2.6. Выбор способа строительства волс и описание конструкции вок для выбранного варианта.

В настоящем разделе будут перечислены основные способы строительства ВОЛС и конструкции ВОК, которые могут быть использованы, при том или ином варианте.

Студент должен выбрать тот или иной вариант строительства, описать его основные достоинства и недостатки.

Предложить конструкцию ВОК для выбранного способа строительства, используя каталоги производителей кабельной продукции, например, ОПТЭН, СевКабельОптик, ОКС-1, расположенных в С-Пб, или других производителей (интернет).

Определить число оптических волокон в кабеле - N, которое может быть рассчитано по формуле:

N=N_раб + N_рез + N_отв , 2.10.

где N_раб – число рабочих волокон определяется исходя из количества используемых комплектов оборудования;

N_рез – число резервных волокон – равно числу рабочих;

N_отв – число волокон на ответвления в промежуточных пунктах, если это предусматривается проектом, рекомендуется по 4 в каждом пункте.

Прокладка кабеля непосредственно в грунт.

Характеризуется определенными требованиями к конструкции ВОК. Прежде всего это наличие бронепокровов (рис.2.3.) того или иного вида, необходимых для защиты сердечника ВОК от различного рода механических повреждений при давлении грунта.

Прокладка осуществляется кабелеукладчиком или в ручную, необходимо контролировать усилие тяжения. Стоимость такого типа ВОК лежит в среднем в районе от 2800 до 3600 $/км.

Прокладка ВОК в защитную трубу.

Предварительно прокладывается в грунт кабелеукладчиком (рис.2.4) защитная труба (рис.2.5), а затем в неё пневмоспособом задувается ВОК. При укладке кабелей в трубопроводах повышается степень защиты последних от вибрационных воздействий и механических напряжений, возникающих в результате деформации грунта. ВОЛС становится полностью диэлектрической т.к. требования к механическим характеристикам ВОК ниже и необходимость применения бронепокровов отпадает (рис.2.6).

Прокладка трубопровода осуществляется кабелеукладчиком, в траншею.

Надежность подобного типа ВОЛС выше. Современное оборудование для задувки кабеля (рис.2.7) обеспечивает скорость задува 60 – 80 м/мин, что позволяет существенно увеличить скорость строительства ВОЛС и обеспечить её высокую ремонтнопригодность.

Рис.2.6. ВОК для пневмопрокладки

1.Центральный силовой элемент:2.Оптическое волокно (от 2-х до 12-ти в каждом модуле)3.Оптический модуль (от 1-го до 12-ти)4.Гидрофобный заполнитель5.Кордель6.Полиэтиленовая оболочка

Прокладка ВОК в кабельную канализацию.

Этот способ (рис.2.8) применяется, как правило, в населенных пунктах. Его реализация осуществляется либо прокладкой бронированного кабеля непосредственно в асбоцементный канал кабельной канализации (КК), либо сначала затаскивают в канал полиэтиленовую трубу, а затем в неё ВОК более простой конструкции и, соответственно, более дешевый.

Подземная КК с длиной пролётов между смотровыми устройствами до 150 м сооружается из одиночных или сблокированных в пакеты труб, прокладываемых в земле, преимущественно в пешеходной части улиц, на глубине от 0,4 до 1,8 м.

При прокладке оптического кабеля в кабельную канализацию наиболее широко используется метод затягивания кабеля с помощью лебёдки, снабжённой устройством ограничения тягового усилия.

При этом не должны превышаться указанные в нормативно-технической документации механические воздействия на кабель, в первую очередь усилия растяжения и сжатия, климатические условия (нижняя предельная температура прокладки, как правило, составляет -10°С), допустимые радиусы изгиба кабеля (радиус изгиба не должен быть менее 20 наружных диаметров).

Организация переходов через различные преграды.

Основным методом для организации кабельных переходов через различного рода коммуникации, дороги, реки, озера или просто неудобные места, является горизонтально (вертикально) направленное бурение. Оно организуется посредством специальных машин и механизмов, отвечающих конкретным условиям прокладки кабеля (рис.2.9).

Примерная схема одного из вариантов приведена на рис.2.10.

Метод горизонтально-направленного бурения является альтернативной традиционному траншейному методу и позволяет преодолевать преграды, встречающиеся на пути линейной части трубопроводов (реки, дамбы, дороги, железнодорожные насыпи и т.д.), без нарушения режима их функционирования. Технология горизонтально-направленного бурения не является дешевой. Хотя денежные, и особенно, временные затраты значительно экономятся на стадии строительства, основная экономия от применения метода лежит в долгосрочной перспективе.

Воздушные способы строительства ВОЛС.

Широкое распространение получили различные варианты воздушного способа строительства ВОЛС.

Эти способы обладают целым рядом неоспоримых преимуществ перед подземными и заключаются в следующем, - нет необходимости в землеотводе, нет необходимости копать землю. В результате стоимость строительства в 2 и более раз ниже, а скорость строительства в несколько раз выше, что обусловлено, прежде всего, возможностью «привязать» конструкцию ВОК к тому или иному варианту.

В качестве опор, которые могут быть использованы для строительства воздушных ВОЛС, рассматриваются следующие:

• опоры магистральных линий электропередачи (ЛЭП) с напряжением от 35 кВ и выше;

• опоры распределительных ЛЭП, например, до 10 кВ, которые, между прочим, подходят, практически, к каждому населенному пункту;

• опоры контактных сетей электрофицированных железных дорог (ЭЖД);

• опоры воздушных линий связи (если они в нормальном состоянии).

Реализация подобного типа ВОЛС может быть выполнена разнообразными способами, которые имеют свои достоинства и недостатки.

Подвеска ВОК.

Самый простой способ, который с успехом применялся и при строительстве металлических линий связи простейших вариантов. Наиболее широко распространенный вариант для ВОЛС это использование кабеля типа 8-ки (рис.2.11). Технология подвески ВОК типа “ восьмерки” приведена на рис. 2.12.

К недостаткам этого способа следует отнести – высокая парусность ВОЛС, что приводит к сильной вибрации, в результате происходит отрыв троса от сердечника ВОК. Обледенение кабеля в зимний период и обрыв линии. Воздействие солнечной радиации и прочих атмосферных факторов, приводящих к коррозии внешней влагозащитной оболочки ВОК.

Все это приводит к тому, что срок службы подобного типа линий не превышает 17 – 18 лет. Однако здесь используется самый дешевый кабель (в районе 1800 – 2400 $/км) и скорость строительства высока до 5 – 6 км в смену.

ВОК в грозозащитном тросе.

Один из самых дорогих вариантов строительства ВОЛС- подвеска ВОК в грозозащитном тросе по ЛЭП. Сам кабель очень дорогой т.к. содержит много упрочняющих элементов, конструкция кабеля приведена на (рис.2.13.). Его стоимость лежит в пределах 5000 – 7000 $/км. Кабель предназначен для подвески на опорах воздушных линий электропередач от 35 кВ и выше вместо грозозащитного троса. Заземляющий провод, имеющий один или два слоя проволок из ASC, содержащий оптический сердечник, монтируется наверху ЛЭП и несет двойную функцию грозотроса и кабеля связи. Процесс строительства таких ВОЛС, сложная техническая задача, связанная с применением мощных натяжных механизмов, а скорость строительства и технология замены существующего троса на волоконно-оптический в очень сильной степени зависит от профиля ЛЭП, т.е. местности, по которой она проходит.

Высокая надежность ВОЛС реализованных на базе грозозащитного троса объясняется тем, что несущие конструкции ЛЭП рассчитаны на длительный срок службы (до 50 лет) и выдерживают внешние разрушающие нагрузки, вплоть, до ураганных. Кроме того, вряд ли возможны механические повреждения ВОЛС, которая расположена на высоте 10-ти

этажного дома в очень прочной металлической оболочке. Этим объясняется их строительство в труднодоступных регионах, которых в нашей стране предостаточно.

ВОЛС на основе самонесущего ВОК.

Способ строительства нашел наиболее широкое распространение там, где длина пролетов невелика. Контактные сети ЭЖД (Lпрол.≈70 м), распределительные сети ЛЭП (Lпрол. – 50 ÷ 70 м.), опоры ВЛС (Lпрол. – 50 ÷ 70 м.).

Этот фактор обусловлен тем обстоятельством, что при увеличении длины пролета требуется увеличение механических характеристик ВОК, что неизбежно ведёт к увеличению количества армирующих элементов в конструкции сердечника и, соответственно, веса ВОК, что, в свою очередь, увеличивает вес кабеля в пролёте и вызывает дальнейшую необходимость роста механических параметров ВОК (рис.2.14, рис.2.15, рис.2.16).

Рис.2.16. Монтаж и элементы крепления ВОК.

Навивная технология строительства ВОЛС.

Одна из наиболее интересных как с точки зрения технической реализации, так и возможностей прокладки кабеля.

Достоинства навивной технологии неоспоримы. Прежде всего, это возможность строить ВОЛС практически в любых условиях, как пересеченной местности – горы, тундра, тайга там, где построены ЛЭП, так и различных индустриальных преград – железные и автомобильные дороги, фидерные линии различного назначения, дома, огороды, овраги и пр. без дополнительных приспособлений и помостов.

Вторым важным фактором является то, что подобного типа линия не требует большого числа дополнительных элементов крепления, а использует мощные несущие конструкции существующих линий электропередач (грозозащитный трос, фазовые провода), которые и обеспечивают должную механическую защиту ВОЛС.

Кабель для накрутки на провода – один из самых дешевых т.к. не требует дополнительных элементов жесткости. Конструкция навивных кабелей приведена на рис. 2.17. Особое требование – высокая трекинг-эррозионная стойкость внешней влагозащитной оболочки, поскольку кабель, как правило, висит в мощном электрическом поле.

Реализация навивной технологии осуществляется с применением специальной навивочной машины, которая и осуществляет накрутку легкого, полностью диэлектрического ВОК на несущий трос (рис.2.18).

Рис.2.18. Реализация навивочных машин.

7. Оценка надежности проектируемой ВОЛС.

По теории надежности отказы рассматриваются как случайные события. Интервал времени от момента включения ВОЛС до первого отказа является случайной величиной, называемой «время безотказной работы».

Интегральная функция распределения этой случайной величины, представляющая собой (по определению) вероятность того, что время безотказной работы будет менее t, обозначается и имеет смысл вероятности отказа на интервале 0…. Вероятность противоположного события – безотказной работы на этом интервале – равна:

. (2.11)

Удобной мерой надежности элементов и систем является интенсивность отказов , представляющая собой условную плотность вероятности отказов в момент, при условии, что до этого момента отказов не было. Между функциямиисуществует взаимосвязь.

. (2.12)

В период нормальной эксплуатации (после приработки, но еще до того, как наступил физический износ) интенсивность отказов примерно постоянна . В этом случае:

. (2.13)

Таким образом, постоянной интенсивности отказов, характерной для периода нормальной эксплуатации, соответствует экспоненциальное уменьшение вероятности безотказной работы с течением времени.

Среднее время безотказной работы (наработки на отказ) находят как математическое ожидание случайной величины «время безотказной работы».

час^-1 . (2.14)

Следовательно, среднее время безотказной работы в период нормальной эксплуатации обратно пропорционально интенсивности отказов:

(2.15)

Оценим надежность некоторой сложной системы, состоящей из множества разнотипных элементов.

К числу основных характеристик надежности восстанавливаемых систем относится коэффициент готовности, который определяется по формуле:

, (2.16)

где – среднее время восстановления элемента (системы), он соответствует вероятности того, что элемент (система) будет работоспособен в любой момент времени.

Интенсивность отказов линейного тракта определяют как сумму интенсивностей отказов НРП, ОРП и кабеля:

, (2.17)

где – интенсивности отказов НРП и ОРП;

–количество НРП и ОРП;

–интенсивность отказов одного километра кабеля;

L – протяженность магистрали.

А так как участки кабельной магистрали не содержат НРП, а регенерация происходит в зданиях ОРП, то интенсивность отказов НРП не учитываем. Расчёт производится для самого большего по протяжённости участка проектируемой ВОЛС.

Пример расчета показателей надежности.

Примем интенсивность отказов 1 км оптического кабеля, равной =3,88´10^-7 час^-1. Протяженность трассы 76 км.

Наработка на отказ аппаратуры равна 10 годам или 87600 часов, откуда интенсивность отказов будет равна = 10^-7. Значения необходимых параметров сведены в табл.2.2.

Таблица 2.2.

Показатели надёжности	ОРП	Кабель на 1 км
Интенсивность отказов , 1/ч	10-7	3,88´10-7
Время восстановления повреждения,tв, ч	0,5	10,0

.

Определим среднее время безотказной работы линейного тракта:

ч.

Вероятность безотказной работы в течение суток часа:

.

В течение недели часов:

.

В течение месяца часов:

.

В течение года часов:

.

Рассчитаем коэффициент готовности. Предварительно найдем среднее время восстановления связи по формуле:

,ч (2.18.)

где – время восстановления соответственно НРП, ОРП и кабеля.

В расчетах определяем среднее время восстановления только кабеля, так как время восстановления ОРП очень мало, а НРП нет.

.

Теперь найдем коэффициент готовности:

.

Расчёты вероятности безотказной работы занесём в таблицу 2.3.

Таблица 2.3.

Вероятность безотказной работы	Интервал времени t, ч
	0	24	168	720	8760
Р(t)	1	0,9993	0,9917	0,9564	0,7180

Требования по показателям надежности для линий внутризоновой сети таблица 2.4.

Таблица 2.4. Для внутризоновой первичной сети, где протяженность ВОЛС не превышает L_впс=1400 км.

Показатель надежности	Канал ТЧ или ОЦК	Канал ОЦК на перспективной цифровой сети	Оборудование линейного тракта
Коэффициент готовности	0,99	0,998	0,99
Среднее время между отказами, час	111,4	2050	350
Время восстановления	1,1	4,24	См. примечание

Примечание. Для оборудования линейных трактов время восстановления должно лежать в пределах следующих значений:

• время восстановления обслуживаемого регенерационного пункта и оконечного пункта (ОРП, ОП) – Т_в(ОРП) 0,5 часа;

• время восстановления оптического кабеля в зависимости от типа и емкости – Т_в(ОК) в пределах 10 – 16 часов (в том числе время подъезда – 3,5 часа).

Для расчета проектной надежности ВОЛС в КП воспользуйтесь следующими параметрами:

- λ_ОРП =10^-71/час;

- N_ОРП= 2, если рассматривается один участок, или равно 3, 4…, если рассматривается линия в целом с учетом промежуточных пунктов;

- λ_К=3,88´10^-7 час^-1 – для кабелей, прокладываемых в грунт, в защитной пластмассовой трубе (ЗПТ);

- λ_К=4,08´10^-7 час^-1 – для кабелей прокладываемых непосредственно в грунт;

- λ_К=4,92´10^-7 час^-1 – для кабелей типа 8-ки, подвешиваемых на опорах распределительных ЛЭП или воздушных линиях связи;

- λ_К=3,02´10^-7 час^-1 – для кабелей в грозозащитном тросе;

- λ_К=4,56´10^-7 час^-1 – для самонесущих ВОК, подвешиваемых на опорах распределительных ЛЭП (до 10 кВ), или опорах контактной сети ЭЖД;

- λ_К=4,32´10^-7 час^-1 – для ВОЛС выполненных по навивной технологии;

- L – определяется принятыми проектными решениями по трассе ВОЛС;

- t_в – время восстановления оптического кабеля равно:

- проложенного в грунт в ЗПТ – 14 час при количестве ОВ – 16, увеличение количества волокон в кабеле на последующие 2, приводит к увеличению времени восстановления на 0,5 часа;

- проложенного непосредственно в грунт – 12 час при количестве ОВ – 16, увеличение количества волокон в кабеле на последующие 2, приводит к увеличению времени восстановления на 0,5 часа;

- для кабелей типа 8-ки, подвешенного на опорах распределительных ЛЭП не ближе чем 3 м от фазового провода - 8 час при количестве ОВ – 12, увеличение количества волокон в кабеле на последующие 2, приводит к увеличению времени восстановления на 0,5 часа, при расположении ВОК менее чем три метра от фазового провода необходимо отключение ЛЭП, что увеличивает время проведение ремонтных работ еще на 2 часа;

- для ВОК в грозотросе время восстановления определяется мощностью ЛЭП, профилем трассы, в КП может быть принято равным в пределах 24 – 36 часов;

- для самонесущих ВОК время восстановления зависит от механических характеристик последних и возможностей подъезда к месту повреждения, в КП принимать равным от 12 до 16 часов;

- для ВОЛС по навивной технологии – также как и в предыдущем варианте.

Заключение.

В заключении студент должен сделать вывод о целесообразности применения рассмотренного варианта строительства ВОЛС на заданном участке мульти сервисной сети в регионе по следующим критериям:

- доступность подключения по проектируемому участку к услугам мульти сервисной сети как с экономической, так и технической точек зрения;

- возможностей и перспектив развития сети связи региона - подключени дополнительных пунктов и расширения объема трафика;

- оценка вариантов подключения промежуточных пунктов по схеме выделения потоков или ответвления волокон как с экономической, так и технической точек зрения;

- оценка уровня мониторинга ВОЛС в регионе с точки зрения включения в структуру оборудования мощных систем мониторинга охватывающих все участки сети или ограничится простейшим вариантом реализации последней.