Проектирование волоконно-оптической линии передачи

При кратковременном опасном  влиянии ЛЭП и ЭЖД на длине  гальванически неразделённого участка  кабельной линии связи максимально  допустимые значения продольных ЭДС   можно определить по данным табл. 6.5.

 

Таблица 6.5 – Допустимые значения продольной ЭДС   при кратковременном влиянии

Схема дистанционного питания (ДП)	Допустимые ЭДС, В, при влиянии
	ЛЭП	ЭЖД
Без ДП	Uисп	0,6Uисп
“Провод-земля” постоянным током	Uисп – Uдп/√2	0,6 Uисп – Uдп/√2
“Провод-провод” постоянным током	Uисп – Uдп/(2√2)	0,6 Uисп – Uдп/(2√2)

 

Величина испытательного напряжения U_ucn зависит от типа кабеля, а величина напряжения дистанционного питания линейных регенераторов U_дn – от типа системы передачи. Эти данные приводятся в справочной литературе, например, в /2,3/. U_исп=3,2кВ; U_дп=8кВ.

 

 

 

 

 

4. Расчёт и защита кабелей связи от ударов молнии

 

Согласно действующему руководству  по защите кабелей связи от ударов молнии вероятная плотность повреждений  кабелей с металлическими покровами  без изолирующего шланга, проложенных  на открытой местности на участке  трассы длиной в 100 км, определяется выражением:

,                                                                                      (6.6)

где  Т – продолжительность гроз в году в часах;

U_np – электрическая прочность изоляции жил кабелей, В;

n – вероятное число повреждений кабеля при Т=36 час и U_пp =3000 В.

 N=0,3

 

При прокладке в одной  траншее нескольких кабелей учитывается  общее сопротивление их покровов, определяемое по закону параллельного  соединения сопротивлений.

При одинаковых кабелях: R= R_к/m, Ом/км,

где R_к – сопротивление металлических покровов одного кабеля, Ом/км;

m – число кабелей.

Для бронированных кабелей:

    Ом/км                                                                            (6.7)

где   R_o6 – сопротивление оболочки постоянному току, Ом/км;

R_6p – сопротивление брони постоянному току, Ом/км.

    Ом/км                                                                                   (6.8)

где    r - удельное электрическое сопротивление металлической оболочки, Ом-мм²/м;

d₁ и  t – внутренний диаметр и толщина оболочки кабеля, мм, соответственно.

Если оболочки состоят  из нескольких слоев разного материала, то определяют их общее сопротивление.

Сопротивление ленточной  брони из двух стальных лент определяется по формуле:

    Ом/км                                                                                       (6.9)

где  D_бр – средний диаметр кабеля по броне, мм;

а и в – ширина и толщина одной ленты, мм, соответственно.

 

Для кабелей со стальной гофрированной оболочкой сопротивление  металлических покровов постоянному  току определяется по формуле:

    Ом/км                                                                                 (6.10)

где   R_л – сопротивление постоянному току экрана, расположенного под гофрированной стальной оболочкой, Ом/км;

R_гоф – сопротивление гофрированной оболочки постоянному току, Ом/км.

При этом R_гоф определяется по формуле:

                               Ом/км                                           

где      к_г – коэффициент гофрирования;

D_cр – средний диаметр гофрированной оболочки, мм;

                            мм;

где D_вт – внутренний диаметр гофрированной оболочки, мм;

h – высота гофра, мм;

t_o6 – толщина гофрированной оболочки (0,4…0,5), мм.

                        

где Q – расстояние между ближайшими выступами или впадинами гофрированной оболочки (шаг синусоидального гофра), мм;

            

где   D_г – наружный диаметр гофрированной оболочки, мм.

Таблица 6.6 – Электрические  характеристики кабелей связи

Марка кабеля	RK, Ом/км	Unp, В	Марка кабеля	RK, Ом/км	Unp, В
МКСБ-4х4	1,65	3800	МКТП-4	1,47	3400
МКСАШп-7х4	0,28	3500	МКТСБ-4	1,38	3400
МКСК-7х4	1,5	3800	КМБ-4	1,25	3600
МКСБ-4х4	2,1	3800	КМК-4	1,0	3600
МКСАШп-4х4	0,476	3500	КМБ-6/4	0,885	3600
МКСАБп-4х4	0,36	3500	КМБ-8/6	0,578	3600
МКСШп-4х4	2,6	3800	КМКБ-4	0,74	3600
МКСК-4х4	1,9	3800	ВКПАП	1,8	3600
МКСАШп-1х4	0,806	3500

Вышеуказанные формулы для  расчёта общего сопротивления покровов можно не учитывать, если в траншее  проложен один кабель. В этом случае R_K находится из таблицы 6.6. Для данного кабеля R_K=1,38 Ом/км.

Для выбора мер защиты рассчитанная плотность повреждений кабеля сравнивается с нормой. На вновь проектируемых  кабельных линиях защитные мероприятия  следует предусматривать на тех  участках, где плотность повреждений  превышает допустимую, указанную  в табл. 6.7.

Эффективность защиты кабелей  за счёт применения подземных тросов, прокладываемых над кабелями, характеризуется  коэффициентом тока η, который определяется:

при одном тросе -

                                                                               (6.11)

 

при двух тросах -

                                                                              (6.12)

 

где   r_km – расстояние от троса до кабеля, мм;

d_k – внешний диаметр оболочки кабеля, мм;

r_mn – расстояние между тросами, мм; - диаметр троса, мм.

Рассчитаем коэффициент  тока при прокладке над кабелем  одного троса.

 

 

Таблица 6.7 – Допустимые значения вероятной плотности повреждения  кабелей молнией

Тип кабеля	Допустимое расчётное  число опасных ударов молнии на 100 км трассы в год
	в горных районах и районах  со скальным грунтом при  удельном сопротивлении свыше 500 Ом∙м и в районах вечной мерзлоты	в остальных районах
Симметричные одночетвёрочные, однокоаксиальные	0,2	0,3
Симметричные четырёх- и семичетвёрочные	0,1	0,2
Многопарные коаксиальные	0,1	0,2

5. Расчёт надёжности проектируемой кабельной магистрали

 

В курсовом проекте необходимо дать расчёт надёжности проектируемой  кабельной магистрали по исходным данным в зависимости от номера варианта.

В зависимости от номера варианта в табл. 6.1 даны длины кабеля, проложенного вне населённых пунктов  – L₁, в населённых пунктах – L₂, в телефонной канализации – L₃ для общей длины 100 км кабельной магистрали, а в табл. 6.8 даны среднестатистические значения интенсивности отказов на 1 км трассы среднего времени восстановления связи t_в в часах для различных типов кабелей.

 

Таблица 6.8 – Среднестатистические значения интенсивности отказов  и среднее время восстановления связи t_в в различных районах России

Тип кабеля	Европейская часть		Сибирь
	λср х 10-7	tв, ч	λсрх10-7	tв, ч
Симметричный бронированный: в поле в населённых пунктах	1,74   9,93	4,73   4,20	2,09   11,91	6,60   5,85
Коаксиальный    бронированный: в поле в населённых пунктах	1,85   10,55	4,85   4,30	2,22   12,65	6,77   5,99
Симметричный и коаксиальный небронированный в канализации	7,40	4,15	8,44	5,12

 

Для заданной длины кабельной  магистрали интенсивность потока отказов:

      1/ч                                                                   (6.13)

Рассчитаем интенсивность  потока отказов.

 

Среднее время между отказами (наработка на отказ):

   ч                                                                                                  (6.14)

Рассчитаем среднее время  между отказами.

 

 

Среднее время восстановления связи:

   ч                                                        (6.15)

Рассчитаем среднее время  восстановления связи.

 

Коэффициент готовности:

                                                                                                 (6.16)

Рассчитаем коэффициент  готовности.

 

Вероятность безотказной  работы магистрали за время t:

                                                                                                      (6.17)

Рассчитаем вероятность  безотказной работы магистрали.

 

Надежность магистрали за время t:

                                                                                              (6.18)

Рассчитаем надежность магистрали.

 

Определяют H(t) за t = 8760 ч (за год). Если величина H(t) < 0,9, то принято давать соответствующие рекомендации по увеличению надёжности магистрали.

 

7. Проектирование волоконно-оптической линии передачи

 

 

В качестве вновь строящейся линии необходимо в соответствии с исходными данными выполнить  проектирование ВОЛП между городами Тихвин и Санкт-Петербург (221 км). На проектируемой ВОЛП необходимо предусмотреть увеличение в 3 раза количества задействованных каналов по сравнению с числом каналов реконструируемой линии из исходных данных. Причем, если полученное количество каналов не превышает 1920, то следует выбрать синхронную ВОСП STM-1 c частичным заполнением.

Проект должен включать следующее:

• выбор и обоснование волоконно-оптической системы передачи (ВОСП), оптического волокна (ОВ), конструкции оптического кабеля (ОК), схемы организации связи;
• размещение ретрансляторов по трассе линии передачи;
• расчет бюджета мощности и дисперсии на элементарных кабельных участках (ЭКУ).

 

 

 

 

 

 

Рис. 7.1. Схема проектируемой ВОЛП Тихвин-Санкт-Петербург.

 

1. Выбор и обоснование ВОСП

 

Тип и характеристики ВОСП   выбираются в зависимости от требуемого объема передачи информации, который  задаётся числом основных цифровых каналов (ОЦК), расстоянием между оконечными пунктами и населенными пунктами по трассе магистрали согласно исходным данным, а также принципами построения сети связи, задачи которой решает данная линия передачи выбираем синхронную ВОСП STM-4 с частичным заполнением.

Технические характеристики STM-4 представлены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 – Технические  характеристики STM-4

ЭКУ	Укороченный		Стандартный
Длина волны, мкм	1,3	1,55	1,3	1,55
1	2	3	4	5
STM-4
Число ОЦК	7680
Число цифровых потоков (ЦП) Е1	252
Скорость оптического  стыка, Мбит/с	622
Энергетический потенциал	30	28	34	34
Максимально допустимая дисперсия  на ЭКУ, пс/нм	15000