В отличие от традиционного способа строительства с углублением дна, разработкой и последующей засыпкой траншеи, метод горизонтально- направленного бурения является бес траншейным. Он практически не влияет на естественное состояние участка производства работ.

Машина горизонтально-направленного бурения чаще представлена в виде самоходной машины с буровой установкой, набором бурильных штанг и операторским местом с электронным пультом управления. С помощью бурильной системы VERMER можно производить различные подземные прокладки труб диаметром до 500мм и длиной до 400 м (в зависимости от качества грунта). Строительство бестраншейного перехода трубопровода под реками, дорогами включает в себя несколько основных этапов:

Наклонно направленное бурение под дном, например водной преграды с началом на одном из берегов и выходом на противоположном берегу в заранее намеченную точку. В начале бурится направляющая скважина небольшого диаметра, траектория бурения контролируется по радиосигналу датчика, встроенного в бурильную колонну. В процессе бурения происходит уплотнение стенок скважины при помощи вращающейся головки. Из вращающегося наконечника спереди выдавливается биологически безопасная жидкость (бентонит), которая взрыхляет грунт и одновременно укрепляет стенки пробурённой скважины. Давление жидкости регулируется с буровой машины.

расширение скважины. После окончания первоначального пробуривания бурильные наконечники заменяются более широкими насадками разного размера. Таким образом, осуществляется последовательное расширение канала до нужного размера. Число расширений зависит от местного ландшафта, профиля рек, ширины, почвенных условий.

Протяжка в скважину полиэтиленовой трубы. При вытягивании бура диаметр скважины расширяется более широкими буровыми насадками и одновременно в скважину втягивается полиэтиленовая труба.

Метод горизонтально- направленного бурения даёт следующие преимущества:

Прокладка трубы под дном рек, под железным полотном или автомобильной дорогой, методом наклонно-направленного бурения в три раза дешевле по сравнению с традиционным методами.

Ненарушаются гидрологические процессы, работы проводятся на расстоянии свыше 100 метров от береговых урезов.

Не требуется проведение берегоукрепительных работ.

Метод горизонтально - направленного бурения является экологически безопасным. В частности при бурении и укреплении стенок скважины применяются специально разработанные буровые растворы на основе не токсичных бентонитовых глин.

Трубки соединяются специальными пластмассовыми муфтами,

компенсирующими увеличение и уменьшения их длины при изменении температуры.Для соединения трубок используются также пластмассовые резьбовые и электросварные муфты. При соединении концы трубок плотно подгоняют друг к другу, а с их внутренних и наружных поверхностей удаляют заусенцы.

Пластмассовая резьбовая муфта представляет собой трубку с правосторонней наружной резьбой на одном конце и левосторонней - на другом. Муфта имеет две гайки, навертываемые с концов трубы и две внутренние фиксирующие шайбы. Различают муфты соединительные - для трубок одинакового диаметра, переходные - для соединения трубок разных диаметров. При монтаже резьбовой муфты на один из соединяемых концов трубок одевается гайка и внутренняя фиксирующая шайба, после чего трубка вставляется до упора на центральную перегородку. Гайка навинчивается на среднюю часть, затем - фиксирующая шайба с гайкой. Вторая трубка вставляется в муфту также до упора и затягивается вторая гайка.

Электросварная муфта представляет собой полиэтиленовую трубку, на внутреннюю поверхность которой нанесён слой высокоомного проводника. Концы проводника выведены на поверхность муфты в специальные клеммы. Рядом с клеммами расположены отверстия для контроля качества сплавления. Сварочное напряжение составляет 39,5 В, максимальная сила тока - 99 А. Сварка муфты с трубками выполняется в течение времени, указанного на муфте или в её паспорте. Время сварки задаётся автоматическим или ручным регулятором. При нормальной сварке появляется расплавленный полиэтилен в контрольных отверстиях муфты. После окончания сварки клеммы на поверхности муфты срезаются.

Компенсирующая муфта содержит поливинилхлоридную трубку с внутренней поверхностью из полиэтилена с рифлёным профилем. В трубке на расстоянии 40см от одного конца и 19,5 см от другого имеется перегородка. Захватывающий наконечник, плотно обхватывающий трубку и гладкий наконечник, позволяющий концу трубки свободно перемещаться, расположенные с разных сторон муфты, обеспечивают герметичность.

Компенсирующую муфту монтируют так, чтобы в гладкий её захват вводился конец трубки, подвергающийся большому температурному влиянию (конец трубки, проложенный по мосту).

Муфта надевается на трубу со специальной смазкой (нанесённой для облегчения установки) со стороны захватывающего наконечника и перемещается до упора трубки в перегородку. Затем в гладкий захват муфты вводится вторая трубка.

Все проложенные трубы проверяются на герметичность на участке между двумя смежными вводами в служебно-технические здания, но на участке не короче, чем между двумя смежными соединительными муфтами на ВОК.

Непосредственно перед прокладкой проверяются на герметичность и проходимость с помощью губчатого цилиндра (из поролона), перемещаемого потоком воздуха.

Песок, земля и небольшие камни удаляются с помощью цилиндра, задуваемого в трубку сжатым воздухом. Очистку трубы от слежавшегося песка, грязи при наличии сквозного канала для прохода воздуха проводят сжатым воздухом с последующей продувкой губчатого цилиндра.

При проверке герметичности оба конца смонтированных на участке проверки трубок заделываются специальными пластмассовыми заглушками, а в трубку закачивается избыточный воздух. В герметичной трубе давление долгое время не уменьшается.

Место непроходимости или нарушения целостности трубки можно определить по скорости цилиндра с радиопередатчиком: непроходимость вызывает останов, а негерметичность - останов или резкое снижение скорости.

В последнем случае место негерметичности определяется повторной продувкой цилиндра с датчиком через трубку под меньшим давлением. Результаты тестирования трубок на проходимость и герметичность оформляются протоколом.

Если полностью смонтировать трубу на участке прокладки ОК временно не удаётся, то уложенные трубы содержатся под избыточным давлением воздуха 0,5-1,0кГс/см² с проверкой давления в них один раз в две недели.

Камеры устанавливаются для размещения соединительных муфт ВОК, а также для размещения запасов этих кабеле. Место установки каждой камеры определяется представителями организации, выполняющей прокладку трассы, совместно с представителями заказчика с учётом длинны кабеля на каждом конкретном барабане, условий трассы.

Камеры устанавливаются в непосредственной близости от места перехода трубок на мост с одной или двух его сторон. Выбор места для установки камеры зависит от длины прокладываемого кабеля. Следует учитывать необходимость укладки в камеру с соединительной муфтой запаса ВОК с длиной колец каждого конца не менее 8 м для монтажа муфты. В случае сухих грунтов при уровне грунтовых вод ниже глубины промерзания камера устанавливается в котловане на выровненное и уплотнённое песчаное основание и засыпается дренирующим грунтом. В глинистых и мокрых грунтах при выходе грунтовых вод на поверхность, камеры обваловывают. При нахождении подземных вод ниже поверхности грунта, но выше глубины промерзания камеры устанавливаются в котловане выше уровня подземных вод на 20 см. На заболоченных сооружаются специальные основания или устраиваются насыпи.

В месте установки камеры трубы вырезаются так, чтобы можно было соединить их с патрубками камеры. После прокладки кабелей в трубопроводе, трубы с патрубками камеры соединяются резьбовыми пластмассовыми переходными муфтами.

Все работы по подготовке концов труб и патрубков камеры к соединению выполняются до прокладки ВОК. После ввода концов ОК в камеру (при монтаже соединительной муфты) или укладке колец кабеля (при установке камеры под мостом) и соединения трубок в патрубок камеры вставляется проходная заглушка: изнутри камеры (если ОК проложен после соединения с камерой) или снаружи камеры (если ОК проложен в трубке до её соединения с камерой).

Впервые метод и устройство задувки кабеля были запатентованы в Швейцарии. Устройство представляет собой компрессор и имеет три различных модификации: Minijet - для задувки кабелей диаметром до 6 мм, Cablejet-для задувки кабелей диаметром от16 до 18 мм, Superjet- для кабеля диаметром от 15 до 35 мм. Привод подачи кабеля Cadlejiet работает от встроенного пневмодвигателя по такому же принципу работает Minijet, но с пневмодвигателем менее мощным. Привод Superjet работает от двух гидромоторов, которые запитываются от агрегата с бензиновым или электрическим приводом. Поэтому устройство Superjet предназначено для тяжёлых и жёстких кабелей имея повышенное усилие подачи кабеля.

Все устройства имеют измерительные приборы, которые показывают длину проложенного кабеля и скорость прокладки в трубе. Прокладка производится потоком воздуха, который с высокой скоростью прокачивается через трубу и поддерживает кабель в подвешенном состоянии, таким образом, сила трения между оболочкой кабеля и внутренней поверхностью трубы почти отсутствует на всём её протяжении. Таким образом, кабель может свободно двигаться в трубе и легко проходить через все изгибы, даже если они частые и крутые. Компрессор должен обеспечивать рабочее давление 8-12бар с подачей воздуха 10м³/мин. Температура воздуха не должна превышать +50 С. Устройство для задувки ОК в трубу устанавливается около соединительных муфт.

Вдувание кабеля может производится с использованием одновременно двух или более комплектов. В последнем случае один комплект размещается в начале трубки, а другой - на расстоянии 700-3000м. При использовании одного комплекта оборудования барабан с ВОК размещают у начала уложенной в землю трубки. Кабель длиной, необходимой для прокладки на всём участке смонтированного трубопровода (например, между камерами), вдувается в трубу первого участка прокладки, принимается на её конце и укладывается вручную восьмёрками. После прокладки ОК на первом участке механизм для вдувания кабеля и компрессор перемещают от первого котлована ко второму.

При наличии двух комплектов оборудования конец ОК, подаваемого в трубку первого участка с кабельного транспортера, после выхода у второго котлована вдувается в трубку второго участка трассы до камеры. При этом комплект оборудования у первого и второго котлована работают синхронно.

При наличии на трассе уклонов и подъёмов прокладку ВОК начинают, по возможности, вниз по уклону. Подъёмы в начале трассы сокращают длину подлежащего прокладке отрезка ОК (растяжение ОК на седловине), чем подъёмы в конце.

Разработан так же метод протяжки гибких ОК диаметром 2мм с одним или несколькими пучками ОВ (в каждом до 7 ОВ) потоком сжатого воздуха. За один цикл затягивается более 500м ОК. Используется трубка диаметром 28мм из термостойкого материала, содержащая 7 трубок диаметром 6мм каждая. Используемые пластмассовые трубки допускают их прокладку, как бестраншейным способом, так и прокладку в открытую траншею. Трубки диаметром 25-63мм поставляются изготовителем на барабанах с длиной 600-4000м. Внутренняя поверхность трубок имеет покрытие, снижающее коэффициент трения.основные технические характеристики применяемой защитной полиэтиленовой трубы приводятся в приложении 1.

Защитная полиэтиленовая труба поставляется заводом на металлических барабанах высотой 2,8м, шириной 1,6м. Длина трубы на барабане 2,5-2,7км, концы трубы закрыты.

Все работы по прокладке трубы следует производить при температуре не ниже 0?С.

Одним из наиболее важных моментов при строительстве ВОЛС является маркировка трассы. К маркировке трассы относятся сигнальные столбики, сигнальная лента и электронные маркеры. Они необходимы для предупреждения и облегчения поиска проложенного кабеля. Наиболее подробно рассмотрим новые технологии при маркировки трассы: сигнальные ленты и электронные маркеры.

4.12.1Сигнальная лента (лента индикатор).Локационные ленты во многих случаях неудобны для мерометрического волнового определения, так как для защиты от коррозии все они имеют нержавеющие локационные провода, которые являются плохими проводниками. При использовании обычного инструмента для детекции, лента обнаруживается с трудом, или в зависимости от грунта не определяется вовсе. В результате о направлении неметаллических линий остаётся только догадываться. Результат экскаваторных и подземных работ в таких случаях очевидны. Эти проблемы ушли в прошлое благодаря сигнальным индикаторным лентам.

Сигнальная лента представляет собой полиэтиленовою ленту толщиной абсолютно нейтральна к окружающей среде, устойчива к нагреву, к холоду и 0,15мм и шириной 40мм с тремя впаянными медными проводниками. Лента влаге даже в агрессивных контурах. Прозрачная, устойчивая против царапин ламинация обеспечивает длительную защиту маркировки, что делает возможной немедленную идентификацию типа линии. Два изолированных медных провода для активной индикации являются цельными на всю длину кабеля. Один медный провод для локации манометрическими волнами делает эту ленту универсальным изделием для всех традиционных методов локации. Сигнальная лента повышает эффективность не только при мерометрической волновой, но и при гальванической и индуктивной локации, при этом укладка ленты так же проста, как и система её создания.

4.12.2 Электронные маркеры. Данное изделие так же обеспечивает бес проблемное определение неметаллических линий. В основную задачу электронных маркеров входит маркировка ВОК и трубопроводов, отметка подземных муфт, мест ответвления, мест пересечения кабелей и дорог и т.п.

Электронные маркеры представляют собой шаровидные, либо изготавливаемые в виде дисков, из пластика с вмонтированными долговечными пассивными индикаторными катушками.

В процессе строительно-монтажных работ маркеры закапываются над кабелем на определённую глубину, в зависимости от назначения электронного маркера. Поиск маркеров осуществляется с помощью компактного устройства - локатора. Локатор посылает высокочастотный сигнал в размещённый под землёй маркер, маркер передаёт этот сигнал обратно в локатор, при этом раздаётся сигнал и на экране локатора появляется цифровое показание.

Места расположения маркеров можно определить с точностью до 10см, даже спустя годы после его размещения под землёй. При этом для сетей связи маркеры имеют определённую окраску и настроены на определённую частоту, что сводит к минимуму случайное использование маркеров, используемых на сетях газопровода, водопровода и т.д.

Система состоит из активной части - локатора и пассивной части - маркеров, локатор (приёмник, передатчик и антенный зонд) отличается небольшим весом и компактной конструкцией.

Маркер состоит из пассивных электронных колебательных контуров f_ср=100кГц. Их кислостойкий пластмассовый корпус обеспечивает практически неограниченное по длительности функционирование прибора. Могут поставляться 4 различных вида маркера: маркер, минимаркер, шарообразный маркер и штыреобразный маркер. Данные виды подразделяются между собой по глубине установки. Система работает по 4 различным частотам, и каждый пользователь, таким образом, может промаркировать индивидуально.

Маркеры нельзя подносить к металлическим предметам или устанавливать под кабелем. Между маркером и металлом должно быть расстояние минимум 10см.

При проведении работ по прокладке полиэтиленовой трубы в движущихся песках остро встаёт вопрос по защите ВОЛС от выветривания.

Одним из наиболее эффективных способов защиты от выветривания ВОЛС является применение камышовых матов. Применение камышовых матов несёт в себе большое количество достоинств, таких, как лёгкость, долговечность и простота в использовании. Камышовые маты представляют собой плотно связанные суровой ниткой или проволокой камышовый тростник, размеры матов составляют 800х500х80мм.

Маты укладывают вертикально прохождению ВОЛС, над кабелем при прямой прокладке в грунт. Маты выставляются квадратами с размером 2х2м и выстраиваются в шахматном порядке по одному, два и местами три квадрата. Укладывание матов в квадрат в шахматном порядке, надёжно защищает кабель от выветривания при любом направлении. Таким образом, движение песков перекрывается по исполнению и практичным по применению барьеров из камышовых матов.

Таблица 2 Технические параметры маркеров связи

Наименование параметров	Тип маркеров
	Маркер	Мини-маркер	Шарообраз-ный маркер	Штыре- образный маркер
Диаметр,см	38,1	21,3	12	1,7
Толщина,см	2,5	3	-	7,9
Вес,гр	800	130	350	25
Макс.рабочая температура,С	от -30 до +66
Температура хранения,С	от -40 до +75
Макс.глубина установки,не менее	От 0,71 до 1,8	от 0,7 до 1,2	от 0,6 до 0,8	0,3
Чувствитель-ность при приближении	2	1,5	0,8	0,6
Метод установки	горизан- тально	Горизонта-льно	Любое	Перпендику- лярно
Применение на ВОЛС	У берегов рек	Муфта	Трасса	на дорогах под асфальтом

Примечание - В скальных грунтах маркеры устанавливаются на глубине прокладки кабеля, но не более 0,6м.

Для достижения необходимых параметров передачи ВОЛС и высоких эксплуатационных характеристик ВОСП метрологическое обеспечение строительства и технической эксплуатации должно предусматривать возможность контроля практически всех операций монтажа оптического кабеля, измерения основных параметров ВОЛС. Основные задачи метрологического обеспечения заключаются в измерении:

Величин затухания и дисперсии ОВ на строительных длинах ВОК до и после прокладки с целью проверки их соответствия паспортным значениям.

Дисперсии и затухания в муфте после монтажа ОВ с целью контроля качества соединения волокон.

Величин затухания и дисперсии на всех РУ.

Приёмосдаточные испытания производятся представителями строительной организации и организации планируемой, планируемой для эксплуатации построенной ВОЛС. Суть приёмки заключается в соответствующих измерении параметров передачи ОВ на полностью готовых регенерационных участках между оконечными разъемами ОК. На ВОЛС с высокой пропускной способностью, организованной на ОК с одномодовыми ОВ, измеряются затухание и дисперсия всех волокон на регенерационном участке. Измерения должны производиться при условиях, максимально приближенных к рабочим (спектр излучения, методы ввода и вывода излучения). Величины затухания, группового времени прохождения, дисперсии ОВ измеряются в обоих направлениях передачи, что позволяет учитывать неоднородность ВОЛС и выбрать оптимальный вариант использования каждого ОВ.

Данные измерении в обоих направлениях передачи заносятся в паспорт ВОЛС, по которым определяют статистические характеристики ОК на измеряемом РУсредние значения ослабления, группового времени прохождения , дисперсии).

Особенностью паспорта ВОЛС является повышенное требования к точности выполнения схемы прокладки ВОЛС. Трасса прохождения ОК и сведения о местоположении необслуживаемых регенерационных пунктов, определённые с помощью рефлектометра, а также привязка трассы к ориентирам на местности должны быть нанесены на схему трассы ВОЛС с точностью не хуже 0,4м.

Рефлектометр, как измерительный прибор реализует метод обратного рассеяния, в основу которого положено явление обратного рэлеевского рассеяния. В процессе проведения измерений контролируемое волокно зондируют через разветвитель мощными оптическими импульсами небольшой длительности. Из-за отражений от распределённых или локальных неоднородностей возникает поток обратного рассеяния. В процессе регистрации этого потока определяется затухание кабеля, как функция его длины, анализ которой позволяет выявить местонахождение, характер неоднородностей и величину вносимых локальных и распределённых потерь. Полученные результаты представляются в визуальной форме, что обеспечивает гораздо более точные определения характеристик неоднородностей и причины их возникновения.Упрощённая структурная схема рефлектометра изображена на рисунке 7.

Управляющий процессор обеспечивает согласованную работу полупроводникового лазера и электронного осциллографа. Для ввода оптических импульсов в волокно используется направленный ответвитель с оптическим соединителем. Поток обратного рассеяния через ответвитель поступает на фотоприёмник, где преобразуется в электрическое напряжение, подаваемое в свою очередь, на вход вертикальной развёртки Y-осциллографа. На экране последнего происходит формирование кривой обратного рассеяния.

При проведении измерений оптическим рефлектометром значение расстояния, которое показывает прибор, например до муфты не соответствует реальному расстоянию. Это связано с тем что, рефлектометр показывает оптическую длину линии связи, которая всегда больше физической. Так, например, при обрыве к волокна необходимо знать точное расстояние от источника до места повреждения.



Рисунок 7 Структурная схема оптического рефлектометра

Не соответствие значений объясняется тем что, при прокладке линии на каждой муфте оставляют эксплуатационный запас кабеля l_з=8 м, а также при вводе в станцию предусматривается запас l_з.с=50 м.

Таким образом, расстояние от станции до первой муфты составит:

L¹_м=l_стр.-l_з.с-l_з

L¹_м=6000-50-8=5942 м

Расстояние между последующими муфтами:

L^N_м=l_стр.-2l_з

L¹_м= 6000-

Оптическая длина линии связи определяется из формулы:

В реальных условиях станционный запас, а также запас на муфте может по каким либо причинам колебаться в некоторых пределах. Поэтому необходимо учесть возможные отклонения, путём введения коэффициентов. Тогда формула приобретает вид:

где К_ЗС и К_З -- коэффициенты, учитывающие отклонение от нормы.

Например, если на станции оставили запас 40 м то коэффициент К_ЗС=0,8.

Рассчитаем оптическую протяжённость линий связи на регенерационных участках. Для участка протяжённостью 125 км:

м

Для участка протяжённостью 68 км:

м

Для участка протяжённостью 65 км:

м

Для участка протяжённостью 105 км:

м



Рисунок 8 Оптическая протяжённость линий связи

4. Расчёт параметров основного электрооборудования электропитания

4.1 Электропитающие установки

Предполагается использование кислотных аккумуляторов. Ёмкость аккумуляторных батарей зависит от тока нагрузки во время разряда, I_ав, А, в условиях отсутствия напряжения во внешней цепи переменного тока или отключённых буферных выпрямительных устройствах.

Номинальная ёмкость каждой группы аккумуляторной батареи из аккумуляторов типа С и СК, приведённая к режиму десятичасового разряда, может быть определена по формуле:

(31)

где t_p - расчётное время разряда батареи;

_q - коэффициент отбора ёмкости, зависящий от интенсивности разряда аккумуляторов;

t - наинизшая температура электролита аккумуляторов, которую принимают равной наинизшей расчётной температуре аккумуляторного помещения.

Для вновь строящихся зданий, а также зданий старой постройки с центральным отоплением эта температура принимается равной +15⁰ С, а для существующих зданий с печным отоплением +10⁰ С.

Таким образом, коэффициент 1+0,008(t-25)=0,92 - 0,88. В практических расчётах часто усредняют этот коэффициент, принимая его равным 0,9. Тогда:

 (32)

(33)

Для определённых режимов разряда формула может быть ёщё упрощена. Принимаем трёхчасовой разряд тогда:

(34)

Для электропитания аварийного освещения ЛАЦ и АДЭС общей площадью 100м² по норме 2Вт на 1м², при напряжении 48 - 53,5 В потребуется ток:

(35)

Таким образом от аккумуляторной батареи батареи во время разряда потребуется ток:

I_АВ=I+I_ао (36)

I_Ав=3+4,2=7,2 А

Ёмкость аккумуляторной батареи:

Ток резервного или зарядного выпрямительного устройства для свинцокислотных аккумуляторных батарей может быть определён из формулы:

I_oзап=i_зNn_б (37)

Где i_з - зарядный ток на один индексный номер батареи, А, для батареи разряжающейся в трёхчасовом режиме 2 А;

N - индексный номер принятых аккумуляторовl;

N_б - число групп аккумуляторной батареи.

Индексный номер определим по формуле:

(38)

где - удельная ёмкость одного номенклатурного номера аккумуляторов, для свинцокислотных =36.

I_oзап= А

Мощность потребляемая выпрямительными устройствами рабочего комплекта, рассчитывается по формуле:

(40)

где U_б - буферное напряжение одного элемента, В;

n - число элементов в буферной аккумуляторной батарее.

В нашем случае U_б=2,086 В. Тогда:

кВт

Мощность потребления запасным преобразователем, Р_{пот.зап.}, кВт:

(41)

U_З - конечное зарядное напряжение одного аккумулятора, В;

=0,013 кВт

После аварийное потребление от сети или от резервной ДЭС:

Р_п=Р_пот.р+Р_{пот.зап} (42)

Р_п=1,1+0,013=1,113 кВт

В качестве электропитающей установки можно применить финское оборудование фирмы "EROFE". Данные системы имеют следующие показатели:

Параметры:

Выходное напряжение, В……………………………..24, 48, 60, 110, 125

Выходной ток, А……………………………………………….от 3 до 720

Выходная мощность, Вт…………………………………от 300 до 40000

Входное напряжение, В…………………………………….от 187 до 264

Сетевая частота, Гц…………………………………………….от45 до 65

Температура эксплуатации, ⁰С………………………………от -5 до +45

Системы питания комплектуются герметизированными батареями ёмкостью от 1,2 до 3000 .

4.2 Расчет токораспределительной сети на минимум проводникового материала

В многоступенчатых токораспределительных сетях экономичное расходование проводников зависит от правильного оптимального распределения потери напряжения по ступеням сети. При расчете на минимум проводникового материала, совмещаемого с расчетом на потерю напряжения, исходными являются следующие данные сети:

1. Допустимая полная потеря напряжения в сети, начиная от источника тока и кончая последним потребителем, наиболее удаленным от источника.

2. Нагрузка всех ответвлений, магистралей и фидеров, составляющих рассматриваемую токораспределительную сеть.

3. Длина всех ответвлений, магистралей и фидеров. Расчет сводится к распределению сечений участков радиальной сети пропорционально сумме моментов токов и мощностей всей сети, питаемой через эти участки.

Расчет сечения магистральной линий постоянного тока имеющей ответвления, на потерю напряжения производится по формуле:

(43)

где n - число проводников шин или шин кабеля в магистралей;

I_H - ток нагрузки на всех участках сети, А;

p - коэффициент характеризующий электропроводимость металла провода. Для алюминия p = 33.

U_np - допустимая потеря напряжения во всей токораспределительной сети от рассчитываемого участка сети до последнего, наиболее удаленного потребителя, В;

L - длина трассы линии, м;

Величина (I_HL), учитываемая при расчете потери напряжения в фидере, соединяющем, например, аккумуляторную батарею с зарядно-разрядным щитом или батарейным щитком, должна приниматься полностью. При расчете следующего участка токораспределительной сети в расчете учитывается (I_HL) всех последующих участков, исключая лишь момент тока первого, уже рассчитанного участка, а расчетная величина U_np принимается как разность:

(44)

где U_пр - полная потеря напряжения в токораспределительной сети;

U_пр1 - потеря напряжения на первом участке, определяемая после выбора реального сечения этого участка по стандарту q₁. Это сечение должно быть ближайшим по сравнению с определенным по формуле (1).

Фактическая потеря напряжения на первом участке сети определяется по формуле:

(45)

В этой же последовательности производится расчет всех остальных участков сети. Выбранные таким образом сечения ее участков являются минимальными с точки зрения наименьшего расхода проводниковых материалов.

Схема рассчитываемой сети номинальным напряжением 48В представлена на рис.1. На этой схеме все точки ответвлений пронумерованы. На каждом участке указана его нагрузка в амперах и длина в метрах.

Рисунок 1-- Расчетная схема сети постоянного тока

Предположим что полная потеря напряжения U = 0,8 В. Подсчитаем сумму моментов для расчета первого участка сети 1-2:

Расчетное сечение первого участка при двух проводной сети из алюминиевых шин по формуле (1) составит:

Выбираем алюминиевую шину размером: q₁ = 30 4 = 120 мм².

Действительная потеря напряжения в первом участке по формуле (3):

Для участка (2-5):

Потеря напряжения для второго участка 2-5 рассчитывается по формуле:

Выбираем шину: q₃ = 152 = 30 мм²

Действительная потеря на участке 2-5:

Допустимые потери для участка 2-4:

Потеря напряжения на уастке 2-3:

На участке 3-4:

Потери на всей сети:

Полученное таким образом значение меньше допустимого.

5. Надёжность линий связи

5.1 Показатели надежности

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 документацией 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.

Понятия надежности регламентированы государственными стандартами Применительно к ВОЛС основные понятия и показатели надежности могут быть определены следующим образом.

Отказ оптического кабеля - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния одного, несколько или всех ОВ.

Повреждение оптического кабеля - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния ОК при сохранении работоспособного состояния его ОВ.

Работоспособность оптического кабеля - состояние ОК, при котором значения всех параметров, характеризующих способность передавать сигналы электросвязи с заданными показателями качества, соответствуют требованиям нормативно-технической документации.

Ремонтопригодность оптического кабеля - свойство ОК, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Надежность ВОЛС - свойство ОК и линейных сооружений сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания и транспортирования.

Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от условий строительства и эксплуатации может включать долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость, либо определенное сочетание этих свойств.

Вероятность безотказной работы оптического кабеля - вероятность того, что ОК окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых ОК или аппаратура ВОЛС подвергается профилактическому контролю.

Готовность ВОЛС - работоспособность ВОЛС в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых ОК или аппаратура ВОЛС подвергается профилактическому контролю.

Коэффициент готовности ВОЛС - вероятность того, что ВОЛС окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых кабель подвергается профилактическому контролю.

Наработка на отказ ВОЛС средняя - среднее значение времени наработки ВОЛСС между двумя последовательными отказами (от времени восстановления ее работоспособного состояния после отказа до времени следующего отказа с момента ввода в эксплуатацию).

Время восстановления оптического кабеля - продолжительность восстановления работоспособного состояния двух или нескольких ОВ в ОК.

Время восстановления ВОЛС среднее - среднее время восстановления ВОЛС, определенное с момента ее ввода в эксплуатацию.

Время ремонта оптического кабеля - продолжительность времени восстановления ОК до исправного состояния.

Сохраняемость оптического кабеля - свойство ОК сохранять в заданных пределах электрические, оптические и механические параметры в течение срока транспортировки и хранения в соответствии с условиями изготовления (поставщика) ОК.

Долговечность оптического кабеля - свойство ОК сохранять работоспособное состояние до выхода одного или нескольких его параметров за допустимые пределы при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Срок службы оптического кабеля (ВОЛС) - календарная продолжительность работоспособного состояния ОК (ВОЛС) с момента ввода в эксплуатацию до момента времени, при котором стоимость технического обслуживания и ремонта ОК становится сопоставимой со строительством новой ВОЛС.

На надежность ВОЛС существенное влияние оказывает наличие броне- покровов в конструкции ВОК. Как показывает практика эксплуатации кабелей связи, отсутствие броневого покрова приводит к увеличению вероятности повреждений его от механических нагрузок и как следствие к значительным экономическим потерям, которые связаны с большим объемом передаваемой информации (особенно на магистральных ВОЛС). В данном проекте предполагается использовать кабель без бронепокрова, но с использованием защитной полиэтиленовой трубы, которая обеспечивает защиту кабеля от механических нагрузок, а также создает барьер против проникновения влаги.

Следовательно, использование полиэтиленовой трубы как защитного средства повышает надежность проектируемой ВОЛС. Преимущества прокладки кабеля в трубе описаны в соответствующей главе данного проекта.

На этапе эксплуатации повышение качества функционирования ВОСП обеспечивается введением программно-технических средств полной автоматизации технической эксплуатации, что позволяет повысить оперативность обнаружения, а также локализации и устранения возникающих неисправностей, что приводит к уменьшению коэффициента простоя системы в целом.

Структурное и поэлементное резервирование, наряду с автоматизацией и централизацией функций технической диагностики в процессе эксплуатации ВОСП, способствует повышению надежности сетей связи. В настоящее время строительство магистралей в РК ведутся на основе технологии SDH. При этой технологии обеспечивается централизация управления сетью в целом, высокое качество диагностики, оперативное переключение потоков в обход поврежденного участка, что несомненно повышают надежность системы связи. Так же строительство магистралей по кольцевой структуре, как показывает практика, обеспечивает необходимую надежность, а так же соответствует заданному значению рентабельности.

Таким образом, для повышения надежности ВОСП при эксплуатации необходимо:

Начинать восстановление в предотказовом состоянии, если нет данных об отказе.

Не прерывать восстановление предотказового состояния при получении данных об отказе, если по времени выполнено больше половины работ, включая время подъезда, по устранению неисправности.

Определить приоритетность восстановления при возникновении нескольких неисправностей на сети, исходя из информации в базе данных (в частности, с учетом интенсивностей переходов из предотказового в отказовое состояние).

Размещать оперативно-технический персонал с учетом топологии сети и статистики отказов.

В настоящем проекте для повышения надежности на линии предусматриваются следующие меры:

Использование защитной полиэтиленовой трубы.

Использование контейнеров (камер), для дополнительной защиты монтажных муфт, а также для облегчения и следовательно для ускорения восстановительных работ.

Использование временных вставок, при повреждений.

При переходе через реки предполагается организовать не один, а два резервных створа, по мосту и непосредственно через речку на расстоянии 100 м от рабочего створа.

5.2 Расчёт параметров надёжности

Для удобства расчёта показателей составим структурную схему, характеризующую надёжность системы связи. На этой схеме последовательно соединим элементы, которые должны быть работоспособными для сохранения работоспособности всей системы связи, русунок 9. В том случае, если для сохранения работоспособности системы достаточна работоспособность одного из нескольких элементов, то такие элементы соединим параллельно. В нашем случае для работоспособности системы связи все её элементы должны быть работоспособными, поэтому в эквивалентной схеме надёжности они соединяются последовательно.

Рисунок 9 Схема замещения для расчёта показателей надёжности

Если число элементов принимаем равным n, интенсивность отказов и вероятность безотказной работы элементов соответственно _i и Р_i(t), то вероятность безотказной работы всей линии можно определить по формуле:

P(t)= (50)

Где - интенсивность отказов;

t - время восстановления повреждения, час;

n - число ОРП;

Таким образом, трассу можно представить одним эквивалентным элементом с интенсивностью отказов, , 1/ч:

=_орпn_роп+_кабL (51)

где L - длина линии, км;

Таблица 3 Параметры для расчёта

Показатели надежности	ОРП	Кабель на 1 км
Интенсивность отказов ,	10-7	3,310-8
Время восстановления повреждения tВ,, ч	0,5	10

Рассчитаем интенсивность отказов по формуле (2):

Определим среднее время восстановления связи T_В, ч по следующей формуле:

где: t_ВОРП - время восстановления повреждения ОРП (ОП);

t_Вкаб - время восстановления повреждения оптического кабеля;

Зная среднее время восстановления связи, T_B, можем найти интенсивность восстановления связи, ,1/ч:

Определим следующий показатель надежности - время наработки на отказ - промежуток времени между двумя отказами для оборудования по формуле, Т_нб, ч:

Для волоконно-оптического кабеля время наработки на отказ определяется из выражения, Т_нкаб, ч:

Время наработки а отказ всей системы определяется по следующему соотношению, T_Н., ч,:

Рассчитаем коэффициент готовности системы связи - вероятность работоспособного состояния системы в любой момент времени, К_Г:

Подставляя данные получаем:

Таблица 4

Интервал времени t, 4	1	720	8640	86400
Вероятность безотказной работы	0,99998	0,98386	0,82262	0,242

Вероятность безотказной работы определим по формуле (1) для следующих интервалов времени: t₁ = 1 час; t₂ = 1 месяц = 720; t₃ = 1 год = 8640 ч; t₄ = 10 лет = 86400 ч. результаты расчетов занесем в таблицу 4.

Общая надежность (коэффициент оперативной готовности) ВОЛС определяется произведением безотказной работы на коэффициент готовности:

(58)

Для интервала времени t = 1 ч:

Предполагая то что, в каждом ОРП (РУТ) размещается ремонтно-восстановительная бригада и уменьшая время восстановления на линий до 6 часов, можно добиться повышения значения коэффициента готовности, а значит и общую надежность системы.

Тогда среднее время восстановления связи:

На основе статистических данных о повреждаемости подземных кабельных линий связи, можно принять для диэлектрических подземных ОК среднюю плотность отказов m, равной 0,2856.

Тогда коэффициент готовности:



Заключение

В данном дипломной работе рассмотрены проектирование волоконно-оптической линии связи на участке Тараз-Алматы.

В процессе работы уделяется внимание на выбор типа оптического волокна, расчету длины участка регенерации.

В ходе работы дан обзор существующих волоконно-оптических систем передачи информации на линиях связи, рассмотрены основные принципы построения современных волоконно-оптических линий связи. В работе выбран кабель с возможно низким затуханием и широкой полосой частот в расчёте на возможность его использования при развитии системы. Выпускаемое в настоящее время отечественными и зарубежными производителями промышленное оптическое волокно имеет затухание 0,2-0,3 дБ на длине волны 1,55 мкм в расчете на один километр. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до 100 км и более. В магистральных ВОЛС расходы на приобретение и прокладку оптического кабеля является основной частью стоимости всей системы. Поэтому целесообразно проложить кабель с возможно низким затуханием и широкой полосой частот в расчёте на возможность его использования при развитии системы. Для этого в ходе работы произведен расчет необходимого числа каналов и выбору системы передачи.

Для магистральных сетей представляет интерес кабели с длиной волны 1,55 мкм, позволяющие реализовать регенерационные участки длинной до 170 км. Учитывая то что, максимальное расстояние между населёнными пунктами составляет 125 км, необходимо выбрать кабель с такими параметрами, при которых можно было бы обойтись без дорогостоящих необслуживаемых регенерационных пунктов.

Выбираем кабель производства фирмы "Siemens" следующего типа:

A D F (ZN) 2Y 2?6 E 9/125 0,36 F 3,5+0,22 H 180LG.

В дипломном проекте произведен расчет основного электрооборудования электропитания. Предполагается использование кислотных аккумуляторов. Ёмкость аккумуляторных батарей зависит от тока нагрузки во время разряда, I_ав, А, в условиях отсутствия напряжения во внешней цепи переменного тока или отключённых буферных выпрямительных устройствах.

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

Надёжностью называется свойство объектов выполнять свои функции с требуемыми показателями качества, определяемыми системой нормативно-технической документацией 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 заключении можно перечислить достонства и недостатки волоконно-оптической линии связи. К достоинтствам относятся такие характеристики оптоволокна: широкая полоса пропускания- обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 1014Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду.Также малое затухание светового сигнала в волокне, низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле, высокая помехозащищенность, малый вес и объем, высокая защищенность от несанкционированного доступа и т.д.

В ходе работы дан обзор существующих волоконно-оптических систем передачи информации на городских линиях связи, рассмотрены основные принципы построения современных волоконно-оптических линий связи. Также освещены возможные способы построения дуплексных ВОСП. Приведена сравнительная характеристика принципов построения дуплексных ВОСП, в результате чего сделан вывод, что наиболее приемлемым вариантом организации дуплексной ВОСП на ГТС является ВОСП с модуляцией оптического сигнала по интенсивности и применением оптических разветвителей.

Несмотря на многочисленные преимущества перед другими способами передачи информации волоконно-оптические системы имеют также и недостатки, главным образом из-за дороговизны прецизионного монтажного оборудования и надежности лазерных источников излучения. Многие из недостатков вероятнее всего будут нивелированы с приходом новых конкурентоспособных технологий в волоконно-оптические сети. Основным недостатком является стоимость интерфейсного оборудования, монтаж и обслуживание оптических линий, требование специальной защиты волокна и т.д.

Электрические сигналы должны преобразовываться в оптические и наоборот. Цена на оптические передатчики и приемники остается пока еще довольно высокой. При создании оптической линии связи также требуются высоконадежные специализированное коммутационное пассивное оборудование, оптические соединители с малыми потерями и большим ресурсом на подключение-отключение, оптические разветвители, аттенюаторы. Стоимость работ по монтажу, тестированию и поддержке волоконно-оптических линий связи также остается высокой. Если же повреждается ВОК, то необходимо осуществлять сварку волокон в месте разрыва и защищать этот участок кабеля от воздействия внешней среды. Производители тем временем поставляют на рынок все более совершенные инструменты для монтажных работ с ВОК, снижая цену на них. Прочно ли оптическое волокно? Теоретически да. Стекло как материал выдерживает колоссальные нагрузки с пределом прочности на разрыв выше 1ГПа (109 Н/м2). Это казалось бы означает, что волокно в единичном количестве с диаметром 125 мкм выдержит вес гири в 1 кг. К сожалению, на практике это не достигается. Причина в том, что оптическое волокно, каким бы совершенным оно не было, имеет микротрещины, которые инициируют разрыв. Для повышения надежности оптическое волокно при изготовлении покрывается специальным лаком на основе эпоксиакрилата, а сам оптический кабель упрочняется, например нитями на основе кевлара (kevlar). Если требуется удовлетворить еще более жестким условиям на разрыв, кабель может упрочняться специальным стальным тросом или стеклопластиковыми стержнями. Но все это влечет увеличение стоимости оптического кабеля. Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи настолько значительны, что несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, дальнейшие перспективы развития технологии ВОЛС в информационных сетях более чем очевидны.

Список использованной литературы

Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989. - 504с.

Убайдулаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. - М.: Издательство "ЭКО-ТРЕНДЗ", 1998. - 267с.

Берлин Б. З., Брискер А. С., Иванов В. С. Волоконно-оптические системы связи на ГТС: Справочник. - М.: Радио и связь, 1994. - 160 с.

Скляров О. К. Современные волоконно-оптические системы передач, аппаратура и элементы. - М.: Издательство "СОЛОН-Р", 2001. - 237с.

Олифер В.Г.,Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. - СПб.: Издательство "Питер", 2000. - 672 с.

Чео П.К. Волоконная оптика: Приборы и системы: Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 280 с.

Гребнев А.К. и др. Оптоэлектронные элементы и устройства. - М.: Радио и связь, 1998. - 336 с.

Бутусов М. М., Верник С. М., Балкин С. Л. и др. Волоконно-оптические системы передачи. - М.: Радио и связь, 1992. - 416с.

Брискер А.С., Быстров В.В., Ильин В.В.. Способы увеличения пропускной способности волоконно-оптических линий ГТС//Электросвязь, 1991, №4, с. 28-29.

Василевский А. М. и др. Оптическая электроника - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1990. - 176 с.

Инжекционные излучатели полупроводникового лазеря непрерывного режима работы// Электронная промышленность, 1991, №8, с. 94

Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности. Справочник. Миркин А.А. - М.: Коллектив авторов, 1995. - 640с.

Инструкция поохране труда и технике безопасности для работников, занимающихся эксплуатацией и обслуживанием линейно-аппаратного зала. - Челябинск, 2001. - 6с.

Павлов С.П. и др. Охрана труда в радиоэлектронной промышленности. - М.: Радио и связь, 1985.- 200 с.

Консон А.С. Экономические расчеты в приборостроении.- М.: Высшая школа, 1983.

Консон А.С. Экономика приборостроения.- М.: Высшая школа, 1980.

Вениаминов В. Н., Лебедев О. Н., Мирошниченко А. И. Микросхемы и их применение: Справ. пособие.-М.: Радио и связь, 1989.-240 с.

Улиниг Р.Б. Практическое обеспечение надежности радиоэлектронной аппаратуры при конструировании.- М.: Радио и связь, 1985.

Зингеренко А.М., Баева Н. Н., Тверецкий М. С. Системы многоканальной связи: Учебник для вузов связи. - М.: Связь, 1980. - 440 с.

Охрана труда на предприятиях связи: Учебник для вузов/Под ред. Баклашова Н. И.- М.: Радио и связь, 1985. - 280 с.

Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий. -М.: Издательство стандартов, 1995. -20 с.

Мурадян А.Г. усилительные устройства.-М.: Связь,1996.-280с.

Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы:Справочник/Под ред.Якубовского С.В.-М:Радио и связь,1990.-496с.

волоконный оптический связь кабель

Приложение 1

Основные технические характеристики применяемой защитной полиэтиленовой трубы

Будем использовать трубу RVB DN40 изготавливаемой немецкой фирмой PIPE LIFE.

Параметры трубы:

внешний диаметр,мм…………………………………………50

толщина стенки,мм…………………………………………..4,6

усилие на разрыв,KN:

при 20?С……………………………………………………….5,3

при 40?С……………………………………………………….3,3

1KN=100кг

радиус изгиба:

при 20?С……………………………………………………..20хd

при 10?С……………………………………………………..35хd

при 0?С………………………………………………………50хd

Прочность материала,N/мм²……………………..………2,0-2,4

Рабочее давление, бар………………………………………….10

Размещено на Allbest.ru