光缆线路防鼠的措施和效果
2007-03-01   《布线世界》

附：光缆鼠咬现场情况

光缆用热缩套管修补的情况

二、当前的光缆防鼠技术和研究方向
出于生态保护和经济上等因素，光缆线路防鼠既不宜采取毒杀、捕杀等措施，也不宜如直埋光缆那样采取埋深来进行预防。因此当前的光缆防鼠措施依然还需依靠光缆的结构设计和材料变化来进行预防。常规的防鼠方案有在护套中添加化学成分、采用多层护套铠装等方法。美国康宁公司曾在泰国使用过双层金属铠装的结构用于架空防鼠，光缆自身重量和外径较大，对架空杆塔的要求会提高，会增加了光缆线路的成本。还有一种可行的结构是采用不锈钢带的方案，但如果将不锈钢带分切并复膜后，其材料成本是常规镀铬钢带的5倍，经济上不可取。
所谓在护套中添加化学成分的方法，是在光缆护套中添加辣味素的方法。辣味素原本是从辣椒等天然物质中提炼出的化学物质，在小白鼠试验中发现老鼠对辣味物质比较敏感，因此已被认为是一种有效的驱鼠剂。商用的辣味素护套料是把一种类似的化学合成材料，按照一定比例添加到聚乙烯护套中。由于添加剂可能出现水溶和迁移等问题，必须考察其在护套中的迁移和水溶效果，才能确 定这类光缆的驱鼠时效。
国外报道较多的是采用玻璃纤维防鼠。由于玻璃纤维极细且脆，在鼠类噬咬过程中，呈粉碎状的玻璃渣将伤及鼠类的口腔，使之对光缆产生畏惧感，达到防鼠的效果。但已知的资料中缺乏鼠咬试验的详细报告，必须通过鼠咬试验加以验证。
在已知的光缆鼠咬实验中，高强度的钢带都有较好的防鼠效果，但是同时也有研究表明，鼠咬痕迹使暴露在外界环境内的钢带的加剧腐蚀，大多数光（电）缆在不长的时间内都会被侵蚀，这就是最好要采取不绣钢带的原因。但采用不锈钢带的光缆价格会较大地增加电信设施的固定投资，寻找一种经济的、抗腐蚀能力和强度更好的钢带材料以替代现行的常规防蚀镀铬钢带也是本项目需要研究的方向之一。
我们曾考虑过采用周边环绕钢丝（或非金属加强件GRP）的结构用于防鼠，但小的GRP棒（带）较软，难以经得起鼠咬，同时光缆成本也将超过玻璃纤维结构。钢丝绕包和夹带钢丝的护套结构都会使光缆的重量增加较大，增加了杆塔的承载负荷；如果采用抗腐蚀的低碳钢丝，光缆将十分僵硬，难以盘留，不利于架空敷设；如采用普通高碳钢丝结构，光缆的耐腐蚀能力还变得极差。因此这些光缆结构都不适合现行的光缆线路运行和维护。

三、光缆的鼠咬试验
浙江移动通信有限公司和成都康宁光缆有限公司共同进行了不同结构的光缆的鼠咬实验，试验的方法参照Bellcore GR-20-CORE。被试光缆样品固定在两个封闭箱体之间，其中一个密闭箱体中装有充足食品、水和试验鼠，并强光照射，另一密闭箱体无光，由于鼠类存在噬咬和畏光特性，就不得不驱使其啃咬光缆。试验的鼠种是体重为250g的实验大白鼠。
在此之前，我们也参考过其它试验方法进行过类似的试验，如将不同性别的老鼠分开两室，中间通道由光缆样品形成栅拦；或试验箱体一侧有食品和水，另一侧被试鼠经强光照射，中间通道有光缆栅拦等方法，被试鼠种包括野生松鼠（200g）、大白鼠等，由于缺乏食物和水，造成鼠类缺乏啃咬能力和活动欲望，试验都没有达到预期的效果。
光缆的样品包括含有普通镀铬钢带、双层护套的层绞式光缆（GYTY53），普通带挡潮层的架空层绞式光缆（GYTA），以及带钢-聚乙烯内护套、玻璃纤维层和聚乙烯外护套的特殊防鼠光缆结构（GYTSFY）。受试时间为50天，试验装置和样品如下图。

被试鼠和箱体布置

被试前的光缆样品

试验装置
在试验过程中，试验人员每天对样品被咬情况进行记录，记录报告如下:
测试时间 (天) 光缆结构 啃咬情况
第一天 GYTY53 7个点被啃出0.5-1.0cm宽的凹痕
GYTA 2个点被啃出0.5-1.0cm宽的凹痕
防鼠结构 无损伤
第二天 GYTY53 7个点被啃出0.5-1.0cm宽的凹痕
GYTA 2个点被啃出0.5-1.0cm宽的凹痕
防鼠结构 无损伤
第六天 GYTY53 8个点被啃出0.5-1.0cm宽的凹痕
GYTA 2个点被啃出0.5-1.0cm宽的凹痕
防鼠结构 无损伤
第15天 GYTY53 8个点被啃出0.5-1.0cm宽的凹痕，有一点露出钢带
GYTA PE护套被啃宽度达 8cm，铝带被啃宽度达3cm,已见光纤套管
防鼠结构 PE护套被啃宽度达6cm，玻璃纤维可见宽度为 2cm
第27天 GYTY53 有6个点被啃出0.5-3cm的凹痕，有2个点露出钢带
GYTA PE护套被啃宽度达 8cm ，光纤套管和填充绳被啃宽度达 8cm， 可见中心加强钢丝，老鼠已能进入暗室
防鼠结构 PE护套被啃宽度达6cm，有2个点玻璃纤维可见宽度为 1~3cm
第34天 GYTY53 有6个点被啃出0.5-3cm宽的凹痕，有2个点露出钢带
GYTA PE护套、光纤套管和填充绳被啃宽度达 8cm，可见中心加强 钢丝，老鼠已能进入暗室
防鼠结构 PE护套被啃宽度达6cm,有2个点玻璃纤维可见宽度为1~3cm, 有一点露出钢带
第50天 GYTY53 PE护套被啃宽度达6cm，有2个点露出钢带，并开始绣蚀
GYTA PE护套、光纤套管和填充绳被啃宽度达 8cm，可见中心加强 钢丝，老鼠已能进入暗室
防鼠结构 PE护套被啃宽度达6cm，有3个点玻璃纤维可见宽度为 1~4cm, 有2个点露出钢带

试验结果分析：
充足的食物供给和强光照射，试验能够模拟野生环境下鼠类的啃咬，并比野外环境更加苛刻，具有代表性。
在使用钢带结构的光缆中，鼠类始终无法咬破钢带进入试验箱体的另一端，从而证明钢带对防鼠的保护能力。
普通GYTA架空光缆在试验的第15天就已经被咬破光纤套管，说明普通结构的架空光缆完全不具有防鼠效果，同时也证明其它结构的防鼠能力。
从玻璃纤维层被啃咬的第15天起，老鼠的啃咬程度在近一个星期内几乎没有发生变化，但由于强光因素和噬咬天性，迫使老鼠继续啃咬光缆，噬咬的强度明显减缓，最终结果是被啃咬面积最小，证明了玻璃纤维层至少能延缓鼠类对光缆的破坏。我们认为在野外实际环境鼠类在具有其它噬咬途径时，将会放弃对光缆的侵害。
以下是光缆被啃咬后的情况：

试验后的GYTY53样品 试验后的GYTA样品 试验后的防鼠光缆样品

四、其他有关防鼠研究的试验
　　从经济的角度来看，辣味素如果能达到驱鼠的效果，应当是防鼠的最佳解决方案，但辣味素要达到驱鼠的效果，必须解决辣味素与PE护套料的相容问题，即辣味素在长期环境中从护套料的迁移问题。
附：辣味素的化学组成和特性
组 成 正－壬酸香草酰胺
英文名称： Capsaicin
分 子 式： C17H27NO3
分子量： 293.4；
熔点： 56-58℃；
分解温度： 340℃；
水溶性： 在25℃时27ppm
　　值得关注的是辣味素的可溶性和毒性， 27PPM的溶解度指标是可以认为难溶于水的，但经过试验后我们发现经过水浸一段时间后，含辣味素的样品的辣味显著减少，为此我们特意将供应商提供的纯净辣味素、含辣味素的光缆护套料、经过水浸泡的含辣味素的光缆护套三种样品,通过红外气相色谱进行定量分析,以下是三个样品的红外光谱图：
　　在傅利叶红外光谱图上，我们可以发现，由于存在C-N键，辣味素在3200nm和1400nm附近处应存在一定的反射吸收峰，不过由于靠C-H键的吸收峰太近，整体的吸收峰会发生位移，只是在1600nm左右有一定的表现。其中黑色曲线（纯净辣味素）的峰面积远大于红色吸收峰（添加辣味素的光缆护套），说明辣味素在光缆护套中的含量是有限的，而兰色曲线的吸收峰（通过浸泡的含辣味素的光缆护套）比红色的吸收峰面积又有减少，证明经过加工和浸泡后辣味素的含量实际上存在衰减。目前我们认为衰减的主要因素是挥发所致，由于辣味素液体在聚烯烃材料中始终存在迁移并挥发，因此难以保证含辣味素光缆护套的防鼠效果和有效的时间。
此外，在含辣味素的光缆护套加工过程中，会挥发出大量辛辣的气体和一些白烟，这说明辣味素的挥发能力很强。造成生产上的困难。
因此我们认为现阶段采用辣味素进行驱鼠的方法还不可靠，能否改进还需更深入的研究。
通过鼠咬试验表明采用钢带防鼠的措施是有效的，但还不是尽善尽美的。因为光缆外护套还不能够得以保护，鼠咬后钢带的裸露所带来的腐蚀和阻水问题都需要高度重视。防鼠结构必须采用一种强度和耐腐蚀能力都优于常规镀铬钢带的复合钢带。通过将这种钢带同不锈钢带、镀铬钢带和其它复合钢带做腐蚀性试验比较，试验结果见下述实物图片：（试验方法按YD/T 723-94。试验条件是在1M的HCl溶液中浸泡20天后观察其腐蚀的情况）
未复膜的不锈钢带 特殊防鼠复合钢带 常规镀铬复合钢带 其它结构的钢带
不锈钢带 特殊防鼠 常规镀铬 镀锌钢带 复合钢带 复合钢带
按照国标的 9~10 9 8 2
耐腐蚀评分

　　试验结果表明采用特殊防鼠复合钢带和不锈钢带的耐腐蚀效果最好，常规镀铬复合钢带的边缘出现0.5~0.8mm的腐蚀现象，以上都适合作为光缆原材料使用，但前两者的耐腐蚀性能更好；如果不是镀铬的钢带，如镀锡、镀锌或没有经过防腐处理的钢带，防蚀效果则十分差，存在大面积表面腐蚀，并出现被多处蚀穿的现象，这类钢带不适合作为光缆的原材料。
　　特殊防鼠复合钢带的抗张能力或抗冲击能力都比普通镀铬复合钢带和不锈钢带有较大提高，从强度上比较，特殊防鼠复合钢带的屈服强量提高了20%，这样将极大地提高光缆抗鼠咬冲击和啃咬能力。虽然常规镀铬复合钢带的抗腐蚀能力也较好，但在鼠类啃咬下，边沿的镀层很有可能被破坏，从而造成局部被腐蚀的现象，因此我们建议在经济许可的情况下，应选用耐腐蚀能力更好的钢带，本案中特殊防鼠复合钢带就是一个较好的实例。
特殊防鼠复合钢带的 常规镀铬复合钢带的
应力-应变曲线 应力-应变曲线

五、防鼠光缆结构和应用实例

　　根据以上的研究，浙江移动通信有限公司和成都康宁光缆有限公司认为目前最好的防鼠结构中，含钢带的光缆结构是比较可靠的设计，因此共同选定了的两种防鼠光缆结构，并进行了现场敷设。
　　一种光缆结构是外护套内含特殊玻璃纤维（国外的商品名为GCO）、缆芯包含钢-聚乙烯复合内护套，这种结构采用了玻璃纤维和钢带双重保护的措施，在鼠咬试验中表现也最好，特别适合在鼠咬十分猖獗的地区，浙江移动通信有限公司将其敷设在以往鼠咬故障最严重的地区，通过一年多的试验和巡线报告，至今还没有出现鼠害侵袭的报告。
采用双层保护的防鼠光缆结构示意图
　　另一种是单层钢-聚乙烯复合护套组成的架空光缆，与常规的GYTS的区别是采用了本文先前提及的特殊防鼠复合钢带。这种光缆较具经济性，同时也有良好的防鼠能力，因此被浙江移动通信有限公司广泛应用在各种鼠害发生区域。从部署后的效果来看，至今还没有收到一例鼠害造成故障的报告。浙江移动通信有限公司也拟将来把这种光缆作为山区架空光缆的主要结构。
　　光缆在敷设和运行过程中将受外力作用，同时外部环境温度的变化也会造成光缆衰减的变化，由此光缆需要精确的光纤余长以保证在复杂条件中光缆的衰减变化。在制造上选择了PC/PP双层套管和套管无张力托盘式收线工艺，以避免光纤套管的结晶后回缩和盘具内外端余长的不稳定。光纤的余长是由SZ绞合产生的，其近似计算公式为：
e松={[(D+d+2x)2p2+h2]1/2 /[(D+d)2p2+h2] 1/2-1}x100%
对于光缆的强度，是根据其所应承受的短期应力，按照虎克定律设定：
F短=S E材積材?A材
光缆在温度变化中与所采用的材料的线膨脹系数r相关，光缆的线膨脹系数越小，同种结构中光缆耐温度性能越好。其计算公式为：
eTk=S(r材稥材稟材/ E材稟材)稤T
以下是不同松套管材料的线膨胀系数r和模量E数据，可见采用PC（聚碳酸脂）的套管的耐温性稍优于常规的PBT套管。
杨氏模量E 密度 线膨胀系数r
(N/mm2) (g/cm3) (1/K)
HDPE 100 0.941~0.965 (1~2.5)x10-4 (高密度聚乙烯)
PBT(对苯 1600 1.31 < 2.0x10-4 二甲酸丁二酯)
PC(聚碳酸酯) 2300 1.2 6.5x10-5
　　以8芯的单层钢-聚乙烯复合护套组成的架空防鼠光缆为例,该防鼠光缆由两根2.0mm松套管、五绞件,特殊防鼠钢带-聚乙烯护套组成,在光缆设定的短期张力下光纤应变不超过0.10%，实际测试曲线如下：
　　实验表明即使在设计短期张力(1500N)条件下,光缆的也没有明显的衰减变化(<0.03dB),光纤应变大约是0.05%，远好于设计值0.10%，主要的因素在于光缆性能的冗度设计和材料估算采用了保守数据。
　　温度变化造成的光缆衰减可参考光缆的高低温温度循环试验，结果表明该防鼠光缆可以在-40℃~+70℃的环境下长期使用。
　　通过试验和厂验证明采用防鼠结构的光缆能够满足敷设和运行的性能要求，其各项试验数据都优于国家标准的要求，同时有良好的温度特性和防鼠性能，可以大范围推广使用。
六、总结
　　通过本文的描述，浙江移动电信有限公司已在架空光缆线路上防止松鼠啃咬已找到一种比较理想的解决方式，如果是敷设地点同时也是雷电多发区，可以采用中心非金属加强件的防鼠光缆结构，并需特别注意钢带的接地绝缘的问题。我们欣喜的看到，通过防鼠光缆的引入，通信故障率已大为降低，已能满足通信线路的保障率要求，由此为国家节约了大量的建设资金和线路维护资金。