Проводные линии электросвязи

ВВЕДНИЕ

Проводные линии электросвязи делятся на кабельные, воздушные и оптоволоконные.

Линии электросвязи возникли одновременно с появлением электрического телеграфа. Первые линии связи были кабельными. Они прокладывались под землей. Однако вследствие несовершенства конструкции подземные кабельные линии связи вскоре уступили место воздушным. Первая воздушная линия большой протяженности в России была построена в 1854 году между Санкт-Петербургом и Варшавой. В начале 70-х годов прошлого столетия заработала воздушная телеграфная линия от Санкт-Петербурга до Владивостока длиной около 10 тыс. км. В 1939 году была пущена в эксплуатацию величайшая в мире по протяженности высокочастотная телефонная магистраль Москва-Хабаровск длиной 8300 км. Обычный городской телефонный кабель состоит из пучка тонких медных или алюминиевых проводов, изолированных друг от друга и заключенных в общую оболочку. Кабели состоят из разного числа пар проводов, каждая из которых используется для передачи телефонных сигналов.

В 1851 г. одновременно с постройкой железной дороги между Москвой и Санкт-Петербургом был проложен телеграфный кабель, изолированный резиной. Первые подводные кабели были проложены в 1852 г. через Северную Двину и в 1879 г. через Каспийское море между Баку и Красноводском. В 1866 г. вступила в строй подводная кабельная трансатлантическая магистраль телеграфной связи между Францией и США.

В 1882—1884 гг. в Москве, Санкт-Петербурге, Риге, Одессе были построены первые в России городские телефонные сети. В 90-х годах прошлого столетия на городских телефонных сетях Москвы и Петрограда были подвешены первые кабели, насчитывающие до 54 жил. В 1901 г. началась постройка подземной городской телефонной сети.

1. Теортетический раздел

1.1 Характеристика трассы кабельной линии передачи

Выбор трассы между заданными оконечными пунктами (Витебск — Лепель) производим по карте. При этом рассматриваем не менее 2-х вариантов трассы и выбираем оптимальный вариант в соответствии с требованиями, предъявляемыми к выбору трассы. При выборе трассы обеспечиваем:

наикратчайшее протяжение трассы;

наименьшее число препятствий, усложняющих и удорожающих стоимость строительства;

максимальное применение механизации при строительстве;

создание наибольших удобств при эксплуатационном обслуживании;

наименьшие затраты по осуществлению защиты линии от установок сильного тока и атмосферного электричества.

Минимально допустимые расстояния, м, от трассы кабеля связи до других сооружений сводим в таблицу 1.

Таблица 1 — Минимально допустимые расстояния

Ситуационный план трассы кабельной линии передачи выполнен в виде чертежа и представлен в графическом разделе.

1.2 Характеристика оптического кабеля

Для организации связи на заданном направлении выбираем волоконно-оптический кабель (ВОК) типа ИКСН-М6П-А36−2.7.

Поперечный разрез оптического кабеля данного типа представлен в графическом разделе.

Данный тип кабеля предназначен для прокладки в грунте (до третьей категории), в кабельной канализации, трубах, блоках, коллекторах на мостах и в кабельных шахтах.

К материалам, применяемым при изготовлении, и деталям конструкции кабеля марки ИКСН-М6П-А36−2.7 относятся:

оптическое волокно высшей категории качества;

гидрофобный заполнитель;

центральный силовой элемент — стальной трос ;

промежуточная и внешняя оболочки изготовленные из полиэтилена;

продольная гидроизоляция бронирующего слоя (между внутренней полиэтиленовой оболочкой и стальной ламинированной лентой вводится гидрофобный заполнитель);

гофрированная стальная лента, имеющая двустороннее полимерное покрытие;

оптические модули, которые могут быть изготовлены как на основе полиэтилена, так и на основе полибутилентерефталата (ПБТ).

Основные технические характеристики кабеля марки ИКСН-М6П-А36−2.7 приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Основные технические характеристики кабеля марки ДКП-07−2-6/2

1.3 Характеристика системы передачи

Для организации требуемого числа каналов выбираем волоконно-оптическую систему передачи ФК — 34.

Система передачи ФК-34 предназначена для сооружения зоновой сети связи различной топологии и размера (точка-точка, линия, звезда, смешанная), она построена на основе классической плезиохронной цифровой иерархии (PDH) и обеспечивает преобразование речи и данных в 2 Мбит/с (30-канальные) потоки, мультиплексирование 2 Мбит/с потоков в 8 Мбит/с (120-канальные) потоки, мультиплексирование 8 Мбит/с потоков в 34 Мбит/с (480-канальные) потоки и передачу 8 Мбит/с и 34 Мбит/с потоков через волоконно-оптический кабель с расстоянием между регенераторами 140 км (магистральный приемопередатчик) или 40 км (зоновый приемопередатчик).

Кроме того, при помощи аппаратуры вставки/выделения цифровые каналы 64 кбит/с и каналы ТЧ могут быть выделены из потока 2 Мбит/с и вставлены в него там, где это необходимо.

Таким образом, система ФК-34 объединяет в себе преимущества как старых плизиохронных систем (испытанная на практике, надежная, простая и дешевая конструкция, позволяющая легко ввести режим ATM в будущем), так и современных синхронных SDH систем (разветвленная микропроцессорная система аварийной сигнализации, система автоматизированного управления и контроля сети связи), и в то же время позволяет забыть о таком крупном недостатке SDH-систем, как невозможность сквозного системного доступа к управлению и аварийной информации каналов 64 кбит/с.

Система передачи ФК-34 предназначена для организации связи на местных и внутренних сетях. Система передачи однокабельная двух волоконная и в зависимости от комплектации позволяет организовать 120 или 480 каналов. Станция стоиться на основе законченных блоков следующих типов:

БАЦС — блок аналого-цифрового сопряжения, позволяет из 30 каналов ТЧ сформировать один цифровой поток, в зависимости от комплектации этого блока может быть получено различное окончание каналов ТЧ и работа с различными станциями.

БКД — блок канального доступа, который позволяет выделить любое число каналов кратное двум из первичного цифрового потока.

ЦМД-21 — цифровой мультиплексор, в этом блоке осуществляется временное объединение.

ЦМД-31 — цифровой мультиплексор демультиплексор, осуществляет объединение (разделение вторичных цифровых потоков в третичные).

ЛОТ-31 — линейный оптический терминал, обеспечивает преобразование стыкового кода в линейный и формирование оптического сигнала. В зависимости от оборудования установленного в этом блоке система работает во втором или в третьем окне прозрачности.

Основные параметры системы передачи ФК-34 приведены в таблице 3.

Таблица 3 — Основные параметры системы передачи ФК-34

1.4 Ввод оптического кабеля в ОП, НРП

Ввод оптических кабелей в ОП, НРП осуществляется либо в специально предназначенные для этого кабельные шахты, либо непосредственно в помещения для размещения аппаратуры (линейно-аппаратный цех). Внутри помещения от вводного блока до оконечных устройств бронированные кабели освобождаются от защитных покровов и укладываются на консоли, воздушные или стенные желоба, каркасы. Для защиты станционного оборудования и обслуживающего персонала от опасных напряжений брони и центрального силового элемента (стальной трос, стальная проволока) всех кабелей на выходе из вводного блока соединяются перепайкой между собой и с защитным заземлением. Для ввода кабелей в крупные городские телефонные станции в ее подвальном помещении устанавливается кабельная шахта, которая с помощью кабельной канализации или специального тоннеля соединяется со станционным колодцем.

Ввод в ОП, НРП оптического кабеля типа ИКСН-М6П-А36−2.7 осуществляется аналогично вводу ОК других типов. Кабель полностью освобождается от внешней и промежуточной оболочек, оптических модулей, удаляется гидрофобный заполнитель. Гофрированная стальная лента и центральный силовой элемент (стальной трос) соединяются перепайкой между собой и с защитным заземлением. Затем оптические волокна укладываются на специальные кассеты и свариваются с оптическими шнурами. Оптические шнуры отличаются высокой гибкостью, они оснащены вторичным защитным полимерным покрытием (диаметром 900 мкм), которое без зазора уложено на первичное (диаметром 250 мкм). На другой стороне оптические шнуры оснащены специальными разъемами, которые облегчают их коммутацию с оконечной аппаратурой или измерительными приборами (при необходимости).

2. РАСЧЁТНЫЙ РАЗДЕЛ

2.1 Размещение НРП и расчёт затухания регенерационных участков

Существуют следующие типы станций для серийно выпускаемой аппаратуры ЦСП: оконечные пункты (ОП), обслуживаемые регенерационные пункты (ОРП), необслуживаемые регенерационные пункты (НРП).

Максимальная длина регенерационного участка определяется величиной суммарных потерь в оптическом кабеле и величиной энергетического потенциала системы передачи. Определим максимальную длину регенерационного участка, лимитированного затуханием:

где Р — энергетический потенциал системы передачи, дБ;

Рзап — энергетический запас системы, дБ;

Адоп — дополнительный потери в пассивных компонентах

ВОЛС, дБ;

б — коэффициент затухания оптического кабеля, дБ/км;

бстр — потери в неразъёмном соединении, дБ;

lстр — строительная длина оптического кабеля.

Минимальная длина регенерационного участка определяется по формуле Формула представлена на следующей странице

Определяем число участков регенерации на проектируемой кабельной линии передачи по формуле

где L оп-оп — расстояние между оконечными пунктами, км;

L max — максимальная длина регенерационного участка, км.

Число НРП между обслуживаемыми станциями определяется по формуле

Nнрп =Nуч.рег. — 1,

Nнрп =1 — 1=0

Определим количество строительных длин оптического кабеля:

Определим количество разъёмных и неразъёмных соединений для каждого участка регенерации. Полученные результаты сводим в таблицу 4.

Таблица 4 — Количество разъёмных и неразъёмных соединений по участкам регенерации

Строительные длины оптического кабеля равномерно распределяем по участкам регенерации.

Затухание регенерационного участка определяем по формуле где б — коэффициент затухания оптического кабеля, дБ/км;

L рудлина регенерационного участка, км;

б н.с. — потери в неразъёмном соединении, дБ;

б р.с. — потери в разъёмном соединении, дБ;

N р.с. — число разъёмных соединений;

N н.с. — число неразъёмных соединений.

Результаты расчётов сводим в таблицу 5.

Таблица 5 — Распределение затухания по участкам регенерации

Рисунок 2 — Участок регенерации между ОП 1 — ОП 2

2.2 Расчёт параметров одномодового оптического волокна

Относительное значение показателя преломления оптического волокна определяем по формуле где n1 — показатель преломления сердцевины оптического волокна;

n2 — показатель преломления оболочки оптического волокна.

Значение коэффициента преломления n1 определяем по формуле Формула представлена на следующей странице

где Д=0,01

Числовую апертуру определяем по формуле

Нормированную частоту определяем по формуле где, а — радиус сердцевины волокна, мкм;

л — длина волны, мкм.

Потери энергии на поглощение определяем по формуле Формула представлена на следующей странице где n1 — показатель преломления сердцевины ОВ;

tgд — тангенс угла диэлектрических потерь материала сердцевины ОВ;

л — длина волны, мкм.

Потери на рассеяние определяем по формуле где КР — коэффициент рассеяния (для кварца равный 0,8 (мкм4· дБ)/км);

л — длина волны, мкм.

Уширение импульсов из-за материальной дисперсии определяем по формуле где Дл — ширина спектральной линии источника излучения;

л — длина передаваемой волны;

с — скорость света;

l — длина линии.

Уширение импульсов из-за волноводной дисперсии определяем по формуле где Д — относительное соотношение показателей преломления;

l — длина линии;

л — длина передаваемой волны;

Дл — ширина спектральной линии источника излучения;

с — скорость света.

Уширение импульсов из-за профильной дисперсии определяется по формуле где n — эффективный показатель преломления [];

b — нормированная постоянная распространения;

m1 — групповой показатель преломления сердцевины;

Г — коэффициент локализации по мощности;

v — нормированная частота;

с — скорость света;

n1 и n2 — показатели преломления сердцевины и оболочки;

l — длина линии.

Для инженерных расчётов можно использовать упрощённые формулы:

где В (л), М (л), П (л) — значения удельных дисперсий, приведенные в таблице 6.

Таблица 6 — Значения удельных дисперсий

Результирующее значение уширения импульсов за счёт модовой, материальной, волноводной и профильной дисперсий определяем по формуле

Ширина полосы пропускания оптического волокна определяется по формуле

где к — коэффициент, учитывающий форму оптического импульса (от0,44 при гауссовской форме импульса до 0,6 при прямоугольных импульсах);

ф — уширение импульса.

Критическая частота определяется по формуле где с — скорость света;

n1 и n2 — показатели преломления сердцевины и оболочки;

Рnm — значения корней функции Бесселя для различных типов волн;

d — диаметр сердцевины оптического волокна.

Критическая длина волны определяется по формуле где n1 и n2 — показатели преломления сердцевины и оболочки;

Рnm — значения корней функции Бесселя для различных типов волн;

d — диаметр сердцевины оптического волокна.

Таблица 7 — Значения корней функции Бесселя для различных типов волн

3. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАЗДЕЛ

3.1 Строительство волоконно-оптической линии передачи

3.1.1 Подготовительные работы

Подготовка к строительству волоконно-оптических линий связи включает:

изучение проектной документации;

изучение трассы в натуре и условий производства работ;

уточнение данных проекта организации строительства, составление проекта производства работ;

подготовка механизмов;

подготовка автотранспорта;

материально-техническое обеспечение;

подготовка измерительной аппаратуры;

определение потребности в рабочей силе и подготовку ее;

размещение СМУ и прорабских участков.

За четыре месяца до начала планируемого года строительные организации должны быть обеспечены проектной документацией. Эта документация должна быть изучена административно-техническим персоналом, которому будет поручено руководство строительно-монтажными работами. При этом особое внимание должно быть обращено на сложные участки (речные переходы; пересечения с шоссейными и железными дорогами, трубопроводами; прокладка кабеля по мостам).

На участках между регенерационными пунктами следует укладывать строительные длины ВОК одного завода изготовителя, что позволяет уменьшить вносимые затухания сростков при монтаже ВОК. Подготовка к прокладке начинается с внешнего осмотра барабанов и кабеля. При отсутствии повреждений барабанов и кабеля производят измерение затухания, испытание электрической прочности изоляции.

3.1.2 Прокладка оптического кабеля

Существует несколько методов прокладки оптических кабелей:

прокладка ВОК в пластмассовых трубах;

прокладка ВОК в кабельную канализацию;

прокладка ВОК при помощи ножевого кабелеукладчика;

другие способы прокладки.

Рассмотрим механизированную прокладку ВОК при помощи ножевого кабелеукладчика.

Глубина прокладки ВОК в грунт должна быть не менее 1,2 м в грунтах 1−4 группы независимо от типа кабеля и его назначения. Рабочие органы кабелеукладчика должны обеспечивать требуемый радиус изгиба ВОК при выходе из кассеты и исключать их повреждение в процессе прокладки. В грунтах значительной плотности, а так же при наличии на трассе камней и других препятствий должна производиться предварительная пропорка грунта. До прокладки кабеля внутренняя часть кассеты и крышка кассеты должны быть защищены от сварных швов, заусенцев, острых кромок и других выступов, которые могут повредить оболочку кабеля. Кассета, применяемая для прокладки ВОК, не должна применяться для прокладки других кабелей во избежание ее загрязнения битумными компаундами. После прокладки строительной длины каждый раз следует осмотреть внутреннюю часть кассеты и по мере необходимости очистить ее. После установки барабана на кабелеукладчик должна быть создана слабина витков кабеля во избежание рывка при начале движения барабана. В месте окончания строительной длины и начала другой отрывают котлован 2000×1000×1300 мм. Конец проложенного ВОК из кассеты, оставшаяся длина должна быть 10 м. С другой стороны котлована заряжают в кассету коней следующей строительной длины ВОК, оставляя ту же длину 10 м. Концы кабеля должны быть, защищены полиэтиленовыми колпачками.

3.1.3 Устройство переходов через шоссейные, железные дороги и водные преграды

Чтобы не препятствовать движению транспорта во время строительства ВОЛС на пересечении трассы с шоссейными или железными дорогами, кабели укладывают в предварительно заложенные трубы. Укладка труб производиться способом горизонтального бурения грунта. Трубы предварительно покрывают горячим битумом. Концы труб должны выходить не менее на 1 м от края кювета и лежать на глубине не менее 0,8 м от его дна. Бурение грунта и затяжка труб осуществляется гидравлическим буром или пневмопробойником. Процесс бурения буром состоит в следующем: с помощью гидравлического блока цилиндров и насоса высокого давления в грунт заталкивается стальная штанга, состоящая из отрезков длиной 1 м, которые постепенно навинчиваются друг за другом. После выхода на противоположную сторону на место первой штанги устанавливают расширитель, который протягивают в обратном направлении, при этом в грунте образуется канал. Затем заталкивают трубы. Концы труб после их прокладки закрывают пробками.

ВОК через водные преграды в местах их минимальной ширины прокладывают на прямолинейных участках с неразрываемым руслом и пологими неразмыкающимися берегами. Переходы устраивают ниже по течению от магистральных и железнодорожных мостов с помощью ножевых или гидравлических кабелеукладчиков. При сложном рельефе и засоренном дне, твердом грунте, большой ширине и глубине водоема используют гидравлические кабелеукладчики и специальные судна.

передача кабельный линия волокно

3.1.4 Фиксация трассы кабельной линии передачи

В процессе прокладки кабеля должны быть скорректированы рабочие чертежи трассы.

Предварительная фиксация трассы проложенного кабеля производятся следующим образом:

в местах стыков отдельных отрезков кабеля делается отметка центра расположения муфт;

кабели, проложенные в грунт и центры расположения муфт привязываются к постоянным ориентирам и наносятся на планшеты рабочих чертежей.

Примечание:

При прокладке кабеля в канализацию к постоянным ориентирам привязывают центры люков колодцев в которых располагаются муфты;

против каждой муфты на концах труб при переходах через шоссейные и железные дороги, у выходов кабелей из воды на речных переходах устанавливаются замерные железобетонные столбики. Кроме того дополнительные направляющие замерные столбики устанавливаются на прямых участках, если строительные длинны имеют длину свыше 250−300 метров, а так же на поворотах трассы.

Замерные столбики устанавливаются против центра муфты на расстоянии 0,1 метра в сторону поля. При прокладке кабеля по пахотным землям замерные столбики устанавливаются в сторону дороги. В местах установки КИП замерные столбики не устанавливаются. Длинна замерного столбика 1,2 метра, подземная часть 0,7 метра. Столбик изготавливается из железобетона, сечение 0,15×0,15 метра.

3.1.5 Монтаж оптического кабеля

Сращивание оптических волокон является самой сложной операцией, она состоит из скалывания волокна, юстировки и сварки. Скол волокна производят для получения торцевой поверхности световода с отклонением от перпендикуляра (0,5 — 1) о и минимальной шероховатости, что обеспечивает малую величину потерь в сростке неразъемного соединения. При производстве скалывания на поверхность волокна, предварительно очищенную от защитной оболочки и обезжиренную спиртом, наносится неглубокая насечка с последующим приложением к этой области растягивающего или сгибающего усилия. Под действием нагрузки происходит рост трещины и получается ровный перпендикулярный оси скол световода в месте насечки. Далее оптические волокна помещаются в сварочный аппарат. В современных сварочных аппаратах предусмотрена автоматическая юстировка.

Она осуществляется двумя методами:

путем минимизации потерь в стыке в месте изгиба волокна в одной из соединяемых волокон вводят оптический сигнал и юстировка осуществляется по максимуму прошедшего сигнала.

путем анализа изображения стыков соединяемых волокон в параллельном пучке света. Свет падает перпендикулярно оптической оси волокна и изображение стыков получают с помощью телекамеры.

Сварка оптического волокна так же производится в автоматическом режиме путем нагрева волокна до расплавления с помощью электрической дуги (1800оС). После сварки на место сварки одевается термоусаживаемая гильза с металлическим стержнем, которая помещается в термокамеру. Эта гильза защищает место сварки от механического повреждения. Далее сваренное оптическое волокно помещается в кассету оптической муфты, укладывается восьмеркой, гильза на кассете крепиться при помощи фиксаторов.

3.1.6 Измерение оптического кабеля

Измерения оптического кабеля производятся в специально оборудованном отапливаемом помещении (блок, бокс), исключающем влияние атмосферных условий и обеспечивающем особую чистоту при измерениях. Перед измерениями ВОК связи должен быть выдержан в помещении не менее 3 — 4 часов. Разделку и подготовку концов ВОК связи для измерений, а так же измерение затухания оптических волокон кабеля проводят в соответствии с инструкциями на кабель при помощи специальных приборов (оптических и импульсных рефлектометров). Измерение затухания и определение целостности оптических волокон проводятся с одного конца строительной длины методом обратного рассеяния. В случае заметных расхождений измеренных величин с паспортными данными измерения проводятся методом обратного рассеяния с обоих концов строительной длины.

4. Надёжность, техника безопасности, противопожарная защита. Охрана труда

4.1 Техника безопасности и охрана труда при строительстве волоконно-оптической линии передачи

Погрузочно-разгрузочные работы производятся, как правило, механизированным способом — с помощью кранов, автопогрузчиков, блоков, тралей. Механизированный способ является обязательным для грузов массой более 60 кг, а так же при подъеме на высоту более 3 метра. Все погрузочно-разгрузочные работы должны выполняться в рукавицах, при работе с пылящими материалами пользуются защитными очками и респираторами.

Производство земляных работ в зоне расположения кабелей, газопроводов и других подземных коммуникаций допускается только с письменного разрешения организации, эксплуатирующей эти сооружения. Если подземные сооружения проходят параллельно проектируемой трассе, шурфы роются перпендикулярно к оси проектируемой трассы через каждые 20 метров. Длина шурфа должна превышать ширину проектируемой траншеи на 0,3 метра с каждой стороны. При обнаружении газа в траншеях или котлованах работы в них должны быть немедленно прекращены, а люди выведены из опасной зоны.

Прокладка кабеля кабелеукладчиком разрешается на участках, не имеющих подземных сооружений. Запрещается также следить за прокладкой кабеля, стоя на раме кабелеукладчика; перевозить на тракторе посторонних лиц. Перевозить барабаны с кабелем через замерзший водоем можно при толщине льда не менее 0,5 метра.

Все работы, связанные с измерениями на линии, должна производиться двумя лицами, одно из которых является ответственным за технику безопасности. Во время грозы производить измерения категорически запрещено. Запрещается также производить измерения без защиты от атмосферных осадков; собирать схемы измерений под напряжением.

4.2 Охрана окружающей среды

Велико воздействие промышленности Республики Беларусь на окружающую среду, ее загрязнение.

Наибольшее влияние на природу оказывает деятельность заводов, фабрик, рудников, шахт, электростанций, непосредственно связанных с использованием природных ресурсов. Современная промышленность РБ имеет более 150 отраслей и специализируется на машиностроении, химической, деревообрабатывающей, легкой и пищевой промышленности. Промышленные предприятия размещены более чем в 300 населенных пунктах.

Развитие транспорта, еще большее расширение густой сети автомобильных и железных дорог, трубопроводов требует уничтожения лесных массивов при проложении дорог, отчуждения земель. Интенсивное дорожное движение препятствует естественной миграции животных, является причиной их гибели. Большой ущерб речным берегам и фауне нанёс лесосплав, особенно в послевоенные годы. Речной транспорт неблагоприятно влияет на речных обитателей, особенно во время нереста рыб. К тому же быстроходные речные суда разрушают волнами берега. Мощным фактором воздействия на природу является сельское хозяйство. Расширение сельскохозяйственных угодий приводит к уничтожению естественных лесных и луговых экосистем. Современные нерациональные, а порой варварские по отношению к природе способы ведения сельского хозяйства ведут к истощению почвы. Современная экономическая ситуация в республике не позволяет в достаточной мере внедрять очистные установки на предприятиях, на выходе из городов, животноводческих хозяйств. Это ведет к повышению загрязнения воздушной среды, почвы, водоемов.

5. ГРАФИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Рис. 1

Рис. 2

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении данного курсового проекта был разработан проект волоконно-оптической линии передачи для организации внутризоновой и междугородней сети, которая должна обеспечить высокое качество передачи информации на заданном направлении (Витебск — Лепель). Для построения кабельной линии передачи был выбран волоконно-оптический кабель типа ИКСН-М6П-А36−2.7. В данном курсовом проекте были рассчитаны параметры необходимые для построения кабельной линии, а так же основные параметры волоконно-оптического кабеля, такие как затухание и дисперсия. Для построения была использована система передачи ФК-34.