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一种中心管式异形套管光缆设计与性能研究

来源：安徽鸿运仪表线缆股份有限公司 2026年03月31日 17:15

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本文聚焦于光缆结构创新，提出了一种新型中心管式异形套管光缆结构，旨在攻克传统圆形套管空间利用率低这一长期存在的难题。通过采用椭圆形或跑道形套管设计，对光缆截面空间布局进行了深度优化，在确保光缆外径不变的前提下，显著提升了光纤容纳能力与余长容量。研究数据充分显示，该新型结构在拉伸性能、温度稳定性以及架空应用场景中均展现出优良表现，同时还具备出色的施工便利性与成本效益，为光缆结构创新开辟了一条全新的技术路径。

一、研究背景

中心管式光缆凭借其结构简洁、生产效率高、重量轻盈等诸多优势，在接入网、局域网等众多领域获得了极为广泛的应用。然而，传统中心管式光缆所采用的圆形套管设计，存在着不容忽视的局限性。圆形截面在光缆横截面积中的空间利用率并非处于优良状态，这一缺陷直接限制了光纤数量的进一步增加以及光纤余长的有效提升。

为有效应对上述挑战，本文提出了一种创新性的中心管式异形套管光缆设计。该设计的核心亮点在于突破了传统圆形套管的思维定式，通过巧妙改变套管的几何形状，对光缆内部空间进行优化重构。这种创新设计能够在有限的光缆外径限制下，实现性能与性价比的双重提升，为光缆技术的发展注入了新的活力。

二、光缆及工艺介绍

1.光缆结构

光缆结构如图1所示，两根刚性加强元件，分别分布在异形套管两侧，再加上护套成型。其中套管与加强件之间没有护套料，套管采用跑道型（圆角矩形）或者椭圆形。光单元可以是着色光纤或者是紧套纤，可以是单芯或多芯。

图1 光缆结构

2.光缆特点

（1）在光缆直径保持一致的情况下，异形套管相较于传统圆形套管，对光缆截面积的利用更为充分。其独特的设计使得套管内孔面积得以增大，这一特性为光缆带来了极大的灵活性。既可以容纳更多数量的光纤，满足日益增长的大容量数据传输需求；也能够预留出更大的光纤余长，为光缆在复杂环境下的稳定运行提供保障。

（2）一方面，较大的光纤余长赋予了该光缆在架空应用中的独特优势。当光缆处于架空状态时，能够承受更大程度的光缆形变。在加强件尺寸相同的前提下，它能够轻松应对更为苛刻的气象条件，如强风、暴雨等，同时也能够适应更长的跨距要求，确保通信线路的稳定畅通。另一方面，与采用纱线余长的架空光缆相比，本光缆采用刚性加强设计，在金具夹持部位，光缆护套具有更强的抗形变能力，有效避免了因护套变形而导致的通信故障。

（3）刚性加强件在光缆中发挥着至关重要的作用，它能够有效抵御光缆护套的收缩。在温度变化较大的环境中，护套的收缩往往会对光缆的性能产生不利影响，而刚性加强件的存在则使得光缆的温度性能更加稳定。无论是在高温酷暑还是低温严寒的条件下，光缆都能够保持良好的工作状态，确保通信信号的稳定传输。

（4）设计上充分考虑了施工的便捷性，加强件与套管之间未设置护套料。在进行光缆开剥操作时，只需使用刀具快速削掉加强件两侧的护套料，光缆内部的各个元件便能够轻松分离。同时，由于刚性加强件的存在，在刀具削去护套料的过程中，能够有效避免对套管造成损伤，提高了施工效率和质量。

（5）通过高效利用光缆截面积，增大了光纤余长容量，为光缆的拉伸性能提供了更大的拉伸窗口。在相同的应用拉伸条件下，可以采用尺寸更小的加强件，这不仅有助于降低材料成本，还能够进一步减小光缆的整体尺寸。较小的光缆尺寸在安装、运输等方面都具有明显的优势，综合来看，本光缆具有较高的性价比，能够为用户带来更大的经济效益。

3.椭圆套管注意事项

采用椭圆套管与紧套光纤的组合是方案之一。然而，该方案面临一个关键的机械力学问题：紧套纤在椭圆套管内的抽动阻力（夹丝风险）。此问题直接影响光缆的光学性能。

问题的核心在于紧套纤与椭圆套管内壁之间的摩擦力学关系。如图2所示，椭圆套管的两侧角度相较于跑道形套管更小，类似于楔形卡槽，角度过小就会因摩擦力导致紧套纤被锁死。我们将紧套纤和套管内壁接触面的法线与垂直方向的夹角α定义为接触角。物体在斜面上处于即将滑动的临界状态时，斜面与水平面之间的夹角θ定义为摩擦角。其正切值等于两种接触材料之间的静摩擦系数μ，即θ= arctan(μ)。

图2 接触角示意图

当接触角α≥摩擦角θ时，紧套纤在套管内将较难抽动，会发生夹丝的现象。影响因素有光单元尺寸、光单元材料与套管材料的摩擦系数、套管内径尺寸。为了避免该现象在不同尺寸的紧套纤情况下，应该对套管内径尺寸做出限制。

三、样品制备及实验

为切实检验本文所提出的异形套管光缆设计在实践中的可行性，实验精心制备了测试样品，并开展了一系列相关测试工作。

1. 样品结构尺寸详情

本次光缆结构选取图 1 中所展示的椭圆形套管结构，为单芯设计。护套选用高密度聚乙烯（HDPE）材质，光单元采用直径为 0.9mm 的紧套纤。具体结构尺寸信息详见表 1。

表1 光缆结构尺寸

2.实验测试

2. 实验测试内容

（1）余长测试

光缆下线衰减良好，取5m光缆进行光单元余长测试。

余长值=光单元长度?护套长度护套长度×100%。

护套长5m，光单元长5.026m，余长值为5.2‰。

从余长测试结果来看，光缆中能够预埋较大的光纤余长。

（2）拉伸性能测试

拉伸性能测试参照IEC 60794-1-2-E1，拉伸力值为900N，测试结果如图3。

图3 拉伸性能测试数据

从拉伸性能测试结果来看，当拉力达到900N时，缆应变为0.483％，而光纤应变几乎为0。说明提前预埋的较大光纤余长，在光缆拉伸时能够有效减少光纤受力情况，光缆拉伸性能得到明显提升。

（3）温度性能测试

温度性能测试参照IEC 60794-1-2-F1，高温70℃，低温-25℃，两个循环，每个温度点停留12小时，测试结构如表2。

表2 光缆温度性能测试结果

从试验结果可以看出，温度循环过程中，1310nm窗口衰减为0.012dB/km，1550nm窗口衰减变化为0.004dB/km，试验前后衰减没有变化，说明光缆的温度性能比较优异。

四、总结

本文创新性地提出一种新型中心管式异形套管光缆结构，经过一系列研究与分析，得出以下重要结论：

结构设计优势突出：采用椭圆形或跑道形套管设计，极大地提升了光缆截面的空间利用率。在光缆外径保持相同的情况下，相较于传统的圆形结构，异形套管能够提供更为充裕的内部空间，为容纳更多数量的光纤或者预留更大长度的光纤余长提供了有利条件。

拉伸性能表现好：测试结果显示，在 900N 的*拉伸力作用下，光纤的应变几乎为零。这一结果有力地证明了预埋的光纤余长能够切实有效地保护光纤，使其免受外力的损伤。

温度性能表现良好：经过 - 25℃至 70℃的严格温度循环测试，光缆在 1310nm 和 1550nm 窗口的衰减变化微乎其微。这表明该光缆具有出色的温度稳定性，能够很好地适应复杂多变的户外环境。

施工便捷性与经济性兼顾：加强件与套管分离的独特设计，使得光缆在开剥过程中更加简便，且不易对内部结构造成损伤；同时，较高的空间利用率使得在满足同等性能要求的前提下，能够使用尺寸更小的加强件，这不仅有助于优化材料成本，还能有效控制光缆的直径。

综合以上各方面因素，该异形套管光缆设计成功实现了性能提升与成本控制的有机平衡，尤其适用于对机械性能、环境稳定性以及施工效率都有着较高要求的架空场景，具备重要的工程应用价值和广阔的市场前景。（来源：中国线缆网）

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