Строительство ВОЛС на опорах ВЛ 220 КВ

 

  Профилактические  измерения проводятся с целью  выявления и устранения, возникших в процессе эксплуатации отклонений оптических параметров линейных сооружений от норм.

  Аварийные  измерения проводятся с целью  определения характера и места  повреждения или аварии кабеля.

  Контрольные  измерения проводятся после окончания  ремонтных и аварийных работ с целью определения качества ремонтно-восстановительных работ.

  Основными  параметрами, подлежащими измерениям  при оценке эксплуатационных  качеств системы в нормальных  условиях, является:

максимальная  и средняя мощность немодулируемого импульсного лазерного излучения в данном сечении оптического волокна;

уширение  импульса- изменение формы сигнала, вызванное межмодовой дисперсией и  дисперсией материала;

коэффициент отражения в данном сечении линии-отношение  мощности отраженного сигнала, который распросраняется в передающей линии в обратном направлении(от приемного конца к передающим), к мощности сигнала, распространяющегося в прямом направлении;

потери оптической мощности- отношение мощностей переданного  и принятого сигналов, определяемое затуханием оптического волокна и различными потерями в устройствах ввода, местах сращивания, ответвлениях и других элементах линии;

отношение сигнал- шум – отношение мощностей  полезного сигнала к суммарной  мощности всех шумов в канале.

    При  испытании ВОЛС необходимо оценивать и такие параметры как:

• Теплоемкость- способность ВОЛС сохранять свои технические характеристики в заданном рабочем интервале температур;
• Коррозийная стойкость – способность всех материалов, из которых изготовлены компоненты, противостоять различным химическим воздействиям, особенно проникновению влаги;
• Механическая прочность- способность передающей линии выдерживать растягивающие, крутящие и сжимающие нагрузки, в динамическом и статистическом режимах и противостоять ударам и вибрациям;

  Радиационная  стойкость- способность оптического  волокна противостоять воздействию  различных ионизирующих излучений,  которые вызывают изменения затухания  и дисперсии.

  В данном дипломном  проекте рассмотрим некоторые,  основные методы, используемые в  ВОЛС для измерения параметров оптического кабеля. Кроме того, рассмотрим методы определения места и характера повреждений.

 

6.2 Измерения затухания.

 

Измерение потерь на всех стадиях производства оптического  волокна, изготовлении оптических кабельных  систем, строительства и эксплуатации волоконно- оптических линий связи. Эти измерения часто производятся с целью исследования зависимости затухания от тех или иных факторов и условий работы ОКС: частоты (длины волн) сигналов, их модового состояния, температуры, сроков эксплуатации ОКС, механических воздействий (напряжение) деформации, микроизгибов, способа ввода излучателями в ОВ и так далее.

  Потери в оптических  волокнах (ОВ) определяются, как и  в обычных кабелях, величиной  затухания:

 

A=10lg(p₁/p₂), дБ,            (5.1)

 

где    p_1,p₂ – мощность светового сигнала соответственно на входе и    выходе ОВ, Вт.

  Различают  следующие основные методы измерения  потерь:

• Калориметрические методы;
• Метод обратного рассеивания;
• Метод сравнения сигнала на входе и выходе оптического кабеля, называемый прямым методом измерений затухания;
• Импульсный метод;
• Гармонический метод;

    6.2.1 Прямой метод измерения затухания.

Метод сравнения  сигнала на входе и выходе оптического  кабеля получил наибольшее распространение  на практике. Можно отметить три модификации данного метода:

1. Измерение затухания с разрушением (отрезанием) его концов;
2. Измерение затухания ОК без его разрушения;
3. Измерение вносимого затухания.

  Принцип  прямого метода измерения затухания  основан на известном определении затухания линии по формуле:

               

     A=10lg(p₀/p_l), [дБ]       (5.2)

 

где  р₀- мощность излучения, введенного в ОК;

       р_l- мощность излучения на конце кабеля длиной l

 Как видим,  для определения затухания в  линии данным методом необходимо измерить мощность р₎ и р_l, а затем по формуле (5.2) определить затухание кабеля.

Метод измерения  затухания ОК без разрушения дает хорошие результаты при значениях  а> 30 -:- 40 дБ. В этом случае получается

хорошая стабильность результатов и, кроме того, с помощью встроенного в измерительный прибор компьютера можно автоматизировать запись и обработку результатов измерений.

  На рисунке  5.1 приведена схема для измерения  затухания без разрушения измеряемого  образца.

  Излучатель - полупроводниковый лазер, работающий на заданной длине волны, генерирует сигнал постоянной мощности, встроенным в прибор. На входном конце ОК устанавливается измеритель мощности р_l .

Для определения  затухания ОК с малыми потерями и  километрическими коэффициентом затухания 1 дБ/км и менее измеряют мощность на входе и выходе кабеля при обламывании его концов. Схема измерения затухания с разрушением изображена на рисунке 5.2. Метод с разрушением отличается от предыдущего тем, что измерение входной мощности излучения проводят на расстоянии 3...4м от входного торца ОК.  Для этого концы ОК обламывают.

  Этот метод  неудобен тем, что необходимо  разрушать волокно в процессе  измерения, зато он дает высокую  точность.

  Метод  измерения вносимого затухания  получил наибольшее распространение  при строительстве и эксплуатации ВОЛС.

Вносимым  затуханием линии называют разность уровней мощности, воспринимаемой приемником при его непосредственном подключению  к генератору и мощности получаемой приемником при его выключении на выходе измеряемого ОВ.

  Таким  образом, в отличие от собственного затухания ОВ, а_с во вносимое затухание линии входит затухание на входе а_вх и выходе а_вых измеряемой ВОЛС, то есть:

                           

 А_вн=а_с+а_вх+а_вых            (5.3)

 

6.3 Измерение дисперсии.

  Дисперсия приводит к искажению сигнала. Дисперсию оценивают по различию времени распространения составляющих сигнала или уширению передаваемых импульсов.

  Дисперсия  определяется путем  сравнения  на экране осциллографа ширины  импульсов, которые возвращаются  из последовательных циркуляций по кабелю, с шириной  входного импульса. Совмещение импульсов  достигается с помощью линии задержки.

  Величина  дисперсии определяется по формуле:

 

t =Öt²_вых-t²_вх,   где               (5.4)

 

t_вых и t_вх – длительность входного и выходного сигналов.

  Дисперсия  определяется пропускной способностью  оптического кабеля по формуле:

    

  DF=0.44/t                          (5.5)

 

6.4 Определение места и характера  повреждения оптического кабеля.

 Повреждением  волокна считается любая неоднородность, приводящая к ухудшению передаточных свойств кабеля. Характерными повреждениями ОК являются нарушение целостности волокна и защитной оболочки. Один из наиболее характерных видов повреждения является обрыв волокна.

  Существуют  в основном три метода определения места обрыва оптического волокна:

1. Измерение световой энергии, излученной в окружающее пространство;
2. Измерение интенсивности обратного релеевского рассеяния;
3. Импульсный локационный метод обрыва.

  Импульсный  метод получил наибольшее распространение. Этот метод обладает высокой разрешающей способностью и позволяет определить как место полного обрыва оптических волокон в кабеле. Принцип работы состоит в том, что в кабель посылается серия зондирующих импульсов и по длительности возвращения, отраженных от места обрыва волокна, импульсов определяется место обрыва.

            

 

7 Расчет показателей  надёжности

7.1 Понятие надёжности

Надежность – комплексное  свойство объекта. Важнейшей составляющей надежности канала связи, линии передачи и линейных сооружений является готовность. При расчете параметров готовности пользуются следующими соотношениями[7]:

K_гl = (8760 – t_m)/8760;                                (7.1)

T_l = K_гl t/(1 - K_гl);                                        (7.2)

T_L = (8760l – mLt)/(mL) = tK_гl/(1 – К_гl);    (7.3)

K_гl = T_L/(T_L+t).                                             (7.4)

Здесь t – среднее время восстановления, r; m – число повреждений (отказов) на 100км линии в год; l – длина относительно короткого участка линии (обычно l принимают равным 100км); L – общая длина линии, км; К_гl – коэффициент готовности короткого участка линии длиной l; T_L – средняя наработка между отказами всей линии; T_l – средняя наработка между отказами на участке линии длиной l; K_гL – коэффициент готовности на общей длине линии.

В канале ТЧ или основном цифровом канале протяженностью 13900км (без резервирования) должны обеспечиваться [7] показатели готовности, приведенные в таблице 7.1.

 

 

 

Таблица 7.1

Параметры Готовности	Значение для канала ТЧ или ОЦК протяженностью 13900км (без резервирования)
	Существующая сеть		Перспективная  цифровая сеть
	Канал в  целом  (норма)	Только  Линейные Сооружения	Канал в  целом  (норма)	Только  линейные сооружения
Коэффициент готов- Ности	0,91	0,95	0,98	0,985
Среднее время нара- ботки между отказа- ми, ч	11,0	98,8	_______	340,5
Среднее время вос- Становления, ч	1,1	5,2	_______	5,2
Число отказов на 100км в год	______	0,606	_______	0,182

7.2 Расчет параметров  готовности подземной ВОЛС

          За многие годы эксплуатации электрических кабелей связи получены статистические данные о причинах, числе повреждений и времени их устранения. Эти данные могут быть использованы, при внесении определенных корректив, для прогнозирования параметров готовности ВОЛС. Основные виды повреждений магистральных кабелей и процентное распределение таких повреждений (отказов), вызывающих остановку связи, характеризуются данными, приведенными в таблице 7.2м [7].

Эти данные получены по результатам  анализа 1813 отказов (аварий) коаксиальных кабелей различных типов. По симметричным магистральным кабелям причины и распределение отказов весьма близки к указанным в таблице 7.2.

Таблица 7.2

Причины повреждений (отказов)	Частость отказов,%
Земляные работы сторонних  организаций и  Населения вблизи  места прокладки кабелей	53,65
Удары молний	17,04
Оползни, обвалы, просадки грунта	16,85
Дефекты изготовления кабеля	0,57
Дефекты прокладки и  монтажа	3,14
Дефекты эксплуатации	4,06
Влияние ВЛ	0,69
Коррозия оболочки	0,82
Старение кабеля	0,26
Прочие и невыясненные причины	2,92

В таблице 7.3 приведены  средние значения интенсивности (числа) отказов (на 100км в год) и среднеквадратические отклонения интенсивности отказов  для коаксиального кабеля (64 тыс. км) по данным эксплуатации с 1975 по 1985 годы [7]. Повреждаемость оптических кабелей, обусловленная внешними причинами, согласно зарубежным данным, мало отличается от повреждаемости коаксиальных кабелей. В таблице 7.3 приведены также данные о среднем времени восстановления ОК, рассчитанные на основе данных по коаксиальному кабелю, с учетом поправок на особенности полностью диэлектрических оптических кабелей.

Таблица 7.3

Причины отказов	Интенсивность отказов m	Среднеквадра- тическое отк- ланение s(m)	Время восста- Новления ОК      ч
1	2	3	4
Земляные работы сторо- Нних организаций Стихийные явления: Удары молний Мерзлотные Оползни Обвалы Осадка грунта Паводки Ливни Прочие природные	0,1315	0,0173	6,276
	0,1490	0,0173	10,312
	0,0581	0,0077	-----------
	0,0125	0,0116	8,479
	0,0169	0,0070	10,163
	0,0109	0,0074	13,601
	0,0251	0,0074	9,907
	0,0082	0,0068	13,16
	0,0068	0,0022	8,493
Дефекты, в том числе Строительства Эксплуатации Заводские	0,0105	0,0101	10,536
	0,0469	0,0102	8,471
	0,0269	0,0095	8,742
	0,0131	0,0069	6,459
1	2	3	4
	0,0069	0,0069	11,233
Старение	0,0008	0,0004	6,028
Влияние ВЛ и ЭЖД	0,0011	0,0011	-------
Прочие	0,0034	0,0034	7,319
Причина не установлена	0,0111	0,0079	8,401
Всего	0,3438	0,1414	7,247