Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Декабря 2012 в 03:11, дипломная работа
Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) в настоящее время занимают заметное место в системах передачи информации как общегражданского, так и специализированного назначения.
Внедрение волоконно-оптических линий в системы связи началось с конца 70-х годов и интенсивно продолжается нарастающими темпами.
Третья группа
кабелей – подвесные
Расчет подвесных оптических кабелей на максимально допустимую растягивающую нагрузку проводят на основе допустимой нагрузки на волокно (максимально допустимого удлинения волокна), которая выбирается каждым разработчиком кабеля, исходя из избыточной длины волокна в оптическом модуле и в некоторых случаях при использовании специально подобранных волокон дополнительно допустимой нагрузки на волокно. Так, фирма АТ&Т предлагает конструкцию кабеля, в котором волокно не удлиняется при удлинении кабеля до 1%. АО ВНИИКП допускает растягивающую нагрузку на кабель при его удлинении до 0,5% без удлинения волокна. При этом число арамидных нитей или сечение стеклопластиковых элементов выбирается из расчета допустимой нагрузки при заданном удлинении кабеля.
Недостатками оптических кабелей 1-ой группы по сравнению с кабелями 2-ой группы являются их больший наружный диаметр из-за низкой степени заполнения стеклопластиковых элементов, меньшая гибкость, большая масса.
Защита оптического сердечника кабеля и армирующих элементов от влаги обеспечивается полимерными оболочками кабеля. Поэтому особенно актуальной является задача сохранения целостности наружной полиэтиленовой оболочки в течении всего срока службы кабеля. Известно, что под воздействием электрического поля и влаги происходит деградация полиэтиленовой оболочки кабеля [6], поэтому при условии выбора точки подвеса с минимальной напряженностью электрического поля подвесные неметаллические оптические кабели с оболочкой из обычного шлангового полиэтилена (в российском варианте ПЭ 153-10К) рекомендованы для подвески на линиях электропередачи напряжением до 110 кВ (для зарубежных линий 132кВ).
Таким образом,
подвесные неметаллические
3.4 Оптические кабели, предназначенные
для навивки на провода и грозозащитные тросы
Одним из наиболее дешевых видов передачи информации по ВЛ является передача сигнала по оптическому кабелю связи, навитому на фазовый провод или грозозащитный трос линии. Технологией навивки оптических кабелей на провода или тросы до настоящего времени занимались всего две фирмы в мире Furukawa Elektric CO LTD (Япония) и Focas Limited (США). И это объяснимо, так как фирмы владели устройством для навивки оптического кабеля на провода линий электропередачи. Этими фирмами предложены оптические кабели для навивки, как на грозозащитный трос, так и на фазовые провода.
Российская фирма ОРГРЭС разработала и изготовила устройство для навивки оптического кабеля на провода линий электропередачи (патентная заявка 93-017667/07) и в настоящее время занимается отработкой технологии навивки оптического кабеля на грозозащитный трос ВЛ. Фирма Alcoa Fujikura LTD предложила оптический кабель для навивки с помощью устройства, разработанного фирмой ОРГРЭС.
Понятно, что по техническим параметрам оптические кабели, предназначенные для навивки на трос, отличаются от кабелей, предназначенных для навивки на фазовые провода. При навивке кабеля на фазовый провод следует учитывать максимально допустимую температуру проводника, которая определяется максимальной температурой нагрева фазового провода или троса. Так по российским стандартам для стального троса допустимая температура нагрева при токе короткого замыкания 400°С, рабочая температура определяется температурой окружающей среды как максимально, так и минимально возможной для конкретного района подвески. Для сталеалюминиевого троса и фазовых проводов допустимая температура нагрева при токе короткого замыкания 200°С. Таким образом, по температурному режиму навивка оптического кабеля на фазовые провода или сталеалюминиевые тросы более предпочтительна. При этом следует учитывать, что при навивке на трос возможны удары грозовых разрядов, которые также могут приводить к повреждению оптического кабеля.
Однако, как и в случае подвески неметаллических оптических кабелей на линиях электропередачи, при навивке на фазовый провод необходимо учитывать влияние электрического поля на оболочку кабеля, которая может быть подвержена эрозии в результате действия градиента поля и влаги. Кроме того, при навивке оптического кабеля на фазовый провод необходимо применять такой способ крепления кабеля на опоре, при котором будет невозможна утечка тока на землю.
По конструктивному решению навивные оптические кабели принципиально не отличаются от неметаллических подвесных оптических кабелей и соответственно к ним должны предъявлятся те же требования по надёжности их механических и оптических параметров. При этом кабели данного типа должны иметь минимальный диаметр и массу.
На рисунке 3.8,а представлена типовая конструкция оптического кабеля навивного типа, предлагаемого фирмой Fokas Limited [6]. В конструкции кабелей этой фирмы предусмотрена свободная укладка волокна в полимерной трубке (loose tube), в качестве силовых элементов используются стеклопластиковые стержни. Расчётная разрывная нагрузка кабелей составляет
30 – 45 кгс, при этом масса кабелей колеблется от 20 – 59 кг/км, диаметр кабелей изменяется от 5,3 до 8,1мм. По стойкости к температуре кабели различаются: при навивке на фазовый провод кабель должен выдерживать максимальную температуру 3000С, при навивке на грозозащитный трос – 2000С.
На рисунке 3.8,б представлена типовая конструкция кабеля, предложенная фирмой Furucawa Electric CO LTD для навивки на трос [6]. Растягивающая нагрузка кабелей этой фирмы колеблется от 100 до 200кгс при диаметре кабелей 3 – 4мм, диапазон рабочих температур от –200С до 1500С. кабель выдерживает воздействие электрического поля при сырой погоде до 150 кВ/м.
Конструкция кабеля для навивки на трос и фазные провода, предложенная фирмой Alcoa Fujikura LTD, показана на рисунке 3.8,б [6]. Длительно приложенная растягивающая нагрузка для кабелей этой фирмы лежит в пределах от 45 до 60кгс, допустимая кратковременная растягивающая нагрузка для составляет 90 – 120кгс, масса кабелей соответственно изменяется от 28 до 59кг/км, диаметр кабелей составляет 4,6 – 6,6мм. материал оболочки кабеля этой фирмы способен выдерживать температуру до 2200С, а также устойчив к образованию трекинга. Фирма Alcoa Fujikura LTD готова поставлять кабель для навивки на стальной грозозащитный трос, который соответственно будет выдерживать температуру нагрева до 4000С.
Таким образом,
в настоящее время
3.5. Обоснование выбора типа оптиче
С позиции
технических требований, предъявляемых
к магистральным и
В данном проекте предусмотрена подвеска оптического кабеля, встроенного в грозозащитный трос, марки ОКГТ – МТ – 4 – 10/125 – 0,36/0,22 – 13,1 – 81/72 производства АОЗТ «Самарская оптическая кабельная компания», на существующих опорах действующей ВЛ 220кВ ПС Восточная – Заря.
В таблице 3.1 приведены основные параметры ОКГТ – МТ – 4 – 10/125 – 0,36/0,22 – 13,1 – 81/72.
Параметры |
Значения |
1 |
2 |
Количество одномодовых оптических волокон |
4 |
Коэффициент затухания, дБ/км, не более на длине волны 1,31 мкм на длине волны 1,55 мкм |
0,36 0,22 |
Хроматическая дисперсия, пс/нм*км, не более на длине волны 1,31 мкм на длине волны 1,55 мкм |
3,5 18 |
Разрывная нагрузка, кг, не менее |
7200 |
Кратковременная максимально допустимая растягивающая нагрузка ( в течении 200ч за весь срок службы), кг, не менее |
36500 |
Среднеэксплуатационная растягивающая Нагрузка, кг, не менее |
1470 |
Модуль упругости кабеля, кг/мм2, не менее |
13214 |
Коэффициент термического удлинения кабеля, 1/0С, не более |
16,0*10-6 |
1 |
2 |
Импульс тока короткого замыкания в течении 1 сек, кА, не менее |
9,1 |
Термическая стойкость к КЗ, кА2*0С |
81 |
Номинальный наружный диаметр, мм |
13,1 |
Номинальный вес, кг/км |
540 |
Минимальный радиус изгиба, мм
|
340 250 |
Температурный диапазон, 0С |
От –60 до +60 |
Конструкция ОКГТ – МТ – 4 – 10/125 – 0,36/0,22 – 13,1 – 81/72 представлена на рисунке 3.4.
Основными параметрами оптического кабеля являются:
числовая апертура (NA), характеризующая эффективность ввода (вывода) световой энергии в оптическое волокно и процессы её распространения в оптическом кабеле;
затухание (a), определяющее дальность передачи по оптическому кабелю и его эффективность;
дисперсия (t), характеризующая уширение импульсов и пропускную способность оптического кабеля.
4.1 Расчёт числовой апертуры и определения
режима работы оптического кабеля.
Важнейшей характеристикой
световода является апертура NA
“сердцевина – оболочка” падает под критическим углом qкр. Числовая апертура характеризует эффективность ввода излучения в световод и рассчитывается по формуле:
NA= n0*sinqкр= n0Ön2- n2, (4.1)
где NA – числовая апертура;
n0_ показатель преломления окружающей среды (воздуха);
qкр- критический угол падения.
Если торец световода граничит с воздухом, то n0=1. Для заданных показателей преломления n1=1,4616 и n2=1,46 найдём числовую апертуру по формуле 4.1
NA=Ö1,46162-1,462 = 0,068
Режим работы оптического
волокна оценивается значением
обобщённого параметра,
Расчет нормированной частоты производится по формуле:
n= 2Па/l*NA, (4.2)
где а - радиус сердцевины оптического волокна, а=25 мкм;
l- длина волны, l=1,31 мкм;
NA-числовая апертура, NA=0,068.
n=2*3,14*5*10-6/1,31*10-6 *0,068=1,62
n=1,62>2,405- это означает, что режим работы оптического волокна одномодовый.
Важнейшим параметром световода является затухание. Затухание сигналов в волоконном световоде ОК является одним из основных факторов, определяющих максимальное расстояние, на которое можно передать сигнал без промежуточных регенераторов.
Затухание световодных трактов
волоконно- оптических кабелей
a = aс+ aк