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Bei der Bereitstellung eines Glasfasernetzes ist die Betriebsdauer ein entscheidender Faktor für die Berechnung des ROI. Schließlich sind einige Kupfernetze in Großbritannien seit 140 Jahren im Einsatz, auch wenn sie in ihrer aktuellen Form den heutigen Bedarf an Hochgeschwindigkeits-Breitbandverbindungen nicht unbedingt decken können.
Glasfasern sind grundsätzlich zerbrechlicher als Kupfer. Es handelt sich um eine spezielle Glasart (Quarzglas) mit einer typischen Zugfestigkeit, die weniger als halb so hoch ist wie die von Kupfer. Obwohl Quarzglas spröde und brüchig aussieht und sich auch so anfühlt, hat es sich bei richtiger Verarbeitung, Prüfung und Anwendung als äußerst langlebig erwiesen.
Um die Haltbarkeit eines Materials zu beurteilen, ist es hilfreich, bestimmte Eigenschaften zu berücksichtigen:
Anfangsfestigkeit
Abbaurate
Alle Mängel, die es schwächen können
Reagenzien, die es schwächen können
Seine optische Lebensdauer - da das Silica noch zufriedenstellend funktionieren muss
Vor diesem Hintergrund gibt es im Wesentlichen vier Faktoren, die die Lebensdauer Ihres Glasfasernetzes beeinflussen:
1. Oberflächenfehler
Reines, fehlerfreies Quarzglas ist äußerst widerstandsfähig gegen Materialverschlechterung. Allerdings weisen alle kommerziell hergestellten Glasfasern Oberflächenfehler (kleine Mikrorisse) auf, die unter bestimmten Bedingungen die Lebensdauer des Materials verkürzen. Der entscheidende Faktor hierfür ist der Spannungsintensitätsfaktor „K“, der sich aus der aufgebrachten Spannung und der Quadratwurzel der Risstiefe ergibt. Dies bedeutet, dass bei „echten“ Glasfasern – also solchen mit kleinen Fehlern – diese Fehler zunächst langsam wachsen und anschließend schnell bis zum Versagen versagen.
Um dieses Problem zu lösen, führen seriöse Faserlieferanten sogenannte „Belastungstests“ durch, bei denen die Faser für eine festgelegte Dauer auf ein voreingestelltes Maß (normalerweise 1 Prozent) gedehnt wird, um die größeren Mängel gezielt zu beheben.
2. Reduzierung der Degradation
Der Anwender erhält dann eine Faser mit weniger und kleineren Fehlern, die vor unnötiger Abnutzung geschützt werden müssen. Dies bedeutet in erster Linie, die Entstehung neuer Fehler zu verhindern, indem die Faser mit einem schützenden und haltbaren Material für die Primärbeschichtung beschichtet wird.
3. Installationsbelastungen
Wir wissen, dass Belastungen die Lebensdauer von Glasfaserkabeln erheblich beeinträchtigen. Daher liegt die Aufgabe des Kabelverlegers darin, den Schutz zu gewährleisten. Dieser sorgt dafür, dass die auf das Kabel einwirkende Belastung durch geeignete Verstärkungselemente deutlich unter dem 1-Prozent-Testniveau liegt. Der Installateur muss dann sicherstellen, dass das Kabel beim Verlegen nicht überbeansprucht wird.
Von den drei gängigen Techniken – Ziehen, Drücken und Blasen – erzeugt nur das Ziehen eine unerwünschte Dehnung (Zugspannung). Im Gegensatz zu Metall ermüdet Glas nicht durch Kompression, sodass die leichte Kompression beim Drücken die Faser nicht beschädigt.
4. Umweltfaktoren
Nach dem Einsatz hat die Umgebung einen großen Einfluss auf die Lebensdauer der Glasfaser. Erhöhte Temperaturen können das Risswachstum beschleunigen, doch das Vorhandensein von Wasser bereitet seit jeher die größten Sorgen. Wasser fördert das Risswachstum unter Spannung und führt zu Spannungskorrosion.
Sie können die Neigung einer Faser zu Spannungskorrosion anhand ihres Spannungskorrosionsanfälligkeitsparameters (n) überprüfen. Ein hoher n-Wert (um 20) deutet auf eine langlebige Faser und Beschichtung hin.
Berechnen Sie, wie lange Ihr Netzwerk hält
Wie lässt sich unter Berücksichtigung der vier oben genannten Faktoren die Lebensdauer Ihres Glasfasernetzes berechnen? Dazu muss ein Netzwerkplaner zwei Faktoren berücksichtigen:
Wie Fehler in Glasfasern verteilt sind, mithilfe der Weibull-Verteilung
Die Ergebnisse der Faserfestigkeitsprüfung, die normalerweise von Herstellern durchgeführt wird
Durch die Kombination der (vorhergesagten) Fehlerverteilung mit der Theorie des Risswachstums wurden mehrere Lebensdauermodelle für Glasfasern erstellt, die hier eingesehen werden können.
Im Allgemeinen geben diese Modelle eine Ausfallwahrscheinlichkeit für jeden Glasfaserkilometer über eine gewählte Lebensdauer von 20 bis 40 Jahren an. Bei korrekt installierten Tier-1-Glasfasern liegt die Ausfallwahrscheinlichkeit über diesen Zeitraum bei etwa 1 zu 100.000.
Im Vergleich dazu liegt die Wahrscheinlichkeit, dass eine Glasfaser im gleichen Zeitraum durch manuelle Eingriffe, wie etwa Grabungen, beschädigt wird, bei etwa 1 zu 1.000. Qualitativ hochwertige Glasfaser, die mit schonenden Techniken und von sorgfältigen Installateuren unter akzeptablen Bedingungen installiert wurde, sollte daher äußerst zuverlässig sein – vorausgesetzt, sie wird nicht gestört.
Es ist auch erwähnenswert, dass Kabellängen selbst selten „intrinsisch“ versagen. Es kam jedoch zu Ausfällen an Verbindungsstellen, bei denen Kabel und Verbindungstyp nicht gut aufeinander abgestimmt waren, wodurch sich die Fasern – beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen – bewegen konnten. Dies führte zu einer Überbeanspruchung der Faser und schließlich zum Bruch.
Die Beweise aus dem Feld
Wie haben sich die ersten großflächigen Glasfasersysteme entwickelt, wenn man bedenkt, dass sie Anfang der 1980er Jahre installiert wurden? Die gute Nachricht ist, dass es in den letzten 35 Jahren keine größeren Ausfälle von Glasfaserkabeln in korrekt installierten Systemen mit Tier-1-Komponenten gab. Es gab zwar Brüche, diese traten jedoch überwiegend dort auf, wo Fasern aus Kabeln entfernt und unterhalb des zulässigen Biegeradius gebogen wurden.
Tatsächlich ist es durchaus möglich, dass sich die Fasern bei richtiger Lagerung und Wicklung als stärker erweisen als zunächst angenommen, und dass die ursprünglichen Mängel mit der Zeit und durch die Einwirkung von Wasser bei geringer Beanspruchung möglicherweise zu heilen beginnen.
Wie wir in anderen Blogs gesehen haben, sind die größten Feinde der sorgfältig konstruierten Zuverlässigkeit von Glasfasern nicht das Quarzglas selbst, sondern Menschen oder Tiere. Abgesehen von diesen nicht-technischen Problemen ist es durchaus möglich, dass Glasfasernetze mit modernster Optoelektronik noch viele Jahre lang funktionsfähig bleiben – vielleicht sogar so lange wie ihre Kupfer-Vorgänger!
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