86298

Разработка зоновой волоконно-оптической линии связи Томск – Северск

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Объектом исследования является зоновая волоконно-оптическая линия связи. Целью работы является разработка зоновой волоконно-оптической линии связи Томск-Северск. Пояснительная записка к курсовой работе выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2000.

Русский

2015-04-05

1.04 MB

5 чел.

РЕФЕРАТ

Курсовой проект 33 с., 9 рисунков, 7 таблиц, 3 приложения.

ТОМСК, СЕВЕРСК, ЗОНОВАЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ СВЯЗИ, ОПТИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ, ОДНОМОДОВОЕ ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО, СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ, КАНАЛ, КОД ПЕРЕДАЧИ, ЗАТУХАНИЕ, ДИСПЕРСИЯ, ПЕРЕДАЮЩИЙ ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ, ПРИЕМНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ, НАДЕЖНОСТЬ, МУФТА.

Объектом исследования является зоновая волоконно-оптическая линия связи.

Целью работы является разработка зоновой волоконно-оптической линии связи Томск-Северск.

Пояснительная записка к курсовой работе выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2000.


СОДЕРЖАНИЕ

  1.  Введение
  2.  Выбор и обоснование проектных решений
  3.  Характеристика обслуживаемых пунктов
  4.  Обоснование и расчет числа каналов
  5.  Выбор кода передачи
  6.  Выбор системы передачи
  7.  Расчет параметров оптического волокна
    1.  Расчет затухания
    2.  Расчет дисперсии
  8.  Выбор способа прокладки и типа оптического кабеля
  9.  Оптические модули
    1.  Передающий оптический модуль
    2.  Расчет энергетического потенциала
    3.  Приемный оптический модуль
  10.  Надежность оптической линии передачи
    1.  Расчет параметров надежности
  11.  Расчет экономических затрат
  12.  Заключение

Список используемых источников

Приложение А. Карта

Приложение Б. Спецификация оптического кабеля

Приложение В. Муфты

РТФ КП 158 - 001 ПЗ

Изм.

Лист.

N0 докум.

Подп.

Дата

 Разраб.

Юлукова Д.А.

Зоновая волоконно-оптическая линия связи Томск-Северск

Пояснительная записка

Лит.

Лист

Листов

Провер.

Ефанов В.И.

Э

ТУСУР

РТФ гр.158

1 Введение

История развития волоконно-оптических линий связи началась в 1965-1967 г.г., когда появились опытные волноводные линии связи для передачи широкополосной информации, а также криогенные сверхпроводящие кабельные линии с малым затуханием. С 1970 года активно развернулись работы по созданию световодов и оптических кабелей, использующих видимое и инфракрасное излучения оптического диапазона волн. Создание волоконного световода и получение непрерывной генерации полупроводникового лазера сыграли решающую роль в быстром развитии волоконно-оптической связи. К началу 80-х годов были разработаны и испытаны волоконно-оптические системы связи.

Волоконная оптика сегодня получила широкое развитие и применяется в различных областях науки и производства (связь, радиоэлектроника, энергетика, термоядерный синтез, медицина, космос, машиностроение, летающие объекты, вычислительные комплексы и т. д.). Темпы роста волоконной оптики и оптоэлектроники на мировом рынке опережают все другие отрасли техники и составляют 40% в год. В ряде стран (Англия, Япония, Франция, Италия и др.) уже сейчас при строительстве сооружений связи используют в основном оптические кабели. О масштабах развития волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) свидетельствуют объемы производства оптических волокон в США. За последнее время ими изготовлено около 10 млн. км волокна. Такое количество позволило бы сделать 250 витков вокруг всего земного шара.

Волоконная оптика развивается по 6 направлениям:

  1.  многоканальные системы передачи информации;
  2.  кабельное телевидение;
  3.  локальные вычислительные сети;
  4.  датчики и системы сбора обработки и передачи информации;
  5.  связь и телемеханика на высоковольтных линиях;

6.  оборудование и монтаж мобильных объектов

В России активно ведется строительство ВОЛС различного назначения: городских, зоновых, магистральных. В 86 городах (Москва, Нижний Новгород, Петербург, Новосибирск, Тбилиси, Киев, Баку, Ташкент, Минск, Кишинев и др.) действуют оптические соединительные линии между АТС с цифровыми системами передачи ИКМ-120. Построен ряд зоновых линий внутриобластного назначения, например, Петербург — Сосновый бор, Уфа — Стерлитамак, Тула — Щекино, Воронеж — Павловск, Рязань — Мосолово, Майкоп — Краснодар, Клин — Солнечногорск, Ростов — Азов, Курская обл., Минск — Смолевичи, Рига — Юрмала и др. Построена одномодовая магистраль Петербург — Минск протяженностью 1000 км на большое число каналов.

Многоканальные ВОСП начинают широко использоваться на магистральных и зоновых сетях связи страны, а также для устройства соединительных линий между городскими АТС. Объясняется это большой информационной способностью ОК и их высокой помехозащищенностью. Особенно эффективны и экономичны подводные оптические магистрали.

На основе ОК создаются локальные вычислительные сети различной топологии (кольцевые, звездные и др.). Такие сети позволяют объединять вычислительные центры в единую информационную систему с большой пропускной способностью, повышенным качеством и защищенностью от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические датчики способны работать в агрессивных средах, надежны, малогабаритны и не подвержены электромагнитным воздействиям. Они позволяют оценивать на расстоянии различные физические величины (температуру, давление, ток и др.). Датчики используются в нефтегазовой промышленности, системах охранной и пожарной сигнализации, автомобильной технике и др.[1]

Целью данной работы является проектирование волоконно-оптической линии связи между городами Томск-Северск.

2 Выбор и обоснование проектных решений

В современных условиях рыночной экономики появилась необходимость коренных изменений в структуре и практике эксплуатации сетей связи. Использование существующей асинхронной системы группообразования цифровых потоков для получения высокоскоростных сигналов приводит к громоздким и малонадежным техническим решениям. Затруднён доступ к составляющим (компонентным) цифровым потокам для ответвления и транзита (для чего нужно многоступенное расформирование группового сигнала). При нарушениях синхронизации группового сигнала сравнительно большое время тратится на многоступенное восстановление синхронизации компонентных потоков. Современные цифровые первичные сети (ЦПС) должны иметь гибкую, легко управляемую структуру. Они должны обеспечивать передачу и переключение потоков информации разной мощности, ввод и выделение этих потоков в произвольных пунктах, глубокий контроль качества и тарификацию в соответствии с действительным временем пользования связью и её качеством. Эти сети должны быть базой для служб, использующих как синхронный (Synchronous Transfer Mode, STM), так и ассинхронный (Asynchronous Transfer Mode, ADM) способы переноса информации.

Перечисленные выше требования практически не выполнимы в рамках плезиохронной цифровой иерархии (PDH), но их можно выполнить при синхронной системе группообразования. В 1998 г. МККТТ принял SDH, разработанную с учётом мирового опыта создания цифровых сетей. Идейной основой для SDH послужила синхронная оптическая сеть SONET США. В рамках SDH разработана не только новая иерархия скоростей передачи и система преобразований цифровых трактов, но и перспективная концепция построения и развития сетей связи, поддерживаемая системой международных стандартов.

Многие страны уже широко применяют SDH и планируют ограничить внедрение систем PDH, а некоторые предполагают развивать свои сети только на базе SDH.

3 Характеристика обслуживаемых пунктов

Необходимо обосновать организацию связи между выбранными пунктами. Связь между выбранными пунктами зависит, в первую очередь, от численности населения. Кроме того, степень заинтересованности во взаимосвязи зависит от экономических, культурных и социально-бытовых отношений между населёнными пунктами.

Приведём краткую характеристику выбранных пунктов:

Томск. Административный центр Томской области. Крупный промышленный центр. В настоящее время в Томске проживает 481,1 тыс. человек. 

Северск. Градообразующая структура - Сибирский Химический Комбинат. Проживает около 120 тыс. человек.

4 Обоснование и расчёт числа каналов

Число каналов, связывающих выбранные населённые пункты, в основном зависит от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи.

Численность населения в любом населённом пункте может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения. Обычно перепись населения осуществляется один раз в пять лет, поэтому при перспективности проектировании следует учесть прирост населения. Количество населения в заданном пункте и его подчинённых окрестностях с учётом среднего прироста определяется по формуле (1.1):

 Ht = Ho [1 + ], чел, (4.1)

где Ho – число жителей во время проведения переписи населения, чел;

 P – средний годовой прирост населения в данной местности, % (принимается (23)%);

tпериод, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения, год.

Год перспективного проектирования принимается на 510 лет вперёд по сравнению с текущим временем. Если в проекте принять 5 лет вперёд, то

 t = 5 + (tn - to), (4.2)

где tn – год составления проекта;

 to – год, к которому относятся данные Ho.

Используя формулы (1.1) и (1.2) рассчитаем численность населения в Томске и Северске.

Томск:

t = 5 + (2002 – 2000) = 7

Ht = 481100 [1 + ]7 = 552,632 (тыс. чел).

Северск:

t = 5 + (2002 – 2000) = 7

Ht = 120000 [1 + ]7 = 137,842 (тыс. чел).

Взаимосвязь между выбранными оконечными и промежуточными пунктами определяется на основе статистических данных, полученных предприятиями связи за предшествующие проектированию годы. Практически эти взаимосвязи выражают через коэффициент тяготения f1, который, как показывают исследования, колеблется в широких пределах, от 0.1% до 12%. В проекте f1 = 5%, то есть f1 = 0,05.

Учитывая это, а также то обстоятельство, что телефонные каналы в междугородной связи имеют превалирующее значение, предварительно необходимо определить количество телефонных каналов между выбранными пунктами. Для расчёта количества телефонных каналов можно воспользоваться приближенной формулой (1.3.).

nтлф = k f1  y  +  (4.3)

где k и - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям, обычно потери задаются равными 5%, тогда k = 1,3;  = 5,6;

 y – удельная нагрузка, то есть средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, y = 0,05 Эрл;

mа и mб – количество абонентов, обслуживаемых оконечными АМТС соответственно в пунктах А и Б.

В перспективе количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяются в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащённости населения телефонными аппаратами равным 0.4 (для Томска), количество абонентов в зоне АМТС

     M = 0,4  Ht (4.4)

Таким образом, можно рассчитать число каналов для телефонной связи между пунктами. По кабельной линии передачи организовывают каналы и другие виды связи, а также учитывают и транзитные каналы. Общее число каналов между двумя АМТС будет равно:

n = nтлф + nтг + nв + nпд + nг + nтр + nтв,

где nтг – число каналов тональной частоты (ТЧ) для телеграфной связи,

nв – то же, для передачи сигналов вещания,

nпд – то же, для передачи данных,

nг – то же, для передачи газет,

nтр – число транзитных каналов,

nтв – число каналов ТЧ, исключаемых из передачи телефонной информации для организации одного канала телевидения.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, то есть каналов ТЧ, целесообразно общее число каналов между пунктами выразить через телефонные каналы. В проекте можно принять

nтг + nв + nпд + nг + nтр  nтлф

Тогда общее число каналов рассчитывают по упрощённой формуле:

n = 2 nтлф + 2 nтв = 2 nтлф + 3200.

По формуле (1.4) рассчитаем количество абонентов в зоне АМТС:

Томск:

М=0,4 552,632=221,05 (тыс. чел).

Северск:

М=0,4 137,842=55,13 (тыс. чел).

Количество телефонных каналов на участке данной трассы рассчитаем по приближенной формуле (1.3.).

nтлф= 1,3 0,05 0,05  + 5,6 = 149

Общее число каналов, необходимых для организации связи:

n = 3498 (каналов).

5 Выбор кода передачи

Известно, что в ВОЛС используются однополярные линейные коды. Для проектирования линии связи выберем код NRZ (без возврата к нулю), так как он имеет некоторые преимущества:

  •  меньшие энергетические потери при передаче (для NRZ 3дБ);
  •  простота технической реализации.

6 Выбор системы передачи

Требуемая пропускная способность канала связи равна:

3498 . 64кбит/с=223,872 Мбит/с

В выбранной системе передачи информации (система SDH) наиболее близкими параметрами обладает аппаратура STM-4. Значения скоростей передачи для STM существующих в настоящее время уровней приведены ниже:

Система

Скорость передачи, Мбит/с

STM 1

155

STM 4

622

STM 16

2488

STM 64

9952

7 Расчёт параметров оптического волокна

Одномодовое оптическое волокно (ООВ) является направляющей системой для распространения электромагнитных волн. Для их распространения по световоду используется известное явление полного внутреннего отражения на границе двух диэлектрических сред n1 и n2, где n1 – среда распространения волны НЕ11, ограниченная средой n2, при этом n1 < n2.

Средой распространения и ограничения является кварцевое стекло с различной концентрацией легирующих добавок для получения различных показателей преломления (ПП) n1 и n2.

В исходных данных приведены значения n2 = 1,45 и относительное значение ПП =0,001.

Определим показатель преломления сердцевины:

= ,

n1=,

n1 =  = 1,451

По оптоволокну эффективно передаются только лучи, заключённые внутри телесного угла , величина которого обусловлена углом полного внутреннего отражения. Этот телесный угол характеризуется числовой апертурой:

NA =

NA =  = 0,065

Для ООВ диаметр сердечника выбирается таким, чтобы обеспечить условия распространения только одной моды НЕ11. В этом случае, из условия одномодовости, нормированная частота:

V = ,

где d – диаметр сердцевины ОВ. В нашем случае диаметр сердцевины равен 10 мкм;

– длина волны оптического излучения. Она равна 1,55мкм

V =  = 1,3

Необходимо обратить внимание на то, что одномодовый режим возможен при V<2,048. В данном случае это условие выполняется.

В ООВ распространяется только один тип колебаний.

7.1 Расчет затухания

Расчет потерь в различных окнах прозрачности:

Исходными данными являются:

окна прозрачности:

1=0,85 мкм,

2=1,31 мкм,

3=1,55 мкм,

тангенс угла потерь:

tg()=10-11,

постоянная Больцмана:

K=1,3810-23Дж/к,

сжимаемость:

k=8,110-11,

абсолютная температура плавления стекла:

T=1500 К.

Изменение потерь , если передача будет осуществляться в разных  окнах прозрачности, рассчитывается по следующей формуле

,

1=1,742 дБ/км,

2=0,529 дБ/км,

3=0,371 дБ/км.

Собственные потери ОВ состоят из потерь поглощения п и потерь рассеяния р.

.

Потери на рассеяние:

,

Потери на поглощение:

,

Таблица 7.1.1 Потери в ООВ.

Вид потерь

Окно прозрачности

0,85 мкм

1,31 мкм

1,55 мкм

Потери на рассеяние R, дБ/км

1,276

0,226

0,115

Потери на поглощение П, дБ/км

0.255

0.045

0.023

Суммарные потери , дБ/км

1,531

0,271

0,138

Расчет затуханий, обусловленных микроизгибами:

,

N=1,

,

=1,641 10-5 1/м.

Расчет затуханий, обусловленных макроизгибами:

Рисунок 7.1.1 Зависимость затухания от величины макроизгиба.

Затухание в местах соединений ОВ:

Рисунок 7.1.2 Радиальное смещение ОВ

Рисунок 7.1.3 Угловое рассогласование ОВ

Рисунок 7.1.5 Осевое рассогласование ОВ

Потери при радиальном смещении:

,

где d - диаметр сердцевины,

L - радиальное смещение.

Ниже приведена зависимость затухания при радиальном смещении:

Рисунок 7.1.6 Зависимость затухания при радиальном смещении.

Потери при угловом смещении:

,

где   - угловое смещение.

Ниже приведена зависимость затухания при угловом смещении:

Рисунок 7.1.7 Зависимость затухания при угловом смещении.

Потери при осевом смещении:

,

где s – осевое смещение.

Ниже приведена зависимость затухания при осевом смещении:

Рисунок 7.1.8 Зависимость затухание при осевом смещении.

7.2 Расчет дисперсии

Дисперсия приводит к увеличению длительности импульса (уширение импульса) при прохождении его по оптическому кабелю, появление межсимвольных помех, и в конечном счёте – к ограничению пропускной способности кабеля.

Волноводная дисперсия в ООВ вычисляется по формуле:

.

При расчёте меняется только . В результате имеем:

  •  СИД: волн=5,544 . 10-7,
  •  ЛД: волн=2.218 . 10-5,
  •  отношение: 40 раз.

Дисперсионная формула Селмейера.

Ai и i:

  •  А1=0,6929642, 1=0,06048430 мкм,
  •  А2=0,4047468, 2=0,12396090 мкм,
  •  А3=0,9154064, 3=9,8961520 мкм.

Рассчитанные значения удельной волноводной и удельной материальной дисперсии для диапазона длин волн от 0.6 до 1.8 мкм представлены ниже:

Таблица 7.2.1 Значения удельной волноводной и удельной материальной дисперсий.

, мкм

0.6

0.8

0.84

1

1.2

1.33

1.4

1.55

1.6

1.8

М()

297,3

107,1

88,52

39,7

7,43

-5,9

-11,9

-20,0

-25,9

-37,6

В()

16,12

12,09

11,51

9,67

8,064

7,275

6,91

6,408

6,048

5,376

 

Рисунок 7.2.1 Зависимость волноводной и материальной дисперсий.

Суммарная дисперсия на длине волны 1,55 нм составляет –13,6 пс/нмкм. Следовательно, полоса пропускания волокна, определяемая по формуле

F=0,88/Lтрассы

и составляет 7,971 ГГц (длина трассы составляет 8 км). Хотя требуемая полоса пропускания намного меньше, использование одномодового ОВ вместо многомодового оправдано тем, что в настоящее время одномодовое волокно дешевле.

8 Выбор способа прокладки и типа оптического кабеля

Способ прокладки оптического кабеля выбирается исходя из следующих основных параметров:

  •  характер местности;
  •  наличие уже существующих коммуникаций (дороги, ЖД, ЛЭП и др.);
  •  экономическая выгодность того или иного способа.

После анализа карты местности между Томском и Северском и с учётом специфических особенностей Северска как такового был выбран способ прокладки в грунт вдоль автомобильной дороги Томск-Северск. Карта с обозначенной трассой приведена в Приложении А.

Исходя из имеющейся в наличии информации об оптических кабелях и волокнах, используемых в них, и данных расчёта ОВ, выбирается кабель ОКБ-М8П-10-0,22-4. Кабель сертифицирован Государственной Противопожарной Службой МВД РФ за №001406, имеет сертификат соответствия Госкомсвязи РФ № ОС/1-КБ-93 и удовлетворяет ТУ 16.К12-16-97. Характеристики кабеля приведены в Приложении Б.

9 Оптические модули

9.1 Передающий оптический модуль

Оптический передающий модуль состоит из оптической головки и электронной схемы, основным назначением которой является модуляция излучаемого света. В оптической головке со светоизлучающим диодом размещают диод и модулятор, а в оптической головке с лазерным диодом должны находиться лазер, модулятор, фотодиод и небольшая электронная схема, с помощью которой стабилизируется режим работы ЛД. Необходимые для стабилизации данные поступают на вход схемы от фотодиода, регистрирующего интенсивность излучения лазера. Важными характеристиками модуля являются: диапазон рабочих температур; мощность излучения; пиковое значение длины волны излучения; ширина спектральной полосы (на половине высоты пика); время нарастания импульса: срок службы; напряжение в цепи питания; пространственное распределение мощности излучения на выходе.

Произведя анализ имеющихся данных, выбираем передающий оптический модуль типа ПОМ-15Б, характеристики которого представлены в таблице 9.1.1.

Таблица 9.1.1 Характеристики передающего оптического модуля ПОМ-15Б

Тип

ПОМ-15Б

Разработчик

НИИ Полюс

Длина волны, нм

1500-1580

Выходная мощность, мВт

0,50,1

Ток накачки, мА

70-120

Ширина спектральной линии, нм

0,01

Скорость передачи, Мбит/с

2400

Диапазон рабочих температур, оС

-40+55

9.2 Расчёт энергетического потенциала

Уровень оптической мощности сигнала, падающего на вход ПРОМ, зависит от энергетического потенциала ВОСП, потерь мощности в ОВ, потерь мощности в разъёмных соединителях, потерь в неразъёмных соединителях.

Суммарные потери в канале определяются следующим соотношением:

А = 2Аоср + q Аосн + 1 l + Аt + Авкода, дБ, (9.2.1)

где Аоср – затухание, вносимое разъёмным оптическим соединителем, равное 0,5…1,5 дБ;

q – число неразъёмных оптических соединителей (в нашем случае это число равно пяти: три на сварку ремонтных участков и два на непредвиденные обстоятельства);

Аосн – затухание, вносимое неразъёмным оптическим соединителем, дБ (принято равным 0,2 дБ);

1 – коэффициент затухания ОВ, дБ/км;

l – длина канала, км (для этой трассы 8 км);

Аt – допуски на температурные изменения параметров ЦВОСП, в том числе и ОК, для типовых ВОСП равные 0,5…1,5 дБ;

Ав – допуски на ухудшение параметров элементов ЦВОСП со временем (старение, деградация и т.п.), Ав=2…6 дБ (зависит от типов источника и приёмника оптического излучения и их комбинаций).

Акода – потери энергии при передаче информации по линии (для выбранного кода NRZ составляет 3 дБ)

Произведем расчет по формуле 9.2.1:

А=21,5+0,2 .5+0,22 .8+1,5+6+3=16,26 дБ.

Уровень мощности определяется в дБм:

Рпер=10lgпер0),

где P0=1мВт.

Рпер=10lg(0,3мВт/1мВт)= -5,22 дБм.

Минимально допустимый энергетический потенциал элементарного канала рассчитывается по формуле:

Эмин = Рпер –А,

Эмин = -5,22-16,26=21,48 дБм.

9.3 Приемный оптический модуль

В световодной системе связи фотодетектор преобразует энергию световых пучков в электромагнитную энергию. К фотодетектору предъявляются следующие требования: высокая чувствительность в рабочем диапазоне длин волн, малая инерционность, низкий уровень шума, малые габаритные размеры. Для характеристики фотодетектора указывают значения следующих его параметров: площадь активной поверхности (мм2); область спектральной чувствительности (мкм); длину волны, соответствующую наибольшей спектральной чувствительности (мкм); время нарастания отклика (нс); рабочее напряжение (В); пробивное напряжение (В); темновой ток (нА); ёмкость (пФ); рабочую температуру (оС); чувствительность (величину отклика), А/Вт.

Исходя из полученных данных, выбираем приемный оптический модуль ПРОМ 363, характеристики которого приведены в таблице 9.3.1.

Таблица 9.3.1 Характеристики приемного оптического модуля ПРОМ-363

Тип

ПРОМ-363

Разработчик

Телаз

Скорость приема, Мбод

678

Шумовая полоса, МГЦ

420

Чувствительность

минимальная, дБм

-35

типовая, дБм

-36,5

Динамический диапазон, дБ

24

Коэффициент передачи, В/мВт

0,7

Энергетический потенциал, обеспечиваемый выбранной парой ПОМ-ПРОМ, равен

Э= -5 дБм –35 дБм = 30 дБм,

т.е. больше минимально необходимого.

10 Надежность оптической линии передачи

Требуемая быстрота и точность передачи информации средствами электросвязи обеспечиваются высоким качеством работы всех звеньев сети электросвязи: предприятий, линий связи, технических средств. Обобщающим показателем качества работы средств связи является надёжность.

Надёжностью называется свойство объектов выполнять свои функции с требуемыми показателями качества, определяемыми системой нормативно-технической документации, в заданных условиях работы и в заданное время. Надёжность отражает влияние главным образом внутрисистемных факторов – случайных отказов техники, вызываемых физико-химическими процессами старения аппаратуры, дефектами её изготовления или ошибками обслуживающего персонала.

В данном разделе будут рассмотрены 2 основных показателя надёжности: интенсивность отказов ΛOK и вероятность безотказной работы для заданного интервала времени P(t).

10.1 Расчет параметров надежности

Интенсивность отказов ОК за 1 ч на длине трассы L:

ΛOK=ML/8760100,

где М – среднее число (плотность) отказов ОК из-за внешних повреждений на 100 км кабеля. (М = 0,34);

 L – длина трассы (L=8 км).

ΛOK=0,348/8760100=3,110-61/ч.

Коэффициент простоя (неготовности) определяется по следующей формуле:

Кп = ΛV (1 + ΛV) = V/(To+V),

где: То — среднее время между отказами (или среднее время наработки на отказ), ч;

V — время восстановления (V=4,8ч).

То = 1/ ΛOK,

То = 1/ 3,110-6=0,322106,

Кп = V/(To+V)=4,8/(0,322106+4,8)=14,910-6,

а коэффициент готовности:

Kг=1—Kn=To/(To+V),

Kг=1-14,910-6=0,999985.

Р(t)

Рисунок 10.1.1 Зависимость вероятности безотказной работы от времени

Изготовляемые в настоящее время ОК имеют 2 разновидности: ОКм — кабель с металлическими элементами (оболочки, жилы дистанционного питания, силовые проводники) и ОКд — кабели полностью диэлектрические, без металла. Первые, как и электрические кабели, подвержены всем видам влияний (гроза, коррозия, ЛЭП и т. д.), поэтому повреждения у них аналогичные. Вторые – свободны от этих влияний, но их конструкции, не имеющие металлических оболочек, менее стойки к внешним механическим воздействиям (повреждения, стихийные бедствия, просадка грунта, мерзлотные явления, грызуны и т. д.). Установлено, что плотность механических повреждений ОКд, примерно, в 1,3 раза больше, чем ОКм.

С учетом этих особенностей в таблице 10.1.1 приведены данные плотности повреждений (m) и времени восстановления (Tв) электрических, оптических с металлом (ОКм) и оптических, полностью диэлектрических (ОКд) кабелей. Для ОКд рассмотрены 2 варианта: ОКд1 — учтено увеличение механических повреждений в 1,3 раза; ОКд2 — без учета этого коэффициента. Такой кабель должен иметь надежную механическую защиту из неметаллических оболочек (стеклопластик, полиэтиленовая труба).

Данные в таблице показывают, что наибольший удельный вес составляют механические повреждения (48,8%), велико также влияние стихийных бедствий (22%). Удельный вес агрессии молнии составляет 17,4%. Для устранения повреждений наибольшего времени требуют стихийные воздействия (мерзлотные трещины, удары молнии, паводки и др.).

Из таблицы видно, что общее время восстановления повреждений для электрических и оптических кабелей с металлом составляет 511 ч, а у диэлектрических кабелей ОК1 — 452 ч (с учетом увеличения механических повреждений в 1,3 раза) и ОКд2 — 359 ч (без учета). Тогда, имея ввиду, что для электрических кабелей гарантированный срок службы составляет 25 лет, получим ОКд1=28,2 года, ОКд2=36,5 лет. Для повышения надежности и срока службы ОК рекомендуется: защищать кабель от воды и механических повреждений, прокладывать его в полимерных трубах и ставить их под газовое давление, использовать традиционные методы повышения надежности, состоящие в увеличении глубины прокладки кабеля и применении грозозащитных тросов (для ОКм).

Таблица 10.1.1

 

m , %

 

mTв, ч

 Причина повреждения

ЭК,ОКм

Окд1

Окд2

 Тв ч

ЭК,ОКм

Окд1

Окд2

Земляные работы сторонних организаций вблизи места прокладки кабеля

48, 84

63, 49

48,84

3, 42

167, 03

217,14

167,03

Удары молний

17,4

7,9

137,8

Мерзлотные грунтовые явления

8,2

10,66

8,2

6,7

54,9

71,4

54,9

Оползни, обвалы, просадка, грунта

13,94

17,42

13.94

6,97

89,8

116,7

89,8

Дефекты изготовления кабеля

0,53

0,53

0,53

5,1

2,7

2,7

2,7

Дефекты строительства

2,94

2,94

2,94

6,3

18.5

18,5

18,5

Дефекты эксплуатации

3,80

3,8

3,8

3,1

11,78

11,78

11.48

Влияние ЛЭП

0,65

7.53

4,9

Коррозия

0,77

2,83

2,18

Старение кабеля

0.24

0,24

0,24

3,31

0,79

0,79

0,79

Другие причины

2,65

2,65

2,65

5,1

13,5

13,5

13,5

Всего

100,0 %

511,24

452,7

359

11 Расчёт экономических затрат

Наименование работ и материалов

Единица измерения

Количество на всю линию

Стоимость материалов и работ, $

На единицу измерения

На всю

линию

Кабель

м

8000

1,6

12800

ПОМ

шт

2

500

1000

ПРОМ

шт

2

250

500

Сварка ОВ

ед.

20

10

200

Муфта

шт

5

50

250

Итого

14700

12 Заключение

В данном курсовом проекте разработана высокоскоростная волоконно-оптическая линия зоновой связи Томск-Северск со следующими характеристиками:

  •  число каналов – 6698;
  •  пропускная способность – 428,672 Мбит/с;
  •  система передачи – STM-4;
  •  код передачи – NRZ;
  •  надежность: а) интенсивность отказов 3,110-61/ч;

б) коэффициент простоя 14,910-6;

в) коэффициент готовности 0,999985.

Произведен расчет параметров оптического волокна: числовой апертуры, нормированной частоты, затухания, дисперсии.

Исходя из полученных характеристик, выбраны:

  •  оптический кабель типа ОКБ-М8П-10-0,22-4 (кабель сертифицирован Государственной Противопожарной Службой МВД РФ за №001406, имеет сертификат соответствия Госкомсвязи РФ № ОС/1-КБ-93 и удовлетворяет ТУ 16.К12-16-97);
  •  передающий оптический модуль типа ПОМ-15Б;
  •  приемный оптический модуль типа ПРОМ 363.

Разработанная ВОЛП отвечает требованиям технического задания.

Список используемых источников

  1.  http://kunegin.narod.ru.
  2.  http://www.adp.ru.

3. www.fot.ru.

4 www.transtk.ru.

5 www.tt.ru.

6 www.rascom.ru.

7 http://astu.secna.ru.

8 www.vimcom.ru.

9 www.standart.kabel.ru.

10 Оптические системы передачи / Б.В. Скворцов, В.И. Иванов, В.В. Крухмалёв; Под ред. В.И. Иванова. – М.: Радио и Связь, 1994. – 224 с.

11 Строительство и техническая эксплуатация волоконно-оптических линий связи / В.А. Андреев, В.А. Бурдин, Б.В. Попов, А.И. Польников; Под ред. Б.В. Попова. – М.: Радио и Связь, 1995. – 198 с.

Приложение А

Приложение Б

Спецификация оптического кабеля

ОКБ-М8П-10-0,22-4

Кабель оптический магистральный бронированный проволокой

Предназначен для прокладки в грунтах всех категорий (в том числе зараженных грызунами), в кабельной канализации, в трубах, в блоках, в коллекторах, на мостах и в кабельных шахтах.

ТУ 16.К12-16-97

Сертификат соответствия Госкомсвязи РФ № ОС/1-КБ-93

Кабель ОКНБ-М сертифицирован Государственной Противопожарной Службой МВД РФ за №001406

 ОК

Б

-

М8

П

-

10

-

0,22

-

4

 

 

 

 

 

Количество оптических волокон (4 - 48)

 

 

 

 

Предельное значение затухания на рабочей длине волны света 

 

 

 

Тип оптического волокна (NZDS, SM, ММ)

 

 

Тип центрального силового элемента

 

 

Количество оптических модулей

 

Броня из стальной проволоки

 

Оптический кабель с полиэтиленовой оболочкой

 

Рисунок Б.1 Кабель оптический.

Конструкция

  1.  Оптическое волокно
  2.  Внутримодульный гидрофобный заполнитель
  3.  Центральный силовой элемент:
    •  стальной трос (Т)
    •  стеклопластиковый пруток (П)
  4.  Межмодульный гидрофобный заполнитель
  5.  Промежуточная оболочка из полиэтилена
  6.  Броня из стальной оцинкованной проволоки диаметром 1,6 - 2,0 мм
  7.  Гидрофобный заполнитель
  8.  Защитная оболочка из полиэтилена (ОКБ-М) или полиэтилена, не распространяющего горение (ОКНБ-М)

Таблица Б.1 Основные характеристики.

Тип оптического волокна

NZDS (8/125)

SM (10/125)

MM (50/125)

MM (62,5/125)

Коэффициент затухания, дБ/км

     на = 0,85 мкм

2,5

3,0

     на = 1,3 мкм

0,7

0,7

     на = 1,31 мкм

0,4

0,35

     на = 1,55 мкм

0,25

0,22

Хроматическая дисперсия, пс/км·нм

     на = 1,31 мкм

— 

3,5

     на = 1,55 мкм 

от 1,3 до 5,8

18

от -5,8 до -1,3

 

 

 

Полоса пропускания, МГц·км

     на = 0,85 мкм не менее

 

 

400

160

     на = 1,3 мкм не менее

 

 

600

500

Количество модулей

6/8

Количество волокон в модуле

от 1 до 6

Внешний диаметр модуля, мм

2,0 или 2,9

Максимальный внешний диаметр кабеля (Dкaб), мм

     6 модулей

15

     8 модулей

18

Минимальный радиус изгиба (при t не ниже -10 °С)

20 x Dкaб 

Температурный диапазон, °С

от -40 до +50

Допустимое растягивающее усилие, кН

от 10 до 20

Допустимое раздавливающее усилие, Н/см

1000

Масса кабеля, кг/км

от 436 до 560

Максимальная строительная длина, м, не менее

4000

Приложение В

Муфты

Муфты оптические городские (МОГу) - проходные/распределительные - предназначены для сращивания распределительных, бронированных ОК и кабелей для подвески с диаметром внешней оболочки от 9 до 25 мм. Максимальное число сращиваемых волокон в ОК - 32, максимальное число кабельных выводов - 6. Муфты ремонтопригодны и могут быть установлены:

  •  на воздушных кабельных линиях;
  •  в колодцах кабельной канализации, коллекторах, тоннелях;
  •  на кабелях, проложенных в грунте.

Муфты МОМЗ (проходные/распределительные) предназначены для сращивания распределительных, бронированных ОК и кабелей для подвески с диаметром наружной оболочки от 9 до 25 мм. Корпуса муфт выполнены из нержавеющей стали, габаритные размеры 448 (506) х 240 х 130 мм. Принцип монтажа - механический без использования пламени. Максимальное число кабельных выводов - 4. Муфты обеспечивают возможность многократного вскрытия с последующим восстановлением герметичности и применяются:

  •  при прокладке новых кабельных линий и ремонте существующих;
  •  в колодцах кабельной канализации, коллекторах, тоннелях;
  •  на кабелях, проложенных в грунтах всех категорий, кроме подверженных мерзлотным деформациям;
  •  на опорах и стенах.

Муфты R30208. Высота 300 мм, диаметр 155 мм, комплектация муфт - до четырех сплайс-кассет по 12 соединений, запас кабеля внутри муфты - до 3,5 м. Число кабельных выводов - не менее трех при наружном диаметре ОК от 7 до 22 мм. Муфты имеют два вида конструкции - проходные и тупиковые, часть муфт снабжена пневматическим клапаном и заземлительным выводом. Герметизация муфт механическая - это обеспечивает их высокую ремонтопригодность. Муфты R30208 широко используются при строительстве ВОЛС на опорах вдоль железных дорог, в городской канализации и пунктах доступа.

Муфты FOSC проектировались исключительно для волоконной оптики и не являются модификациями муфт для медных кабелей. Характеристики различных моделей муфт FOSC представлены в таблице В1.

Таблица В.1 Характеристики муфт FOSC.

Муфта         

Количество соединений волокон

Количество конструктивных элементов

Одиночная сварка

Одиночное механическое соединение

Лента из четырех волокон

Оптические модули

Свободная укладка ОВ

Лента из двенадцати волокон

FOSC 400 A4

32

16

24

8

96

6

FOSC 400 B2, B4

96

48

288

6

96

24

FOSC 400 D5

576

288

864

18

96

72


8640

86400

t

0,3

1

0,9

0

L

S


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

21240. АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ РЕЗЕРВА 170 KB
  Чтобы повысить надёжность электроснабжения нагрузок питающихся по разомкнутым схемам применяют нормально отключенные резервные источники питания которые включаются вручную или устройствами АВР в случае потери рабочего источника. Успешность АВР составляет 90  95 . Поэтому устройства АВР служат мощным средством повышения надёжности электроснабжения. Выбор параметра пуска схемы АВР Схема автоматического включения резерва должна производить включение резервного элемента при вполне определенных условиях.
21241. УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ 177.5 KB
  При регулировании по возмущению регулирующее воздействие не зависит от величины возмущения и определяется лишь самим событием появления возмущения.1 ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕГУЛИРОВАНИЯ Статическая характеристика – зависимость регулируемой величины от возмущающего воздействия в установившемся режиме. Данная характеристика обеспечивает постоянство регулируемой величины.
21242. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ АВТОМАТИКИ В ЭЭС 46 KB
  3 АЧР – автоматическая частотная разгрузка. Лист 2 АВТОМАТИКА ЧАСТОТНОЙ РАЗГРУЗКИ АЧР Снижение частоты в энергосистеме всего на несколько герц может привести к полному расстройству работы ЭЭС. ТРЕБОВАНИЯ К АЧР 1 Отключаемая мощность должна быть достаточной для ликвидации наибольшего из возможных дефицитов мощности. 2 АЧР должна полностью исключать возможность появления лавин частоты то есть должна быть исключена возможность понижения частоты ниже порога 45 Гц.
21243. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА. ЧАСТЬ 1 (РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ) 249.5 KB
  ЧАСТЬ 1 РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ Книги: Чернобровов Н. Релейная защита. Расчёт релейной защиты и автоматики распределительных сетей. Первую задачу решают устройства релейной защиты РЗ и резервирования отказов выключателя УРОВ.
21245. ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ 2.14 MB
  Защита строится на максимальных токовых реле. Схема МТЗ в двухфазном двухрелейном исполнении на постоянном оперативном токе с независимой выдержкой времени показана на рис.7: KA – максимальные реле тока РТ40 KT – реле времени KL – промежуточное реле KH – указательное реле Q – блокконтакт выключателя YAT – катушка привода отключения выключателя. и реле;  по принципу воздействия на выключатель прямого или косвенного;  по виду оперативного тока;  по виду используемой характеристики выдержки времени зависимая tс.
21246. ТОКОВАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА 288.5 KB
  1 При К1 должны отключиться выключатели 1 и 2 время действия защиты. Для селективного действия простой токовой защиты необходимо ввести контроль еще одной величины – направления мощности КЗ. Максимальный момент на реле для надежного действия защиты. Если КЗ происходит вблизи места установки защиты то изза понижения напряжения может не хватить мощности ля срабатывания реле направления мощности только при трёхфазных КЗ.
21247. ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С БОЛЬШИМ ТОКОМ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ (СЕТИ 110 КВ И ВЫШЕ) 169 KB
  Поэтому была разработана особая защита от однофазных замыканий которая получила название защиты нулевой последовательности. Она выполняется в виде токовой максимальной защиты и токовой отсечки реагирующих на основной признак короткого замыкания на землю – ток нулевой последовательности. Лист 19 ФИЛЬТР ТОКА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ Токовый орган токовой защиты нулевой последовательности подключается к фильтру тока нулевой последовательности. Это позволяет добиться более высокой чувствительности защиты по сравнению с токовыми защитами...
21248. Сутність і предмет аудиту 136.5 KB
  Сутність і предмет аудиту 1. Необхідність місце та роль аудиту в системі управління. Сутність об’єкт предмет і методи аудиту. Класифікація аудиту.