La fibra ottica è intrinsecamente più fragile del rame. Si tratta di un particolare tipo di vetro (silice fusa), con una resistenza tipica alla trazione inferiore alla metà di quella del rame. Tuttavia, anche se la silice fusa sembra fragile e fragile, se lavorata, testata e utilizzata correttamente ha dimostrato di essere immensamente durevole.
Per valutare la durabilità di qualsiasi materiale è utile considerare alcuni attributi:
Forza iniziale
Tasso di degrado
Eventuali difetti che possono indebolirlo
Reagenti che possono indebolirlo
La sua durata ottica, poiché la silice deve ancora essere in grado di funzionare in modo soddisfacente
Tenendo presente questo, ci sono essenzialmente quattro fattori che influenzeranno la longevità della tua rete in fibra:
1. Difetti superficiali
Il vetro di silice incontaminato e privo di difetti è estremamente resistente al degrado. Tuttavia, tutte le fibre ottiche prodotte in commercio presentano difetti superficiali (piccole microfessure) che riducono la longevità del materiale in determinate condizioni. Il fattore critico qui è il fattore di intensità della sollecitazione "K", correlato alla sollecitazione applicata e alla radice quadrata della profondità della fessura. Ciò significa che le fibre "vere" - quelle con piccoli difetti - subiscono inizialmente una crescita lenta in quei difetti seguita da una rapida crescita fino al cedimento.
Per superare questo problema, i fornitori di fibre affidabili eseguono "test di prova", che allungano la fibra a un livello preimpostato (normalmente 1%) per una durata specifica per rompere deliberatamente i difetti più grandi.
2. Ridurre il degrado
All'utente viene quindi lasciata una fibra contenente meno difetti, più piccoli, che devono essere protetti da un inutile degrado. Ciò significa innanzitutto fermare la creazione di nuovi difetti rivestendo la fibra con un materiale protettivo e durevole per il suo rivestimento primario.
3. Ceppi di installazione
Sappiamo che lo stress è uno dei principali nemici della longevità della fibra, quindi il compito di protezione è passato al cablatore, che garantirà che l'uso di elementi di resistenza adeguati limiti lo stress applicato al cavo a molto meno del livello di prova dell'1%. L'installatore deve quindi garantire che il processo di distribuzione non sovraccarichi il cavo.
Delle tre tecniche comunemente utilizzate - tirare, spingere e soffiare - solo la trazione crea uno stiramento indesiderato (stress da trazione). A differenza del metallo, il vetro non subisce la fatica quando viene compresso, quindi la leggera compressione causata durante la spinta non provoca danni alla fibra.
4. Fattori ambientali
Una volta implementato, l’ambiente locale ha un grande impatto sulla vita della fibra. Le temperature elevate possono accelerare la crescita delle crepe, ma storicamente è la presenza di acqua a costituire la maggiore preoccupazione. La crescita delle cricche sotto tensione è facilitata dall'acqua che porta alla "stress corrosione".
È possibile verificare quale sia la tendenza di una fibra a subire la tensocorrosione rivedendo il suo "parametro di suscettibilità alla tensocorrosione", molto più convenientemente denominato "n". Un valore n elevato (intorno a 20) suggerisce una fibra e un rivestimento durevoli.
Calcolo della durata della rete
Tenendo presente i quattro fattori di cui sopra, come puoi calcolare la durata della tua rete in fibra? Per fare ciò, un progettista di rete deve tenere conto di due input:
Come vengono distribuiti i difetti tra le fibre ottiche, utilizzando la distribuzione di Weibull
I risultati dei test di resistenza delle fibre, normalmente eseguiti dai produttori
La combinazione della distribuzione (prevista) dei difetti con la teoria della crescita delle crepe ha generato diversi modelli di durata della fibra ottica, che possono essere visualizzati qui.
In generale, questi modelli forniscono una probabilità di guasto per ogni dato km di fibra nel corso di una durata prescelta, compresa tra 20 e 40 anni. Per la fibra di livello 1 installata correttamente, la probabilità di guasto in tale intervallo di tempo è dell'ordine di 1 su 100,000.
In confronto, la probabilità che una fibra venga danneggiata da un intervento manuale, come lo scavo, nello stesso periodo di tempo è di circa 1 su 1,000. La fibra di qualità, installata con tecniche benigne e da installatori attenti in condizioni accettabili, dovrebbe quindi essere estremamente affidabile, a condizione che non sia disturbata.
Vale anche la pena sottolineare che le lunghezze dei cavi stessi raramente hanno ceduto "intrinsecamente", ma si sono verificati guasti nei giunti in cui il tipo di cavo e giunto non sono ben abbinati, consentendo alle fibre di muoversi, ad esempio a causa di variazioni di temperatura. Ciò porta a uno stress eccessivo della fibra e all'eventuale frattura.
Le prove dal campo
Dato che i primi sistemi in fibra su larga scala sono stati implementati all’inizio degli anni ’80, come sono andati? La buona notizia è che negli ultimi 35 anni non si sono verificati casi su larga scala di guasti alla fibra in sistemi installati correttamente che utilizzavano componenti di livello 1. Sono state riscontrate rotture, ma si tratta prevalentemente di punti in cui le fibre sono state rimosse dai cavi e piegate al di sotto del raggio di curvatura consentito.
Infatti, se le fibre fornite vengono immagazzinate e avvolte correttamente, è molto probabile che risultino più resistenti di quanto pensassimo inizialmente. Forse i difetti originali iniziano a guarire con il tempo e l’esposizione all’acqua a bassi livelli di stress.
Come abbiamo visto in altri blog, i maggiori nemici dell'affidabilità attentamente progettata della fibra ottica possono provenire dagli esseri umani, dagli animali o da madre natura, piuttosto che dalla stessa silice fusa. Lasciando da parte queste questioni non tecniche, è del tutto possibile che le stesse reti in fibra possano continuare a funzionare, con optoelettronica aggiornata, per molti anni a venire, forse anche per lo stesso tempo dei loro predecessori in rame!