DGUV Information 203-039 - Umgang mit Lichtwellenleiter-Kommunikations-Systemen ...

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Anhang 2, Weitere Begriffe und Erläuterungen im Zusammenhang...
Anhang 2
Umgang mit Lichtwellenleiter-Kommunikations-Systemen (LWKS) (bisher: BGI 5031)

Anhangteil

Titel: Umgang mit Lichtwellenleiter-Kommunikations-Systemen (LWKS) (bisher: BGI 5031)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 203-039
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Anhang 2 – Weitere Begriffe und Erläuterungen im Zusammenhang mit LWLKS

Für die Zwecke dieser BG-Information gelten die Begriffe und Definitionen der Unfallverhütungsvorschrift "Laserstrahlung" (BGV B2 / GUV-V B2) und der BG-Information "Betrieb von Laser-Einrichtungen" (BGI 832 / GUV-I 832) genauso wie die nachfolgenden Definitionen.

A2.1
Automatische Leistungsverringerung (ALV; engl. APR)

Eine Einrichtung eines LWLKS, durch die z.B. bei einem Bruch des Lichtwellenleiters, die zugängliche Leistung innerhalb einer vorgegebenen Zeit (1 s bzw. 3 s) auf einen vorgegebenen Wert verringert wird.

Anmerkung:

Der in dieser Norm verwendete Begriff "automatische Leistungsverringerung" (ALV) umfasst die folgenden Begriffe, die in den Empfehlungen der Internationalen Fernmeldeunion verwendet werden:

  • automatische Laserabschaltung (ALA);

  • automatische Leistungsverringerung (ALV);

  • automatische Energieabschaltung (AEA).

A2.2
Baugruppe

Jede einzelne Einheit, Untergruppe oder Modul eines LWLKS, das einen optischen Sender oder einen optischen Verstärker enthält.

A2.3
Betreibendes Unternehmen

Ein Unternehmer bzw. Einzelperson, die für den Betrieb eines LWLKS verantwortlich ist.

A.2.4
dBm

Logarithmisches Maß für optische Leistung.

P‚ in dBm = 10 * log(P/P0), mit P in mW und P0 = 1 mW (siehe Bild A2.1)

Bild A2.1: Grafische Darstellung der Umrechnung von dBm in mW

A2.5
Endnutzer oder Anwender

Die Person oder Organisation, die das LWLKS in der vorgesehenen Weise nutzt.

Anmerkung 1:

Normalerweise besitzt der Endbenutzer keine Möglichkeit, die in einem LWLKS erzeugte und übertragene Leistung zu beeinflussen.

Anmerkung 2:

Falls eine Person oder Organisation das LWLKS anders nutzt als vom Hersteller entwickelt, dann übernimmt diese Person/ Organisation die Verantwortung eines Herstellers oder einer installierenden Organisation.

A2.6
Gauß‚scher Strahl

Die Abstrahlung einer Einmodenfaser ist in den meisten Fällen einem Gauß‚schen Strahl ähnlich, der im folgenden Bild A2.2 dargestellt ist. Charakteristika des Gauß‚schen Strahls sind die nahezu parallel verlaufende Strahltaille (Strahltaillenradius r0) und die nachfolgende Aufweitung zu einem Strahl mit konstanter Divergenz (Halbwinkel Φ).

Die Leistungsdichte E(z, r) im Strahl hat die Form einer Glockenkurve und wird in jeder Entfernung z durch folgende Gleichung beschrieben:

Bild A2.2: Gauß‚schen Strahl im Querschnitt

Dabei ist z die Entfernung von der Strahltaille (auf der optischen Achse), r der radiale Abstand von der optischen Achse (im Abstand z), r63 der Strahlradius, an dem die Leistungsdichte E um 63 % (auf 37 %) vom Maximalwert E0(z) abgefallen ist (ebenfalls im Abstand z) und r0 der Strahlradius an der Strahltaille, ebenfalls definiert durch den Abfall um 63 %.

Anmerkung:

r63 ist gleichzeitig der Strahlradius, der die Fläche definiert, die 63 % die Gesamtleistung umschließt.

Beim Gauß‚schen Strahl hängt der Strahlradius wie folgt von der Entfernung von der Strahltaille ab:

Für die hier in Frage kommenden Messabstände kann die Formel für den Strahlradius wie folgt vereinfacht werden:

Man beachte, dass die numerische Apertur generell auf der Basis der 5 %-Leistungsdichte definiert ist. Beim Gauß‚schen Strahl ist der Zusammenhang zwischen dem 5 %-Radius und dem 63 %-Radius gegeben durch:

Außerdem ist noch wichtig, dass bei einem Gauß‚schen Strahl die maximale Leistungsdichte (auf der optischen Achse, im Abstand z) aus der insgesamt abgestrahlten Leistung berechnet werden kann:

Anmerkung:

Den Strahltaillenradius r0 kann man aus dem Modenfeldradius (MFR) wie folgt berechnen:

Siehe auch → Modenfeldradius.

A2.7.
GZS

GZS (Grenzwerte zugänglicher Strahlung, engl. AEL: accessible emission limit) sind Maximalwerte zugänglicher Strahlung, die innerhalb bestimmter Laserklassen zugelassen sind. Sie können je nach Laserklasse aus den Tabellen der DIN EN 60825-1 in Abhängigkeit von u.a. der Emissionsdauer und der Wellenlänge ermittelt werden und sind in Watt oder Joule angegeben. Anders als bei den MZB-Werten, die der situationsbezogenen Gefährdungsanalyse dienen, basiert die Ermittlung und die Messung dieser GZS auf einer Reihe von ungünstigen Randbedingungen (bzgl. Zeitbasis, Pupillenöffnung, Benutzung optischer Instrumente, minimaler Akkommodationsabstand), um die Gefährdung durch eine Laser-Klasse beschreiben zu können.

A2.8
Hersteller

Eine Organisation oder Einzelperson, die optische Geräte und andere Komponenten zusammenfügt, um ein LWLKS zu bauen oder zu verändern.

A2.9
Installierendes Unternehmen

Ein Unternehmen oder eine Einzelperson, die für die Installation eines LWLKS verantwortlich ist.

A2.10
Instand setzendes Unternehmen

Ein Unternehmen oder eine Person, die für die Instandsetzung eines LWLKS verantwortlich ist.

A2.11
LAN

Englisch: Local area network; Kommunikationsnetzwerk, bestehend aus Sendern, Verstärkern, Empfängern und Datenleitungen mit begrenzter Ausdehnung meist innerhalb eines Gebäudes oder eines Unternehmens.

Anmerkung:

Auch bei komplexen LAN-Systemen mit kurzer Reichweite (Größenordnung einige 100 m) wird meist nur mit (kostengünstigen) MM-LWLKS und infrarot-LED gearbeitet. Im Vergleich zu Lasern gleicher Mitten-Wellenlänge besitzen diese eine wesentlich größere spektrale Bandbreite - mit Ausläufern bis in den sichtbaren Spektralbereich. Aus geöffneten LWLKS-Steckverbindern ist dann unter Umständen ein schwaches rotes Leuchten wahrnehmbar, das zwar eine gewisse Aufmerksamkeit erregt, aber keinerlei Gefährdung darstellt.

A2.12
Laserbereich

Räumlicher Bereich, innerhalb dessen die maximal zulässige Bestrahlung (MZB) überschritten werden kann. Er wird auf Basis des Sicherheitsabstandes, und zwar auch unter Berücksichtigung, dass ein LWLKS-Ende unter Umständen bewegt werden kann, und der Nutzungsumstände festgelegt.

Der Laserbereich eines geraden, glatt geschliffenen LWLKS-Endes, das in den freien Raum strahlt, wird im Rahmen dieser BGI als Gefährdungsbereich bezeichnet.

A2.13
Lichtwellenleiter

Der Begriff Lichtwellenleiter ist in der DIN 47002 und VDE 0888-2 genormt und definiert einen Leiter, in dem moduliertes Licht übertragen wird. Der Lichtwellenleiter kann aus Glasfaser oder Kunststoff bestehen.

A2.14
Lichtwellenleiter-Kommunikationssystem (LWLKS)

Ein fertig konstruiertes, durchgehendes System zur Erzeugung, Übertragung und zum Empfang von optischer Strahlung aus Lasern, LED oder optischen Verstärkern, in der die Übertragung durch Lichtwellenleiter für Kommunikations- oder Steuerungszwecke geschieht.

A2.15
Modenfeldradius und Modenfelddurchmesser

Für Sicherheitsbetrachtungen darf man bei Einmodenfasern davon ausgehen, dass die Abstrahlung am Faserende einem Gauß‚schen Strahl sehr ähnlich ist. Das Faserende entspricht der Strahltaille des Gauß‚schen Strahls. Der Strahlquerschnitt an dieser Stelle wird üblicherweise durch den Modenfeldradius MFR charakterisiert, wobei der Modenfelddurchmesser MFD gleich 2 x MFR ist. Der Modenfeldradius wird üblicherweise dadurch definiert, dass beim Radius r = MFR die Leistungsdichte auf 1/e2 vom Maximum abgefallen ist.

Eine Definition des Modenfelddurchmessers, die die Annahme einer Gaußverteilung nicht benötigt, ist in ITU-T G.650.2 angegeben.

A2.16
MZB-Werte

MZB-Werte sind die maximal zulässigen Bestrahlungswerte für die Hornhaut des Auges oder für die Haut. Sie sind Grenzwerte für eine ungefährliche Bestrahlung.

In der Unfallverhütungsvorschrift "Laserstrahlung" (BGV B2 / GUV-V B2) und der BG-Information "Betrieb von Laser-Einrichtungen" (BGI 832 / GUV-I 832) werden die Verfahren zur Ermittlung der MZB-Werte in Abhängigkeit unter anderem von der Einwirkungsdauer und von der Wellenlänge λ beschrieben. MZB-Werte werden als Bestrahlungsstärke in W/m2 oder als Energie pro Fläche, d.h. Bestrahlung, in J/m2 angegeben. Die MZB-Werte sind Grundlage für arbeitsplatzbezogene Gefährdungsbeurteilungen sowie für die Festlegung von Laserbereichen.

A2.17
Numerische Apertur (NA)

Nach dem Brechungsgesetz ergibt sich an der Stirnfläche und dem Grenzwinkel der Totalreflexion in der Faser ein maximaler Einstrahlwinkel Φmax, bei dem die Lichtstrahlen im Kern geführt werden können. Dieser Winkel wird als Akzeptanzwinkel θ bezeichnet.

Bild A2.3: Ausbreitung von Lichtstrahlen durch Totalreflexion in einer Lichtwellenleiter

Unter der numerischen Apertur NA versteht man den Sinus des maximalen Akzeptanzwinkels θ. Je größer die NA, desto mehr Leistung kann in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt werden. Für MM-Stufenindexfasern gilt:

wobei:

nK= Brechzahl des Lichtwellenleiterkerns (bei Gradientenfasern die Brechzahl in der Mitte des Lichtwellenleiterkerns)
nM= Brechzahl des Lichtwellenleitermantels
n0= Brechzahl der Luft (außerhalb der Faser)
θmax= maximaler Akzeptanzwinkel Φmax

Typische Werte liegen im Bereich von 0,1 bis 0,5.

Für diese BG-Information wichtiger als der Akzeptanzwinkel eines Lichtwellenleiters ist der maximale Austrittswinkel der Strahlung. Dieser ist theoretisch gleich dem eingangsseitigen Akzeptanzwinkel. Ausgangsseitig ist die NA definiert als der Sinus des halben Winkels, bei dem bei voller eingangsseitiger Anregung und relativ kurzer Faserlänge die Leistungsdichte der Abstrahlung auf 5 % des Maximums abgefallen ist.

Ein Sonderfall ist die Einmodenfaser, bei der die Abstrahlung durch die Beugung am Faseraustritt dominiert wird. In guter Näherung entsteht ein Gauß‚scher Strahl.

Die numerische Apertur von Einmodenfasern, d.h. der Sinus des 5 % Winkels der Abstrahlung, ergibt sich aus dem Modenfeldradius (MFR) mittels:

Bei Einmodenfasern kann man die maximale Leistungsdichte (auf der Strahlachse) wie folgt aus der insgesamt abgestrahlten Leistung P berechnen:

Dabei ist z der Abstand vom Faserende (auf der Strahlachse gemessen). Bei der Standard-Einmodenfaser (nach ITU-T G.652) gilt NA = 0,1 als typischer Wert.

A2.18
Polymer Optical Fibre (POF)

Die optische Polymerfaser ist eine reine Plastikfaser, die aus einem transparenten Kern und einem Mantel besteht, der einen geringeren Brechungsindex aufweist als das Kernmaterial. Als Kernmaterial werden Polymere wie Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polycarbonat eingesetzt. Gegenüber der Glaserfaser hat die POF wesentlich höhere Dämpfungswerte. Die Polymerfaser arbeitet mit sichtbarem Licht bei Wellenlängen von 520 nm (grün), 560 nm (gelb) und 650 nm (rot), wobei meistens das optische Fenster bei der obersten Wellenlänge benutzt wird.

A2.19
Sicherheitsabstand (NOHD)

Der Sicherheitsabstand (NOHD - nominal ocular hazard distance) ist die Entfernung, in der die Bestrahlungsstärke oder die Bestrahlung gleich dem MZB-Wert für die Hornhaut des Auges ist.

Wird die Betrachtung mit optisch sammelnden Instrumenten mitberücksichtigt, so wird von einem "erweiterten Sicherheitsabstand" gesprochen.

Anmerkung:

Der Sicherheitsabstand ist die maximale Ausdehnung des Laserbereiches und des Gefährdungsbereiches.

A2.20
Standort

Bei der Übersetzung des englischen Originals "location" wurde in der deutschen Norm der Begriff "Standort" gewählt. Dies und die folgenden Beispiele legen nahe, dass mit den einzelnen Standorttypen lediglich unterschiedlich zugängliche (begehbare) Räume gemeint sein könnten. Dies ist nicht der Fall.

Der Typ eines Standorts wird ausschließlich durch den Grad der lokal realisierten technischen und organisatorischen Maßnahmen oder vorgefundenen Gegebenheiten bestimmt. Die Zugänglichkeit ist entsprechend den drei Kategorien, wie sie in den Abschnitten 4.3 bis 4.5 definiert sind, festzulegen.

Im Einzelfall kann sich also der Standorttyp z.B. auch innerhalb eines Raumes oder auch eines Systemschranks ändern. Im Folgenden sind Beispiele für diese Standorttypen aufgeführt (siehe Abschnitte 20.1 bis 20.3).

A2.20.1
Standorte mit kontrolliertem Zugang (Beispiele)

Typische Standorte mit kontrolliertem Zugang sind:

  • Kabelkanäle

  • Kabelverzweigergehäuse auf Straßen

  • ausgewiesene und abgegrenzte Bereiche von Verteilerzentren

  • Prüfräume auf Kabelverlegeschiffen.

Anmerkung:

Wo der Zugang zu Kabelkanälen und Kabelverzweigergehäuse auf Straßen bei Instandsetzungsarbeiten dazu führen könnte, dass die Öffentlichkeit einer Strahlung oberhalb der Grenzwerte zugänglicher Strahlung der Klasse 1 ausgesetzt wird, müssen geeignete Einhausungen (z.B. Baracke, Bauzelt) bereitgestellt werden.

A2.20.2
Standorte mit eingeschränktem Zugang (Beispiele)

Typische Standorte mit eingeschränktem Zugang sind:

  • gesicherte Bereiche auf Industriegeländen, die für die Öffentlichkeit nicht zugänglich sind,

  • gesicherte Bereiche in Gewerbegebieten/Firmengeländen, die für die Öffentlichkeit nicht zugänglich sind (z.B. Räume mit Telefon-Nebenstellenanlagen, Räume mit Computersystemen oder ähnliches),

  • gewöhnliche Bereiche in Fernmeldezentralen,

  • abgegrenzte Bereiche in Zügen, auf Schiffen und auf anderen Fahrzeugen, die für die Öffentlichkeit nicht zugänglich sind.

A2.20.3
Standorte mit uneingeschränktem Zugang (Beispiele)

Typische Standorte mit uneingeschränktem Zugang sind:

Privatgelände (uneingeschränkter Zugang durch Laien möglich),

  • Dienstleistungsbetriebe, die für die Öffentlichkeit zugänglich sind (z.B. Geschäfte und Hotels),

  • öffentliche Bereiche in Zügen, auf Schiffen oder anderen Fahrzeugen,

  • öffentliche Bereiche, wie Parks, Straßen oder ähnliches,

  • ungesicherte Bereiche innerhalb von Gewerbe-, Industrie- und Firmengeländen, wo öffentlicher Zugang erlaubt ist, z.B. manche Bürobereiche.

Lichtwellenleiternetze können sowohl durch öffentlich zugängliche Bereiche führen (zum Beispiel durch Wohnungen), durch Bereiche mit eingeschränktem Zugang innerhalb von Industriegeländen, als auch durch kontrollierte Bereiche wie Kabelkanäle und Kabelverzweigergehäuse auf Straßen.

A2.21
Vernünftigerweise vorhersehbares Ereignis

Ein Ereignis, dessen Auftreten unter bestimmten Voraussetzungen ziemlich sicher vorhergesagt werden kann und dessen Eintrittswahrscheinlichkeit nicht klein ist.

Anmerkung:

Beispiele für vernünftigerweise vorhersehbare Ereignisse könnten sein:

Bruch des Lichtwellenleiters, Öffnen des Steckverbinders, Irrtum oder Nichtbeachten der Sicherheitsrichtlinien durch den Betreiber.

Rücksichtsloser Umgang oder Verwendung für völlig ungeeignete Zwecke gehören nicht zu den vernünftigerweise vorhersehbaren Ereignissen.

A2.22
Zugängliche Stelle

Jeder Teil oder Bereich eines LWLKS, zu dem unter vernünftigerweise vorhersehbaren Umständen Zugang zu Laserstrahlung ohne Benutzung eines Werkzeugs möglich ist.