Строительство ВОЛС на опорах ВЛ 220 КВ

 

где    a_с-собственные потери;

          a_к- потери кабеля

 

a_с=a_п + a_р + a_пр                                                (4.4)

 

где    a_п- потери поглощения;

          a_к- потери рассеяния;

           a_пр- потери при наличии посторонних примесей

   Потери на поглощение  существенно зависят от чистоты материала и при наличии посторонних примесей могут быть значительными.

  Затухание в результате поглощения  a_п связано с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растёт с частотой и существенно зависит от свойств материала световода(tg d).  Величина a_п определяется по формуле:

        pn_{1 *} tg d

a_п =                   *  4.34 ,   dB/ км,                      (4.5)  

              l           

 

где  tgd - тангенс угла диэлектрических потерь,

        tgd=2,4_*10 ^{– 12};

        l - длина волны,

          l = 1,31_*10 ^{– 9}км;

        

 

 

            3,14_*1,4616 _* 2,4_*10 ^{- 12}

a_п =                                              *    4.34 = 0,036 ,   dB/ км.                       

                       1,31_*10 ^{- 9}                  

 

   Затухание рассеяния обусловлено неоднородностями материала волокна, нарушением геометрической формы оптического волокна, размеры которых меньше длины волны и тепловой флуктуации показателя преломления. Рассеяние происходит тогда, когда мода распространения света изменяется так, что некоторая часть оптической энергии покидает волокно.  

    Потери на рассеяние  определяются формулой:

a_р= 4.34 _* (8p³/ 3l⁴ )(n₁²-1)_*K_*T_*c_*10 ³ ,     dB/км    (4.6)

где  l - длина волны, l=1,31_*10^-6 м;

        K- постоянная Больцмана, K= 1,38_*10 ^{– 23} Дж/к

        T- температура перехода стекла в твёрдую фазу, T=1500К;

         c - коэффициент сжимаемости, c = 8,1_*10^-11м/н.

    4.34_*8_*3,14 ³

a_р=                             *(1,46162-1)*1,38*10^-23*1500*8,1*10^-11*10³ =       

   3 _* (1,31_*10 ^{- 6})⁴                       

            =0,23 dB/км

  

Согласно формуле (4.4) определим собственные потери:

 

a_c= 0,23 + 0,036 +0,03= 0.296 dB/км

 

   Кроме собственных  потерь имеют место ещё и  кабельные потери a_к, обусловленные деформацией оптических волокон в процессе изготовления кабеля, скруткой, изгибами волокон, а также технологическими неоднородностями волокна. В общем случае они рассчитываются по формуле:

 

  a_к=a₁ + a₂ + a₃+  a ₄                                             (4.7)

где    a₁- затухание вследствие потерь на микроизгибах (a₁=0,1 дБ/км);

          a₂- затухание вследствие потерь на макроизгибах (a₂=0,2 дБ/км);

           a₃- затухание вследствие потерь в защитной оболочки (a₃=0,1 дБ/км);

         a₄- затухание вследствие термомеханических воздействий на  волокно в процессе изготовления кабеля (потери вследствии термомеханических воздействий примем равными нулю).

  Зная значения a₁, a₂, a_3, a₄ определим величину дополнительного затухания a_к по формуле (4.7):

a_к = 0,1 + 0,2 + 0,1 = 0,4  dB/км

Общее затухание оптического  кабеля составит:

 a =   a_с + a_к

 a = 0,296 + 0,4 = 0,696  dB/км

 

 

3. Расчёт дисперсии.

 

На ряду с затуханием важнейшим параметром волоконно  – оптических систем передачи является дисперсия.

При прохождении импульсов сигнала по волоконному световоду изменяется не только амплитуда импульсов, но и их форма – импульсы уширяются. Это явление называется дисперсией.

Причинами дисперсии  являются:

• Существование большого количества мод;
• Некогерентность источников излучения.

Дисперсия, возникающая  вследствии существования большого количества мод, называется модовой (t_мод ).

Дисперсия обусловленная  некогерентностью источника излучения, называется хроматической (частотной) t_хр и состоит из двух составляющих – материальной t_м и волноводной t_в дисперсий.

 Материальная дисперсия  связана с зависимостью показателя  преломления от длины волны,  а волноводная обусловлена зависимостью  коэффициента распространения от  длины волны.

Уширение импульсов  на расстоянии 1км в результате дисперсии можно рассчитать по формуле:

t_рез= Öt_мод²+t_хр²=Öt_мод²+(t_м+t_в)² ,    [с/км]     (4.8)

 

 В зависимости от  типа оптического волокна различные  виды дисперсии определяются  по-разному.

В одномодовых волокнах модовая дисперсия отсутствует (передаётся одна мода). Уширение импульса обусловленно хроматической дисперсией:

t_хр = Dl*D(l) пс/км (4.9)

где Dl - ширина спектра излучения источника, нм (для лазерного источника ширина спектра излучения составляет 0,1…0,5 нм);

        D(l) – удельная хроматическая дисперсия, пс/нм*км (значение D(l) = 3,5 пс/ нм*км возьмём из таблицы 3.1).

Подставив Dl=0,25 нм и D(l)= 3,5 пс/ нм*км в формулу 4.9, получим:

t_хр = 0,25*3,5=0,875 пс/км

Таким образом, в случае одномодового оптического волокна

t_рез=t_хр =0,875 пс/км.

     Пропускная  способность является также важнейшим  параметром ОК. Полоса частот  определяется соотношением:

          0,44, [Гц]

DF  =                         (4.10)   

            t_рез

где  DF – полоса частот

          0,44

DF =                        = 502 ГГц

          0,875_*10^-12

 

4.4 Расчёт длины  регенерационного участка.

 

  Определение длины  регенерационного участка ВОЛС  производится на основе качества  связи и пропускной способности  линии.

При прохождении сигнала  по оптическому кабелю происходит снижение уровня мощности сигнала, кроме того, вследствии дисперсии сигнал получается искажённым на приёмном конце. Поэтому сигнал необходимо усиливать или регенерировать в процессе передачи по кабелю. При заданных параметрах регенераторов и оконечных устройствах максимальная длина эммитерного кабельного участка (ЭКУ) определяется затуханием и дисперсией. Затухание ограничивает расстояние по потерям в линейном тракте, а дисперсия, приводящая к уширению импульсов, приводит к возникновению кодовых ошибок на приёме и снижению качества передаваемой информации.

Для определения длины  ЭКУ необходимо выполнить два  расчёта:

• Расчёт длины ЭКУ по дисперсии;
• Расчёт длины ЭКУ по затуханию.

В качестве истинного  значения длины ЭКУ выбирается меньше значение из двух расчитанных значений.

 

4.4.1 Расчёт  длины ЭКУ по дисперсии.

 

Расчёт длины ЭКУ  производится по формуле:

          0,44, [км]

L_эку £                               (4.11)

             F_т*t_рез    

где F_т – тактовая частота системы передачи (F_т=8,448 МГц);

                         0,44

L_эку £                                             = 59523 км

            8,448*10⁶*0,875*10^-12

 

4.4.2 Расчёт длины ЭКУ  по затуханию.

 

Расчёт длины ЭКУ производится по формуле:ъ

          П – 2а_р.с – а_н.с   ,   [км]

L_эку =                                                 (4.12)

               a + а_н.с/L_c.д

 

где П – энергетический потенциал  системы передачи, дБ (П=40дБ (таб.2.1));

       а_{р. с} – суммарные потери, вносимые разъёмным оптическим соединителем, (а_{р. с}=1,0 дБ)

       а_н.с – потери, вносимые неразъёмным оптическим соединителем в месте соединения оптических волокон при сращивании строительных длин линейного кабеля, (а_н.с= 0,3 дБ);

        a - рассчитанное значение коэффициента затухания оптического кабеля;

       L – строительная длина кабеля, L=4000м;

      

 

          40 - 2*1,0 – 0,3

 L_эку=                                = 48,9 км

            0,696 + 0,3/4

 

Длину регенерационного участка выбираем по наименьшему  расчётному значению, то есть L = 48,9 км

Так как расстояние между  проектируемыми пунктами  составляет 32,849 км, то проектом установка промежуточных НРП не предусматривается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            5 Расчет механической нагрузки

                       на ОКГТ.

 

Механическая нагрузка на оптические кабели, встроенные в  грозозащитный трос, определяется собственной массой кабеля, стрелой провеса, длиной пролета, ветровой и гололёдной нагрузкой.

Исходные данные для расчета:

   расчетная скорость ветра  – 29 м/сек;

   толщина стенок гололёда  – 10 мм;

   максимальная длина пролета между опорами ВЛ – 500 м;

   номинальный наружный диаметр  кабеля – 13,1 мм;

   номинальный вес ОКГТ  – 540 кг/км;

   стрела провеса – 10 м.

Погонный вес гололёда определяется по формуле:

              p[(d_к+ 2b)² – d_к²]б

       Р₃=                                , кг/см              (6.1)

                            4

 

где b – толщина стенок гололеда, см;

      d_к – диаметр кабеля, см;

      б – удельный  вес гололеда, кг/см³ (б = 0,9_*10^-3 кг/см³).

Подставив b, d_к и б в формулу (6.1), получим:

 

              3,14[(1,31 + 2_*1)² – (1,31)²]_*0,9_*10^-3 

     P₃ =                                                             = 0,00653 кг/см.

                                        4

 

Полный вес кабеля с гололедом определяется по формуле:

 

p₄ = p₁ + p₃ , кг/см          (6.2)

где p₁ – погонный вес кабеля, кг/см;

      р₃ – погонный вес гололеда, кг/см.

Подставляя р₁ и р₂ в формулу (6.2), получим

Р₄= 0,0054 + 0,00653 = 0,0119 кг/см.

Давление ветра на кабель с гололедом  определим по формуле:

p₅= KV²(d_k + 2b), кг/см     (6.3)

где К – коэффициент, учитывающий  давление ветра на плоское тело, (кг*с)/см⁴ (К = 6*10^-10 кг*с/см⁴);

V – скорость ветра, см/с

d_k – диаметр кабеля,см

b – толщина стенок гололеда, см.

Подставив указанные значения в  формулу (6.3), получим:

р₅ = 6*10^-10*2900²(1,31+2*1) = 0,0167 кг/см.

Полную нагрузку от веса кабеля, гололеда и ветра определим по формуле:

р₆ = (р²₄+р²₅)^0,5, кг/см        (6.4)

где р₄ – погонный вес кабеля с гололедом, кг/см

р₅ – давление ветра на кабель с гололедом, кг/см.

Подставив значения р₄ и р₅ в формулу (6.4), получим:

 

      Р₆= Ö0,0119²+0,0167² = 0,02 кг/см

Силу натяжения ОКГТ определим  по формуле:

                                                       р₆^.l²

                                                         Т =               ,      (6.5)

                                                                   8f

где р₆ – полная нагрузка от веса кабеля, гололеда и ветра, кг/см;

l – длина пролета, см;

f – стрела провеса, см.

Подставив р₆, l и f в формулу (6.5), получим:

        0,02(50000)²

Т =                         = 6250кг

             8^.1000

 

Таким образом, при неблагоприятных  погодных условиях (ветер, гололед) сила натяжения ОКГТ не превышает разрывной  нагрузки, заданной изготовителем кабеля (разрывная нагрузка равна 7200 кг (таблица 3.1)).

            Т = 6250 кг < 7200 кг

 

 

 

 

 

6 Эксплуатационные и  монтажные измерения параметров  ВОЛС.

 

6.1 Испытания и измерения оптических  кабелей.

 

 

  Как и  всякая другая система передачи  ВОЛС и имеет метрологические  системы измерений и испытаний в процессе прокладки, монтажа и эксплуатации, как в целом ВОЛС, так и ее основных узлов и элементов. Измерения имеют три основные вида:

• Профилактические;
• Аварийные;
• Контрольные;