Проектирование кабельной линии связи

Абсолютное значение продольной ЭДС наведенной в жилах кабеля связи от магнитного влияния ЛВН на сложном участке сближения рассчитывается на частоте 50 Гц по формуле:

где n – число участков (3);

I₁ – влияющий ток (3,5 кА);

m_12i – коэффициент взаимной индукции между однопроводными цепями ЛВН и линии связи на i-ом участке сближения:

σ_з – проводимость земли (0,005 См/м).

Следовательно, получается:

l_i – длина i-го участка сближения (0,526 км; 0,526 км; 0,702 км);

S_i – результирующий коэффициент экранирования между ЛВН и линии связи на i-ом участке:

S=S_об∙S_тр∙S_м∙S_р=0,95∙0,45 = 0,1415;

Тогда абсолютное значение продольной ЭДС имеет вид:

Рассчитав величину суммарной продольной ЭДС на участке сближения длиной l, определяем продольную ЭДС на 1 км кабеля:

Исходя из результата E_км, получаю, что идеальный коэффициент защитного действия металлических покровов кабеля S_об = 0,56.

Окончательную величину наведенной продольной ЭДС в кабеле связи можно определить по формуле:

 

5.3. Нормы опасного магнитного влияния

 

Величины опасных напряжений и токов в цепях кабелей  связи, обусловленные влиянием линии  высокого напряжения, устанавливаются исходя из обеспечения безопасности обслуживающего персонала, работающего на стационарных и линейных сооружениях, а также из условия предохранения этих сооружений от повреждения.

Допустимые величины опасных напряжений и токов принимают  такие значения, при которых не требуется специальных мер защиты. При этом принимается во внимание время и условие их воздействия на людей и сооружения связи. Кратковременные опасные напряжения и токи могут возникать в цепях связи на участках сближения с ЛЭП и ЭЖД при их коротком замыкании на землю. Время действия этих токов и напряжений составляет 0,15 … 1,2 с (время срабатывания отключающих устройств), поэтому для такого аварийного режима работы допускаются относительно высокие напряжения. При нормальном и вынужденном режимах работы линий высокого напряжения опасные напряжения и токи действуют длительно, поэтому нормы для этих режимов работы существенно ниже.

При кратковременном  опасном влиянии линии электропередачи  на гальванически неразделенного участка  кабельной линии связи максимально допустимые значения продольных ЭДС можно определить по следующей формуле:

где U_исп – величина испытательного напряжения (3200 В);

U_дп – допустимая ЭДС (960 В).

Величина наведенной продольной ЭДС в кабеле (73,412 В) не превышает допустимой величины (2860 В). Исходя из этого, можно сделать вывод, о том, что никаких дополнительных мер защиты кабельной линии связи не требуется.

5.4. Расчет и защита  кабельной 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:

где T – продолжительность гроз в году в часах (35 ч);

U_пр – электрическая прочность изоляции жил кабелей (3,8 кВ);

n – вероятное число повреждений кабеля при T = 36 часов и U_пр = 3000 В.

Величина n в зависимости от удельного сопротивления грунта ρ_гр и сопротивления защитных металлических покровов постоянному току R определяется по графикам. В данном случае при ρ_гр = 300 Ом∙м и R = 2,6 Ом/км, n = 0,45. Следовательно, получаю что

Из последнего равенства видно, что вероятная плотность повреждения кабеля находится в допустимых пределах. Это говорит о том, что дополнительных мер защиты кабеля от ударов молнии не потребуется.

5.5. Расчет надежности  проектируемой кабельной магистрали

 

В данном курсовом проекте необходимо дать расчет надежности проектируемой кабельной магистрали.

Исходные данные сведены  в таблицу 4.

Таблица 4

Протяженность кабеля	вне населенного пункта, L1 км	в населенных пунктах, L2 км	в телефонной канализации, L3 км
	74	7	19
Среднестатистические значения интенсивности отказов	вне населенного пункта λср1	в населенных пунктах λср2	в телефонной канализации λср3
	1,74∙10-7	9,93∙10-7	7,40∙10-7
Среднее время восстановления связи	вне населенного пункта, tв1 ч	в населенных пунктах, tв1 ч	в телефонной канализации, tв1 ч
	4,73	4,20	4,15

 

Для заданной длины кабельной  магистрали интенсивность потока отказов  рассчитывается по формуле:

Среднее время между  отказами:

 

Среднее время восстановления связи:

Коэффициент готовности:

Вероятность безотказной  работы магистрали за время t = 8760 ч:

Надежность магистрали за время t = 8760 ч:

 

6. Проектирование волоконно-оптической  системы передач

6.1. Выбор волоконно-оптической  системы передач

 

В данном пункте курсового  проекта необходимо выбрать волоконно-оптическую систему передачи, которая могла  бы обеспечить не менее 2490 каналов. Такой системой является STM-4. Технические характеристики синхронной ВОСП STM-4 представлены в таблице 5.

Таблица 5

Длина волны, мкс	Элементарный кабельный участок (ЭКУ)
	Укороченный	Стандартный
	1,55	1,55
Число основных цифровых каналов	7680
Число цифровых потоков E1	252
Скорость оптического стыка, Мбит/с	622
Энергетический потенциал	28	34
Максимально допустимая дисперсия  на ЭКУ, пс/нм	15000

6.2. Выбор типа оптического волокна

 

Тип оптического волокна (ОВ) выбирается в зависимости от скорости передачи информации, расстояния между оконечными пунктами и населенными пунктами оп трассе магистрали, а также принципами построения сети связи, задачи которой решает данная линия передачи.

В подавляющем большинстве  случаев применяются стандартные  ступенчатые одномодовые ОВ. В  своем курсовом проекте я буду использовать ОВ со следующими характеристиками:

Таблица 6

Тип ОВ	Коэффициент затухания α, дБ/км, на длине волны:	Длина волны нулевой дисперсии λ0, мкм	Коэффициент наклона дисперсионной  кривой S0, пс/(нм2 км)
	1,55 мкм
Ступенчатое	0,22	1,301	0,092

 

Коэффициент хроматической  дисперсии D(λ) для ступенчатых волокон можно рассчитать по формуле:

Следовательно, на длине волны λ = 1,55 мкм:

6.3. Выбор типа оптического  кабеля

 

Для обеспечения связи  между городами Рязань и Воронеж  были выбраны кабели типа ОКЛ-10-01 и  ОКЛК-10-01 (магистральные и внутризоновые, с центральными силовыми элементами из стеклопластикового стержня, вокруг которого скручены оптические модули (ОМ), с гидрофобным заполнением, с защитной оболочкой из полиэтилена). Выбранные кабели применяется для прокладки в кабельной канализации, трубах, блоках, коллекторах, на мостах и в шахтах.

Основные характеристики выбранных кабелей сведены в таблицу 7.

Таблица 7

Марка кабеля	Количество ОВ	α, дБ/км	σн, пс/нм∙км	Наружный диаметр, мм	Масса, кг/км
ОКЛ-10-01-0,19/3,5-4/2	8	0,19	3,5	10,8	90
ОКЛК-10-01-0,19/3,5-4/2	8	0,19	3,5	18,4	365

 

Поперечное сечение  выбранных кабелей представлено на рисунке 6

 

Рисунок 6

ОКЛ-10-01 ОКЛК-10-01

На рис. 6 цифрами обозначены:

1 – полимерная защитная  оболочка;

2 – подушка из крепированной  бумаги;

3 – скрепляющая лента;

4 – полимерная защитная оболочка оптического волокна;

5 – оптическое волокно;

6 – кордель;

7 – полимерная защитная  оболочка;

8 – оцинкованная стальная  проволока;

9 – центральный силовой  элемент.

6.4. Размещение ретрансляторов  по трассе магистрали

 

Значительная протяженность ЭКУ ВОЛП позволяет размещать ретрансляторы в населенных пунктах, где есть не менее двух независимых источника электропитания. Размещение ретрансляторов производится исходя из бюджета мощности и допустимой дисперсии на ЭКУ.

С учетом бюджета мощности расстояние между ретрансляторами ВОЛП должно лежать в пределах L_min ≤ L_эку ≤ L_max.

где Э – энергетический потенциал системы (34 дБм);

a_з – эксплуатационный запас (6 дБм);

a_н – потери в неразъемном соединении ОВ (0,1 дБм);

a_р – потери в разъемном соединении (0,5 дБм);

n_р – число разъемных соединений на ЭКУ (4);

a_АРУ – пределы регулировки АРУ (20 дБм);

α – коэффициент затухания ОВ (0,19 дБм/км);

L_СД – строительная длина кабеля (L_СД = 5 км).

Тогда получается:

Наряду с указанными выше условиями длина ЭКУ должна удовлетворять требованиям по дисперсии:

где σ – среднеквадратическое значение дисперсии ОВ (3,5∙10^-12 с/км);

B – скорость передачи на оптическом стыке (622 Мбит/с).

С учетом L_ЭКУ и L_max длину элементарного кабельного участка можно выбрать длиной 100 км. Т.к. длина ЭКУ меньше расстояния между городами Рязань – Воронеж (400 км), то необходимо установить три регенерационных пункта в населенных пунктах Боринское, Колыбельское, Незнаново.

Структурная схема кабельной  линии показанная на рисунке 7.

 

Рисунок 7

   ОРП-1 НРП-1/1   НРП-1/2 НРП-1/3 ОРП-2

   Рязань Боринское  Колыбельское Незнаново Воронеж

 

Разместив ретрансляторы  по трассе с учетом указанных выше условий можно рассчитать запас  мощности:

где Э – энергетический потенциал системы (34 дБм);

a_н – потери в неразъемном соединении ОВ (0,1 дБм);

a_р – потери в разъемном соединении (0,5 дБм);

n_р – число разъемных соединений на ЭКУ (4);

α – коэффициент затухания ОВ (0,19 дБм/км).

Следовательно:

Дисперсия вычисляется  по формуле:

6.5. Обеспечение доступа  абонентов к цифровым каналам  связи

 

Современные системы  телекоммуникаций должны обеспечивать возможность предоставления абонентам  каналов с широким спектром частот, дающими выход в различные  информационные сети, видеотелефонную связь, передачу данных с высокой скоростью, видеоконференции, связь между различными локальными сетями и т.д. 

Выполнить эти требования возможно только при использовании  современных проектных решений  по созданию сети доступа, состоящей из физической среды передачи и соответствующей аппаратуры доступа, как со стороны абонентов, так и со стороны узла доступа, обеспечивающего выход на сеть связи общего пользования. Архитектура и оборудование сети доступа зависит от территории населенного пункта, числа жителей, потребностей в каналах абонентского доступа. Необходимо предусмотреть обеспечение абонентского доступа к высокоскоростным цифровым каналам, составляющим 5% от общего числа стандартных телефонных каналов в городе Ростов-на-Дону. В качестве среды распространения необходимо предусмотреть использование абонентской сети, состоящей из симметричных кабелей с различным диаметром жил.