Проектирование волоконно-оптических линий связи

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Содержание

Введение

1. Характеристика трассы ВЛ на участке П С Восточная — ПС Заря

2. Выбор систем передачи

2.1 Существующие системы передачи по ВЛ

2.2 Характеристика проектируемой СП

3. Выбор типа ОК для подвески на ВЛ

3.1 Общие сведения

3.2 ОК, встроенные в грозозащитный трос

3.3 Самонесущие неметаллические ОК

3.4 ОК, предназначенные для навивки на провода и грозозащитные тросы

3.5 Обоснование выбора типа ОК

4. Расчет параметров ОК

4.1 Расчет числовой апертуры и определения режима работы ОК

4.2 Расчет затухания ОК

4.3 Расчет дисперсии

4.4 Расчет длины регенерационного участка

4.4.1 Расчет длины ЭКУ по дисперсии

4.4.2 Расчет длины ЭКУ по затуханию

5. Расчет механической нагрузки на ОКГТ

6. Эксплуатационные и монтажные измерения параметров ВОЛС

6.1 Испытания и измерения ОК

6.2 Измерения затухания

6.2.1 Прямой метод измерения затухания

6.3 Измерение дисперсии

6.4 Определение места и характера повреждения ОК

7. Расчет показателей надежности

7.1 Понятие надежности

7.2 Расчет параметров готовности подземной ВОЛС

7.3 Расчет параметров готовности подвесной ВОЛС

7.4 Анализ результатов расчетов

8. Строительство ВОЛС — ВЛ на участке П С Восточная — ПС Заря

8.1 Общие сведения

8.2 Строительство ВОЛС — ВЛ на монтажном участке (опора № 9 — опора № 17)

8.2.1 Подготовительные работы

8.2.2 Монтаж кабеля

8.3 Потребность в машинах, механизмах, транспорте

9. Оценка технико-экономической эффективности ВОЛС — ВЛ

10. Мероприятия по охране труда, ТБ и сохранению окружающей среды

Заключение

Список литературы

Аннотация

Взрывной характер развития сетей связи вызвал необходимость разработки новых технологий сооружения проводных линий передачи. Основные требования к технологии — простота проектирования, быстрота, экономичность строительства, высокая пропускная способность, надёжность. В свете этих требований особый интерес представляет новая технология сооружения ВОЛС, отличающаяся тем, что оптический кабель подвешивается на опоры высоковольтных воздушных линий электропередачи, а не прокладывается в грунт.

В данном дипломном проекте рассматриваются основные вопросы проектирования и строительства ВОЛС-ВЛ на опорах существующей ВЛ 220 кВ на участке ПС Восточная-ПС Заря.

Введение

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) в настоящее время занимают заметное место в системах передачи информации как общегражданского, так и специализированного назначения.

Внедрение волоконно-оптических линий в системы связи началось с конца 70-х годов и интенсивно продолжается нарастающими темпами. Исходной точкой развития ВОЛС считается открытие лазерного механизма генерации света, а затем — появление современной волоконной оптики на базе полученных кварцевых световодов с малым затуханием. Последнее показало что основное препятствие при распространении света (его затухание), обусловленное в основном наличием примесей, может быть снижено, а сами световоды приемлемы в качестве среды распространения сигнала.

Оптические волокна (ОВ) в качестве среды распространения многоканального сигнала имеют существенные преимущества перед традиционно используемыми металлическими кабелями и эфиром.

Широкополосность. В любой системе связи (например, цифровой) скорость передачи информации связана с занимаемой полосой, составляющей определенный процент значения несущей частоты. Неискаженные передачу и прием полосы осуществить тем легче, чем меньший процент она составляет. Следовательно, большое значение несущей частоты, что и используется в ВОЛС, снижает требования к широкополосности системы и увеличивает ее информационную емкость.

Высокая защищенность от внешних электромагнитных полей, объясняемая диэлектрической природой распространения сигнала, физическими условиями этого распространения и использованием очень коротких длин волн. Подобного эффекта невозможно достичь в уже освоенных традиционных диапазонах из-за насыщенности радиочастотного спектра источниками излучений. Это свойство особенно привлекательно для энергетики, так как металлический кабель плохо совместим с воздушными высоковольтными линиями электропередачи (ВЛ).

Большая длина участка регенерации. По понятным причинам это имеет большое значение, в частности, для электроэнергетической отрасли.

Малогабаритность и легкость кабелей на основе ОВ.

Высокая экономичность из-за отсутствия потребности в меди, что очень существенно, поскольку традиционно кабельная промышленность потребляет до половины объема общих ресурсов меди и до четверти — свинца.

Присущие ВОЛС недостатки (дороговизна аппаратуры и кабеля из-за сложной технологии, необходимость работы при повышенном соотношении сигнал — шум из-за трудностей практической реализации когерентной обработки сигнала и гетеродинных методов приема, слабая радиационная стойкость и другие) не снижают указанных преимуществ. Это, а также тот факт, что многие задачи передачи сигналов могут быть экономично решены только с использованием ОВ, обусловило широкое распространение ВОЛС не только в дальней связи, но и в локальных сетях.

Энергетическая отрасль также является перспективной областью применения ВОЛС, учитывая протяженность ВЛ и возможность подвески оптического кабеля (ОК) на высоковольтных опорах. Телекоммуникационная сеть электроэнергетики является важнейшей составной частью ее инфраструктуры, обеспечивающей функционирование комплекса объектов и центров технологического управления Единой энергетической системы (ЕЭС) России; сбор и передачу телемеханической информации, функционирование средств и систем автоматического управления (релейной защиты, противоаварийной автоматики); контроля и диагностики электростанций, электрических и тепловых сетей, контроля и учета в реальном времени производства, передачи и потребления электрической и тепловой энергии.

Одновременно с этим телекоммуникационная сеть электроэнергетики обеспечивает работу административно-хозяйственных и организационно-экономических управлений производственными объектами, коммерческую, а также научную и конструкторскую деятельность, связанную с развитием отрасли. Телекоммуникационная сеть электроэнергетики — крупнейшая отраслевая сеть связи страны. При развитии Взаимоувязанной сети связи (ВСС) России рассматриваются вопросы по интеграции отечественных телекоммуникационных сетей в Глобальную информационную структуру (ГИС). Одновременно с глобализацией связи будет происходить постепенный переход к ее персонализации, которая означает возможность любого абонента получать различные услуги связи по своему персональному номеру в любой точке земного шара. Телекоммуникационная сеть электроэнергетики развивается как часть ВСС на аналогичных принципах с использованием передовых телекоммуникационных технологий.

Дальнейшее развитие отраслевой телекоммуникационной сети предусматривается в соответствии с разработанной специалистами Российского акционерного общества «ЕЭС России» «Концепцией развития Единой сети электросвязи и телемеханики электроэнергетики (ЕСЭТЭ) России на период до 2005 года «, в которой поставлены задачи развития отраслевой телекоммуникационно — информационной инфраструктуры как технологической основой управления отраслью [1]. При этом в полной мере учитывается существующая в России законодательная и нормативно-правовая база.

В основу создания и развития ЕСЭТЭ положен поэтапный переход от существующих раздельных сетей по видам информации к единой широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания и интеллектуальной сети. Что позволит реализовать новые виды услуг при значительном сокращении оборудования, повышении эффективности использования канального и частотного ресурсов и в конечном итоге при значительном снижении затрат в расчете на единицу передаваемой информации.

Из новейших информационных технологий, которые начали в последнее время внедряться в электроэнергетике и получают широкое распространение в дальнейшем, следует отметить [1]:

— синхронную цифровую иерархию (СЦИ) — Synchronous Digital Hierarchy — SDH;

— широкополосную цифровую сеть связи с интегрированным обслуживанием (Ш-ЦСИО) — Broadbard Integrated Services Digital Network (B-ISDN);

— асинхронный режим доставки информации (АРА) — Asynchronous Transfer Mode — ATM;

— интеллектуальные сети (СИ) — Intelligent Network — IN.

Цифровизация первичной сети осуществляется в три этапа [1]:

— на первом этапе (до 2000 года) будут созданы интегрально-цифровые сети связи (ИЦСС) — Integrated Digital Network — IND, в которых будет обеспечиваться интеграция цифровых систем передачи и коммутации. Одним из главных решений этого этапа является переход сетей связи отрасли на единую систему сигнализации. При этом с целью повышения эффективности цифровизации необходимо в каждой из зон обеспечивать компклексное внедрение цифровых систем передачи и коммутации;

— на втором этапе (до 2005 года) должны быть созданы цифровые сети интегрального обслуживания (ЦСИО) — Integrated Services Digital Network (ISDN), в которых потребители используют каналы 2В+D (B — цифровой 64-кбит/c канал, D — служебный цифровой 16- Кбит/c канал). Эти сети — результат взаимного развития сетей связи и вычислительных сетей, обеспечивающих предоставление пользователям более широкого спектра услуг;

— на третьем этапе (после 2005 года) предусматривается переход к Ш-ЦСИО для организации отраслевой транспортной сети и интеллектуальных сетей.

Внедрение указанных выше новейших информационных технологий осуществляется в рамках интенсивного развития в отрасли:

волоконно- оптических линий связи с подвеской волоконно-оптических кабелей (ВОК) на опорах ВЛ 110−500 кВ;

— цифровой коммутационной техники;

— систем спутниковой связи.

Внедрение ВОЛС с подвеской ВОК на опорах ВЛ в нашей стране было начато в конце 80-х годов, и на 1 июля 1998 г. введены в эксплуатацию ВОЛС общей протяженностью около 4000 км в ряде энергосистем (Ленэнерго, Колэнерго, Иркутскэнерго, Ивэнерго, Кузбассэнерго и других) [1]. Дальнейшее развитие сетей ВОЛС определено «Концепцией развития Единой сети электросвязи и телемеханики электроэнергетики России на период до 2005 года «, в соответствии с которой в ближайшие 7−8 лет будет построено около 15,0 тыс. км. ВОЛС с подвеской на ВЛ. Магистральные ВОЛС будут сооружаться, как правило, в кооперации с АО «Ростелеком» и с некоторыми другими, в первую очередь отечественными телекоммуникацинными компаниями. В регионах, главным образом, будут сооружаться корпоративные сети. При этом основное внимание будет уделяться развитию региональных первичных цифровых сетей.

Учитывая накопленный опыт, а также возрастающую заинтересованность операторов связи и различных компаний и ведомств в строительстве ВОЛС на ВЛ (ВОЛС-ВЛ) РАО «ЕЭС России» по поручению Государственной комиссии по электросвязи при Государственном комитете России по связи и информатизации разработало нормативно-техническую документацию федерального уровня «Правила проектирования, строительства и эксплуатации волоконно-оптических линий связи на ВЛ 110 кВ и выше» 2.

В общих положениях Правил обосновываются достоинства сооружения ВОЛС-ВЛ по сравнению с традиционным способом прокладки в грунте. Это:

отсутствие необходимости в отводе земель и проведение согласований только с владельцами сооружений, пересекаемых ВЛ;

уменьшение сроков строительства;

уменьшение количества повреждений в районах городской застройки и в промышленных зонах;

снижение капитальных и эксплуатационных затрат в районах с тяжелыми грунтами.

В данном дипломном проекте рассмотрены основные вопросы проектирования и строительства ВОЛС-ВЛ на опорах существующей ВЛ 220 кВ. на участке ПС Восточная-ПС Заря.

1 Характеристика трассы ВЛ на участке П С Восточная — ПС Заря

На проектируемом участке П С Восточная — П С Заря, построена и находится в эксплуатации воздушная высоковольтная линия электропередачи с заземленной нейтралью и действующим напряжением 220кВ. ВЛ проходит в Новосибирской области, по землям совхозов «Луговского» и «Железнодорожного» Новосибирского сельского района.

В районе П С Заря трасса проходит по Шмаковской лесной даче, Тогучинского лесхоза.

По пути следования ВЛ имеет 2 пересечения с электрофицированными магистральными железными дорогами (Инская — Тогучин и Инская — Сокур), 1 пересечение с ВЛ 110кВ, 1 пересечение с несудоходной рекой Иня и другие пересечения.

Климат района континентальный.

Расчетные климатические условия следующие:

Район гололедности 2;

Толщина стенок гололеда — 10 мм;

Скорость ветра при гололеде — 15м/сек, температура воздуха — минус 5 градусов С0;

Расчетная скорость ветра — 29м/сек;

Абсолютная минимальная температура воздуха минус 50 градусов С0;

Абсолютная максимальная температура воздуха плюс 40 градусов С0;

Температура наиболее холодной пятидневки минус 39 градусов С0;

Среднегодовая продолжительность гроз — 48 часов.

Протяженность волоконно — оптической линии связи составляет 32,849 км.

Район строительства согласно строительных норм и правил (СН и П) «Нормы затрат на временные здания и сооружения» определяется как освоенный.

На рисунке 1.1 приведена схема трассы ВЛ на участке П С Восточная — П С Заря.

2. Выбор системы передачи

2.1 Существующие системы передачи по ВЛ

волоконная оптическая линия связь

Переход к цифровым сетям связи с применением волоконно-оптических кабелей начался в электроэнергетике в конце 80-х годов. До этого времени для организации связи использовались и продолжают использоваться аналоговые системы передачи. По назначению аппаратуру аналоговых систем передачи информации, применяемую на ВЛ, можно разделить на две основные группы: комбинированную и многоканальную- для каналов телефонной связи, телемеханики и передачи данных; специальную- для каналов релейной защиты, линейной и противоаварийной автоматики.

Комбинированная аппаратура рассчитана на один, два и три телефонных канала и несколько независимых каналов телемеханики (передачи данных) в верхней части полосы стандартного канала тональных частот (ТЧ). Спектр частот стандартного канала ТЧ 0,3−3,4 кГц. разделяется фильтрами на несколько отдельных каналов. Передача сигналов телефонного разговора осуществляется в нижней так называемой тональной части спектра, составляющей обычно 0,3−2,3 кГц., а в надтональном спектре частот (2,3−3,4кГц.) образуются каналы телемеханики, передачи данных и вызова абонентов телефонного канала (если в аппаратуре выделен специальный сигнал для этого). Для каждого из каналов в комбинированной аппаратуре используется своя несущая частота, которая модулируется первичными сигналам.

Многоканальная аппаратура рассчитана на двенадцать стандартных телефонных каналов. При этом спектр частот каждого телефонного канала 0,3−3,4 кГц. может быть использован для передачи сигналов телемеханики, данных и устройств автоматики.

Для разделения спектра ТЧ на две полосы (для передачи сигналов телемеханики и данных в надтональном спектре) используются стандартные разделительные фильтры ДК-2,3, если аппаратура не содержит подобных фильтров (например, В-12−3). Кроме того, если позволяет конструкция аппаратуры, то в том же канале из схемы блока усилителя низкой частоты передатчика исключается ограничитель максимальных амплитуд. Эта мера применяется с целью исключения паразитной амплитудной модуляции в каналах надтонального спектра при срабатывании ограничителя от сигналов телефонного разговора.

В комбинированной и многоканальной аппаратуре используется способ передачи сигналов на одной боковой полосе частот (ОБП). Каналы телемеханики и данных образуются с помощью дополнительной аппаратуры (модемов) с частотной модуляцией поднесущей частоты.

Существует следующая аппаратура систем передачи информации по ВЛ [3]: комбинированная типа АСК на один и три канала ТЧ; преобразователи спектра частот стандартной двенадцатиканальной аппаратуры воздушных проводных линий связи (В-12−3, З-12Ф-Е) в спектр высоких частот типа МПУ-12; усилители мощности на 100 Вт. типа УМ-1/12−100 для комбинированной и многоканальной аппаратуры; модемы каналов телемеханики типов АПТ и ТАТ-65.

С 1981 года выпускается, с использованием новой элементной базы комбинированная аппаратура на один, два и три телефонных канала типа ВЧС; преобразователи спектра частот 12-ти канальной аппаратуры типа ВЧСП-12; транзисторные усилители мощности на 80 Вт.; универсальные модемы типа АПСТ [3].

Специальная аппаратура для высокочастотных (ВЧ) каналов релейной защиты, линейной и противоаварийной автоматики делится на две подгруппы: устройства передачи блокирующих (запрещающих) сигналов; устройства передачи разрешающих и отключающих сигналов.

Передача блокирующих сигналов осуществляется для дифференциально-фазных и дистанционных защит.

Передача разрешающих сигналов (контролируемых на приёмном конце) осуществляется для ускорения действия резервных защит, а отключающих (неконтролируемых) сигналов — для защит оборудования высокого напряжения, включенного непосредственно на шины подстанций (без выключателей), а также для систем противоаварийной автоматики.

Существует специальная аппаратура следующих типов [3]: приемопередатчик УПЗ -70 для передачи блокирующих сигналов; передатчики и приемники ВЧТО-М для передачи пяти сигналов-команд; высокочастотные и низкочастотные передатчики и приемники АВПА и АНКА для передачи до 14 сигналов-команд.

С 1981 года выпускается более совершенный, с использованием новых элементов приёмопередатчик типа АВЗК-80 для всех видов защит с блокирующим сигналом [3].

Все перечисленные выше системы передачи работают по фазным проводам ВЛ. Такие используются ВЧ тракты по: изолированным проводящим грозозащитным тросам; изолированным проводам расщеплённых фаз (внутрифазный тракт); изолированным проводам расщеплённых проводящих грозозащитных тросов (внутритросовый тракт).

К недостаткам аналоговых систем передачи можно отнести высокий уровень помех в ВЧ каналах и влияние ВЧ систем по ВЛ на радиоприём и системы навигационного управления. Они не отвечают всё возрастающим требованиям отраслевой сети электросвязи энергетики и поэтому требуют замены на более совершенные цифровые системы передачи с использованием волоконно-оптических кабелей.

2.2 Характеристика проектируемой системы передачи

Для организации диспетчерско-технологической связи между П С Заря (Новосибирскэнерго) и Восточными электрическими сетями проектом предусматривается применение 120-канальной цифровой системы передачи. Система изготовлена экспериментальным заводом научного приборостроения российской академии наук (ЭЗНП РАН) совместно с японской фирмой NEC (торговая марка NEC-EZAN).

Для организации линий передачи по волоконно-оптическому кабелю используются оптические линейные терминалы (OLT). OLT осуществляет работу по двум оптическим волокнам, одно для передачи, другое для приёма.

OLT серии FD2250, используемый в данной системе, преобразует входной кодированный сигнал со скоростью передачи 8448 кбит/с в оптический кодированный сигнал со скоростью передачи 8448 кбит/с. OLT FD2250 работаем по одномодовым оптическим волокнам с длиной волны 1,31 мкм.

В качестве аппаратуры аналого-цифрового каналообразования применяется мультиплексор серии ENE 6012, который обеспечивает:

приём тридцати каналов ТЧ или основных цифровых каналов (ОЦК) и соответствующего числа каналов передачи сигналов управления и взаимодействия между АТС;

объединение-разделение их в групповой первичный цифровой поток со скоростью передачи 2048 кбит/с.

Вторичное временное группообразование осуществляется мультиплексором серии ENE 6020. Он предназначен для объединения-разделения четырех плезиохронных первичных потоков со скоростью передачи 2048 кБит/с. в групповой вторичный поток со скоростью передачи 8448 кБит/с.

Для коммутации станционных оптических, коаксиальных и симметричных кабелей используется кроссовое оборудование, в состав которого входит кроссовая стойка EN-8778, с установленными на ней оптическими, коаксиальными и симметричными кроссами.

Для питания и размещения съемных комплектов аппаратуры каналообразования (ENE-6012), комплектов временного группообразования (ENE-6020), оптического терминала (FD-2250) и другого оборудования, а также для отображения состояния, включенного в неё оборудования, предназначена стойка серии EN 6000.

Основные технические данные оптического терминала FD-2250 приведены в таблице 2.1 [4].

Таблица 2.1 — Основные технические данные оптического терминала FD 2250.

Оптический интерфейс

FD 2250

Электрический интерфейс:

Код

HDB-3

Амплитуда импульса

2,37 В.

Выходное сопротивление

75 Ом.

Потери в соединительных

Кабелях

6 дБ на частоте 4224 кГц

Оптический интерфейс:

Скорость передачи

8448 кбит/с

код в линии

CMI

Коэффициент достоверности

10-11

тип кабеля

Одномодовый

Длина волны

1. 31 мкм

Источник оптической энергии

лазерный диод FD-DC-PBH

Приемник оптической энергии

Лавинный фотодиод типа GE-APD

тип оптического соединителя

D4-PC

Допустимые потери

33.5 дБ (19.5 дБ при излучателе

низкой энергии)

Энергетический потенциал

40 дБ

В оборудовании OLT предусмотрена передача каналов сервисных данных (SD), используемых для передачи сигналов служебной связи, сигналов управления и контроля, а также служебных каналов, которые потребитель может использовать для своих целей.

В таблице 2.2 приведён интерфейс каналов SD [4].

Таблица 2.2 — Интерфейс каналов SD

Оптический терминал

FD 2250

Количество сервисных каналов

4

Скорость передачи

64 кбит/с.

Входной выходной сигнал

Данных-DATA

NRZ

Входной выходной сигнал тактовой частоты-CLK

Скважность 2

Входное сопротивление

120 Ом

Уровни входных и выходных сигналов

МСЭ рекомендация V. 11.

Мультиплексор ENE-6012 выполнен в виде отдельного блока, который размещается на стойке EN 6000. На стойке могут быть установлены до 4-х комплектов мультиплексоров.

Основные технические данные мультиплексора ENE-6012 приведены в таблице 2.3 [4].

Таблица 2.3 — Основные технические данные мультиплексора серии ENE 6012.

Мультиплексор

ENE 6012

1

2

Системные показатели:

Число каналов

30 ТЧ или ОЦК

Число проводов входящих и исходящих цепей

До 6

Частота дискретизации

8 кГц

Частота синхронизации

2048 кГц

Параметры первичного цифрового Стыка (в соответствии с ГОСТ 26 886--86 и рекомендацией G. 703 МСЭ:

Скорость передачи

2048 кбит/с

Код

HDB 3 (МЧПИ)

Входное-выходное сопротивление

120 Ом

Тип кабеля

симметричный

Номинальная амплитуда импульса

3,0 В (120 Ом)

Допустимое затухание Соединительного кабеля

6 дБ на частоте 1024 кГц

Параметры цифрового стыка Сигнала внешней

Синхронизации:

Частота тактовых сигналов

2048(15 010-6) кГц

Тип кабеля

Симметричный

Волновое сопротивление

120 Ом

Максимальное пиковое Напряжение

1,9 В

Минимальное пиковое Напряжение

1,0 В

Допустимое затухание Соединительной линии на частоте

1024 кГц

От 0до 6 дБ

Параметры канала ТЧ:

Частота

0,3−3,4 кГц

Входное-выходное сопротивление

600 Ом

Уровень передачи:

2-х проводное окончание

0/ минус 2,0 дБ

4-х проводное окончание

3,5/минус 13,0 дБ

Уровень приема:

2-х проводное окончание

минус 2,0/минус 3,5 дБ

4-х проводное окончание

минус 3,5/4,0 дБ

Переходные влияния, не более

минус 65 дБ

Шум в свободном канале, не более

минус 65 дБ

Параметры канала ОЦК (согласно

ГОСТ 26 886–86 и рекомендации G. 703 МСЭ:

Скорость передачи

64 кбит/с

Вид стыка

Сонаправленный и противонаправленный

Входное сопротивление

120 Ом

Амплитуда импульса

1 В

Максимальное затухание стыковой

Цепи на частоте 128 кГц

от 0 до 3 дБ

Основные технические данные мультиплексора серии ENE-6020 приведены в таблице 2.4 [4].

Таблица 2. 4-Основные технические данные мультиплексора серии ENE 6020.

Мультиплексор

ENE 6020

Интерфейс

согласно МСЭ рекомендация G. 703

Скорость передачи на входе

2048 кбит/с

Количество входных потоков

4

Скорость передачи на выходе

8448 кбит/с

Количество каналов в мультиплексированном потоке

120

Код входного сигнала

HDB 3

Код выходного сигнала

HDB 3

Метод мультиплексирования

Временное посимвольное группирование

Метод выравнивания скоростей

Положительное выравнивание

Входное сопротивление

75 Ом или 120 Ом

Выходное сопротивление

75 Ом

Амплитуда импульса выходного Сигнала

2,37 В

Частота синхронизации

2048 кГц

Допустимые потери в

Соединительном кабеле

6 дБ на частоте 1024 кГц

Электропитание аппаратуры ENE-6012, ENE-6020 и стойки EN 6000, размещаемой в обслуживаемых пунктах, осуществляется в соответствии с ГОСТ 5237 от источника постоянного тока с напряжением минус (21−29) В. (номинальное значение минус 24 В.) или минус (36−72) В. (номинальное значение минус 48 В. и минус 60 В.) с заземлённым положительным полюсом источника питания [4].

Аппаратура, устанавливаемая в помещении линейно-аппаратного цеха (ЛАЦ), предназначена для круглосуточной эксплуатации при температуре воздуха от 0 до +45С и относительной влажности до 90% при температуре +35С и снижении атмосферного давления до 450 мм. рт. ст.

Аппаратура должна сохранять свои нормированные параметры и характеристики после воздействия следующих климатических факторов:

предельной температуре +50С;

относительной влажности воздуха 95% при температуре +35С;

предельной температуре минус 50С;

атмосферном давлении 60 кПа (450 мм. рт. ст.).

Структурная схема организации связи представлена на рисунке 2.1.

3. Выбор типа оптического кабеля для подвески на ВЛ

3.1 Общие сведения

Широкое внедрение оптических кабелей на сетях связи привело к их использованию на ВЛ для передачи информационных сигналов по обслуживанию ВЛ, так и для использования части каналов для коммерческой цели.

Это большая группа ОК, имеющая специфические особенности, такие как стойкость к температурным перепадам и ветровым нагрузкам, воздействию дождя и пара, снега и льда, солнечного света и радиации, грозовых воздействий, больших механических нагрузок, воздействию экологии среды.

Эти кабели должны обладать высокой надежностью работы, такой же, как и ВЛ.

Вследствие этого к ним предъявляются дополнительные требования:

они не должны повреждаться при аварийных режимах на ВЛ и при многочисленных коммутациях в энергосистемах;

они должны быть защищены от внешних воздействий;

они должны обладать высокими механическими характеристиками;

срок службы должен быть увеличен до 40 лет;

они должны работать при высоком каронирующем эффекте фазовых проводов.

При строительстве волоконно-оптических линий связи с подвеской на опорах ВЛ в мировой практике получили распространение следующие типы волоконно-оптических кабелей [5]:

OPGW (Optical Graud Wire) — ВОК, встроенный в грозозащитный трос (ОКГТ [2]) — используется при создании магистральных и внутризоновых ВОЛС на ВЛ 110 — 500 кВ, как правило, при реконструкции или сооружении новых линий электропередачи;

ADSS (All Dielectric Sely — Sypporting) — самонесущие неметаллические ВОК (ОКСН [2]) -для организации внутрисистемных ВОЛС по линиям электропередачи 35−220 кВ, на существующих опорах ВЛ или при отсутствии на них грозозащитных тросов;

WADC (Wrapped All Dielectric Cables) — навиваемые на фазовые провода или грозозащитные тросы (ОККН [2]) — используются во внутрисистемных ВОЛС по линиям электропередачи 35−220 кВ;

PA (Preporm Aftched) — неметаллические ВОК, прикрепляемые к грозозащитным тросам — применяются для организации внутрисистемных ВОЛС на ВЛ 110−220 кВ.

Строительство воздушных волоконно- оптических линий в российской энергетике ведётся в основном с использованием ВОК встроенного в грозозащитный трос (ОКГТ) и самонесущего кабеля (ОКСН). В России также налажено производство ВОК навивного типа. Проведены испытания таких кабелей и разработаны принципы проектирования линий с его использованием для ВЛ, получен российский патент на машину для навивки волоконно-оптического кабеля.

Ниже рассмотрим более подробно классификацию ВОК для подвески на ВЛ.

3.2 Оптические кабели, встроенные в грозозащитный трос

Оптимальным решением для создания надёжной оптической связи по ВЛ является передача оптического сигнала по кабелям, встроенным в грозозащитный трос. При выборе конструкции таких кабелей следует учитывать то обстоятельство, что кабель должен выполнять две функции: с одной стороны, обеспечивать стабильность оптических параметров в течении длительного времени эксплуатации (не менее 25 лет); и с другой стороны, обеспечивать надёжную защиту линии от ударов грозовых разрядов, выдерживать значительные токи короткого замыкания, возникающие на линии в течении срока службы кабеля.

В связи с этим проектировщикам оптических кабелей, встроенных в грозозащитный трос, приходится решать задачи обеспечения заданных оптических параметров в условиях повышенных температур, возникающих в кабеле при его нагреве от токов короткого замыкания, при ударах грозовых разрядов, и в условиях пониженных температур, которые определяются климатическим районом подвески кабеля. Кроме того, необходимо обеспечить высокую механическую прочность кабеля и низкое сопротивление.

В настоящее время многие зарубежные фирмы, а также ряд российских компаний, освоили выпуск таких кабелей и предлагают различные конструктивные и технологические решения для обеспечения указанных параметров. По конструкции оптические кабели, встроенные в грозозащитный трос, можно разделить на три основные группы.

Первая группа кабелей. Оптический сердечник заключен в трубку из алюминия или алюминиевого сплава, которая бывает герметичной и негерметичной, обеспечивает механическую защиту оптического сердечника, имеет низкое электрическое сопротивление. Поверх трубки положены повивы из проволок, определяющие механическую прочность кабеля и его электрические параметры.

На рисунке 3.1 показаны типичные конструкции кабелей первой группы, выпускаемых следующими фирмами: Alcoa Fujikura LTD (США), BICC (Великобритания), Cables Pirelli S.A. (Испания), Alcatel (Франция), Showa's Wires& Cables (Япония), Fujikura (Япония), АО ВНИИКП совместно с АОЗТ «Самарская оптическая кабельная компания» (Россия) [6].

Второй тип кабелей. Оптические волокна свободно уложены в герметичной трубке из нержавеющей стали, свободное пространство трубки заполнено гидрофобным заполнителем. Одна или несколько таких трубок с оптическими волокнами скручены вокруг центральной проволоки, образуя первый повив кабеля. В зависимости от прочности и необходимого сопротивления кабеля дополнительно накладываются еще один или два повива проволок.

Кабели такого типа выпускаются фирмами: AEG (Германия), Felten& Guilleaume Energietechnik (Германия), Philips (Германия). Типичный образец кабеля такого типа показан на рисунке 3.2 [6].

Третья группа кабелей. Оптические волокна свободно уложены в полимерной трубке, свободное пространство которой заполнено гидрофобом. Поверх полимерной трубки наложены повивы из проволок, обеспечивающие необходимую механическую прочность и электрическое сопротивление кабеля.

Конструкцию такого вида кабелей предлагают фирмы Nokia (Финляндия) и Siemens (Германия). На рисунке 3.3 представлены конструкции этих кабелей [6].

К третьей группе можно отнести ОКГТ, выпускаемый АОЗТ «Ссамарская оптическая кабельная компания» (рис. 3. 4). Его конструктивная особенность заключается в том, что между внешним и внутренним повивами проволок расположена оболочка из алюминия.

Таким образом, основным принципиальным отличием оптических сердечников, выпускаемых различными фирмами для оптических кабелей, встроенных в грозозащитный трос, является укладка волокна в оптическом сердечнике. Применяется как свободная укладка волокон в оптическом модуле (loose tube), так и плотная упаковка волокон (tight unit или tight buffer).

При расчете оптического кабеля, встроенного в грозозащитный трос, на предельно допустимую растягивающую нагрузку следует учитывать предельно допустимую нагрузку на волокно для сохранения как оптического затухания, так и его целостности в течении всего срока службы кабеля. Так, для кабелей со свободной укладкой волокон в оптическом сердечнике обычно волокно не нагружено при максимально допустимой растягивающей нагрузке, приложенной к кабелю. Нагрузка на волокно (или удлинение волокна) появляется при приложении к кабелю нагрузок, превышающих максимально допустимые, как показано на рисунке 3.5 [6].

При использовании оптических сердечников с плотной упаковкой волокон приложенная растягивающая нагрузка на кабель передаётся на оптическое волокно, то есть оптическое волокно в этом случае находится в напряженном состоянии (рис. 3. 5). Известно, что под действием нагрузки и влаги механическая прочность оптических волокон изменяется и вследствии этого уменьшается их время жизнеспособности. Таким образом, для обеспечения необходимого срока службы кабеля требуются защита оптических волокон от действия влаги и сохранение высокой механической прочности волокон в течении всего срока службы кабеля. Так, фирма Alcoa Fujikura, применяющая конструкцию кабеля с плотной упаковкой волокон в оптическом сердечнике, использует оптическое волокно фирмы Corning Incorporated Opto-Electronics Group, которое имеет дополнительное покрытие по кварцевой оболочке окисью титана. АОЗТ «Самарская оптическая кабельная компания» в своей кабельной продукции использует оптические волокна этой же фирмы и имеет возможность изготовления ОКГТ с одномодовыми оптическими волокнами повышенной стойкости к старению SMF-33Titan.

Такое волокно имеет параметр усталости n =29.5 (для обычного волокна n=22. 5), отражающий время жизнеспособности волокна. Предварительная отбраковка волокна при 1%-ном удлинении позволит гарантировать срок его службы в течении 40 лет. Максимально допустимые нагрузки на кабель выбираются из расчёта удлинения волокна до 0,5−0,6%.

При плотной упаковке волокна в оптическом сердечнике его размеры могут быть значительно снижены по сравнению с размером сердечника со свободной укладкой волокна, что имеет значение для оптических кабелей с большим числом волокон, так как при этом диаметр кабелей может быть уменьшен.

Компактную конструкцию имеют кабели, в которых оптическое волокно уложено в трубку из нержавеющей стали, что позволяет оптимизировать габаритные размеры кабеля (массу, диаметр) при сохранении его высокой механической прочности и необходимого электрического сопротивления. Однако в этом случае не исключена возможность электрохимической коррозии. Поэтому скрутка трубок с волокном и стальных проволок, покрытых алюминием, обычно имеет смазку для уменьшения коррозии, например у кабелей фирмы, Felten& Guilleaume. Фирма Philips предложила обмотку трубки алюминиевой лентой, внутренняя сторона которой покрыта полимерной пленкой.

В конструкции кабелей без защиты оптических сердечников от воздействия влаги требуется применение полимерных материалов, сохраняющих свои физико-механические свойства под действием растягивающих нагрузок и атмосферы в течении длительного времени эксплуатации.

Для обеспечения электрических параметров конструкция кабеля рассчитывается на определенное сопротивление постоянному току, которое достигается необходимым сечением алюминия и его сплавов. Применение трубок из алюминия и проволок алюминиевого сплава в повиве со стальными оцинкованными проволоками ограничивает срок службы кабеля из-за вероятности электрохимической коррозии. Для обеспечения длительного срока эксплуатации необходимо применение специальных антикоррозийных смазок или антикоррозийных покрытий стальных проволок. Покрытие стальной проволоки цинкоалюминиевым сплавом позволяет значительно увеличить её срок службы. Наилучшим решением является покрытие стальных проволок алюминием. В этом случае обеспечивается высокая защита стальной проволоки и проволок из алюминия или алюминиевого сплава от коррозии и увеличивается электрическое сопротивление кабеля. Для обеспечения высокой механической прочности кабеля и модуля упругости в проволоке, покрытой алюминием, необходимо использование стали с прочностью не менее 160 кгс/мм2; обычно прочность стальной проволоки, покрытой алюминием, составляет не менее 140 кгс/мм2, в отдельных случаях она может быть выше.

Из всего сказанного следует, что при выборе конструкции оптического кабеля, встроенного в грозозащитный трос, необходимо учитывать оптимизацию всех его параметров: максимально допустимую растягивающую нагрузку, сопротивление постоянному току, массу, диаметр, число волокон, а также показатели надежности его элементов.

3.3 Самонесущие неметаллические оптические кабели

Создание оптической связи по высоковольтным линиям электропередачи без замены грозозащитных тросов на оптические кабели, встроенные в грозозащитный трос, возможно с помощью подвески специально разработанных для этой цели подвесных неметаллических оптических кабелей связи. К настоящему времени многие российские, и зарубежные фирмы предлагают различные по конструктивному решению кабели такого класса. Основные типовые конструкции этих кабелей можно разделить на три группы.

Первая группа кабелей-подвесные неметаллические оптические кабели связи, силовыми элементами которых являются стеклопластиковые стержни. Кабели этой группы в основном выпускаются российскими предприятиями. Обусловлено это тем, что цена 1 км стеклопластикового стержня в России в 2−3 раза дешевле, чем за рубежом. Основными поставщиками таких кабелей являются АО ВНИИКП (Москва) и ОПТЕН (Санкт-Петербург). Этими предприятиями разработана номенклатура кабелей, рассчитанных на различные механические нагрузки; на рисунке 3.6 [6] показаны типовые конструкции кабелей данной группы. В обоих случаях волокно свободно уложено в оптическом модуле, свободное пространство которых заполнено гидрофобным заполнителем (loose tube). Основное отличие заключается в технологическом исполнении оптического сердечника. В кабелях АО ВНИИКП оптические модули скручены вместе со стеклопластиковыми элементами вокруг центрального стеклопластика, для обеспечения необходимой растягивающей нагрузки поверх оптического сердечника накладываются повивы из стеклопластиков. В кабелях АО ОПТЕН оптический сердечник выполнен в виде скрутки оптических модулей между собой, поверх оптического сердечника положен повив из стеклопластиковых стержней.

Вторая группа кабелей-подвесные неметаллические оптические кабели, силовыми элементами которых являются арамидные нити. Кабели данной группы выпускаются как многими зарубежными фирмами, такими как Alcoa Fujikura (США), Siemens (Германия), АТ&T (США), Pirelli (Италия), так и российскими предприятиями АО ВНИИКП и АО ОПТЕН. Типовая конструкция таких кабелей представлена на рисунке 3. 7, а [6]. Все перечисленные фирмы используют оптические модули со свободной укладкой волокна (loose tube).

Третья группа кабелей — подвесные неметаллические оптические кабели, силовыми элементами которых являются арамидные нити и стеклопластик, который в свою очередь, может быть стержнем, а может быть выполнен в виде центрального профилированного элемента. Такой вариант кабеля изображен на рисунке 3. 7, б [6]. Оптический кабель с силовыми элементами из арамидных нитей стеклопластиковых стержней предлагается АО ВНИИКП и показан на рисунке 3. 7, в [6].

Расчет подвесных оптических кабелей на максимально допустимую растягивающую нагрузку проводят на основе допустимой нагрузки на волокно (максимально допустимого удлинения волокна), которая выбирается каждым разработчиком кабеля, исходя из избыточной длины волокна в оптическом модуле и в некоторых случаях при использовании специально подобранных волокон дополнительно допустимой нагрузки на волокно. Так, фирма АТ&Т предлагает конструкцию кабеля, в котором волокно не удлиняется при удлинении кабеля до 1%. АО ВНИИКП допускает растягивающую нагрузку на кабель при его удлинении до 0,5% без удлинения волокна. При этом число арамидных нитей или сечение стеклопластиковых элементов выбирается из расчета допустимой нагрузки при заданном удлинении кабеля.

Недостатками оптических кабелей 1-ой группы по сравнению с кабелями 2-ой группы являются их больший наружный диаметр из-за низкой степени заполнения стеклопластиковых элементов, меньшая гибкость, большая масса.

Защита оптического сердечника кабеля и армирующих элементов от влаги обеспечивается полимерными оболочками кабеля. Поэтому особенно актуальной является задача сохранения целостности наружной полиэтиленовой оболочки в течении всего срока службы кабеля. Известно, что под воздействием электрического поля и влаги происходит деградация полиэтиленовой оболочки кабеля [6], поэтому при условии выбора точки подвеса с минимальной напряженностью электрического поля подвесные неметаллические оптические кабели с оболочкой из обычного шлангового полиэтилена (в российском варианте ПЭ 153−10К) рекомендованы для подвески на линиях электропередачи напряжением до 110 кВ (для зарубежных линий 132кВ).

Таким образом, подвесные неметаллические оптические кабели имеют ограниченную область применения. В последнее время проведены работы по созданию материала для оболочки таких кабелей на основе полиэтилена, который имеет повышенную трекингостойкость (трекинг-образование на поверхности диэлектрика следов пробоя при воздействии электрического поля). Так фирмы Alcoa Fujikura и Siemens предлагают оптический кабель для подвески на линиях электропередачи напряжением 230 кВ при выборе точки подвеса с напряженностью не более 12 кВ. Фирма АТ&Т предлагает оптические кабели для подвески на линиях электропередачи напряжением 230 и 500 кВ с ограничением точек подвеса по напряжению не более 12 и 25 кВ соответственно. Следовательно, в настоящее время область применения подвесных неметаллических кабелей расширяется. Но при этом требуется проведение тщательных расчетов возможных воздействий на оболочку кабеля, а, возможно, и его дополнительных испытаний. Работы, проведённые в АО ВНИИКП по влиянию электрического поля на полиэтиленовую оболочку кабеля, показали, что наблюдается изменение надмолекулярной структуры полиэтилена при 1,75 кВ/cм. Вероятной причиной этих изменений может быть разогрев образца в ходе электрических испытаний до температуры примерно 60С, вследствии чего вероятно ускоренное старение полиэтилена.

3.4 Оптические кабели, предназначенные для навивки на провода и грозозащитные тросы

Одним из наиболее дешевых видов передачи информации по ВЛ является передача сигнала по оптическому кабелю связи, навитому на фазовый провод или грозозащитный трос линии. Технологией навивки оптических кабелей на провода или тросы до настоящего времени занимались всего две фирмы в мире Furukawa Elektric CO LTD (Япония) и Focas Limited (США). И это объяснимо, так как фирмы владели устройством для навивки оптического кабеля на провода линий электропередачи. Этими фирмами предложены оптические кабели для навивки, как на грозозащитный трос, так и на фазовые провода.

Российская фирма ОРГРЭС разработала и изготовила устройство для навивки оптического кабеля на провода линий электропередачи (патентная заявка 93−17 667/07) и в настоящее время занимается отработкой технологии навивки оптического кабеля на грозозащитный трос ВЛ. Фирма Alcoa Fujikura LTD предложила оптический кабель для навивки с помощью устройства, разработанного фирмой ОРГРЭС.

Понятно, что по техническим параметрам оптические кабели, предназначенные для навивки на трос, отличаются от кабелей, предназначенных для навивки на фазовые провода. При навивке кабеля на фазовый провод следует учитывать максимально допустимую температуру проводника, которая определяется максимальной температурой нагрева фазового провода или троса. Так по российским стандартам для стального троса допустимая температура нагрева при токе короткого замыкания 400С, рабочая температура определяется температурой окружающей среды как максимально, так и минимально возможной для конкретного района подвески. Для сталеалюминиевого троса и фазовых проводов допустимая температура нагрева при токе короткого замыкания 200С. Таким образом, по температурному режиму навивка оптического кабеля на фазовые провода или сталеалюминиевые тросы более предпочтительна. При этом следует учитывать, что при навивке на трос возможны удары грозовых разрядов, которые также могут приводить к повреждению оптического кабеля.

Однако, как и в случае подвески неметаллических оптических кабелей на линиях электропередачи, при навивке на фазовый провод необходимо учитывать влияние электрического поля на оболочку кабеля, которая может быть подвержена эрозии в результате действия градиента поля и влаги. Кроме того, при навивке оптического кабеля на фазовый провод необходимо применять такой способ крепления кабеля на опоре, при котором будет невозможна утечка тока на землю.

По конструктивному решению навивные оптические кабели принципиально не отличаются от неметаллических подвесных оптических кабелей и соответственно к ним должны предъявлятся те же требования по надёжности их механических и оптических параметров. При этом кабели данного типа должны иметь минимальный диаметр и массу.

На рисунке 3. 8, а представлена типовая конструкция оптического кабеля навивного типа, предлагаемого фирмой Fokas Limited 6. В конструкции кабелей этой фирмы предусмотрена свободная укладка волокна в полимерной трубке (loose tube), в качестве силовых элементов используются стеклопластиковые стержни. Расчётная разрывная нагрузка кабелей составляет

30 — 45 кгс, при этом масса кабелей колеблется от 20 — 59 кг/км, диаметр кабелей изменяется от 5,3 до 8,1 мм. По стойкости к температуре кабели различаются: при навивке на фазовый провод кабель должен выдерживать максимальную температуру 3000С, при навивке на грозозащитный трос — 2000С.

На рисунке 3. 8, б представлена типовая конструкция кабеля, предложенная фирмой Furucawa Electric CO LTD для навивки на трос [6]. Растягивающая нагрузка кабелей этой фирмы колеблется от 100 до 200кгс при диаметре кабелей 3 — 4 мм, диапазон рабочих температур от -200С до 1500С. кабель выдерживает воздействие электрического поля при сырой погоде до 150 кВ/м.

Конструкция кабеля для навивки на трос и фазные провода, предложенная фирмой Alcoa Fujikura LTD, показана на рисунке 3. 8, б [6]. Длительно приложенная растягивающая нагрузка для кабелей этой фирмы лежит в пределах от 45 до 60кгс, допустимая кратковременная растягивающая нагрузка для составляет 90 — 120кгс, масса кабелей соответственно изменяется от 28 до 59кг/км, диаметр кабелей составляет 4,6 — 6,6 мм. материал оболочки кабеля этой фирмы способен выдерживать температуру до 2200С, а также устойчив к образованию трекинга. Фирма Alcoa Fujikura LTD готова поставлять кабель для навивки на стальной грозозащитный трос, который соответственно будет выдерживать температуру нагрева до 4000С.

Таким образом, в настоящее время представляется возможным в России проводить работы по строительству оптических линий связи с помощью навивки оптического кабеля на провода ВЛ.

3.5 Обоснование выбора типа оптического кабеля

С позиции технических требований, предъявляемых к магистральным и внутризоновым линиям передачи ВСС РФ, сегодня наилучшими потребительскими свойствами обладают оптические кабели, встроенные в грозозащитный трос [7]. Можно отметить следующие преимущества ОКГТ:

Высокая надежность (обрывы ОКГТ не превышают 0,05 — 0,1 случая на 100 км в год [8]);

Защищенность оптических волокон от внешних электромагнитных влияний, так как ОКГТ экранирован одним или двумя слоями проволок;

Большой срок службы (до 25 лет);

Использование ОКГТ для создания ВОЛС на ВЛ 110- 500кВ.

В данном проекте предусмотрена подвеска оптического кабеля, встроенного в грозозащитный трос, марки ОКГТ — МТ — 4 — 10/125 — 0,36/0,22 — 13,1 — 81/72 производства АОЗТ «Самарская оптическая кабельная компания», на существующих опорах действующей ВЛ 220кВ П С Восточная — Заря.

В таблице 3.1 приведены основные параметры ОКГТ — МТ — 4 — 10/125 — 0,36/0,22 — 13,1 — 81/72.

Параметры

Значения

1

2

Количество одномодовых оптических волокон

4

Коэффициент затухания, дБ/км, не более

на длине волны 1,31 мкм

на длине волны 1,55 мкм

0,36

0,22

Хроматическая дисперсия, пс/нм*км, не более

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой