Glasvezeltypen — single-mode versus multi-mode (OS2, OM1-OM5) volgens ISO/IEC 11801

De gids over lijndifferentieelbeveiliging (87L) via een glasvezelkanaal en de gids over IEC 61850 en GOOSE-berichten gaan er beide van uit dat er een glasvezelverbinding beschikbaar is, zonder in te gaan op welk type vezel daarvoor geschikt is. Dit artikel behandelt het onderscheid tussen single-mode en multi-mode glasvezel volgens ISO/IEC 11801, en waarom de verkeerde keuze — of het per ongeluk mengen van beide types — tot een niet-werkende of sterk onderpresterende verbinding leidt.

Single-mode: kleine kern, nagenoeg onbeperkt bereik

Single-mode glasvezel (SMF), geclassificeerd als OS1 (binnenshuis) of OS2 (met een lage waterpiekdemping, geschikt voor zowel binnen- als buitentoepassing), heeft een zeer kleine kerndiameter van ongeveer 9 µm. Die kleine kern laat licht nagenoeg maar via één voortplantingsweg (mode) door de vezel reizen, waardoor modale dispersie — het uiteenlopen van een lichtpuls doordat verschillende voortplantingswegen een verschillende looptijd hebben — vrijwel geheel wegvalt. Het resultaat is een zeer lage demping (typisch rond 0,4 dB/km bij zowel 1310 nm als 1550 nm golflengte) en een bandbreedte-afstandsproduct dat voor praktische verbindingslengtes (tot tientallen kilometers zonder versterking) niet de beperkende factor is. Single-mode is daarom de standaardkeuze voor lange-afstandsverbindingen, zoals de glasvezelkanalen die de gids over 87L-lijndifferentieelbeveiliging behandelt tussen twee stations.

Multi-mode: grotere kern, bandbreedte-afstandsproduct als beperkende factor

Multi-mode glasvezel (MMF) heeft een aanzienlijk grotere kern (62,5 µm voor het oudere OM1, 50 µm voor OM2 tot en met OM5), waardoor licht via meerdere voortplantingswegen tegelijk door de vezel reist. Dit veroorzaakt wél modale dispersie, wat het bruikbare bandbreedte-afstandsproduct beperkt — hoe hoger de gewenste bitrate, hoe korter de maximale kabellengte. ISO/IEC 11801 en de bijbehorende IEC 60793-2-10-vezelspecificaties onderscheiden vijf multi-mode-klassen met een oplopende prestatie:

Let op: de tabel geeft indicatieve, veelgebruikte waarden; de exacte gegarandeerde afstand-bitrate-combinatie voor een specifieke vezel volgt uit de opgave van de kabelfabrikant en de gebruikte zendapparatuur (transceiver), niet uit één universeel getal per klasse.

Kleurcodering als snelle, maar niet-waterdichte identificatie

In de praktijk worden vezeltypen vaak visueel onderscheiden via de kleur van de kabelmantel of de connectorbehuizing: single-mode (OS1/OS2) doorgaans geel, OM1/OM2 doorgaans oranje, OM3 doorgaans aquamarijn/turkoois, OM4 doorgaans violet (of eveneens aqua, afhankelijk van fabrikant) en OM5 doorgaans limoengroen. Deze kleurcodering is een nuttig, snel identificatiemiddel op de werkvloer, maar vervangt niet de noodzaak om de daadwerkelijke opdruk of documentatie van de kabel te controleren — kleurconventies zijn wijdverbreid maar niet universeel verplicht, en een verkeerd aangenomen kleur kan tot een verkeerde-vezeltype-fout leiden.

Waarom het mengen van single-mode en multi-mode een veelvoorkomende praktijkfout is

De kerndiameters van single-mode (≈9 µm) en multi-mode (50 of 62,5 µm) verschillen zo sterk dat het aansluiten van een single-mode-patchkabel op multi-mode-apparatuur (of andersom) niet subtiel onderpresteert, maar doorgaans tot een sterk verzwakte of volledig niet-werkende verbinding leidt: licht dat vanuit een grotere multi-mode-kern in een veel kleinere single-mode-kern wordt ingekoppeld, verliest een groot deel van zijn vermogen aan de overgang, en een single-mode-laserzender die op multi-mode-vezel wordt aangesloten, overbelicht en verstoort de ontvanger aan de andere kant door de overvloed aan voortplantingswegen die daar plotseling beschikbaar zijn. Dit maakt het foutief verwisselen van patchkabels — bijvoorbeeld bij een haastige reparatie of uitbreiding — een van de meest voorkomende oorzaken van een onverklaarbaar slecht werkend of volledig uitgevallen glasvezelkanaal.

Praktische keuze: afstand en toepassing bepalend

Voor de toepassingen die op dit platform aan bod komen, is de vuistregel doorgaans:

• Single-mode: lange-afstandsverbindingen tussen stations, zoals bij 87L-lijndifferentieelbeveiliging of teleprotectie (85), waar de afstand tientallen kilometers kan bedragen.
• Multi-mode: korte, intra-station-verbindingen, zoals procesbus- of stationsbusbekabeling tussen IED's onderling of tussen een IED en een Ethernet-switch binnen hetzelfde gebouw (zie de gids over IEC 61850 en GOOSE-berichten), waar de afstand doorgaans onder enkele honderden meters blijft en multi-mode-zendontvangers goedkoper zijn dan hun single-mode- tegenhangers.

Veelgemaakte fouten

1. Een single-mode-patchkabel gebruiken op multi-mode-apparatuur (of andersom) — dit levert doorgaans geen verbinding of een sterk verzwakte verbinding op, niet slechts een klein prestatieverlies.
2. Uitsluitend op de kleur van de kabelmantel vertrouwen zonder de opdruk of documentatie te controleren, terwijl kleurconventies per fabrikant kunnen afwijken.
3. Voor een lange-afstandsverbinding multi-mode-vezel toepassen omdat die toevallig al aanwezig is, zonder te controleren of het bandbreedte-afstandsproduct voor de benodigde bitrate en lengte toereikend is.
4. Multi-mode-klassen (OM1-OM5) als onderling verwisselbaar behandelen — een verbinding die met OM4 correct functioneert bij een bepaalde afstand en bitrate, kan met OM1 of OM2 op dezelfde afstand al buiten specificatie vallen.

Gerelateerd

• Lijndifferentieelbeveiliging (87L) via een glasvezelkanaal
• Teleprotectie (85) — permissive/blocking-schema's bij afstandsbeveiliging
• IEC 61850 en GOOSE-berichten — peer-to-peer beveiligingscommunicatie
• PoE (Power over Ethernet) — kabelbundeling en warmteontwikkeling