№
|
Трасса
|
Длины
волн мкм
|
Характеристики
грунта
|
Параметры
грозодеятельности
|
|
|
|
|
|
|
тип
|
Омм
|
|
q
|
T,
часов
|
а,
м
|
I,
кА
|
11
|
Волгог.
(1000) - Сар. 899)
|
1.32
|
1.51
|
1.62
|
0.2
|
II
- III
|
600
|
0.2
|
3.6
|
50
|
3
|
15
|
где ρ
- удельное сопротивление грунта;- коэффициент трения;- количество ударов молнии
в 1 км2 площади за грозовой сезон (в год) для данной
местности;расстояние точки удара молнии в землю от кабеля (по поверхности
земли);суммарная продолжительность гроз в часах в данной местности.- ток молнии
в амперах.
2.Расчет нагрузки
Число каналов, связывающих оконечные пункты, в
основном зависит от численности населения в этих пунктах и от степени
заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи. Численность
населения в любом областном центре может быть определена на основании данных
последней переписи населения. По данным переписи 2010 года население города
Волгоград составляет 1 017 985 человек, а города Саратов за 2010 год - 837 900
человек. При проектировании будем учитывать прирост населения. Количество
населения в заданном пункте и тяготеющих к нему окрестностях с учетом среднего
прироста населения равно:
где Н0 - население в период переписи;
Р - средний годовой прирост населения, 2-3 %;-
время между годом планирования и годом переписи.
Приняв средний годовой прирост населения за 2 %
и год перспективного планирования как 2014 год (на 5 лет вперед по сравнению с
текущим временем), получаем:
численность населения Волгограда составляет Hв =
1 180 331 человек;
численность населения Саратова составляет Hо =
971 433 человек.
= 0.5 Ht
Соответственно, в Волгоградеmв = 590 112
абонента, в Саратовеmо = 485711 абонентов
Расчет числа телефонных каналов производится по
приближенной формуле:
где mв и mо - количество абонентов в каждой
зоне; y - удельная нагрузка, создаваемая одним
абонентом, у = 0.05 Эрл; α
= 1.3, β
= 5.6 и f1 = 0.05 - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной
доступности, заданным потерям и коэффициенту тяготения.
Получаем nтф = 871.409 ≈ 871 каналов.
Кроме телефонных каналов по кабельной линии
организуют каналы и других видов связи. В нормальных условиях общее число
каналов nоб равно:
где nпд - число каналов передачи данных; nинт -
число каналов интернета;тв - число телевизионных каналов;≈ nтф - число
каналов для телеграфной связи, проводного вещания, транзитных каналов и т.д.
Потребности в передаче данных в настоящее время
растут быстрее потребности в телефонных каналах и nпд может быть принято 1,2
nтф. Рост потребности в интернет-связях очень велик и может быть принят nинт =
5nтф. Также при проектировании предусмотрим два двусторонних телевизионных
канала, которыми обмениваются соседние области. Учитывая, что один ТВ-канал
занимает 1600 телефонных каналов, получаем общее число каналов:
об = nтф + nпд + nинт + nтв + n ≈ 2 nтф +
nпд + nинт + nтв = (2 + 1.2 + 5)nтф + 2*1600 = 8.2nтф + 3200.
Согласно рекомендациям фирмы Corning при резком
обострении ситуации, например, во время стихийных бедствий и чрезвычайных
обстоятельств, потребность в каналах связи резко возрастает, поэтому необходимо
учесть резервирование и возрастание потребности, вследствие чего рассчитанную
величину следует увеличить по крайней мере в 2 раза. Окончательно получим:
nоб = 16.4nтф + 3200об = 17 490
3.Выбор системы передачи
Систему передачи будем выбирать на основе
рассчитанного требуемого числа каналов nоб. Для обеспечения передачи 17 490
каналов выберем 2 отечественные системы передачи для междугородней связи
«Сопка-5» на 7680 каналов со скоростью 560 Мбит/с. Тогда из 23 040 каналов
связи 5550 будут резервными.
Прокладка кабеля должна осуществляться вдоль
автомобильных дорог, соединяющих заданные города (Волгоград и Саратов).
Рассмотрим маршрут, определенный с помощью информационной системы АвтоТрансИнфо
как самый быстрый и самый короткий:
Рис.
Рис.
Маршрут проходит через большое количество
населенный пунктов по трассе 1P 228, а значит, является удобным для
строительства и эксплуатации волоконно-оптической линии связи. Вторая трасса,
как видно по эскизу существенно длиннее и прокладка кабеля будет стоить
существенно дороже.
4.Выбор типа кабеля
Предполагается использование двух систем
передачи «Сопка-5», количество волокон в кабеле должно быть равно 6. Число
волокон в кабеле равно числу систем передачи. Для каждой системы передачи 2
волокна. 3*2=6, но поскольку число волокон в кабеле обычно равняется 4, 8, 16,
то мы выбираем 8.
С помощью справочника «Волоконно-оптические
системы передачи и кабели», учитывая тип грунта на трассе и используемую
систему передачи «Сопка-5», выбираем для проектируемой линии связи кабель типа
ОКЛБ-01-0,3/3,5-4. Ниже представлено краткое описание и характеристики этого
кабеля:
Рис.
5.Кабель ОКЛБ
Предназначен для магистральных, зоновых и
городских сетей связи. Прокладывается в кабельной канализации, трубах, блоках,
в грунтах всех категорий, в т.ч. с высокой коррозийной агрессивностью, в том
числе зараженных грызунами, кроме подверженных мерзлотным деформациям, а так же
через болота, озера, не сплавные и не судоходные реки глубиной до 2-х метров.
При наружной оболочке в негорючем исполнении прокладывается в коллекторах, на
мостах и блоках. Для кабеля ОКЛБ-01-0,3/3,5-4 коэффициент затухания составляет
не более 0,3 дБ/км, дисперсия - не более 3,5 пс/(нм км), наружный диаметр -
18,4 ±2,0 мм, расчетная масса 1 км - 404,0 кг.
Расчет параметров кабеля и длины
регенерационного участка
Проверку и расчет параметров кабеля при заданных
длинах волн будем проводить по примеру, приведенному в Справочнике
«Волоконно-оптические системы передачи и кабели».
Проводя расчеты примем:
) Сердцевина 2*а = 10 мкм;
) Оболочка 2*b = 125 мкм;
) Показатели преломления n1 = 1.51, n2 =
1.5;
) Длины волн1=1.32;
2=1.51;
3=1.62;
) Длина линии l = 389 км;
) Pnm = 2.405 - для одномодовой передачи;
) Тангенс угла диэлектрических потерь в
световоде tgδ = 2·10-11;
) Коэффициент рассеяния Kp = 1.3·10-24;
) Волновое сопротивление Z0 = 376.7 Ом.
. Относительное значение показателей
преломления:
. Числовая апертура
. Нормированная частота (при заданных длинах
волн λ1,
λ2,
λ3):
. Критическая частота:
5.Критическая длинна волны:
. Потери энергии на поглощение (при заданных
длинах волн λ1, λ2,
λ3):
.Потери на рассеяннее:
.Общие потери (при заданных длинах волн λ1, λ2, λ3):
9.Волноводная дисперсия:
.Материальная дисперсия:
.Результирующая дисперсия:
.Пропускная способность:
.Границы изменения фазовой скорости:
.Границы изменения волнового сопротивления:
6.Выбор метода прокладки и
определение механических усилий
оптический связь
волновод
При строительстве магистральной ВОЛС применяются
следующие варианты прокладки кабеля:
.Прокладка ОК в грунт кабелеукладчиком
Этот способ является основным благодаря высокой
производительности и эффективности. Он широко применяется на трассах с
различными рельефами местности и разными грунтами. Для прокладки используются
кабелеукладчики с активными и пассивными рабочими органами. С помощью ножевого
кабелеукладчика в грунте прорезается узкая щель, и кабель укладывается на ее
дно на заданную глубину залегания (0.9 … 1.2 м). При этом на кабель действуют
механические нагрузки. Кабель на пути от барабана до выхода из
кабеленаправляющей кассеты подвергается воздействию продольного растяжения,
поперечного сжатия и изгиба, а в случаях применения вибрационных
кабелеукладчиков - вибрационному воздействию. В зависимости от рельефа
местности и характера грунтов, конструкции и технического состояния кабелеукладчиков,
а также режимов работы механические нагрузки на кабель могут изменяться в
широких пределах.
В России для прокладки различных кабелей связи
вне населенных пунктов в грунтах соответствующих категорий применяются
вибрационные кабелеукладчики КНВ-1 и КНВ-2 производства Опытного механического
завода Межгорсвязьстроя. В 1995 г. здесь были разработаны и внедрены в
производство кабелеукладчики КВГ-1 и КВГ-2, которые в отличие от КНВ, где
вибратоp приводится в действие с помощью механического привода, имеют
гидравлический привод. Кроме того, рабочий навесной орган КВГ-2 может смещаться
от оси движения базового механизма, что крайне важно при работах в стесненных
условиях.
Кабелеукладчики КВГ по своим техническим
возможностям не уступают зарубежным аналогам и имеют вибратор трехвальный,
двухкамерный, одна из камер которого содержит одноступенчатый понижающий
редуктор и приводные шестерни дебалансов, а другая - дебалансы, обеспечивающие
необходимое возмущающее усилие. Рабочий орган устанавливается непосредственно
на корпус вибратора, поэтому колебательная масса минимальна, что повышает
амплитуду вибрации и, соответственно, аффект разработки грунта. Дополнительный
тяговой машиной является трактор Т-170МБГ, оборудованный тем же, что и
кабелеукладчик, ходоуменьшителем, или специально оборудованный бульдозер.
Для предотвращения превышения допустимых
нагрузок на ОК при его прокладке необходимо обеспечить:
принудительное вращение барабана в момент начала
движения кабелеукладчика и синхронизированную его размотку;
ограничение боковых давлений на кабель за счет
применения различного рода мероприятий и конструкций, снижающих трение;
допускаемый радиус изгиба ОК от барабана до
укладки на дно щели на всем участке подачи кабеля через кассету;
исключение случаев засорения кассеты
кабелеукладочного ножа и остановок вращения барабана при движении
кабелеукладчика.
.Прокладка в защитной пластмассовой трубе с
задувкой
Способ прокладки ОК с использованием защитного
трубопровода весьма эффективен в тех случаях, когда на трассе имеются
многочисленные преграды, расположенные близко друг от друга, затруднен доступ,
а также в грунтах с твердыми включениями и в районах с повышенным влиянием
внешних электромагнитных полей (районах повышенной грозодеятельности, сближения
с ЛЭП, с электрифицированными железными дорогами и т. д.), где ОК с
металлическими элементами могут повреждаться в результате действия наводимых на
этих элементах токов и напряжений. Одним из способов защиты ОК является
применение защитного трубопровода.
Защитная полиэтиленовая труба (ЗПТ) -
современная альтернатива традиционной асбестоцементной трубе кабельной
канализации. ЗПТ может быть использована как для увеличения емкости
традиционной кабельной канализации с одновременным приданием ей новых
характеристик (путем прокладки ее в каналы существующей кабельной канализации),
так и для прокладки непосредственно в грунт, фактически выполняя функции
междугородной кабельной канализации. ЗПТ представляет собой трубу 25-63 мм
(строительная длина в среднем 2 км) из полиэтилена высокой плотности с
имеющимся на внутренней поверхности антифрикционным покрытием, что обеспечивает
снижение коэффициента трения примерно вдвое по сравнению с поверхностью из
обычных композиций полиэтилена, нормируемый срок службы ЗПТ составляет не менее
50 лет. Прокладка ЗПТ осуществляется по обычной технологии прокладки кабелей
связи (кабелеукладчиками, в траншею, затягиванием в каналы существующей
кабельной канализации). Применение ЗПТ при сооружении волоконно-оптических
линий передачи позволяет, однократно выполнив прокладку нескольких каналов ЗПТ,
эффективно затем ее использовать, проводя последующую прокладку оптического
кабеля в резервные каналы ЗПТ или же производя по мере необходимости замену
оптического кабеля без необходимости проведения земляных работ. Прокладка
оптического кабеля в ЗПТ, как правило, осуществляется методом пневмопрокладки с
использованием специализированного оборудования, обеспечивающим возможность
"задувки" в ЗПТ максимальных строительных длин оптического кабеля
(величиной 4…6 км), без необходимости их разрезания и перемотки на участках
пересечения с подземными сооружениями.
.Подвеска ОК на ЛЭП или контактной сети железной
дороги
Требования к сооружениям и технологии подвески
ОК на несущих тросах по столбам и стоечным опорам на крышах зданий, а также к
самонесущим кабелям не отличаются от установленных требований для электрических
кабелей связи. Для воздушной подвески используют ОК, предназначенные для
прокладки в земле, которые прикрепляются к имеющимся воздушным линиям связи тросом,
либо ОК с самонесущим тросом. При подвеске следует учитывать прочность ОК при
растяжении, длину пролета, стрелу провеса, механическую нагрузку (статическую и
динамическую), колебания температуры, конструкцию опоры, способ натяжения ОК,
конструкцию крепления к несущему тросу (если трос не встроен в кабель), защиту
от грызунов, заземление, величину натяжения ОК при прокладке, способ
выравнивания стрелы провеса, изменение натяжения ОК.
Исходя из вышесказанного и учитывая выбранную
трассу (трасса проходит вдоль автомагистрали), выбираем метод прокладки кабеля
в защитной пластмассовой трубе с задувкой. Для задувки кабелей в ЗПТ
используются воздушные компрессоры, устройства подачи кабеля в трубы и
устройства перемотки кабелей. В таблице 1 указан перечень машин и механизмов
для выполнения этих технологических операций.
Таблица. Машины и механизмы для задувки
строительной длины оптического кабеля в три секции
Определим (приближенно, по графику для кабеля
ОКЛБ-01) механические усилия при прокладке ЗПТ кабелеукладчиком типа КНВ в
грунт, используя приведенную в справочнике графическую зависимость величины
натяжения ОК на выходе из кассеты кабелеукладчика от скорости прокладки кабеля,
диаметра кабельных барабанов, строительной длины и типа кабеля. Считая скорость
равной 1 км/ч, диаметр (номер) кабельного барабана № 18, получаем Р ≈ 3.2
кН. Ниже в таблицах представлены технические характеристики ЗПТ ЗАО НПО
«Стройполимер», откуда видим, что рассчитанные механические усилия не превышают
допустимых норм:
Рис.
Упрощенный расчет грозозащиты магистральных
оптических кабелей (ОКЛБ):
.Определим категорию молниестойкости по
удельному сопротивлению грунта:= 600 Ом*м<1000 Ом*м следовательно, I-III
категория молниестойкости.
.Исходя из данных, представленных на сайте
#"803398.files/image061.gif">=3.6=0.344
.Сравним полученную величину n1 с нормой
допустимого числа повреждений магистральных кабелей от ударов молнии n0 = 0.1:
>500 Ом*м в 1.2 раз
. Т.к. n1<n0 то необходимости в обеспечении
дополнительной грозозащите нет.
Заключение
В курсовой работе были представлены основные
этапы проектирования волоконно-оптической линии связи между городами Волгоград
и Саратов: расчет нагрузки, выбор системы передачи, трассы передачи, типа
кабеля, метода прокладки, расчет параметров кабеля, длины регенерационного участка,
а также упрощенный расчет грозозащиты для выбранного кабеля. Курсовая работа
позволяет получить представление о порядке выполнения подобных проектов.
В нашей стране еще в 1993 году было принято
решение использовать только волоконно-оптические кабели на магистральных линиях
связи, в 1996 - на внутризоновых. В настоящее время ВОЛС активно используются и
на локальных компьютерных сетях, в сетях кабельного телевидения. Таким образом,
навыки расчета ВОЛС являются необходимыми для качественного выполнения современных
проектов в отрасли связи.
Используемая литература
.И.И.
Гроднев, А.Г. Мурадян, Р.М. Шарафутдинов и др. «Волоконно-оптические системы
передачи и кабели: Справочник» - М.: Радио и связь, 1993. - 264 с.: ил.
.В.А.
Андреев, В.А. Бурдин, Б.В. Попов, А.И. Польников; Под ред. Б.В. Попова
«Строительство и техническая эксплуатация волоконно-оптических линий связи» -
М.: Радио и связь, 1995. - 200 с.: ил.
.И.И.
Гроднев, Н.Д. Курбатов «Линии связи: Учебник для вузов». - 4-е изд., перераб. и
доп. - М.: Связь, 1980. - 440 с.: ил.
.Население:
http://ru.wikipedia.org/wiki/Волгоград_(город)://ru.wikipedia.org/wiki/Саратов
.Расчет
расстояния:
http://www.ati.su/Trace/default.aspx?EntityType=Trace&City1=40&City5=180&Cities=5_1521&FastWay=false
.
Руководство по защите оптических кабелей от ударов молний
http://www.simbexpert.ru/?snips/snip/44553/