-2010 光纜分纖箱[M].人民郵電出版社，2010.

［2］張宣，等編.中華人民共和國國家標準GB 50846-2012 住宅區(qū)和住宅建筑內(nèi)光纖到戶通信設施工程設計規(guī)范[M].中國計劃出版社，2012.

［3］邱宣懷，主編.機械設計[M].高等教育出版社，1989.