Волоконно-оптическая линия связи ПС Городская – ПС Емельяново

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Выпускная квалификационная работа

Волоконно-оптическая линия связи ПС Городская - ПС Емельяново



Введение

технический волоконный оптический кабель

За последние четверть века наблюдается колоссальное развитие как магистральных, так и глобальных сетей связи. Одной из основных причин этого развития является промышленное производство оптического кабеля. Если первая промышленная партия оптического волокна позволяла преодолевать расстояния в несколько километров без использования регенерационных пунктов, что было сравнимо с системами связи на «меди», в особенности при передаче данных уровня E3 и E4, то современная дальность связь исчисляется уже десятками километров, а для легированных волокон и волокон со смещенной дисперсией - сотнями и тысячами километров без единого регенератора.

Развитие оптических линий связи дали в свою очередь толчок к развитию сектора беспроводной радиосвязи - к терминам, которые в настоящее время стали привычными для всех пользователей мобильной связи - 3G и 4G-сетям. В мобильной сети основная передача данных идет не между абонентами и базовыми сетями, а между базовыми сетями и шлюзами, которые подключены к глобальной сети. Эти шлюзы могут быть располагаться как в пределах населенного пункта, в котором находится абонент, так и далеко за его пределами.

Последние новинки в области оптических сетей связи связаны с так называемыми пассивными оптическими элементами. Медные провода Ethernet заменяются на оптические, предоставляя стационарным абонентам практически неограниченную полосу пропусканию (если учитывать, что возможный объем информации не будет успевать обрабатываться среднестатистическим персональным компьютером).

Строительство ВОЛС - это инженерно-проектировочная деятельность, которая давно перестала быть экзотикой в среде телекоммуникационных компаний. Предъявляются известные нормы на затухание, допустимую дисперсию на километре, разработаны специализированные приборы для сварки и контроля качества смонтированного участка.

В предлагаемой работе представлен проект волоконно-оптической линии связи ПС Городская - ПС Емельяново. Эти подстанции расположены в населенных пунктах Краснодара и поселке Емельяново.

Все вышесказанное определило актуальность темы работы - обеспечение передачи информации (телеметрии, измерительной информации и видеосвязи) между ПС Городская - ПС Емельяново.

Целью дипломного проекта является организация передачи информации (измерительной и клиентской) между ПС Городская - ПС Емельяново.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи: выбрать трассу прокладки кабеля, систему передачи, марку кабеля для линейных соображений, провести расчет дисперсионных характеристик и характеристик затухания для определения длины регенерационного участка и расчет по надежности системы, дать рекомендации по строительству линейных сооружений и описать принципы синхронизации.

Объектом исследования является линии связи ПС Городская - ПС Емельяново.

Предметом исследования является способ прокладки кабеля и особенности строительства, марка кабеля и система передачи, надежность работы системы и особенности работы системы синхронизации.

Основными источниками информации для написания работы послужили учебное пособие В.И. Иванова «Волоконно-оптические линии передачи», Л.А. Марыковой «Оптическая линия передачи», а также учебники для вузов Н.И. Горлова, Э.Л. Портнова, Д.И. Гaуэра и др.



1. Выбор трассы прокладки кабеля

1.1 Назначение комплекса строительства

технический волоконный оптический кабель

В соответствии с техническим заданием предполагаемый комплекс предназначен для обеспечения передачи информации между подстанциями, расположенными в населенных пунктах - городе Красноярске и поселке Емельяново, по оптическим линиям связи, обеспечивающих высокую скорость передачи цифровой информации.

К настоящему моменту вся информация, которая может поступать от измерительных датчиков на подстанциях, а также сигналы служебной связи, могут быть представлены в цифровом виде и упакованы в стандартные пакеты, предназначенные для передачи по сети цифровой связи, а именно:

- информация технологическая: телемеханика, ОМП, РАС, АИИС КУЭ, АСУП, диспетчерская связь, межстанционная связь, РЗ и ПА;

- информация корпоративная: телефония, конференция с возможностью передачи аудио- и видеопотока данных, видеонаблюдение с камер наружного и внутреннего наблюдения, передачи файлов и данных по локально-вычислительной сети.

Одним из требований к создаваемому комплексу является обеспечение доступа к информации, характеризующей техническое состояние контролируемого оборудования, установленного на подстанции, передача этих данных в диспетчерский пункт для дальнейшего принятия решения. Кроме мониторинга измерительных датчиков самой подстанции, также существует необходимость контроля телекоммуникационного оборудования для обеспечения ее бесперебойной работы.

Также кроме контролирующих функций, проектируемая сеть связи должна обеспечивать и возможность удаленного управления и конфигурирования оборудования, установленного на ПС.

Для снижения возможного ущерба при возникновении нештатных ситуаций на ПС (потеря информации по технологическим каналам, недоотпуск электроэнергии потребителям), необходимо обеспечить высокую надежность радиорелейной защиты и противоаварийной автоматики (РЗ и ПА).

На ПС также устанавливается система регистрации аварийных ситуаций (РАС). Ее основное предназначение - это регистраций всех нештатных ситуаций, запись измерений, переходных процессов и устоявшихся режимов на накопители информации, анализ (обработка сигналов по заранее заданным алгоритмам) полученных сигналов и передача поступившей информации на диспетчерский пульт.

В соответствии с техническим заданием на систему передачи также возлагаются функции на транспортировку и маршрутизацию информации, получаемых от АИИС КУЭ. Эта система отвечает за контроль перетоков энергии (мощности) между ПС, а именно: измерение, хранение, сверку с измерениями, прошедших на смежных ПС.

Данные со всех ПС должны поступать в центральный узел, который проводит обработку данных.

В представленной работе показан проект ВОЛП, который реализует функцию транспортировки данных между ПС «Городская» - ПС «Емельяново». Транспортировка проводиться как измерительной и служебной информации, так и корпоративной (аудио-, видеосвязь).

Для удовлетворения требований объема передаваемых данных в единицу времени (су четом возможного расширения устройств видеонаблюдения и датчиков) будет использоваться система STM-16.



1.2 Климатические условия района предполагаемого строительства

На основании следующих нормативной документации определяются климатические условия на рассматриваемом районе: ПУЭ-7, СНиП 2.01.07-85 и СНиП 23-01-99.

Правила проектирования диктуют следующие условия строительства и эксплуатации ВОЛП: согласно п. 2.1.14-2.1.15 при использовании опор, предназначенных дляЛЭП 110 кВ и выше, расчеты климатических условий обязаны соответствовать фактическим условиям на проектируемом районе.

Требования, предъявляемые к узлам, оборудованию в оконечных пунктах и регенерационным пунктам, аналогичны: расчеты должны проводиться к тем же климатическим условиям, на которые рассчитываются ВОЛП, и фактическим условиям на данной местности. (см. ПУЭ изд. 7, п. 2.5.38-2.5.74).

Согласно паспортным данным, предъявленным на участок ПС «Городская» - ПС «Емельяново», район соответствует следующим климатическим условиям.

- район с типом №2 по ветру;

- район с типом №2 по обледенению (гололеду).

Эти климатические условия соответствуют всем опорам ЛЭП на всем протяжении между указанными ПС.

Нормативные показатели представлены в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Нормативные климатические нагрузки приведены в таблице

Параметр	Значение
Район по ветру	II
Нормативное ветровое давление на высоте до 15 м	500 Па
Район по гололеду	II
Нормативная толщина стенки гололеда	15 мм
Температура воздуха
Абсолютная максимальная	+40°С
Абсолютная минимальная	-40°С
Среднегодовая	+5°С
Температура воздуха при ветре, гололедообразовании	-5°С
Температура воздуха при грозовых перенапряжениях	+15°С

Так как подвеска проводиться на опорах ЛЭП, то должны учитываться и сейсмические нормативы в районе строительства ВОЛП. Согласно ОСР-97-изменение №5 СНиП-11-7-81, этот параметр составляет 5 балов по шкале MSK.

Также необходимо проводить максимально допустимые значения стрел провеса оптического кабеля (ОК) между опорами для двух наиболее удаленных опор ЛЭП, рассчитанных на 110 кВ. Расчеты проводятся согласно ПУЭ7 и 2.5.183 и НТП ВЛ 35-750 кВ «СО 153-34.20.121-2006» п. 4.10.

Покровы ОК должны удовлетворять требованиям термической стойкости, а сам ОК удовлетворять требованиям механической прочности, так как кабель постоянно находиться под интенсивным механическим воздействием со стороны ветряных нагрузках, влиянием ЭДС со стороны линий электропередач и осадков.

1.3 Трасса проектируемой линии

Опоры ВЛ 110 кВ установлены вдоль автомобильной трассы, с учетом стрел провеса и изгибов маршрута автомобильной трассы - протяженность линейной части ВОЛП составляет 25,5 км. (см. рис. 1.1).



Рис. 1.1. Трасса ПС «Городская» - ПС «Емельяново»

Для подвеса на опорах ЛЭП оптимальным решением является использование кабелей ОКГТ или ОКСН.

Однако, учитывая возможные высокие значения токов при коротких замыканиях, а также токов, наводимых от ЭДС - особенно при подходе к электро-подстанциям, использование кабеля с металлическими элементами недопустимо. По этой причине предпочтение отдается кабелю ОКСН.

Также кабель ОКСН имеет еще одно преимущество перед ОКГТ, который проявляется при монтаже. В случае ОКГТ отключение проводиться ПС, находящихся по обе стороны от места монтажа, в то время как для ОКСН - достаточно отключение одной ПС.

С учетом описанных преимуществ марки кабеля ОКСН перед ОКГТ, предпочтение на трассе будет отдано ему.

С учетом того, что между населенными пунктами необходимо организовать связь уровня STM-16, это означает, что количество волокон в кабеле должно удовлетворять этим скоростям. Марка кабеля - ОКЛЖ-Т-01-6-32-10/125-0,36/0,22-3,5/18-20,0.

Проектируемая трасса «ПС Городская - ПС Емельяново» представлена в Приложении А.



1.4 Технические решения по монтажу ВОК

Как было сказано в п. 1.3, основным преимуществом в пользу марки ОКСН является то, что оптический кабель не содержит металлических конструкций. Подвеска на опорах по соседству с линиями электропередач, и грозотросами, на которых наводятся высокие токи, приводило бы к возникновению ЭДС в оптическом кабеле, и как следствие, входу его из строя, при аварийных ситуациях на ЛЭП.

В действительности, из-за налипания грязи и намокании кабеля при впадающих осадках, кабель становиться проводником электричества. По этой причине необходимо выбирать место подвеса кабеля относительно фазных проводов, для максимальной компенсации фаз электрических полей.

Расчет для определения местоположения ВОК будет представлен ниже.

В табл. 1.2 представлены типы креплений, которые планируются использовать для подвески ВОК.

Таблица 1.2. Типы креплений

Тип ВОК	№ типа	Тип крепления	Применение
ОКСН (оптический кабель самонесущий неметаллический)	Тип 1	Натяжное	На анкерно-угловых опорах
	Тип 2	Портальное (концевое)	На порталах энергообъектов
	Тип 3	Поддерживающее	На промежуточных опорах
	Тип 4	Натяжное с муфтой	Для организации муфты на анкерно-угловой опоре

Крепление ВОК к опорам проводиться с помощью креплений, разработанных с тем расчетом, чтобы не использовать сварку, а также не нарушать целостность конструкции опоры. Крепления устанавливаются вновь (чтобы исключить возможные дефекты старения или несовместимость предназначения ранее установленных креплений с целями подвески ВОК) при помощи зажимов спирального типа.

Ориентировочное место крепления ВОК зависит от типа ЛЭП.

Для ЛЭП с тремя фазными проводами (как правило, фазные провода образуют треугольник), ВОК крепится ниже нижней траверсы, в месте, где достигается максимальная компенсация фаз напряжений.

Для ЛЭП с тремя шестью фазными проводами - ВОК крепится на уровне средней траверсы.

При монтаже арматуры должны строго соблюдаться рекомендации (как в плане места монтажа, так и проводимых операций по технике безопасности) завода-производителя. Спуски от места, где проведен крепеж арматуры, до места крепления оптических муфт регулируются струбцинами.

Строительные длины (от 4000 до 6000 м) ВОК соединятся между собой соединительными муфтами. Их необходимо крепить на опорах ВЛ.

В том, случае, если длина пролеты между опорами больше строительной длины, необходимо устанавливать промежуточные опоры.

В качестве марки соединительных муфт используются муфты МТОК-В3/216 (288)-1КТ3645-К производства Связьстройдеталь. Муфты этого производителя были хорошо зарекомендованы при строительстве ВОЛС для подстанций МРСК - проект «ПС Чигашево - ПС Заречная - ПС Данилово».

Муфты содержат специальную полость для «запаса» кабеля. Для защиты их от ветряных и прочих погодных обстоятельств, а также с целью предотвращения вандализма, муфты располагают внутри шкафов, установленных на опорах.

Каждая опора, содержащая муфту, помечается, а также визуально рисуется порядковый номер муфты. Это делается для облегчения позиционирования на случай аварийных ситуаций.

Так как ВОК находится постоянно на открытом воздухе, то для исключения возникновения резонанса с опорой, а также предотвращения соприкосновения с фазными проводами, предусматривается установка гасителей. Установка гасителей проводиться строго согласно рекомендациям завода-изготовителя.

На территории объектов подстанций проводиться типовая прокладка кабеля в соответствии со следующей схемой:

- при помощи стальной трубы и ЗПТ проводится защита спуска ВОК на территорию энергообекта;

- ввод герметизируется;

- прокладка кабеля до места непосредственного ввода в ОРУ;

- прокладка кабеля по территории ОРУ;

- прокладка кабеля внутри здания по ПВХ-трубам (не поддерживающим горение и не выделяющим токсических химических соединений) до оптического кросса.

При прокладке ВОК на территории, непосредственно прилегающий к энергообекту, а также на территории самой подстанции, проводятся меры противопожарной безопасности. Они включают в себя использование негорючих материалов (мастик и прочего), которыми обрабатываются трубы, внутри которых проводятся кабели, а также меры по соблюдению охраны труда при монтаже ВОК на особо опасном объекте.

1.5 Расчеты параметров для организации ЛКС

При выборе кабеля ОКСН с диэлектрическим самонесущим были проведены расчеты на термическую стойкость при возникновении короткого замыкания на фазных проводах.

Для выбора места подвеса (тело опоры, вынос на траверсе) на различных участках был проведен расчет напряженности электрического поля в зоне непосредственной близости фазных проводов.

Для проверки механических характеристик подвешенного ВОК был проведен расчет, учитывающий воздействие воздействий внешней среды - ветра, дождя, снега, гололеда в соответствии с климатическими условиями данной местности, воздействия анкерных креплений, вес самого кабеля, тяжения, возникающего при монтаже.

Расчет значений этих параметров учитывался при выборе конструкции кабеля.

1.6 Основные технические характеристики применяемого кабеля

Параметры, которые определяют механические и электромагнитные характеристики ВОК, представлены фирмами-производителями.

При выборе кабеля основными параметрами, на основе которых делались заключение о пригодности кабеля той или иной марки, являются:

- диаметр кабеля;

- погонный вес (вес 1 км кабеля);

- модуль упругости (на этапе изготовления, при монтаже и после монтаже);

- термическое расширение;

- допустимая растягивающая нагрузка (климатическая и монтажная).

В соответствии с этими параметрами была выбрана марка кабеля ОКЛЖ-Т-01-6-32-10/125-0,36/0,22-3,5/18-20,0, производимая самарской компанией ЗАО «Самарская оптическая кабельная компания».

Характеристики ОКСН представлены в табл. 1.3

Таблица 1.3. Характеристики ОКСН



На рис. 1.2-1.4 представлены изображения кабеля.

Рис. 1.3. Кабель ОКЛЖ (вид сбоку)

Прокладка ВОК на протяжении маршрута ведется путем подвеса на опоры линий электропередач. На территории самих энергообектов такой вариант прокладки недопустим по ряду причин, как с точки зрения опасности проводимых работ, так и с точки зрения эксплуатации (кабель подвешенный в воздухе не контролируется, и может нанести ощутимый вред здоровью людей и нарушить штатную работу энергообекта). По этой причине ВОК на территории ПС прокладывается в грунт в специальных полиэтиленовых гофрированных трубах, не горящих и не поддерживающих горение. Внутри объектов рекомендовано использовать трубы ЗПТ-НГ и ПВХ, обладающих теми же характеристиками.

1.7 Энергетический бюджет кабеля

На этапе проектирования для предполагаемых объемов передаваемой информации планируется организовывать систему уровня STM-16. Так как протяженность участка ограничена дальностью 25,5 км (см. п. 1.3), то для покрытия такого расстояния может быть использован как передатчик с центральной длиной волны 1,31 мкм или 1,55 (Рекомендациям ITU-T G.957). Предпочтение из этих двух длин волн следует отдать 1,31 мкм, так как на данной длине волны излучение менее чувствительно к микротрещинам и изгибам, в то время как на волне 1,55 мкм на отдельных участках возможно резкое увеличение затухания из-за этих факторов.

Для соединения оптических волокон между собой и с приемо-передающим оборудованием, используется два основных способа: сварка и механическое соединение с помощью коннекторов FC, SC, ST, LC.

На механическом соединении нормы на затухание составляет 0,5 дБ. Однако в среднем этот показатель равен 0,3 дБ. При сварке, за счет использования современных оптосварочных аппаратов, затухание колеблется от 0 до 0,1 дБ для одномодовых волокон для 1,55 мкм и 0,2 дБ для 1,31 мкм.

Число механических соединений при соединении двух оконечных пунктов равняется четырем: два в пункте передаче (оптический кросс и мультплексор), и два в пункте приема (оптический кросс и демультплексор).

Число сварных соединений определяется длиной участка и строительной длиной кабеля (4 км).

Исходные данные, определяющие энергетический бюджет системы, представлен в таблице 1.4.



Если затухание на участке будет больше, чем энергетический бюджет системы, то необходимо устанавливать регенератор на участке, соединяющий оконечные пункты.

Энергетический бюджет кабеля рассчитывается по формуле:

А = W - А_рc - А_эза - (А_эзк + А_д* + Дa),

где А_д* - эксплуатационный запас энергетического потенциала на дисперсию.

Исходя из норм на затухание на разъемных и неразъемных соединениях, определяется суммарные потери, которые могут возникнуть в кабеле связи.

Для определения длины регенерационного участка (участка, на котором не требуется установка дополнительных усилителей и аппаратуры восстановления сигнала), необходимо учитывать два вида ограничений: это ограничения по энергетическим показателям и ограничения по дисперсионным характеристикам (физическое взаимодействие светового излучения и материала световода, приводящее к уширению исходной формы светового импульса) [1].

Затухание мощности сигнала в линии рассчитывается по формуле:

Максимальная длина регенерационного участка рассчитывается по формулам:

(1.5)

, (1.6)

где l_руmin - минимальная длинарегенерационного участка по затуханию, км;

l_руmax - максимальная длинарегенерационного участка по затуханию, км;

Э - энергетический потенциал системы передачи, дБ;

- коэффициент затухания0В, дБ/км (=0,36 дБ/км);

_{р, н} - затухание оптического сигала на разъемном и неразъемном соединениях, дБ (современные технологии позволяют получать затухания _р 0,5 дБ, _н 0,1 дБ);

n_р - количество разъемных соединений ОВ на регенерационном участке (n_р=4);

Э_з - энергетический (эксплуатационный) запас системы, необходимый для компенсации эффекта старения элементов аппаратуры и ОВ, Э_з=6 дБм;

А_АРУ - пределы автоматического регулирования входного усилителя приёмного тракта ВОСП;

l_сд - строительная длина ОК (l_сд= 4 км).

Пределы автоматического регулирования уровня свойственно для систем, работающих на медных проводах, для оптических систем такая аппаратура не применяется. Основная причина - сложность и высокая стоимость подобных устройств, высокая стабильность физических свойств волокон, мало зависящих от внешних факторов.

По этой причине, параметр А_АРУ отсутствует в расчетах.

Энергетический потенциал системы передачи SDH рассчитывается как разность чувствительности приемника и номинальной мощности сигнала на выходе передатчика:

Э= P_{пер max} - P_прмmin = -2 - (-28) = 26 дБ.

Подставляя эти значения в формулу (1.6), оценим максимальную длину регенерационного участка по ограничению мощности:

км

Рассмотрим длину регенерационного участка по ограничению дисперсии. Чем выше скорость передачи, тем выше влияние оказывает дисперсия.

Влияние дисперсии оценивают по среднеквадратическому значению дисперсии. Для одномодовых волокон формула расчета имеет следующий вид:

= _н. (1.7)

где - ширина полосы оптического излучения, для лазерного диода =0,5 нм;

_н - нормированная среднеквадратическая дисперсия, указанная в характеристиках на ОК в таблице 1.4, _н = 1,4 пс/(нмкм).

= 0,5 1,4 10^-12 = 0,7 пс/км.

С учетом найденного значения, длина регенерационного участка по ограничению дисперсии имеет вид:

. (1.8)

где - дисперсия сигнала в ОВ, =110^-12 с/км;

В-скорость передачи цифрового сигнала в линейном тракте. Для STM-16, В =2488,32 Мбит/с.

, км

Как видно из расчетов, длина регенерационного участка ограничена в первую очередь энергетическим бюджетом и составляет 52,6 км.

Расчетный бюджет смонтированной линии связи (с учетом эксплуатационных энергетических запасов) равен 21,58 дБ (см. табл. 1.4), что меньше, чем энергетический бюджет системы передачи - 26 дБ.

Так как расстояние между энергообъектами ПС Городская - ПС Емельяново менее указанной величины (25,5 км), то необходимость в установке дополнительного оборудования (регенератор или усилителя) отсутствует.

1.8 Характеристика транспортной системы

Оконечное оборудование (мультиплексоры / демультплексоры, источники бесперебойного питания, компьютеры для конфигурации телекоммуникационного оборудования и т.д.) устанавливается непосредственно в здании энергообъектов:

- ЛАЗ ПС Городская;

- ЛАЗ ПС Емельяново.

Система передачи, предусматриваемое техническим заданием, должна организовывать поток данных уровняSTM-16, с возможностью вывода отдельных потоков:

- 64 кбит/с;

- E1;

- 1000Мбит/c (GigabitEthernet);

- аналоговую телефонную связь;

- сигналы сигнализации для контроля начала / окончания передачи аналоговых сигналов.

Кроме организации каналов связи, в состав оконечного оборудования должны входить системы бесперебойного питания и охлаждения (кондиционирования), а также кроссовое оборудование.

Для размещения аппаратуры проектом предусматривается установка 19» шкафов для всех перечисленных позиций (мультиплесоры, кроссовое оборудование, АКБ и т.д.).

Так как в проекте планируется использовать ВОК марки ОКСН (полностью диэлектрические кабели), то отпадает необходимость в заземлении шкафов.

Однако в случае возникновения пожара кабели должны обладать свойствами не поддержания горения. Поэтому дополнительно на энергообъектах кабели располагают внутри гофррированных ПВХ-трубах, которые обладают этим свойсвом.

Для организация потока STM-16 было выбрано оборудование фирмы Huawei - модель OptiXOSN 3500. Эта модель оборудования обладает матрицей кросс-коммутации, что позволяет настроить ее выполнять функции мультиплексора. Оно подходит как на уровне местной сети, так и магистральной. Гибкая конфигурация позволяет проводить диспетчеризацию услуг, а также проводить контроль трафика (контроль пропускной способности).

Модель данной фирмы предоставляет не только оптические интерфейсы, но и электрические. Позволяет комплексировать потоки как синхронно-цифровой иерархии, так и плезиохронной (Е1, Т1, ЕЗ, ТЗ и Е4).

Среди достоинств данной марки можно отметить и широкие возможности кросс-коммутации каналов, которые включат в себя матрицу высокого порядка VC-4 (128х128) и матрицу низкого порядка VC-12 (2016х2016).

Другим достоинством данной марки - является реализация IP-протоколов. OptiXOSN 3500 позволяет реализовывать протокол Ethernet, проводить передачу информациивнутри пакетов данных Ethernet, с автоматической маршрутизацией при работе в кольцах. Реализованы алгоритмы фильтрации MAC адресов, поддержка технологии VLAN (реализация частных сетей).

Также OptiXOSN 3500 предоставляет готовые решения для операторов связи (RPR технологии). Их основная особенность - это необходимость резервирования данных для обеспечения высокой надежности доставки сообщений, имеющих управляющее воздействие (чтобы избежать ошибки неверного конфигурирования оборудования).

OptiXOSN 3500 обрабатывает сигнал STM-1 ATM на уровне ATM.

Поддерживает функцию конвергенции полосы пропуская для множества портов, статическое мультиплексирование, что улучшает эффективность использования полосы пропуская. Оборудование поддерживает доступ и обработку услуг CBR, VBR и UBR, и предлагает функцию PVC и функцию коммутации VP и VC. В тоже время оборудование может обеспечить совершенный контроль потока данных и функции мониторинга.

В табл. 1.5 и 1.6 представлены основные характеристики оборудования.



2. Расчёт параметров ВОЛП

2.1 Расчёт быстродействия ВОЛП

Использование оптического волокна в качестве среды передачи накладывает определенные ограничения, связанные с дисперсией оптического сигнала, проходящего через него. В частности быстродействие - это одна из тех характеристик, которую нельзя рассматривать отдельно от дисперсии. Быстродействие определяется количеством импульсов, передаваемых в единицу времени. Если дисперсия сигнала велика, то импульсы будут расширяется во времени и на определенной дистанции будут перекрывать друг друга, увеличивая тем самым процент ошибок.

Поэтому в ходе проектирования проверяется допустимая дисперсия для выбранного потока передачи (скорости), а если был установлен факт несовместимости скорости передачи с дисперсией, то необходимо предусмотреть возможные варианты решения этих проблем (например, сварка волокон с отрицательной и положительной дисперсией).

Технические нормы на допустимую длительность импульса за счет уширения сигнала, были определены экспериментальным путем (в течение длительного слежения за параметрами ВОЛС). В частности было установлено, что максимальная длительность импульса зависит не только от скорости передачи, но и используемой модуляции сигнала:

, нс (2.1)

где - коэффициент, определяемый видом модуляции (согласно рекомендации ITU-T для SDH используется стандартный код NRZ, = 0,7);

В' - скорость передачи системы (для STM-16 В' = 2488,32•10-6 с).

, нс (2.2)

Ожидаемое быстродействие системы передачи по формуле:

, нс (2.3)

где t_пер - быстродействие передающего оптического модуля (ПОМ), t_пер=0,05 нс;

t_пр - быстродействие приёмного оптического модуля (ПРОМ), t_пр=0,04 нс;

t_ов - уширение импульса на длине РУ.

t_ов= l_ру,

где - дисперсия, определенная по формуле (1.7), = 0,7 пс/(нмкм).

t_ов = 0,710^-12 25,5=0,017 нс, для l_ру= 25,5 км,

Тогда быстродействие ожидается, как

нс,

Как можно видеть из представленных выражений, быстродействие системы, полученное расчетным путем, меньше, что длительность импульса:

0,073 нс< 0,28 нс.

Исходя из этого, можно сделать следующие выводы:

- характеристики приемо-передающего тракта (оптического волокна, приемника и передатчика) соответствуют нормам;

- система передачи, построенная предлагаемым способом, обеспечит неискаженную передачу данных (отсутствуют нелинейные эффекты и наложение сигналов данных).

Запас на быстродействие системы:

нс,



2.2 Расчёт вероятности ошибок ПРОМ

Вероятность ошибок - это статистическая величина, которая напрямую связана с уровнем шумов в канале связи (OSNR - отношение сигнал/шум). Контролируется эта величина различными способами. На этапе проектирования - расчетным путем. На этапе монтажа, и перед запуском системы - с помощью интерферометра по глазковой диаграмме. На этапе запуска системы - с помощью прямых измерений при помощи генератора, формирующего заранее известную последовательность битов.

Нормы на вероятность ошибок имеют существенную разницу в зависимости от типа сети. Для внутризоновой норма составляет 10^-9, для магистральной - 10^-12. Так как планируемая сеть связывает между собой две подстанции, расположенные на очень близком (по меркам магистральных сетей) расстоянии, то норма берется как для внутризоновой сети связи: Р_ош.км=10^-9.

На регенерационном участке вероятность ошибок рассчитывается по формуле:

Р_ошl=Р_ош.кмl_ру, (2.4)

где Р_ош.км - погонная вероятность ошибок на 1 км;

l_ру - длина регенерационного участка, км.

Рост длины кабеля ведет к увеличению мощности шума (как правило, эти величины пропорциональны друг другу). С практической точки зрения это приводит к росту вероятности ошибок из-за увеличения мощности шума.

Норматив также учитывает эту зависимость:

Р_ош.=Р_ош.кмl,

Р_ош.=10^-9·25,5=2,55·10^-8,

Защищенность сигнала от помех при такой вероятности Р_ош. должна составлять 27,3 дБ.

Отношение сигнал/шум определяется по защищенности А_з:

(Р_ош)=10^0,05Аз. (2.5)

Получим:

(Р_ош)=10^0,0527,3=18,41.

2.3 Расчёт порога чувствительности ПРОМ

Если передатчик характеризуется выходной мощностью, то приемник характеризуется своей чувствительностью - т.е. какой минимальный уровень сигнала по мощности он способен зафиксировать.

При учете чувствительности, также следует принимать во внимание длину кабеля, с ростом которой меняется отношение сигнал/шум. И чувствительность приемника должна быть такой, чтобы вместе сигнала не воспринимать как действующее значение сигнал шума.

Научные исследования в области изучения фотодетекторов показали, что на каждый оптически импульс, который может фиксироваться фотодетектором, должно приходиться двадцать один фотон. Это будет гарантировать вероятность ошибок не менее 10^-9. Мощность, советующая 21 фотону, носит название минимальной детектируемой мощности (МДМ):

Энергетический потенциал ВОЛП рассчитывается как разность между чувствительностью приемника и выходным уровнем сигнала передатчика:

,

где - уровень передатчика (-2 дБ);

P_пр - чувствительность приемника (-28 дБ);

.

2.4 Расчёт затухания соединителей ОВ

Мощность оптического потока, приходящая на приемник (ПРОМ), оценивается по следующей совокупность параметров. Как было сказано в предыдущем пункте, это энергетический потенциал ВОЛП, а также потери мощности в кабеле связи, которые состоят из трех факторов: ослабление сигнала в кабеле из-за рассеяния мощности, потери на сварных и механических соединителях.

Передача данных на внутризоновой, зоновой и магистральной сети ведется, как правило, на длинах волн 1,31 мкм и 1,55 мкм. Обе эти волны соответствуют 2-ому и 3-ему окну прозрачности кварцевого волокна.

В рекомендациях ITU-T приведены нормы затуханий для этих длин волн, 036 дБ/км и 0,22 дБ/км соответственно.

Целесообразность использования той или иной волны диктуется соображениями здравого смысла. Чем больше линия передачи, тем выше даже быть длина регенерационного участка. И для этого случая используются лазеры на длине 1,55 мкм с затуханием 0,22 дБ/км. Если линия связи мала, и полностью может быть покрыта 1,31 или 1,55, то предпочтение стоит отдать первому. Так как на длине волны 1,31 мкм сигнал менее чувствителен к изгибам и микротрещинам волокна.

Длина рассматриваемого участка составляет 25,5 км, и полностью перекрывается любой из представленных длин волн, поэтому планируется использовать лазеры на длине 1,31 мкм.

Нормы затухания на сварном соединении не должны превышать 0,1 дБ. Для механических соединений (оптическое волокно-кросс, кросс-мультплексор) - 0,5 дБ.

Потери в разъемном соединителе нормируются и определяются суммой:



Радиальное смещение также приводит к потерям:

дБ,

где= 1,52 мкм - это значение, которое может достигать радиальное смещение при стыковке двух оптических волокон.

= 10 мкм - параметр, характеризующий луча диаметр.

дБ.

Еще одним из факторов, в значительной степени отвечающий за потери мощности - это ввод излучения в волокна. Ввод излучения проводиться от мульплексора в кросс, от которого излучение уже передается в кабель. Для исключения значительных потерь, необходимо тщательно проводить юстировку волокна. В этом случае потери будут сведены у минимуму. В проектных расчетах, этот параметр полагают равным 0,35 дБ.

Третей составляющей потерь мощности является потери осевого рассоглсования, который рассчитывается по формуле:



Четвертая составляющая (носящая в большей степени статистический характер) - это так называемые неучтенные потери:

= 0,01 дБ.

Суммарное значение всех составляющих приблизительно равна 0,5 дБ. Из этих соображений и формируется норма затухания на механическом (разъемном) соединителе:

Согласно нормативным документам, на сварных соединениях (так называемые неразъемные соединения), норма затухания составляет 0,1 дБ. В некоторых организациях, в частности самарский филиал Ростелеком, этот норматив еще меньше и составляет 0,05 дБ. Основная причина ужесточения требований на сварной стык - это практически полная автоматизация процесса сварки. Инженеру необходимо правильно подготовить волокна перед сваркой и уложить их в пазы автомата. Остальная часть по сведению волокон по обеим координатам (центрированию волокон), и сварки с помощью токов выполняется аппаратом сварки оптоволокон.

2.5 Расчёт распределения энергетического потенциала

В табл. 2.1 приведены исходные данные для расчёта распределения энергетического потенциала по длине ВОЛП.

Произведем расчет уровней по участкам.

Участок 1: ПС Городская - ПС Емельяново

Уровень передачи оптического сигнала:

р_пер= -2 дБм

Уровень сигнала после первого разъемного соединителя:

дБм,

дБм;

После второго:

дБм;

Уровень сигнала НС на позиции 25, 5 км и на следующих позициях:

р_н2 = р_н1 -l_c^. - А _н

дБм;

Уровень сигнала после третьего РС в ПС Емельяново:

дБм,

После четвертого:

дБм,

Уровень сигнала после четвертого РС является уровнем приема в ПС Емельяново:

р_пр = р_р4= -13,78дБм.

Затухание на участке оптической линии ПС Городская - ПС Емельяново составит:

_ру= р_пер - р_пр = -2 - (-13,78) = 11,78 дБм.

По результатам расчетов можно сделать вывод, что затухание на оптической линии не превышает значения энергетического потенциала системы

Э = 26 дБм.

Рассчитанные уровни приёма для РУ не должны быть больше максимально возможного уровня приёма p_{пер max}= 1 дБм, но они не должны быть ниже минимально возможного уровня приёма p_прmin= -28 дБм:

p_прminp_прp_прmax

В нашем случае, это условие выполняется.



3. Конфигурация оборудования

3.1 Емкость доступа

На этапе становления систем передач, отдельные узлы связи могли конструироваться в индивидуальном порядке. В настоящее время при современном этапе развития микроэлектроники, а также существующей системы стандартизации, которые хоть и носят рекомендательный характер (ITU-T), но де-факто все таки являются жестким стандартом, принципы индивидуальных систем передачи не могут использоваться производителями телекоммуникационного оборудования.

На смену это принципа пришли преемственность, модульность и иерархичность.

Преемственность - это очень важный принцип, заключающийся в использовании унифицированных плат ввода-вывода. Для эксплуатационных организаций - это означает, что для реконфигурирования сети, нет необходимости закупки специальных переходных устройств, так как платы ввода-вывода для STM-1/STM-4/STM-16 и т.д. являются одинаковыми.

Иерархичность в телекоммуникационной технике имеет несколько иной смысл, чем, скажем, в исторической литературе. Смысл иерархичности заключается в возможности конфигурирования стандартизированных плат. Они могут выполнять самые различные функции, но близки с точки зрения выполняемых функций. Например, одну и ту же плату можно использовать как регенератор, как мультиплексор, или как терминальный мультиплексор.

Модульность - еще одно из требований к современному телекоммуникационному оборудованию. Любая плата может выйти из строя, для запуска оборудования не требуются сложных операций по ее замене. Как правило, в случае неисправной работы - автоматически производиться диагностика, и на панели загорается соответствующий индикатор. Если оборудование позволяет, происходит переход на резервную плату. «Ремонт» оборудования заключается в смене одной платы, на аналогичную, как правило, действует «горячая замена», когда выключение аппаратуры связи не требуется.

Как было сказано выше, в качестве аппаратуры связи планируется использовать оборудование OptiX OSN 3500.

Эта аппаратура предоставляет следующие возможности: возможность организации сети с двумя доменами, реализует функции универсального коммутатора, другими словами реализована поддержка временного уплотнения или пакетной передачи данных.

Оборудование позволят поддерживать практически все современные топологии сетей, начиная от простейших «точка-точка», и заканчивая «дерево» и топологии «ячеек».

Рис. 3.1. Компоновка слотов в подстативеOptiX OSN 3500

Подставивы оборудования OptiX OSN 3500 размещаются в шкафу, удовлетворяющим требованиям ETSI. Слоты подставивов являются программируемыми (настраиваемыми), а сам подставив содержит унифицированные разъемы для установки как различных плат, так и вентиляторов и разъемы под кабели связи (см. рис. 3.1).

Пропускная способность оборудования зависит от реализованной в ней матрицы кросс-коммутации и пропускной способности интерфейсов, содержащихся в ней (см. рис. 3.1). В качестве основной системы используется временное уплотнение. Пакетная передача данных реализуются опционально по требованию заказчика (см. рис. 3.2).

Рис. 3.2. Схема работы системы OptiX 3500 в режиме TDM

Работа одновременно двух режимов реализуется посредством специальной платы, которая носит производсвенное название «Супер-платы» (см. рис. 3.3).

Рис. 3.3 - Схема работы системы OptiX 3500 с пакетной коммутацией

Интерфейсные платы рассчитаны на работу как плезиохронной, так и синхронной цифровой иерархии. Производители также предусмотрели микро-схемную реализацию и популярных на сегодняшний момент стандартов, которые используется в компьютерах: Ethernet, GigabitEthernet, 10 GigabitEthernet. Также представлено и плата асинхронной передачи ATM.

Для обозначения плат используется следующая маркировка: S - оптическая плата, «D», «Q», «O» и «H» - количество потоков (2, 4, 8, 16), цифры 16 - уровень SDH.

3.2 Варианты конфигурирования оборудования

Как и все современное телекоммуникационное оборудования, OptiX OSN 3500 может быть настроено под необходимую задачу. Он может выполнять роль оконечных мультиплексоров, мультиплексор выделения каналов в промежуточной пункте связи.

OptiX OSN 3500 может быть сконфигурировано следующим образом:

- терминальный мультиплексор (ТМ);

- мультиплексор ввода / вывода (ADM);

- регенератор (REG);

- комбинации вышеперечисленных вариантов.

Решения, реализуемые OptiX OSN 3500, охватывают следующие типы сетей: сети доступа, магистраные сети и промежуточные уровни конвергенции. ТакжеOptiX OSN имеет достаточное количество унифицированных способов связи с другими линейками OptiX. Например, для связи с линейкой OptiX WDM можно использовать порты SDH или GE, для OptiXMetro - Ethernet, SDH, PDH.

3.3 Стандартный канальный план

ПодстативOptiX OSN разделён на два яруса: нижний и верхний. Каждый из уровней отвечает за свою функцию: верхний предназначен для интерфейсных плат (19 шт.), нижний - для плат обработки (18 шт.).

Интерфейсные платы имеют более привычное для инженеров-связистов название - трибутарные платы. Эти интерфейсы отвечают за формирование сигналов, прием сигналов, а также преобразование сигналов из электрические в оптические импульсы. Максимальная комплектация для режима TDM, представлена на рис. 3.4

Рис. 3.4. Пропускная способность доступа слотов оборудования OptiX OSN 3500 в режиме TDM - 155 Гбит/с

На рис. 3.5-представлена комплектация для пакетного режима.

Рис. 3.5. Пропускная способность доступа слотов оборудования OptiX OSN 3500 в пакетном режиме - 100 Гбит/с



Для выполнения требований проекта, в оборудование устанавливается две платы кросс-коммутации и синхронизацииGXCSA, которые реализует принцип резервирования 1+1. Также устанавливаются трубутарные платы, реализующие временное уплотнение (TDM), рассчитанные на скорость передачи STM-16.



4. Электропитание оборудования

Надежность электропитания является важным показателем в современном мире. Большинство современных производств и поставщиков услуг не могут нормально работать без гарантированного электропитания.

Требования по надежности электропитания определяется категорией, которых в настоящее время выделяют три: первая, вторая и третья. Первая категория предъявляет наивысшие требования по надежности. К ней относятся узлы телефонии, почта, промышленные объекты, обслуживаемые и необслуживаемые пункты на магистральной сети. Фактически все телекоммуникационные узлы, за исключение оконечных пунктов в слабозаселенной местности относятся в первой категории.

Основной источник электропитания - это промышленная энергосеть. В современной аппаратуре, приблизительно 20-25% всех компонентов - это устройства электропитания. Обеспечение необходимых уровней токов и напряжений для нормальной работы аппаратуры, формирующих и управляющих сигналами наносекундных длительностей - основная причина столь высокого процента концентрации компонентов, отвечающих за электропитание.

В устройствах PDHи SDHиспользуется два блока питания, работающих в параллели на одну и ту же нагрузку (резервирование 1+1).

Ниже представлены основные требования к системам электропитания в телекоммуникационных устройствах:

- бесперебойность подачи напряжения к аппаратуре связи;

- стабильность основных параметров во времени;

- электромагнитную совместимость с питаемой аппаратурой;

- высокие экономические показатели;

- устойчивость к внешним механическим и климатическим воздействиям;

- минимальный объем работы при эксплуатационном обслуживании;

- удобство при эксплуатации.

Для выполнения этих требований производителям аппаратуры выработали следующие принципы, которые необходимо выполнять:

- в качестве основного источника электропитания используются местные энергосети (они являются также и наиболее дешевым источником питания);

- в состав оборудования в обязательном порядке входят устройства гарантированного постоянного и переменного напряжения, с характеристиками стабильности много выше, чем это могут обеспечить местные сети связи;

- в случае аварии проводиться автоматическое переключение на резервные источники питания, в момент переключения также обеспечивается стабильная работа устройств питания;

- резервирование и избыточность устройств питания.

Платы питания рассчитаны на постоянное напряжение -48 В. Резервирование проводиться по схеме 1+1.

Внешний вид блока PDU показана на рис. 4.1.



Схема контроля и управления питанием блока PIU показана на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Схема работы платы PIU



5. Организация строительства проектируемой ВОЛП

5.1 Организация и проведение подготовительных работ

Перед началом работ, необходимо:

а) с заказчиком заключить договор на оказания услуг по строительству;

б) изучить смету;

в) провести натурное изучение трассы ВОЛС;

г) определить состав персонала (от водителя до мастера);

д) определить необходимые приспособления, необходимые для монтажа и транспорте;

е) определить, где размещать на трассе подразделение;

ж) определить место складирования кабеля, арматуры; осуществить входной контроль барабанов с кабелями;

з) провести входной контроль кабелей связи, целостность световодов всех строительных длин;

и) составить ведомость для определения рациональной подвески кабеля и уменьшения расходов за счет оптимального расположения отдельных длин кабелей и муфт;

к) обеспечить ГСМ для транспорта.

Перед проведением работ проводиться осмотр опор на предмет определения их технического состояния и возможности подвески параллельно ЛЭП. Определяются места пересечения с другими опорами, магистралями, железнодорожными путями, водными преградами и т.д.

Перед проведением монтажа также необходимо определить места установки оборудования для тяжения кабеля, мест подъезда к оборудованию и возможности временного складирования на время монтажа.

Перед проведением работ, все дефектные строительные длины должны быть заменены на исправные, а дефекты опор устранены.

На основании всей доступной документации (описание трассы, натурной проверки, согласований с заказчиком, порядком монтажный работ и т.д.) должен быть составлен проект производства работ. Результирующий документ оформляется согласно требованиям СНиП 3.01.01-85* «Организация строительного производства».

Отдельно отметим, что при возможности подвески кабеля без отключения ЛЭП от напряжения, должен быть проведен соответствующий инструктаж, должны быть измерены сопротивления в районе опор и проведены работы по изоляции. Все проведенные измерения и мероприятия должны быть запротоколированы и оформлены в виде официальном виде.

В местах пересечения с объектами инфраструктуры и природных преград устанавливают специальные сооружения для прокладки кабеля вдоль них.

5.2 Раскатка и подвеска ОК

Раскатка и подвеска ОК проводиться методом тяжения. Первоначально через ролики протягивается трос-лидер, который в дальнейшем используется для тяжения ОК. На рис. 5.1 показано оборудования для тяжения кабеля.

Рис. 5.1. Подвеска ОК



Принцип механизма тяжения заключается в установке на концах начальной и конечной опор, между которыми будет подвешиваться строительная длина раскаточного устройства и тормозной машины с одной стороны и натяжной машины с другой стороны. С помощью лебедки с трос-лидером происходит вытягивание ОК, по роликам, установленных на опорах.

Все оборудование должно быть тщательно заизолировано и заземлено.

Ролики выбираются исходя из диаметра ОК, для предотвращения пробивки на корпус - прорезинены, для плавного тяжения кабеля - смазаны. Углы, под которыми ведется тяжение, определяются исходя из марки кабеля и рекомендаций фирмы-производителя.

В ходе обхождения препятствий трос фиксируется, чтобы исключить возможности провисания троса до земли.

Для избежание кручения трос-лидера устанавливается компенсатор кручения (вертлюг).

Все участники монтажа должны быть обеспечены средствами связи (рациями) и визуального контроля (биноклями) для контроля ведения строительных работ, а также на случай экстренной остановки работ.

Для предотвращения разрывов кабеля в местах сварки, при прохождении ролика мест сращивания скорость тяжения должна быть минимальной.

Для предотвращения провиса кабеля при тяжении, тормозная машина постоянно создает усилие, препятствующее провисанию ОК.

После проведения раскатки, кабель закрепляется таким образом, чтобы его концы свисали вниз вдоль опоры, но не касаясь земли. Расстояние до земли должно быть таким, чтобы комфортно проводить сварку оптических волокон.

По завершению раскатки ОК, настраивается стрела провеса согласно проектному значению, которое не должно превышать 5% от абсолютного значения; ролик снимается вместе с креплением для повторного использования.

В случае невозможности окончания работ по раскатке в течение рабочего дня, кабель фиксируется для ограничения его перемещения на роликах.

Для окончательной фиксации ОК на опорах ЛЭП используется перекладка с роликов на арматуру, устанавливаются виброгасители для исключения перехлёстывания ОК с фазовым проводом.

В ходе проведения монтажных работ проводиться контроль усилий тяжения и минимальный радиус изгиба, который разрешен на данную марку кабеля.

Процесс раскатки и подвеса ОК должен быть максимально механизирован, а сами работы должны проводиться под руководством опытного руководителя.

5.3 Выполнение спусков ОК с опор

Для проведения сварки оптических волокон без необходимости подъема на высоту подвеса ОК, выполняют операцию спусков ОК с опор.

Кабели, используемые для подвески на опоры, используется для выполнения спусков.

Длина кабеля должна быть достаточной для проведения сварочных работ на земле, а также должна быть возможность повторного монтажа муфт при эксплуатации.

Кабель спуска крепится к телу опоры при помощи зажимов для исключения его свободного движения (раскачки). Зажимы с одной стороны должны жестко фиксировать положение кабеля, с другой стороны не допускать механического повреждения.

Ориентировочное расстояние между зажимами составляет два метра при отсутствии требований поставщика кабеля.

Свободная длина (излишек) кабеля, оставшаяся после монтажа муфты, скручиваются в кольца и надежно крепятся к телу опоры.

Радиус сгиба должен быть больше в 20 раз диаметра кабеля.

Для предотвращения несанкционированного доступа к оптическим муфтам их крепят на высоте, исключающий свободный доступ к ним. Исключение составляют муфты на территории энергообъектов.

Облуживание и установка муфт на территории энегообъектов, а также при установке муфт, предназначенных для кабелей, расположенных под землей, проводиться в соответствии с рекомендациями.

5.4 Монтаж соединительных муфт

Монтаж муфт должен производиться в строгом соответствии с инструкцией по монтажу конкретного типа муфты, разработанной и предоставленной изготовителем (поставщиком) муфт.

...