Caixa de junção de fibra óptica com bandeja de fusão para terminação de cabos em redes FTTH e FTTB
I. Parâmetros de Projeto Estrutural
O projeto estrutural da Caixa de Terminais de Fibra Óptica é a base de sua funcionalidade. Parâmetros estruturais razoáveis podem não apenas garantir o armazenamento e o gerenciamento seguros das fibras ópticas, mas também melhorar a conveniência de instalação e manutenção.
Em termos de especificações de tamanho, as caixas de terminais comuns são divididas em três categorias: de mesa, de parede e de rack, de acordo com os diferentes cenários de instalação. As caixas de terminais de mesa geralmente têm comprimento de 150 a 300 mm, largura de 100 a 200 mm e altura de 50 a 100 mm. Essas caixas de terminais são compactas e adequadas para acesso por fibra óptica em residências ou pequenos escritórios. As caixas de terminais de parede são relativamente mais compactas em tamanho para se adaptar às restrições de espaço da instalação na parede, com comprimento geralmente variando de 200 a 400 mm, largura de 150 a 250 mm e altura de 80 a 150 mm. Alguns produtos também são projetados com painéis dobráveis para economizar ainda mais espaço de instalação. As caixas de terminais de rack são usadas principalmente para instalação em gabinetes padrão em data centers ou salas de equipamentos. Sua altura geralmente segue o padrão U, sendo os mais comuns 1U (44,45 mm), 2U (88,9 mm), etc. A largura corresponde ao gabinete em 19 polegadas (482,6 mm), e a profundidade varia de 200 a 400 mm, dependendo da capacidade da fibra.
A capacidade da fibra é um dos principais parâmetros no projeto estrutural, representando o número de núcleos de fibra que a caixa de terminais pode acomodar. De acordo com diferentes requisitos de aplicação, a capacidade da fibra das caixas de terminais varia de um mínimo de 4 núcleos a um máximo de 288 núcleos ou mais. Caixas de terminais pequenas, como 4, 8 e 12 núcleos, são usadas principalmente para acesso de banda larga residencial ou pequenas redes locais; caixas de terminais de médio porte, como 24, 48 e 72 núcleos, são adequadas para redes de edifícios ou de nível empresarial; caixas de terminais grandes, como 96, 144 e 288 núcleos, são usadas principalmente em nós de rede de backbone ou conexões de fibra de alta densidade em data centers. Vale ressaltar que a capacidade da fibra geralmente é marcada como o número máximo de núcleos de fibra que podem ser acomodados. No uso real, a forma de implantação da fibra e o espaço reservado devem ser considerados. Geralmente, é recomendado que o número real de núcleos instalados não exceda 80% da capacidade máxima para garantir boa dissipação de calor e espaço de manutenção para fibras ópticas.
Os parâmetros do layout da estrutura interna também são cruciais. A caixa de terminais geralmente contém áreas funcionais, como uma área de emenda por fusão de fibras, uma área de armazenamento de fibras, uma área de instalação do adaptador e uma área de entrada de cabos. O tamanho da área de emenda por fusão deve atender aos requisitos de instalação da bandeja de emenda por fusão. Cada bandeja de emenda por fusão pode acomodar de 12 a 48 pontos de emenda, e um espaçamento de pelo menos 5 mm deve ser reservado entre as bandejas de emenda por fusão para facilitar as operações de emenda por fusão e a dissipação de calor. A área de armazenamento é usada para enrolar o excesso de fibras ópticas, e seu raio de enrolamento é um parâmetro fundamental. Dependendo do tipo de fibra óptica, o raio mínimo de enrolamento da fibra óptica monomodo não é inferior a 30 mm e o da fibra óptica multimodo não é inferior a 25 mm, para evitar o aumento da perda de transmissão causada pela curvatura excessiva da fibra óptica. A área de instalação do adaptador deve ser projetada com furos de montagem correspondentes de acordo com o tipo de adaptador (como SC, LC, FC, ST, etc.). O espaçamento dos furos é geralmente de 12 mm ou 16 mm para garantir que o adaptador seja instalado firmemente e possa ser conectado suavemente. A área de entrada do cabo deve ser equipada com um dispositivo de vedação que se adapte à introdução de cabos ópticos com diferentes diâmetros externos. A faixa comum de diâmetro externo dos cabos ópticos é de 5 a 20 mm. O grau de vedação da área de entrada deve ser IP65 ou superior para evitar a entrada de poeira e vapor d'água.
Os parâmetros do material do invólucro também afetam diretamente a estabilidade estrutural e o desempenho de proteção da caixa de terminais. O invólucro da caixa de terminais é geralmente feito de chapa de aço laminada a frio de alta qualidade, plástico de engenharia ABS ou material composto SMC. A espessura do invólucro da chapa de aço laminada a frio é geralmente de 1,2 a 2 mm. Após tratamento de superfície, como decapagem, fosfatização e pulverização eletrostática, apresenta boa resistência à ferrugem e corrosão, e o grau de proteção pode atingir IP66; a espessura do invólucro de plástico de engenharia ABS é de 2 a 3 mm, que possui as características de leveza, bom desempenho de isolamento e alta resistência ao impacto, com uma resistência ao impacto superior a 15 kJ/m², adequada para ambientes internos secos; o invólucro de material composto SMC possui excelente resistência às intempéries e retardante de chamas, com um grau retardante de chamas de UL94 V-0, adequado para ambientes externos ou úmidos.
II. Parâmetros de Desempenho Óptico
O desempenho óptico da caixa de terminais de fibra óptica é essencial para garantir a qualidade da comunicação por fibra óptica, e seus parâmetros estão diretamente relacionados a indicadores-chave, como perda de transmissão de sinal, estabilidade e largura de banda.
A perda de inserção é um dos parâmetros mais importantes no desempenho óptico, referindo-se ao grau de atenuação de potência dos sinais ópticos após a passagem pela caixa de terminais. Para caixas de terminais de fibra monomodo, a perda de inserção deve ser ≤ 0,3 dB nos dois comprimentos de onda comumente utilizados, 1310 nm e 1550 nm; para caixas de terminais de fibra multimodo, a perda de inserção deve ser ≤ 0,2 dB nos comprimentos de onda de 850 nm e 1300 nm. A magnitude da perda de inserção depende principalmente da qualidade do adaptador, da qualidade de fusão da fibra óptica e da tecnologia de roteamento interno da fibra. Caixas de terminais de alta qualidade controlam a perda de inserção ao nível mínimo por meio de estruturas precisas de posicionamento do adaptador e projeto otimizado do caminho da fibra, garantindo uma transmissão de sinal eficiente.
A perda de retorno (perda de reflexão) reflete a capacidade da caixa de terminais de suprimir a luz refletida. O excesso de luz refletida causará interferência no sinal e afetará a qualidade da comunicação. Para caixas de terminais de fibra monomodo, a perda de retorno deve ser ≥ 50 dB no comprimento de onda de 1310 nm e ≥ 55 dB no comprimento de onda de 1550 nm; para caixas de terminais de fibra multimodo, a perda de retorno deve ser ≥ 40 dB nos comprimentos de onda de 850 nm e 1300 nm. O nível de perda de retorno está intimamente relacionado ao método de tratamento da face final do adaptador. Adaptadores com faces finais APC (Angled Physical Contact) podem fornecer maior perda de retorno, o que é adequado para sistemas de comunicação de alta velocidade sensíveis à luz refletida, enquanto adaptadores com faces finais PC (Physical Contact) têm perda de retorno relativamente menor e são usados principalmente em cenários de comunicação geral.
A faixa de comprimento de onda operacional é um parâmetro importante para a adaptação da caixa de terminais a diferentes sistemas de comunicação por fibra óptica. Os comprimentos de onda amplamente utilizados em sistemas de comunicação por fibra óptica modernos incluem 850 nm (multimodo de curta distância), 1310 nm (monomodo de média distância), 1550 nm (monomodo de longa distância) e 1625 nm (comprimento de onda de teste), etc. Caixas de terminais de alta qualidade devem manter o desempenho óptico estável em toda a faixa de comprimento de onda de 850 a 1625 nm, e a variação da perda de inserção e da perda de retorno não deve exceder 0,1 dB, para atender aos requisitos de compatibilidade de diferentes sistemas de comunicação.
O parâmetro de compatibilidade do tipo de fibra determina se a caixa de terminais pode se adaptar a diferentes tipos de fibras ópticas. A caixa de terminais deve suportar a conexão de fibras monomodo (G.652D, G.655, G.657A, etc.) e fibras multimodo (OM1, OM2, OM3, OM4). Para fibras ópticas com diâmetros externos diferentes (como fibras revestidas de 0,25 mm, fibras tight-buffered de 0,9 mm, fibras loose-tube de 2 mm/3 mm, etc.), as estruturas de fixação e guia dentro da caixa de terminais devem proporcionar boa adaptabilidade para garantir que as fibras ópticas não sejam submetidas a tensões adicionais na caixa de terminais e mantenham um desempenho de transmissão estável.
Os parâmetros de tipo e quantidade dos adaptadores dependem dos requisitos da interface. A caixa de terminais pode ser configurada com vários tipos de adaptadores, como SC, LC, FC, ST, etc. Entre eles, os adaptadores SC e LC são amplamente utilizados devido à sua conexão conveniente e tamanho compacto. O número de adaptadores corresponde à capacidade da fibra da caixa de terminais. Por exemplo, uma caixa de terminais de 24 núcleos pode ser configurada com 24 adaptadores SC ou 48 adaptadores LC (LC é um adaptador duplex). A perda de inserção do adaptador deve ser ≤ 0,2 dB, a repetibilidade deve ser ≥ 1000 inserções e extrações e a intercambiabilidade deve estar em conformidade com os padrões IEC para garantir que adaptadores de diferentes fabricantes possam ser usados de forma intercambiável.
III. Parâmetros de Desempenho Mecânico
A caixa de terminais de fibra óptica está sujeita a várias forças mecânicas durante a instalação, transporte e uso, e seus parâmetros de desempenho mecânico determinam diretamente a estabilidade estrutural e a vida útil da caixa de terminais.
A resistência ao impacto é um indicador importante para medir a capacidade da caixa de terminais de resistir a impactos externos. De acordo com a norma IEC 61300-2-2, a caixa de terminais deve resistir ao teste de impacto de queda livre de uma altura de 1 metro até o solo de cimento. Após o teste, a carcaça da caixa de terminais não deve apresentar rachaduras, deformações ou outros danos, os componentes internos não devem estar soltos ou cair, e a variação dos parâmetros de desempenho óptico deve estar dentro da faixa permitida (variação da perda de inserção ≤ 0,3 dB). Para caixas de terminais montadas em rack, elas também devem ser capazes de suportar a força de colisão durante a instalação e manutenção dos equipamentos no gabinete, e a resistência ao impacto do painel frontal deve ser ≥ 50 N.
O desempenho à compressão é predominantemente para caixas de terminais montadas em rack. Quando instaladas em um gabinete padrão, outros equipamentos podem ser colocados sobre a caixa de terminais, portanto, ela precisa ter uma certa capacidade de compressão. De acordo com os padrões da indústria, as caixas de terminais montadas em rack devem suportar uma pressão estática de 500N na parte superior por 1 hora. Após esse período, a carcaça não deve apresentar deformação aparente, a estrutura interna não deve ser danificada e o desempenho óptico deve permanecer estável (variação da perda de inserção ≤0,2dB). Caixas de terminais de mesa e de parede apresentam requisitos de desempenho à compressão relativamente baixos, geralmente capazes de suportar uma pressão estática de 200N para atender às necessidades de uso.
O teste de resistência à vibração é usado para simular o impacto da vibração da caixa de terminais durante o transporte ou uso. A caixa de terminais deve suportar um teste de vibração senoidal com frequência de 10 a 500 Hz e amplitude de 0,35 mm. Na direção da vibração (horizontal e vertical, 1 hora cada), os componentes internos da caixa de terminais não devem estar soltos, a conexão da fibra não deve ser interrompida e a variação da perda de inserção após o teste deve ser ≤ 0,3 dB. Para caixas de terminais instaladas ao longo de ferramentas de transporte (como metrôs e trens), seus requisitos de resistência à vibração são maiores e precisam suportar vibrações de ampla frequência com frequência de 1 a 2.000 Hz.
O desempenho de tração visa principalmente a parte de entrada do cabo óptico, testando a resistência da conexão entre a caixa de terminais e o cabo óptico. Dependendo do tipo de cabo óptico, os requisitos de resistência à tração do cabo óptico para a caixa de terminais são diferentes: para cabos ópticos externos, a caixa de terminais deve suportar uma força de tração de ≥1500N; para cabos ópticos internos, o requisito de resistência à tração é ≥500N. Durante o teste de tração, o cabo óptico não deve ser puxado para fora da caixa de terminais, a carcaça da caixa de terminais e a estrutura de fixação interna não devem ser danificadas e a alteração no desempenho óptico deve ser ≤0,2dB. Além disso, a caixa de terminais também deve ser capaz de suportar uma certa força de tração lateral, com uma resistência à tração lateral de ≥500N, para evitar que o cabo óptico seja danificado pela força lateral.
O desempenho da vedação é um parâmetro fundamental de desempenho mecânico para garantir que o interior da caixa de terminais não seja afetado pelo ambiente externo, geralmente expresso pelo nível de proteção (nível IP). O nível de proteção das caixas de terminais internas é geralmente IP54, o que impede a entrada de poeira e afeta o funcionamento normal do equipamento, além de suportar jatos de água de qualquer direção sem danos; o nível de proteção das caixas de terminais externas precisa atingir IP65 ou superior. O nível IP65 significa que é completamente à prova de poeira e pode suportar jatos de água de baixa pressão (água pulverizada de um bico) sem danos. As caixas de terminais usadas em ambientes especiais (como ambientes subaquáticos ou úmidos) podem atingir o nível de proteção IP68, que permite a imersão prolongada em água a uma determinada profundidade sem a entrada de água. O desempenho da vedação é obtido principalmente pelo anel de vedação da caixa de terminais e pelo dispositivo de vedação na área de entrada do cabo. O anel de vedação geralmente é feito de material de borracha de silicone resistente ao envelhecimento, com uma dureza de 60±5 Shore A, e a quantidade de compressão é controlada entre 20%-30% para garantir um bom efeito de vedação.
Os parâmetros de durabilidade mecânica refletem a estabilidade do desempenho da caixa de terminais após uso prolongado. As peças móveis, como a fechadura da porta e a dobradiça da caixa de terminais, devem suportar ≥ 1.000 operações de abertura e fechamento e, após essas operações, devem manter um bom desempenho de travamento e vedação. A durabilidade do adaptador deve ser ≥ 500 vezes, e a variação da perda de inserção após 500 conexões deve ser ≤ 0,3 dB, garantindo a estabilidade da conexão de fibra óptica durante o uso prolongado.
IV. Parâmetros de Adaptabilidade Ambiental
A Caixa de Terminais de Fibra Óptica é utilizada em uma variedade de ambientes complexos, desde salas de equipamentos internas secas até ambientes externos abertos e úmidos. Seus parâmetros de adaptabilidade ambiental determinam a confiabilidade da operação da caixa de terminais em diferentes condições ambientais.
A faixa de temperatura operacional é o parâmetro mais básico em adaptabilidade ambiental. A temperatura operacional das caixas de terminais internas é geralmente de -5°C a +40°C, adequada para salas de equipamentos com temperatura constante ou ambientes de escritório; as caixas de terminais externas precisam ter uma faixa de temperatura operacional mais ampla, geralmente de -40°C a +65°C, para lidar com ambientes com temperaturas extremamente altas e baixas. No teste de ciclo de temperatura, a caixa de terminais deve passar por 5 ciclos na faixa de -40°C a +65°C (cada ciclo inclui 2 horas de manutenção em baixa temperatura, 2 horas de manutenção em alta temperatura e uma taxa de variação de temperatura de ≤10°C/minuto). Após o teste, a variação do desempenho óptico da caixa de terminais deve ser ≤0,5dB, o invólucro não deve apresentar rachaduras, deformações ou outros danos, e os componentes internos não devem apresentar condensação.
O parâmetro de umidade relativa reflete a adaptabilidade da caixa de terminais em ambientes úmidos. A caixa de terminais deve funcionar normalmente em um ambiente com umidade relativa de 5% a 95% (sem condensação). Para caixas de terminais externas, ela também deve suportar um ambiente com condensação de 95% a 100%. No teste de calor úmido constante, a caixa de terminais é colocada em um ambiente com temperatura de 40°C e umidade relativa de 93% por 10 dias. Após o teste, não deve haver condensação óbvia de vapor d'água dentro da caixa de terminais, a variação do desempenho óptico deve ser ≤ 0,5 dB, as peças metálicas não devem apresentar ferrugem e as peças plásticas não devem apresentar deformação ou rachaduras.
A resistência à névoa salina é um parâmetro importante para caixas de terminais utilizadas em áreas costeiras ou ambientes com poluição industrial. De acordo com a norma IEC 60068-2-11, a caixa de terminais deve ser submetida a um teste de névoa salina neutra sob as seguintes condições: temperatura de 35°C, concentração de solução salina de 5%, pH de 6,5 a 7,2 e pulverização contínua por 48 horas. Após o teste, as partes metálicas da caixa de terminais não devem apresentar ferrugem evidente (grau de ferrugem não inferior a 9), as partes plásticas não devem apresentar descoloração ou rachaduras, a alteração do desempenho óptico deve ser ≤ 0,5 dB e o desempenho de vedação deve manter o nível IP65 ou superior.
A resistência à radiação UV é principalmente para caixas de terminais instaladas ao ar livre. A exposição prolongada à luz solar causará o envelhecimento do material da caixa. A caixa de terminais deve resistir ao teste de envelhecimento UV nas seguintes condições: comprimento de onda UV de 313 nm a 340 nm, irradiância de 0,71 W/m², temperatura de 60 °C e tempo de teste de 168 horas. Após o teste, a caixa não deve apresentar descoloração, rachaduras ou escamação evidentes, a taxa de retenção da resistência ao impacto deve ser ≥ 80% e o desempenho de vedação não deve diminuir.
O desempenho à prova de poeira é uma garantia para o funcionamento normal da caixa de terminais em ambientes com poeira. De acordo com o grau de proteção IP contra poeira, o grau IP6X significa que a caixa de terminais é completamente à prova de poeira, sem depósito de poeira em seu interior. No teste à prova de poeira, a caixa de terminais deve ser colocada em uma câmara de teste com concentração de poeira de 2 kg/m³ por 8 horas. Após o teste, a deposição de poeira nos componentes internos deve ser ≤ 0,1 g/m² e a variação do desempenho óptico deve ser ≤ 0,3 dB, garantindo que a poeira não afete o desempenho de transmissão das fibras ópticas e o desempenho mecânico da caixa de terminais.
A resistência à corrosão é principalmente para as partes metálicas da caixa de terminais, como a carcaça, o suporte, os parafusos, etc. O tratamento de superfície das peças metálicas deve estar em conformidade com as normas relevantes. A carcaça da chapa de aço laminada a frio é geralmente tratada com galvanização e pulverização eletrostática, com espessura de revestimento ≥8μm e ≥60μm, e a resistência à corrosão deve passar no teste de névoa salina de 48 horas; as peças de aço inoxidável (como parafusos) devem ser feitas de aço inoxidável 304 ou 316. O aço inoxidável 304 é adequado para ambientes corrosivos em geral, enquanto o aço inoxidável 316 é adequado para ambientes altamente corrosivos (como áreas costeiras) e apresenta melhor resistência à corrosão do que o aço inoxidável 304.
O desempenho sísmico é um parâmetro importante para caixas de terminais utilizadas em áreas propensas a terremotos. A caixa de terminais deve suportar uma determinada intensidade sísmica. De acordo com o Código GB 50260-2013 " para Projeto Sísmico de Instalações de Energia Elétrica", em áreas com intensidade sísmica de 8 graus, a caixa de terminais deve suportar cargas sísmicas com aceleração horizontal de 0,2g e aceleração vertical de 0,1g. Após o teste sísmico, a caixa de terminais não deve apresentar danos estruturais, a variação do desempenho óptico deve ser ≤0,5dB e as conexões não devem estar frouxas.
V. Certificação de Segurança e Parâmetros de Proteção Ambiental
Como um equipamento essencial em redes de comunicação, a Caixa de Terminais de Fibra Óptica deve atender aos padrões e requisitos de certificação relevantes em termos de desempenho de segurança e proteção ambiental para garantir a segurança durante o uso e o respeito ao meio ambiente.
A certificação de segurança elétrica é uma garantia importante para o desempenho de segurança da caixa de terminais. A carcaça metálica da caixa de terminais deve ter um bom desempenho de aterramento, e a resistência de aterramento deve ser ≤1Ω para evitar que o acúmulo de estática ou vazamento elétrico cause danos aos equipamentos e pessoas. Para caixas de terminais instaladas em ambientes inflamáveis e explosivos, elas devem passar pela certificação à prova de explosão (como a certificação ATEX ou a certificação IECEx), e o grau de proteção à prova de explosão de sua carcaça não deve ser inferior a Ex d IIB T6 para garantir que não causem explosões em ambientes potencialmente explosivos. Além disso, a resistência de isolamento da caixa de terminais deve ser ≥1000MΩ (medida sob tensão de 500V CC) e a rigidez dielétrica deve suportar tensão de 1500V CA por 1 minuto sem ruptura ou descarga elétrica, garantindo um bom desempenho de isolamento elétrico.
Os parâmetros de desempenho retardante de chamas são utilizados para avaliar a resistência ao fogo da caixa de terminais em caso de incêndio. O grau de retardante de chamas do material da caixa de terminais deve atingir a norma UL94 V-0, ou seja, no ensaio de queima vertical, o tempo de queima do material não deve exceder 10 segundos por vez, o tempo total de queima de duas vezes não deve exceder 30 segundos e não deve haver gotículas derretidas que possam inflamar o algodão desengordurado abaixo. Para caixas de terminais instaladas em edifícios altos ou locais lotados, o desempenho retardante de chamas é particularmente importante, pois pode retardar efetivamente a propagação do fogo e economizar tempo para a evacuação de pessoal e o combate ao incêndio.
Os parâmetros de proteção ambiental envolvem principalmente a compatibilidade ambiental dos materiais da caixa de terminais, e o atendimento aos requisitos da diretiva RoHS é o padrão básico. O teor de substâncias nocivas, como chumbo (Pb), mercúrio (Hg), cádmio (Cd), cromo hexavalente (Cr6+), bifenilas polibromadas (PBBs) e éteres difenílicos polibromados (PBDEs) nos plásticos, metais, componentes eletrônicos e outros materiais utilizados na caixa de terminais deve atender aos requisitos de limite da RoHS (os limites para chumbo, mercúrio, cromo hexavalente, PBBs e PBDEs são de 0,1%, e o limite para cádmio é de 0,01%). Além disso, os materiais de embalagem da caixa de terminais devem utilizar materiais de proteção ambiental recicláveis e degradáveis para reduzir a poluição ambiental.
A resistência ao envelhecimento dos materiais também é um aspecto importante da proteção ambiental e do desempenho de segurança. Os materiais plásticos (como ABS e PC) utilizados na caixa de terminais devem apresentar boa resistência às intempéries, não envelhecer, descolorir ou rachar facilmente com o uso prolongado, e seu tempo de indução de oxidação (OIT) deve ser ≥ 20 minutos (medido a 200°C). A resistência ao envelhecimento do anel de vedação de borracha deve estar em conformidade com a norma ISO 188. Após o envelhecimento a 100°C por 70 horas, a variação da dureza não deve exceder ± 15 Shore A, a taxa de variação da resistência à tração não deve exceder ± 30% e a taxa de variação do alongamento na ruptura não deve exceder ± 50%, garantindo um desempenho de vedação confiável a longo prazo.
Em resumo, as características dos parâmetros da Caixa de Terminais de Fibra Óptica abrangem diversos aspectos, como projeto estrutural, desempenho óptico, desempenho mecânico, adaptabilidade ambiental e certificação de segurança. Esses parâmetros estão inter-relacionados e interagem, determinando conjuntamente o desempenho geral e os cenários aplicáveis da caixa de terminais. No processo de seleção, é necessário considerar de forma abrangente vários indicadores de parâmetros, de acordo com ambientes de aplicação específicos, tipos de fibra, requisitos de capacidade e outros fatores, e selecionar os produtos de caixa de terminais mais adequados para garantir a operação estável e eficiente da rede de comunicação de fibra óptica. Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de comunicação de fibra óptica, as características dos parâmetros da Caixa de Terminais de Fibra Óptica também são constantemente otimizadas. No futuro, ela se desenvolverá em direção a maior capacidade, menor perda, maior adaptabilidade ambiental e maior proteção ambiental, fornecendo garantia de interface mais confiável para a rede de comunicação de próxima geração.
