Тема 1.3.9 Особенности прокладки и эксплуатации волоконно-оптических линий

Организация, технология проведения линейных и монтажных работ имеет ряд отличий по сравнению с работами на традиционных электрических кабелях связи. Эти отличия в значительной степени обусловлены отсутствием параметров, характеризующих состояние элементов кабельного сердечника и его защитных покровов (сопротивление и электрическая прочность изоляции, герметичность оболочки), а также своеобразием конструкции ОК: критичностью к растягивающим усилиям; малыми поперечными размерами и массой; большими строительными длинами; сравнительно большими величинами затухания сростков ОВ; трудностями в организации служебной связи в процессе строительства ВОЛС с ОК без металлических элементов; недостаточным развитием методов и отсутствием доступных по цене серийно выпускаемых приборов для измерений и отыскания повреждений на ОК.

Подготовительные работы по строительству ВОЛС. Строительство и реконструкция ВОЛС осуществляются по утвержденным техническим проектам. В процессе подготовки к строительству, как правило, выполняются следующие основные виды работ: изучается проектно-сметная документация; составляется проект производства работ (ППР); решаются организационные вопросы взаимодействия строительной организации с представителями заказчика; проводится входной контроль ОК; решаются задачи материально-технического обеспечения; проводится подготовка персонала по выполнению основных строительно-монтажных операций.

Одним из основных документов строительства конкретной ВОЛС является ППР, который составляется производственно-техническим отделом строительной организации с участием прораба (мастера), руководящего строительством объекта. Проект производства работ составляется на основе подробного изучения проектно-сметной документации и обследования на местности трассы строящейся ВОЛС. В процессе ознакомления с трассой особое внимание должно быть обращено на такие сложные участки как: речные переходы; пересечения автомобильных, железнодорожных и трамвайных путей, трубопроводов; прокладку кабеля по мостам, тоннелям, в заболоченных местах, на скальных и гористых участках, в населенных пунктах. На основании этих данных выбирают наиболее оптимальные планы прокладки ОК на различных участках трассы, детализируют технологию строительства ВОЛС, составляют календарный план производства работ по участкам с учетом трудоемкости операций, рассчитывают потребность машин и механизмов, определяют пункты возможного размещения кабельных площадок и помещений для проведения входного контроля ОК. Кроме того, решаются вопросы организации служебной связи.

Проведение входного контроля и группирование строительных длин ОК.

При строительстве ВОЛС необходимо проводить 100%-й входной контроль ОК, поступающего от заказчика или завода-изготовителя. Вывоз барабанов с кабелем на трассу и прокладка кабеля без проведения входного контроля не разрешается.

В процессе входного контроля производятся внешний осмотр и измерение затухания. Кабель, не соответствующий нормам и требованиям технических условий, прокладке и монтажу не подлежит. Если при внешнем осмотре установлена неисправность барабана, то обнаруженные незначительные повреждения устраняются собственными силами. Если барабан на месте отремонтировать невозможно, то с уведомления заказчика кабель с него перематывается на исправный барабан плотными и ровными витками. Не допускается перемотка с барабана на барабан, установленный на щеку. При перемотке необходимо визуально контролировать целостность наружной оболочки кабеля.

Входной контроль по затуханию проводится в сухих отапливаемых помещениях, имеющих освещение и розетки для подключения электрических приборов. Перед измерением затухания необходимо предварительно просветить ОВ любым источником света (например, гелиевым лазером). Если какие-либо оптические волокна не просвечиваются, то измерение затухания следует начинать с этих волокон. Результаты измерения затухания ОВ сравнивают с паспортными данными. Наиболее удобно при строительстве ВОЛС измерять затухание методом обратного рассеяния с помощью рефлектометра. В случае заметного расхождения с паспортными данными измерения можно перепроверить методом обрыва.

Следует отметить, что отличие результатов измерения затухания от паспортных данных может возникать за счет использования разных приборов и методов измерения.

Группирование строительных длин кабеля проводится после получения точных сведений о нахождении на трассе прокладки кабеля различных коммуникаций, пересечений железных и шоссейных дорог, речных переходов, газопроводов, о фактических длинах пролетов построенной канализации и типах колодцев. Для этого производится обследование трассы, и вносятся корректировки в проектную документацию.

При подборе строительных длин следует исходить из того, что на одном регенерационном участке (соединительной линии) должен быть кабель, изготовленный одним заводом (кроме случаев стыковки с ОК для подводных переходов), только одной марки, с одним типом ОВ и его защитных покрытий. При группировании строительных длин кабеля, прокладываемого в грунте, расчет производят таким образом, чтобы различные пересечения трассы приходились как можно ближе к концу строительной длины, а место расположения соединительной муфты было доступно для подъезда монтажно-измерительной автомашины.

При группировании строительных длин кабеля, прокладываемого в кабельной канализации, исходят из того, что после выкладки отходы кабеля должны быть минимальными. При этом учитывают длины пролетов, форму транзитных колодцев, запас ОК на монтаж. Длина запаса кабеля для монтажа муфты должна составлять 10 м с каждой стороны при прокладке в грунте и 8 м при прокладке в канализации .

По результатам группирования составляется укладочная ведомость, которая вместе с паспортами прикладывается к сдаточной документации ВОЛС.

Группирование кабеля по дисперсии требует принятия специальных мер. Как упоминалось ранее, современные транспортные системы с большой пропускной способностью используют усилители на основе волокна, легированного эрбием, и метод мультиплексирования путем разделения времени (TDM) и/или метод мультиплексирования путем волнового уплотнения (DWDM) для максимизации пропускной способности одномодового волокна.

Оптический сигнал, распространяясь по волокну, подвергается различным искажениям, одним из которых является расширение сигнала за счет хроматической дисперсии. Расширение зависит от дисперсии волокна, ширины спектра лазерного источника и выбранной для данного канала скорости передачи. Для современного состояния технологии построения передатчиков удельный вес такого искажения возрастает как квадрат скорости передачи. Таким образом, системы со скоростью передачи 10 Гбит/с требуют максимальной величины дисперсии в 1/16 от допустимой дисперсии в системах, работающих при скоростях передачи 2,5 Гбит/с.

Другой вид искажений может иметь место в системах с мультиплексированием за счет волнового уплотнения, когда по волокну одновременно распространяются несколько несущих с различными длинами волны. Здесь возможно смешивание несущих и возникновение нелинейного эффекта, известного под названием «смешивания четырех волн». Подобный эффект вызывает взаимные помехи между каналами и может стать главной причиной ограничения показателей качества для систем с оптическими усилителями.

Волокно TrueWave, разработанное для преодоления эффектов расширения импульсов и смешивания четырех волн, возникающих в системах с оптическими усилителями и многоканальных системах при больших скоростях передачи, запатентовано фирмой Lucent Technologies. Хроматическая дисперсия в данном волокне имеет специально подобранное оптимальное значение в пределах полосы пропускания оптических усилителей и достаточно мала, чтобы поддерживать высокие скорости передачи на большие расстояния без средств компенсации дисперсии. В то же время, дисперсия волокна достаточно велика для подавления эффекта смешивания четырех волн. Последнее достигается благодаря снижению до минимума возможности совпадения фаз несущих разных каналов в системе с мультиплексированием за счет волнового уплотнения.

Волокно TrueWave имеет коэффициент хроматической дисперсии от 1,3 до 5,8 пс/(нм км) в полном диапазоне длин волн от 1530 до 1565 нм, что определяется стандартными параметрами волокна с ненулевой дисперсией. Такое волокно допускает скорость передачи 10 Гбит/с и способно передавать сигналы на расстояния до 250 км между точками регенерации. Еще больших расстояний можно достичь, либо за счет использования передатчиков с отрицательным чирпом, либо за счет использования компенсации с целью уменьшения положительной дисперсии в волокне TrueWave.

Протяженность передачи сигналов для волокна типа TrueWave может быть увеличена за предел в 250 км путем включения в линию участков компенсирующего дисперсию волокна. Большая отрицательная дисперсия этих участков приводит к тому, что импульсы, расширившиеся благодаря положительной дисперсии волокна типа TrueWave, снова сжимаются. Компенсирующее дисперсию волокно обычно оформляется в виде компенсирующих модулей, включаемых в одной или нескольких точках расположения повторителей. Эти модули увеличивают допустимую длину участков, нормально ограниченную дисперсией, но в то же время занимают место и вносят в линию дополнительные оптические потери. Эти потери, в свою очередь, могут потребовать дополнительных усилителей, которые нельзя исключить за счет использования линий с управляемой дисперсией. Такие линии строятся из волокна, знак дисперсии в котором периодически изменяется.

Для управления дисперсией линию передачи составляют из волокон, имеющих положительную и отрицательную дисперсии. Этот метод применяется уже в течение многих лет при создании подводных оптико-волоконных линий, теперь управление дисперсией доступно и для наземных линий .

В наиболее элементарной форме линия с управляемой дисперсией строится как линия, состоящая из чередующихся участков кабеля с волокнами с отрицательной дисперсией, (TrueWave–), и участков кабеля с волокнами с положительной дисперсией (TrueWave+), либо обычного кабеля с волокном с несмещенной дисперсией. Каждый из таких участков подавляет местное образование таких нелинейных эффектов, как смешение четырех волн, в то время, как малая средняя величина дисперсии вдоль участка между регенераторами снижает эффект расширения импульса. Если правильно выбрать длину каждого из отмеченных выше участков, то линия практически не будет требовать компенсации дисперсии. Подобную линию можно назвать «самокомпенсирующейся».

Волокно TrueWave+ [коэффициент хроматической дисперсии от 1,3 до 5,8 пс/(нм км)] обеспечивает передачу с волновым уплотнением в пределах всего диапазона длин волн от 1530 до 1564 нм. Волокно TrueWave — [коэффициент хроматической дисперсии от — 5,5 до— 1,0 пс/(нм км)] представляет собой добавку с отрицательной дисперсией. Совместное использование этих волокон осуществляет взаимную компенсацию, минимизируя эффект расширения импульсов и исключая необходимость в специальном компенсирующем оборудовании. Наименьшая абсолютная величина отрицательной дисперсии в волокне (TrueWave — ) обеспечивает оптимальное согласование с учетом сжимающего импульсы влияния эффекта фазовой самомодуляции, возникающего в волокне (TrueWave+).

Таким образом, управление дисперсией при использовании волокон TrueWave практически устраняет необходимость в дополнительных затратах и включении дополнительных деталей; открывает всю полосу пропускания от 1530 до 1565 нм.

Рисунок 122- Пример группирования длин ОК с волокнами TrueWave по длине трассы

В сбалансированном кабеле TrueWave волокна с положительной и отрицательной дисперсиями в дальнейшем можно перекомбинировать для достижения скоростей передачи 20 Гбит/с и 40 Гбит/с по одному каналу, а протяженность этих линий увеличивается до 1000 км при скорости передачи в 10 Гбит/с по оному каналу. Пример группирования длин ОК с волокнами TrueWave по длине трассы приведен на рис. 122.

Для обеспечения идеальной компенсации дисперсии волокна TrueWave+ и TrueWave– должны иметь слегка отличные дисперсии. Например, была осуществлена передача на расстояние 640 км по 32 каналам , несущая в каждом из которых модулировалась со скоростью 10Гбит/с . Это было достигнуто попеременным включением участков волокон TrueWave с положительной и отрицательной дисперсиями без использования дополнительных средств компенсации дисперсии (рис. 123).

Рисунок 123-. Линия с управляемой дисперсией, использующая волокна (TrueWave+) и (TrueWave — )

Фирма Lucent Technologies предлагает методику создания сетей, основанную на двух следующих способах создания линий с управлением дисперсией :

• два типа кабелей. Один кабель содержит только волокна TrueWave+, другой—только волокна TrueWave-. Эти кабели прокладываются через определенные интервалы;

• кабель одного типа, а именно сбалансированный TrueWave кабель, который содержит одинаковое количество волокон TrueWave+ и TrueWave-. При монтаже муфт волокна перекрещиваются через определенные интервалы по длине трассы.

Сбалансированный кабель TrueWave дает возможность устранить некоторые из препятствий, возникающих при внедрении управления дисперсией. При этом можно заказывать, устанавливать и снабжать соответствующей документацией только один тип кабеля. Более того, в любом месте всегда будет доступно волокно с нужным знаком дисперсии.

Протяжка кабеля в канализации

Волоконно-оптический кабель вне зданий в черте населённых пунктов прокладывается в большинстве случаев в телефонной канализации. Её основу составляют круглые трубы с внутренним диаметром 100 мм из асбоцемента, бетона или пластмассы. Телефонная канализация прокладывается на глубине от 0,4 до 1,5 м из отдельных блоков, герметично состыкованных между собой. Через 40-100 м на трассе размещают смотровые колодцы, на стенках которых монтируются консоли для укладки кабеля. Отличие технологии прокладки в телефонной канализации электрического и оптического кабелей заключается в том, что усилие протяжки последних не должно превышать допустимого значения, а также не допускается кручение кабеля.

Прокладка кабеля в телефонной канализации обычно выполняется в свободном канале, где при постройке оставляется проволока для протяжки. При её отсутствии проход каналов выполняют с помощью устройства заготовки каналов, представляющее собой упругий стеклопластиковый пруток диаметром 10 мм и длиной до 150 м смотанный на барабан диаметром около 1 м. Пруток проталкивают в канал до смежного колодца. Далее к наконечнику прутка крепят конец кабеля и вытягивают его обратно. Для крепления нужно использовать специальный наконечник, который фиксируется на кабеле за его силовой элемент и броневые покровы и должен быть снабжён компенсатором кручения. Протяжка должна осуществляться плавно и без рывков.

При наличии на трассе прокладки резких поворотов в колодце устанавливается поворотный ролик. При его отсутствии кабель вытягивается из этого колодца петлёй, и дальнейшая прокладка выполняется как с начальной точки трассы. Часто для экономии времени строительства кабель перебирают руками прямо в колодце, направляя в трубу канализации.

Прокладка кабеля в зданиях

Прокладка ОК обычно не представляет большой сложности, как из-за небольшой длины трассы, так и из-за более лёгкой и гибкой конструкции используемого для этого внутриобъектового кабеля. В случае прокладки в трубной разводке, под фальшполом и за фальшпотолком кабель сначала сматывают с транспортировочного барабана и выкладывают петлёй или восьмёркой в начальном пункте трассы, а затем плавно затягивают в кабельный канал. Для облегчения работы может быть использована стальная протяжная проволока длиной 5-10 м.

При укладке кабеля на открытых кабельростах или в желобах в длинных коридорах более удобно разложить кабель на полу вдоль трассы, а затем поднять его на желоб с фиксацией пластиковыми хомутами через каждые 2-3 м.

По нежилым чердакам и техническим этажам зданий (если они сквозные) кабель очень удобно подвешивать с помощью стандартных металлических подвесов на предварительно натянутый несущий трос. При этом обычно не требуется сложный расчёт на прочность с учётом ветровых и гололёдных нагрузок. Этот же способ можно рекомендовать и при прокладке кабеля по подвалам и техподпольям зданий при отсутствии существующих кабельных каналов.

Воздушная подвеска кабеля

Варианты подвески ОК имеют ряд достоинств по сравнению с другими способами строительства:

- отсутствие необходимости отвода земель и согласований с заинтересованными организациями;

- сокращение сроков строительства;

- уменьшение объёма возможных повреждений в районах городской застройки и промышленных зонах;

- снижение капитальных и эксплуатационных затрат;

- независимость от типов грунтов и почв.

Однако существуют и недостатки воздушной прокладки:

- меньший срок службы в связи с воздействием окружающей среды;

- подверженность повышенным механическим напряжениям в неблагоприятных погодных условиях;

- неэстетичность;

- сложность расчёта при воздействии нагрузок во всех условиях эксплуатации.

Для строительства ВОЛС методом подвески в населённых пунктах широко используется подвеска ОК к стальному тросу, натянутому между опорами на консолях, а также подвеска ОК со встроенным тросом на консолях специальной конструкции. При подвесе ОК к стальному тросу каждая консоль крепится к опоре специальными шурупами. Высота установки консолей (с учётом нормальной стрелы провеса) должна быть такой, чтобы просвет от земли до низшей точки кабеля составлял не менее 4,5 м. Крепится ОК к тросу при помощи подвесов из оцинкованной тонколистовой стали. Подвесы должны плотно охватывать ОК и свободно перемещаться по стальному тросу.

При подвеске ОК со встроенным несущим тросом используется стандартная электросетевая арматура типа КГП и поддерживающий зажим ПСО-14-03. Для натяжного крепления самонесущего ОК используют спиральный зажим марки НСО-14П-02. Крепление этого зажима к опоре осуществляется через поставляемый с зажимом коуш и линейную сцепную арматуру. Перемонтаж спиральных поддерживающего и натяжного зажимов запрещается.

На приведённых ниже рисунках показана арматура для натяжного и поддерживающего креплений ОК на опорах круглого сечения.

Схемы крепления несамонесущего диэлектрического ОК на опорах круглого сечения

 

Рисунок124 Схемы натяжного крепления ОК

 

Рисунок 125- Схемы поддерживающего крепления ОК