В начале главы IV мной описаны обоснования выбора типа оптического кабеля и выбран кабель типа ОКЛК.

Данный кабель предназначен для прокладки в грунтах всех категорий, в том числе зараженных грызунами, в кабельной канализации, трубах, блоках, коллекторах, на мостах и шахтах, через несудоходные реки и не глубокие болота, а также в условиях повышенных электромагнитных влияний.

Рис.3.1 Внешний вид оптического кабеля ОКЛК.

Рис.1.4 Поперечный разрез оптического кабеля ОКЛК.

1. Оптическое волокно;

2. Внутримодульный гидрофобный заполнитель;

3. Центральный силовой элемент - 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

Допустимая температура эксплуатации от минус 40°С до плюс 50°С

Строительная длина не менее 2000метров

Геометрические размеры ОВ:

диаметр модового поля 8,5 ± 1 мкм

диаметр оболочки 125 ± 3 мкм

Неконцентричность сердцевины и оболочки не более 0,7 мкм

Коэффициент затухания не более 0,22.0,25 дБ/км

Дисперсия сигнала в оптическом волокне не более 3,5 пс / нс км

Допустимое растягивающее усилие 7 - 80 кН

Стойкость к раздавливающим усилиям на 1см длины для линейных кабелей 1000 Н.

V. Расчет бюджета элементарного кабельного участка

5.1 Выбор и обоснование методики расчета

где д - величина максимального радиального смещения двух ОВ, 5 = 1,138 мкм;

w - параметр, определяющий диаметр моды ООВ, w = 10 мкм.

Угловое рассогласование OB также приводит к существенным оптическим потерям. В формулы для расчёта указанных потерь, кроме угла рассогласования 9, входят ещё и показатели преломления и воздуха. Из-за того, что в паспортных данных ОВ не приводится величина ПП, расчёт потерь из-за углового рассогласования вызывает определённые трудности. Поэтому принимаем а2 = 0,35 дБ.

Оптические потери в разъёмных соединителях увеличиваются также в результате осевого рассогласования.

Для расчёта потерь из-за осевого рассогласования можно воспользоваться следующей формулой

где Z - максимальное расстояние между торцами ОВ;

d - диаметр ОВ;

0а - аппертурный угол.

Для достижения малых величин потерь для ООВ можно принять максимальное значение Z = 2,95.9а = 5,336° (п.2.1.).

Неучтённые потери в разъёмном соединителе можно принять равным

а4 =0,01 дБ.

При существующих технологиях потери в разъёмном соединителе не превышают величины

а в неразъёмных соединителях не более ан < 0,1 дБ.

5.3 Анализ бюджета мощности (энергетического потенциала)

Итак, у = 17,5 пс/км, что существенно меньше модовой дисперсии одномодового ОК

VI. Организация работ по строительству ВОЛС

6.1 Выбор и обоснование способов и рекомендаций по прокладке оптического кабеля

Прокладка ОК кабелеукладчиком

Бестраншейный способ прокладки кабеля с помощью кабелеукладчика благодаря высокой производительности и эффективности является основным. Он широко применяется на трассах с различными рельефами местности и различными грунтами. Для прокладки используются кабелеукладчики с активными и пассивными рабочими органами.

Ножом кабелеукладчика в грунте прорезается узкая щель, и кабель укладывается на ее дно и заданную глубину залегания (0,9.1,2м). При этом на кабель действуют механические нагрузки. Кабель на пути от барабана до выхода из кабеленаправляющей кассеты подвергается воздействию продольного растяжения, поперечного сжатия и изгиба, а случаях применения вибрационных кабелеукладчиков - вибрационному воздействию. В зависимости от рельефа местности и характера грунтов, конструкции и технического состояния кабелеукладчиков, а также режимов их работы, механические нагрузки на кабель могут изменяться в широких пределах.

В настоящее время наиболее полно требованиям, предъявляемым при прокладке ОК отвечает кабелеукладочный комплекс КНВ-1К, предназначенный для работы на трассах любой протяженности, а также для работы в стесненных условиях, населенных пунктах, вблизи дорог и в лесу. Комплекс состоит из специально оборудованного бульдозера и вибрационного кабелеукладчика КНВ-1К. При прокладке кабеля обе машины соединяются тяговым тросом. Назначение бульдозера - планирование и выравнивание трассы. Спецоборудование бульдозера состоит из бульдозерного отвала и П - образной рамы, на поперечной балке которой установлены две пары вилочных захватов для погрузки, разгрузки и установки на них кабельных барабанов.

Основные технические характеристики комплекса КНВ-1К:

средняя техническая скорость прокладки, м / ч400

глубина прокладки, м 0,9.1,2

суммарная масса устанавливаемых барабанов, кг 4000

толщина ножа, мм 140

ширина кассеты, мм 120

Габаритные размеры кабелеукладчика в рабочем положении:

длина, м 9,1

ширина, м 3,7

высота, м 3,1

Масса кабелеукладчика с кабелем, кг, не более10000

При прокладке ОК кабелеукладчиком не допускается вращение барабана под действием натяжения кабеля, возникающих при движении кабелеукладчика по трассе. Особенно опасны рывки кабеля, которые могут иметь место при прокладке в сложных грунтах, наличии препятствий в грунте, на трассе и т.п.

Для предотвращения превышения допустимых нагрузок на оптический кабель, при его прокладке необходимо обеспечить:

принудительное вращение барабана в момент начала движения кабелеукладчика и синхронизированную его размотку;

ограничение боковых давлений на кабель за счет применения различного рода мероприятий и конструкций, снижающих трение (использование в кассетах специальных роликовых направляющих устройств, обеспечивающих минимально допустимый радиус изгиба ОК, размещение роликов кассеты так, чтобы уменьшить радиальное давление на кабель);

допустимый радиус изгиба ОК от барабана до укладки на дно щели на всем участке подачи кабеля через кассету;

исключение случаев засорения кассеты кабелеукладочного ножа и остановок вращения барабана при движении кабелеукладчика.

Отличительной особенностью оборудования для прокладки ОК бестраншейным способом является наличие на кабелеукладчике ножа с разборной кассетой. Это позволяет освобождать кабель без его разрезания при подходе к местам, где механизированная прокладка невозможна (переходы под дорогами, вход в телефонную канализацию). В этом месте кабель вынимается из кассеты, сматывается с барабана, выкладывается восьмеркой и освободившимся концом пропускается через препятствие. Затем кабель может быть вновь намотан на барабан, заправлен в кассету и проложен дальше.

Прокладку кабеля рекомендуется выполнять под постоянным оптическим контролем, за целостностью и состоянием оптических волокон и кабеля в процессе прокладки. С этой целью все оптические волокна соединяются шлейфом и включаются в измерительный прибор. Контроль осуществляется по результатам измерения затухания ОВ кабеля с помощью оптического тестера, оптического рефлектометра или других аналогичных средств измерения.

Проанализируем растягивающие усилия, которым подвергается ОК при механизированной прокладке с помощью кабелеукладочного комплекса КНВ-1К. При средней технической скорости прокладки равной 400 м/ч и использовании барабана со строительной длиной 4 км, натяжение кабеля равно 2000 Н, а допустимое растягивающее усилие для кабеля типа ОКЛК равно 7000 Н, следовательно, нагрузка на кабель в процессе прокладки кабелеукладочным комплексом КНВ-1К не превышает допустимую.

Прокладка ОК в канализацию

В данном дипломном проекте предусмотрена прокладка ОК в городской черте в свободном канале. Затягивание кабеля в свободные каналы осуществляется стальными тросами диаметром 5.6 мм.

При прокладке оптических кабелей в канализацию необходимы устройства, облегчающие его прокладку и исключающие его повреждение. К таким устройствам относятся:

1) лебедка ручная проволочная или тросовая с регулируемым усилием натяжения, обеспечивающая заготовку канала проволокой, тросом для затягивания ОК;

2) устройство для размотки кабеля с барабана;

3) направляющая труба для ввода кабеля через горловину колодца от барабана до канала канализации;

4) ролики люкоогибные для направления прохождения заготовочной проволоки, троса и запаса ОК через горловину последнего выходного колодца;

5) горизонтальная распорка и блок кабельный для плавного поворота ОК в угловом колодце;

6) воронки направляющие для предотвращения повреждения ОК о торцы трубы кабельной канализации и обеспечение требуемого радиуса изгиба ОК на входе и выходе канала;

7) чулок кабельный для затяжения кабеля за металлические элементы и полиэтиленовую оболочку;

8) компенсатор кручения для исключения передачи на кабель скручивающих усилий.

Характерной особенностью является необходимость обеспечения тяжения ОК одновременно за оболочку кабеля и его силовые элементы.

При затягивании в телефонную кабельную канализацию ОК испытывает растягивающие нагрузки, которые могут оказать влияние на его оптические параметры и физические свойства. Поэтому необходимо знать величину этой нагрузки и ограничивать максимально допустимое натяжение. При прокладке кабеля в телефонной канализации на прямолинейном участке трассы усилие натяжения определим по формуле:

Т = Р * f * l; (7.1)

где Р = 320 кг/км, масса кабеля;

f = 0,32 коэффициент трения;

l - длина кабеля.

Расстояние, на которое необходимо протянуть ОК в канализации, составляет в Белорецке 2,5 км, в Учалах 2км.

Рассчитаем для Белорецка:

Т = 320 * 0,32 * 2,5 = 256 кГс = 2560 Н

Для выбранного кабеля типа ОКЛК допустимое растягивающее усилие равно 3000 Н, следовательно нагрузка испытываемая кабелем при протягивании в кабельной канализации не превышает нормы.

Прокладка ОК через реки, дороги

В проекте предусмотрена прокладка кабеля типа ОКЛК через несудоходные реки с помощью кабелеукладчика КУ-120. Переход через железную дорогу предусмотрен в асбестоцементных трубах, заложенных под полотно. Укладка труб выполняется методом прокола грунта реверсивным пневматическим пробойником типа ИП-4603.

Ввод ОК в оконечный пункт

Место ввода кабелей в здание выбирают как можно ближе к месту установки вводно-кабельных стоек (ВКС). В оконечных для ввода подземных кабелей выделяется специальное помещение - помещения ввода кабелей, располагаемое обычно рядом с помещением со стойками ВКС или под ними.

Ввод кабелей в здание осуществляется через асбоцементные трубы, заложенные в стене или фундаменте здания.

В случаях, когда в станцию вводятся кабели, проложенные в канализации большой емкости, вблизи ввода строится станционный (вводной) колодец, от которого трубы подаются непосредственно в здание (шахту).

Вдоль стены шахты располагается специальный каркас, на котором крепятся консоли. Раскладка кабелей на консолях и подача их к месту производится с таким расчетом, чтобы не было перекрещивания кабелей, и радиусы их изгибов были не меньше установленной нормы. До оборудования кабели в негорючей ПХВ оболочке из помещения ввода кабелей прокладываются по вертикальным и горизонтальным воздушным желобам к оптическим кабельным шкафам, устанавливаемым в ЛАЗ на свободных местах.

6.2 Выбор способа монтажа оптического волокна и рекомендации по монтажу оптического кабеля

Рассмотрим основные способы неразъемных соединений. Соединительные трубки. Один из самых распространенных способов постоянного соединения волокон состоит в использовании прецизионных втулок или трубок, которые, будучи изготовлены точно по наружному диаметру оптического волокна, придает ему требуемое положение и фиксирует это положение. Трубки чаще всего стеклянные, а коническая часть у конца трубки облегчает ввод оптического волокна. Соединитель состоит из полой стеклянной втулки 1 с отверстием 2 для заливки склеивающего компаунда, который одновременно служит и для согласования показателей преломления соединяемых волокон 3 и 4. Среднее значение затухания в местах стыков составляет 0,29 дБ.

Квадратная трубка. Способ основан на самоюстирующемся совмещении соединяемых ОВ, свободно размещаемых в прямоугольной стеклянной трубке. Подготовленные концы оптических волокон вставляются в трубку, предварительно заполненную эпоксидным составом с соответствующим показателем преломления. При этом концы волокон слегка изгибаются, что вызывает поворот трубки таким образом, что концы волокон начинают перемещаться вдоль одного угла трубки. Когда волокна совместятся друг с другом, их выдерживают в таком положении до тех пор, пока не застынет эпоксидный состав. При работе такое соединение имеет потери в среднем около 0,1дБ.

Электродуговая сварка. Этот способ получил наибольшее применение как наиболее надежный, стабильный и не вызывающий больших потерь. Он пригоден для полевых условий, так как не требует предварительной обработки торцевых поверхностей волокон. Принципиальная схема сращивания ОВ указанным методом приведена на рисунке 4.2 Сварка заключается в местном нагреве границы раздела двух состыкованных и предварительно отцентрованных торцов волокон, в результате которого волокна сплавляются друг с другом. В качестве источника энергии используется электрическая дуга, возникающая межу электродами. Потери в таком соединении составляют 0,1.0,3 дБ.

Процесс сращивания одномодовых волокон имеет некоторые особенности. Конструктивная особенность одномодовых волокон состоит в очень малом размере сердцевины (8.10 мкм вместо 50 мкм у многомодовых). Поэтому необходимо очень точно юстировать сращиваемые волокна и в первую очередь по диаметру сердцевины. Может оказаться, что при одинаковых наружных диаметрах соединяемых волокон, сердцевины их не будут совпадать. В этом случае добиваются точного совмещения оптических ядер.

Сварочное устройство должно обеспечивать достаточную прочность стыка, малые вносимые потери, надежность, простоту обращения в полевых условиях, быть безопасным и надежным в работе в различных атмосферно - климатических условиях. Эти требования могут быть обеспечены при электросварке, с максимальной автоматизацией работ и тщательном контроле за процессом сварки с целью уменьшения деформации сердцевины волокна.

Современные устройства обеспечивают полностью автоматический режим выполнения сварочного соединения. Ручные операции ограничиваются лишь зачисткой волокон, их обрезкой и установкой в фиксаторы узла позиционирования). Алгоритм функционирования устройств предусматривает, автоматическое позиционирование волокон, настройку параметров сварки, выполнение сварки с последующей оценкой потерь на получившемся соединении.

Разъемные соединения волокон

Соединение оптических волокон осуществляется с помощью разъемных и стационарных неразъемных соединителей.

Разъемные соединители применяются для соединения элементов аппаратуры между собой, ОВ с элементами аппаратуры, а также в ряде случаев ОВ одного кабеля с ОВ другого кабеля. Эти соединители представляют собой штекерные устройства различной конструкции.

Опишем одну из конструкций штекерного устройства. Штыревая часть соединителя имеет с обеих сторон конические каналы. Диаметр отверстия этого канала является единственным критическим размером. В штыревую часть и в гнездо соединителя вставляются заранее подготовленные концы ОВ. Фиксация ОВ в штыревой и гнездовой частях обеспечивается путем сжатия концов трубок из стали, надетых на пластмассовую оболочку. После выполнения операции соединения сопрягаемые поверхности снаружи плотно соприкасаются друг с другом, а торцы ОВ оказываются разделенными небольшим зазором. Фиксация положения штыревой и гнездовой частей соединителя производится с помощью гайки с накаткой, которая накручивается на поверхность гнездовой части штекера, имеющего резьбу. Значения потерь в разъемных соединителях обычно колеблются от 0,2 до 0,3 дБ.

Следует отметить, что появляются новые конструкции разъемных соединителей с уменьшенными потерями и повышенной надежностью работы. Необходимость создания более совершенных конструкций разъемных соединителей особенно актуальна для одномодовых ОВ, диаметр сердцевины которых составляет 8.10 мкм.

Механический сросток. В сростке, соединяемые волокна вводятся в пластмассовую втулку и свободное пространство заполняется компаундом, оказывающим скрепляющее действие и уменьшающим потери на отражение от торцов. Снаружи сросток герметично закрыт и механически защищен полумуфтами.

Соединитель симметричного типа. В такой конструкции на концах волокон монтируются одинаковые штекеры; гнездо не содержит оптических деталей и служит лишь направляющим устройством, в который с двух сторон симметрично входят штекеры. Концы оптических волокон вклеиваются в специальный плунжер из пластмассы или металла и затем шлифуются. В разъемном соединении, точность взаимного расположения торцов оптических волокон обеспечивается коническими поверхностями гнезда и штекеров. Для согласования показателей преломления концы оптических волокон покрыты подушкой из мягкого прозрачного материала. Зазор между концами оптических волокон составляет 30 мкм. Средние потери при таком соединении составляют 1 дБ.

Защита мест соединения волокон

Места соединения ОВ защищают одним из следующих способов: восстановлением защитного покрытия, заливкой места стыка эпоксидным компаундом и с помощью специальной гильзы для защиты соединений световодов.

Первые два способа в полевых условиях применять довольно сложно. На практике наиболее широкое применение нашел способ защиты сростков ОВ с помощью специальных гильз ГЗС (гильзы для защиты сростков) или КДЗС (комплект деталей для защиты сростков). ГЗС содержит термоусаживаемую трубку, внутри которой находится несущий металлический стержень, диаметр которого равен 1,0 мм и трубку из материала высокой текучести - сэвилена.

Перед соединением волокон гильзу надевают на один из сращиваемых концов ОВ. Затем ее надвигают на место соединения и нагревают. В процессе нагрева и усаживания трубки сэвилен расплавляется и уплотняется вокруг ОВ. Несущий металлический элемент надежно защищает ОВ от изгиба внутри трубки.

Монтаж ОК

Наибольшее распространение для монтажа ОК находят различные варианты сборных муфт, которые можно использовать многократно. Герметичность подобных муфт обеспечивается с помощью специальных прокладок, резьбовых и болтовых соединений, термоусаживающихся трубок.

При выборе оптической муфты я остановился модели МТОК96-01 выпускаемой АО "Связьстройдеталь".

Муфта тупиковая оптического кабеля МТОК96-01 предназначенная для прямого и разветвительного сращивания строительных длин магистральных и внутризоновых оптических кабелей, прокладываемых в грунтах всех категорий (кроме скальных и вечномерзлотных), в кабельной канализации и подвешиваемых на опорах линий электропередач при условии их защиты от механических повреждений, что выполняется специальными чугунными защитными муфтами. Количество соединяемых кабелей для данной муфты 2-3, а максимальное число соединяемых оптических волокон 96 шт.