Nestor Cablesin blogi

Valokaapeleiden sekä yleensä kuituoptisen tiedonsiirron kehittyminen on ollut nopeaa. Ensimmäiset koeluonteiset valokaapeliyhteydet rakennettiin Japanissa ja USA:ssa vuosina 1975 ja 1976. Suomessa tilannetta seurattiin varsin tiiviisti, ja vuonna 1977 Nokia Kaapeli aloitti valokaapeleiden kehitystyön, Helkama 1980-luvun alussa ja SLO-Kaapeli vuonna 1983. Ensimmäiset valokaapelit asennettiin Suomessa ensimmäisenä Pohjoismaista vuonna 1979 Posti- ja telelaitoksen ja Helsingin Puhelinyhdistyksen toimesta. 1980-luvun alkupuolella rakennettiin jonkin verran lyhyitä valokaapeliyhteyksiä eri teleoperaattoreiden toimesta kunnes 1980-luvun puolivälissä valokaapeliverkkojen rakentaminen lähti todenteolla käyntiin teleoperaattoreiden ja puolustusvoimien johdolla.

Sekä optiset kuidut että kaapeleiden rakenteet ja materiaalit kehittyvät nopeasti. Kehitykseen vaikuttavat useat seikat, mutta varsinkin viime vuosina kaapeleiden fyysinen koko, käsiteltävyys ja sitä myöten asennuskustannusten minimoinnin tarve ovat vaikuttaneet suuresti kaapeleiden rakenteisiin

Nykyisin valokaapeleita käytetään televerkkojen kaikilla tasoilla – kansainvälisistä yhteyksistä koteihin saakka, tukiasemien syöttö- ja mastokaapeloinneissa, kiinteistökaapeloinneissa, teiden telematiikkajärjestelmissä, sähkö- ja energiayhtiöillä sähköverkon ohjauksissa, prosessiautomaatiossa, valvontajärjestelmissä sekä yleisesti kaikkialla missä tietoa siirretään kaapeleita pitkin.

Tässä artikkelissa tarkastellaan optisten kuitujen ja valokaapelirakenteiden kehittymistä pääasiassa televerkoissa.

(Jutun isossa kuvassa PTL testaa valokaapeleiden kestävyyttä talvisissa ilmasto-olosuhteissa Saariselällä 1980-luvun puolivälissä testaten mm. huurrekuormien aiheuttamia venymiä ilmakaapeleissa. Kuva Matti Korhonen)

Valokaapelia kaivetaan maahan Jalasjärvellä vuonna 1987. Kuva Matti Korhonen.

Monimuotokuiduista yksimuotokuituihin 

Ensimmäisissä Suomessa asennetuissa valokaapeleissa käytettiin 50/125 µm:n monimuotokuituja kunnes televerkkojen kaapeleissa yksimuotokuidut alkoivat syrjäyttää monimuotokuidut 1980-luvun puolivälistä lähtien. Monimuotokuidut jäivät edelleen käyttöön mutta vain erilaisiin datasiirto- ja instrumentointisovellutuksiin.

Yksimuotokuiduissa kehitys on kulkenut nopeasti ensimmäisistä vain 1310 nm:n aallonpituusalueelle kehitetyistä kuiduista koko käytettävän aallonpituusalueen ITU-T G.652.D -kuituihin, pitkien matkojen erikoiskuituihin sekä erilaisissa kiinteistöasennuksissa käytettäviin ITU-T G.657 -luokkien taivutussietoisiin kuituihin. Uutena kehityssuuntana on ns. normaalien ITU-T G.652.D -kuitujen kehittyminen yhä paremmin taivutuksia sietäviksi sekä taivutussietoisten kuitujen tulo ulkokaapeleihin, jolloin erilaiset jatkokset ja päätteet voidaan toteuttaa aikaisempaa pienempinä.

Monimuotokuitujen kuitukoot, materiaalit sekä siirto-ominaisuudet ovat kehittyneet. Aivan lyhyiden matkojen sovellutuksiin on tullut muovi/lasi- tai kokonaan muovikuituja, joita on saaatavilla erikokoisilla halkaisijoilla jopa muutamaan millimetriin saakka. Erilaisissa kiinteistökaapelointisovellutuksissa on käytetty useita eri monimuotokuitutyyppejä kuten 62,/5/125 ja 100/140 µm. Viime vuosien aikana on vakiintunut 50/125 µm:n OM3-, OM4- ja uusimpina OM5-kuidut, joita voidaan käyttää jopa 100 GBit/s siirtonopeudella muutamien satojen metrien matkalla. Tiedonsiirtonopeuksien kasvu sekä optisten liityntämoduulien hintakehitys johtavat kiinteistöjen yleiskaapeloinneissakin väistämättä monimuotokuitujen väistymiseen yksimuotokuitujen tieltä. Näin yksimuotokuidusta tulee universaali kuitutyyppi, jota käytetään niin televerkoissa kuin kiinteistöjen sisäverkoissa.

Optisten kuitujen päällysteiden kehitys

Kuitujen päällysteet jaetaan yleensä kolmeen ryhmään eli ensiöpäällysteeseen, tiukkaan ja löysään toisiopäällysteeseen. Kuidun ensiöpäällyste on yleensä noin 250 µm, mutta pyrittäessä pienentämään kaapeleiden kokoja on viime vuosina tullut käyttöön myös 200 µm:n päällyste.

Kiinteäpäällysteisen kuidun ensiöpäällysteen päällä on polymeerikerros, jonka ulkohalkaisija on tyypillisesti 0,9 mm. Kiinteäpäällysteisiä kuituja käytettiin vielä 1980-luvulla jonkin verran ulkokaapeleissa, mutta nykyisin niitä käytetään pääasiassa vain kaapeleissa, jotka päätetään liittimiin kuten sisä- ja erikoiskaapeleissa.

Väljä toisiopäällyste on halkaisijaltaan 1...3 -millinen muoviputki, jonka sisällä on 4 - 24 ensiöpäällysteistä kuitua ja täyterasva. Väljä toisiopäällyste on tyypillisesti melko kova muoviputki, jonka käsittely vaatii kaapelin kuorinnan jälkeen lämmöllä tapahtuvan suoristuksen ja itse käsittelyssä varovaisuutta lommahtamisen välttämiseksi. Nyt viime vuosina on kovan muoviputken rinnalle tullut muutamien kaapelivalmistajien kuten Nestor Cablesin kehittämät kumimaiset, hyvin taipuisat ja sormin kuorittavat kuituputket, jotka eivät vaadi lämmöllä tehtävää suoristusta. 

Tavallisen toisiopäällysteisen ja Flex-kuituputken ero taivutuksessa

Näiden kolmen päällysteen lisäksi käytetään myös kuitujen nauhoittamista, jossa 4 - 12 ensiöpäällysteistä kuitua on liimattu nauhaksi. Tämän ratkaisun etuina on pidetty mahdollisuutta jatkaa useita kuituja kerrallaan, mutta kokemusten perusteella tämä ns. ribbon-tekniikka ei ole yleistynyt Suomessa.

Valokaapelirakenteiden kehitys

Valokaapeleiden perusrakenteet jaetaan yleensä kolmeen ryhmää eli kerrattuun rakenteeseen, keskiputkirakenteeseen sekä urarunkorakenteeseen. Suomessa käytetään kaikkia näitä rakenteita, mutta nykyisin yleisimmät ovat keskiputkirakenne maksimissaan 96 kuituun saakka ja kerrattu rakenne useisiin satoihin kuituihin saakka.

Kuitumäärien kasvu

Aikaisemmin kaapeleissa käytettiin monia eri kuitumääriä ja tyypillisesti 6 kappaleen kerrannaisina, mutta 2000-luvun alkupuolesta lähtien on ryhdytty käyttämään 12 kuidun ryhmäjakoa. Samalla eri kuitumäärillä olevia kaapeleita on saatavuuden parantamiseksi karsittu, joten televerkoissa yleisesti käytettävät kuitumäärät ovat nykyisin 4, 6, 12, 24, 48, 96, 192, 288, 384 ja 432 kappaletta. Tarvetta on myös yhä suuremmille kuitumäärille. Suurimmat tähän mennessä televerkkoon asennetut kaapelit ovat olleet 864-kuituiset kanavakaapelit Länsimetrossa.

Puolikuivat ja kokonaan kuivat rakenteet

Kerratturakenteisissa kaapeleissa käytettiin aikaisemmin kuituputkien väleissä täyteainetta, joka sitoi putket yhteen ja esti veden etenemisen. Liisterimäinen täyteaine kuitenkin vaikeutti ja hidasti kaapeleiden kuorintaa, joten nykyään täyteaineen tilalla on useimpien kaapelivalmistajien tuotteissa vedessä turpoavat langat.

Kuituputkissa on yleisesti edelleen rasvamainen täyteaine, mutta putkien pienentyessä täyterasvan määrä on vähentynyt. Markkinoilla on myös kaapelirakenteita, joissa kuituputkissakaan ei ole rasvaa. Täyterasvan käyttö hidastaa aina jonkin verran kaapelin jatkamistyötä, joten on todennäköistä, että kokonaan kuivat rakenteet tulevat jossain vaiheessa yleistymään.

Keskiputkirakenteiset kaapelit

Suuri mullistus valokaapeleissa oli Nokia Kaapelin vuonna 1985 kehittämä Spiral Space® -kaapelirakenne. Siinä kuidut eivät olleet perinteiseen tapaan suorassa putkessa vaan kaapelin keskellä kiertävässä kanavassa. Tämän ansiosta kaapelin puristus- ja vetolujuus saatiin muita rakenteita huomattavasti paremmiksi. Kaapelin keskellä oleva kova putki suojasi kuituja puristuksilta erittäin hyvin ja siinä olevan kiertävän kanavan avulla kuituihin saatiin lisäpituutta, jolloin kaapeliin venyessä vetovoimat eivät kohdistu välittömästi kuituihin. Kaapeli oli muihin rakenteisiin verrattuna erittäin kestävä ja optimaalinen aurattavaksi teiden varsille, joten se yleistyi nopeasti kaikkien teleoperaattoreiden runkokaapeliksi. Nykyisin kuitujen ylimäärä saadaan aikaan valmistusprosessissa, joten nykyisillä keskiputkirakenteisilla kaapeleilla saavutetaan samat ominaisuudet.

Keskiputkirakenteisten kaapeleiden haittapuolina ovat rajallinen 96 kuidun määrä ja haaroitettavuus ilman että koko kaapelia tarvitsee katkaista. Kerratturakenteiset kaapelit ovatkin syrjäyttäneet monissa uusissa asennuksissa keskiputkirakenteiset kaapelit silloin, kun tarvitaan yli 12 kuidun määriä.

Maakaapeleissa pyörölankojen vaihtuminen korrugoituun teräspeltiin

Vielä 1990-luvun alussa maavalokaapeleiden rakenteet muistuttivat nykyisiä vesistökaapeleita eli kaapeleissa oli kaksi vaippakerrosta ja näiden välissä oli raskas ja piellä täytetty pyörölanka-armeeraus. Tämä teki kaapeleista jäykkiä, kalliita ja hankalasti kuorittavia, minkä vuoksi muovipäällysteinen ja korrugoitu teräspelti on maakaapeleissa syrjäyttänyt täysin pyörölanka-armeerauksen.

Metallittomat rakenteet

Ulkokaapeleissa on tyypillisesti metallia kuten korrugoitu teräspelti ja keskiputkirakenteisissa kaapeleissa myös vetolangat. Näillä materiaaleilla kaapeleihin saadaan halutut ominaisuudet kuten veto- ja puristuslujuus, ja metalliosat myös auttavat löytämään kaapelin maasta. Kun valokaapeliverkkojen rakentamisessa painopiste on siirtynyt runkoverkoista liityntäverkkoihin, joissa kaapeleita tuodaan koteihin, on tullut tarpeita ja vaatimuksia erityisesti metallittomille talokaapeleille. Erilaisilla materiaaleilla voidaan kaapelirakenteet tehdä sellaisiksi, että ne metallittominakin kestävät suoran maa-asennuksen jopa auraamalla. Metallittomina niiden maadoitus ei ole enää ongelmallista kuten se on metalliosia sisältävillä kaapeleilla vanhoissa kiinteistöissä. Metallittoman kaapelin löytäminen maasta on kuitenkin hankalaa.

Paloturvalliset rakenteet

Paloturvallisuusmääräysten tiukentuminen on vauhdittanut kiinteistöihin tuotavien kaapeleiden paloturvallisuutta parantavien ominaisuuksien kehittymistä kuten itsesammuvuutta ja savun muodostavuutta. Vielä 1990-luvulla erilaisten kiinteistöjen sisällä asennettiin runsaasti ulkokaapeleita, joissa on paloa edistävä polyeteenivaippa, mutta 1990-luvulla tuli markkinoille kaapeleita, joita voitiin asentaa turvallisesti niin sisälle kuin ulos eli sisä-/ulkokaapeleita.. Nyt aivan uudessa Viestintäviraston M65-sisäverkkomääräyksessä ilmoitetaan selkeästi että CPR-luokituksen Fca ulkokaapeleita ei saa viedä kiinteistön sisällä 5 metriä enempää, mikä lisää entistä enemmän tarpeita paloturvallisille kaapelirakenteille. On hyvin todennäköistä, että liityntäverkoissa tullaan käyttämään metallittomia mutta myös paloturvallisia talokaapeleita.

Yhä pienemmät kaapelihalkaisijat ja puhallettavat mikrokaapelit

Kaapeleiden ulkohalkaisijat ovat vuosien varrella pienentyneet vaikka kuitumäärät ovat koko ajan nousseet. Tätä ovat edesauttaneet uudet kaapelirakenteet ja materiaalit. Koska kaapeleita asennetaan yhä enemmän liityntäverkoissa ahtaisiin taajamiin ja kiinteistöihin, tarve pienemmille kaapeleille kasvaa.

Asennustekniikoilla on myös suuri merkitys kaapelirakenteisiin ja kaapeleiden kokoihin. Ns. mikrokanavatekniikassa pienikokoisia kaapeleita puhalletaan pieniin mikroputkiin, joiden sisähalkaisija runkokaapeleille on 10 tai 12 mm ja talokaapeleille ainoastaan 3,5 mm. Tässä tekniikassa käytetyt mikrokanavakaapelit voidaan tehdä hyvin pieniksi, koska kaapeleilta ei vaadita sellaisia puristus- ja vetolujuusominaisuuksia kuin normaaleilta kanavakaapeleilta. Esimerkiksi Nestor Cablesin 192-kuituinen runkoverkon mikrokanavakaapeli on ulkohalkaisijaltaan vain reilut 8 mm kun taas talokaapelin ulkohalkaisija on ainoastaan noin 2 mm. 

Uudet pieniin ja taipuisiin kuituputkiin perustuvat kaapelirakenteet

Uudet pienet ja taipuisat kuituputket ovat suuri edistysaskel valokaapelirakenteissa. Uusien kumimaisten kuituputkien eli ns. joustoputkien (flex) avulla voidaan kehittää aivan uusia kaapelirakenteita, joita aikaisemmin ei ole ollut mahdollista valmistaa. Nämä uudet kaapelirakenteet yhdistävät keskiputkirakenteisten ja kerratturakenteisten kaapeleiden hyvät puolet. Tällaisia kaapeleita Nestor Cablesilla on tällä hetkellä maa-asennuksiin sekä metallia sisältävä että metalliton versio, mikrokanavakaapeli sekä sisä-/ulkokaapeli.

Seppo Marttila mittaamassa koekaapelia valokaapelitutkalla SLO-Kaapelissa vuonna 1984. Kuva Esko Eskelinen.

Valokaapeleissa kehitystä on ollut erittäin paljon niin optisissa kuiduissa kuin kaapelirakenteissa näiden reilun 30 vuoden ajan mitä valokaapeleita on Suomessa asennettu. Tämä kehitys tulee vain jatkumaan kuitumäärien kasvuna, ja parannuksina ja muutoksina kaapeleiden metallittomuudessa, paloturvallisuudessa ja halkaisijoiden ko'oissa mutta erityisesti kaapeleiden asennettavuudessa.

Jutussa lähteenä käytetty Nestorin omien muistojen lisäksi artikkelia ”Valokaapeli tuli verkkoihin vauhdilla”. Teletekno Oy:n asiakaslehti 2/2005.