Проектирование кабельной линии связи

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ»

Содержание

• Введение
• 1. Задание на проектирование и исходные данные
• 2. Выбор трассы кабельной линии связи
• 3. Выбор конструкции электрического кабеля связи
• 3.1 Определение конструкции кабеля и способа организации связи
• 3.2 Уточнение конструктивных размеров симметричного ЭКС реконструируемой линии
• 4. Расчет параметров передачи кабельных цепей реконструируемой линии
• 4.1 Общие положения по расчету параметров передачи кабельных цепей
• 4.2 Расчет первичных параметров передачи симметричного кабеля
• 4.3 Расчет вторичных параметров передачи симметричной кабельной цепи
• 4.4 Размещение регенерационных пунктов по трассе кабельной линии
• 5. Расчет параметров взаимных влияний между цепями
• 5.1 Общие положения
• 5.2 Расчет параметров взаимных влияний между цепями симметричного ЭКС реконструируемой линии
• 6. Защита электрических КС от влияния внешних электромагнитных полей
• 6.1 Основные положения
• 6.2 Расчет опасных магнитных влияний
• 6.3 Нормы опасного магнитного влияния
• 6.4 Расчет и защита кабелей связи от ударов молнии
• 6.5 Расчет надежности проектируемой кабельной магистрали
• 7. Проектирование волоконно-оптической линии передачи
• 7.1 Выбор и обоснование ВОСП
• 7.2 Выбор и обоснование типа Оптического волокна
• 7.3 Выбор типа оптического кабеля
• 7.4 Размещение ретрансляторов по трассе магистрали
• 7.5 Обеспечение доступа абонентов к цифровым каналам связи
• Заключение
• Список литературы
• Введение
• Наряду с перспективными волоконно-отпическими линиями передачи (ВОЛП) на магистральных и внутризоновых сетях связи России в настоящее время широко используются симметричные и коаксиальные электрические кабели связи(ЭКС), срок службы которых исчисляется десятками лет. Поэтому важной задачей является реконструкция кабельных линий связи, построенных на базе ЭКС с целью повышения эффективности использования и замены устаревших аналоговых систем передачи (АСП) на цифровые системы передачи (ЦСП),а также их сочетание с ВОЛП на этапе проектирования и строительства современных сетей связи.
• Одним из основных направлений развития Взаимоувязанной сети связи (ВСС) является широкое внедрение ВОЛП с использованием кольцевых структур построения сетей и многоканальных телекоммуникационных систем на базе плезиохронной (PDH) и синхронной (SDH) цифровой иерархии. Это требует глубоких теоретических знаний, овладения навыками проектирования, реконструкции, строительства и эксплуатации линейных сооружений связи, являющихся наиболее дорогостоящими и трудоёмкими элементами сети связи.
• При подготовке специалистов многоканальных телекоммуникационных систем важное место занимают вопросы выбора наиболее целесообразных технико-экономических вариантов реконструкции и проектирования линий связи, многофакторный подход к проектированию для получения максимального эффекта при минимуме затрат.
• Это наиболее полно реализуется при сопоставлении в процессе проектирования традиционных электрических кабелей и перспективных оптических кабелей связи.
• 1. Задание на проектирование и исходные данные
• В курсовом проекте необходимо произвести реконструкцию существующей линии на базе ЭКС с заменой системы передачи (СП) и выполнить проектирование вновь строящейся линии с использование оптических кабелей связи (ОКС). Эта ВОЛП будет являться составным элементом новой телекоммуникационной сети на базе PDH и SDH.
• В курсовом проекте необходимо решить следующие задачи:
• 1. В соответствии с исходными данными определить конструкцию и марку ЭКС, используемого в реконструируемой линии, вычертить его поперечный разрез в масштабе с указанием типа и марки ЭКС.
• 2. Рассчитать параметры ЭКС в диапазоне частот ЦСП, выбранной для реконструкции. Определить длину регенерационного участка (РУ) этой ЦСП на линии.
• 3. Определить трассу реконструируемой кабельной линии между заданными населенными пунктами и произвести размещение необслуживаемых (НРП) и обслуживаемых (ОРП) регенерационных пунктов для вновь устанавливаемой ЦСП. При этом необходимо задействовать точки установки усилительных пунктов предыдущей СП на реконструируемой линии.
• 4. Рассчитать параметры взаимного влияния в диапазоне частот вновь устанавливаемой ЦСП, принять необходимые меры по обеспечению заданных норм.
• 5. В соответствии с индивидуальным заданием рассчитать опасное магнитное влияние ЛЭП на ЭКС, дать рекомендации по повышению эффективности защиты.
• 6. В соответствии с индивидуальным заданием оценить грозостойкость реконструируемой линии, дать рекомендации по повышению эффективности грозозащиты ЭКС и защиты от коррозии.
• 7. Выбрать и обосновать наиболее целесообразный вариант трассы ВОЛП между заданными пунктами, предусмотреть возможность подвески ОКС на отдельных участках трассы с целью снижения затрат на строительство.
• 8. Выбрать и обосновать применение схемы организации связи, оптического волокна (ОВ), конструкцию ОКС, волоконно-оптические системы передачи (ВОСП), исходя из заданного числа каналов и расстояния между оконечными пунктами. Вычертить поперечный разрез ОКС в масштабе с указанием типа и марки кабеля.
• 9. Рассчитать длину РУ по энергетическим характеристикам ВОСП, затуханию ОКС и дисперсии.
• 10. Произвести размещение НРП и ОРП по трассе ВОЛП.
• 11. Рассчитать показатели надежности кабельной магистрали.
• 12. Составить план организации работ по строительству ВОЛП и ведомость расхода основных материалов и оборудования при строительстве.

2. Выбор трассы кабельной линии связи

При проектировании трасса прокладки кабеля определяется расположением оконечных пунктов. Все требования, учитываемые при выборе трассы, можно свести к трём: минимальные капитальные затраты на строительство, минимальные эксплуатационные расходы, удобство обслуживания.

Для соблюдения указанных требований трасса должна иметь наикратчайшее расстояние между заданными пунктами и наименьшее количество препятствий. При выборе варианта трассы используется карта местности (в данном случае атлас автомобильных дорог).

В данном курсовом проекте реконструкция линии связи осуществляется между городами Иваново и Владимир, проектирование ВОЛП производится на участке ВладимирМосква.

В таблице 1. представлены три варианта прокладки ВОЛП.

Таблица.1.

Характеристика трассы	Ед. изм.	Количество единиц по вариантам
		вариант №1	вариант №2	вариант №3
1. Общая протяженность трассы:	км
- вдоль шоссейных дорог;		193	210	215
- вдоль железных дорог;		-	-	-
- вдоль грунтовых дорог;		-	-	-
- по бездорожью		-	-	-
2. Способы прокладки кабеля:	км
- кабелеукладчиком;		175	185	190
- вручную;		10	15	15
- канализации;		8	10	10
- подвеска;		-	-	-
3. Количество переходов:	1 пер.
- через судоходные и сплавные реки;		-	-	-
- через несудоходные реки;		10	12	12
- через шоссейные дороги;		4	5	5
4. Число обслуживаемых регенерационных пунктов.	-	2	3	3



Рисунок.1. - Маршруты трасс реконструируемой (Иваново-Владимир) и проектируемой линий (Владимир-Москва). Масштаб карты 1:1350 000

По данным таблицы можно сделать вывод, что в качестве оптимального целесообразно выбрать трассу №1, так как она имеет наикратчайшее расстояние между заданными пунктами и минимальное количество переходов.

3. Выбор конструкции электрического кабеля связи

3.1 Определение конструкции кабеля и способа организации связи

Конструкция ЭКС реконструируемой линии определяется индивидуальным заданием.

Исходные данные представлены в таблице 2.

Таблица.2.

СП до реконструкции	К- 60
СП после реконструкции	ИКМ-480С
Число каналов после реконструкции ЭКС	600
Тип и емкость ЭКС	СК 4Ч4
Диаметр жил СК, мм	1,21
Тип изоляции ЭКС	КС
Толщина сплошной изоляции, мм	0,1
Диаметр корделя, мм	0,5
Материал оболочки ЭКС	Pb

Примечание: СК - симметричный кабель; КС-кордельно-стирофлексная изоляция; Pb- свинец.

Способ организации связи по симметричному кабелю - двухкабельный, при котором цепи каждого направления передачи расположены в отдельном кабеле. По данным изтаблице определяем маркировку кабеля:

МКСГ 4Ч4Ч1,21;

МК - кабель симметричный магистральный;

С- изоляция стирофлексная полиэстирольная;

Г- защитная оболочка изсвинца;

4х4 - кабель четырехчетверочный;

1,21 - диаметр голой жилы (мм).

Учитывая исходные данные и требования к симметричному кабелю, и то, что в грунт прокладывается ЭКС с ленточной бронёй, под воду- с круглопроволочной бронёй, в канализацию - без брони, выберем кабели марок МКСГБ, МКСГК, МКСГ. Поперечное сечение кабеля показано на рисунке 3.

Рисунок 2. Поперечное сечение кабелей используемых в проекте: 1 - жила диаметром 1,21 мм; 2 - изоляция сплошная полиэтиленовая; 3 - заполнение из композиции; 4 - подушка;наружный покров (джут); 5 - две ленты крепированной бумаги; 6 - бронепроволока; 7 - свинцовая оболочка; 8 - две бронеленты.

3.2 Уточнение конструктивных размеров симметричного ЭКС реконструируемой линии

В моем курсовом проекте рассматривается кабель кордельно-стирофлексовой изоляцией. Принцип такой изоляции представлен на рисунке 2.



Рисунок3. Диаметр изолированной четверки

Рисунок4. Диаметр элементарной группы кабеля

Рисунок 5. Диаметр кабельного сердечника 4Ч4

Диаметр изолированной жилы со сплошной изоляции (рисунок 2.) определяется по формуле:

где - диаметр токопроводящей жилы, мм;

-радиальная толщина изоляционного слоя, мм.

Диаметр элементарной группы, скрученной в звездную четверку, определяется из выражения:

где а - расстояние между центрами жил одной пары (рисунок. 3.).

, мм;

=5,567, мм;

- диаметр кабельного сердечника.

Для четырех четверочного кабеля (рисунок. 4.) диаметр кабельного сердечника определяется выражением:

=13,417, мм;

Рисунок. 6. Поперечное сечение кабеля МКПГ 4Ч4Ч1,21: 1 - токонесущая жила; 2 - изоляция; 3 - кордель-заполнитель; 4 - поясная изоляция; 5 - оболочка

4. Расчет параметров передачи кабельных цепей реконструируемой линии

4.1 Общие положения по расчету параметров передачи кабельных цепей

Параметры передачи кабельных цепей рассчитываются с целью оценки электрических свойств используемого в проекте кабеля и для последующего размещения регенерационных пунктов по трассе кабельной линии.

При расчете параметров для систем ИКМ минимальную частоту положим 10 кГц, за максимальную - полутактовую частоту, соответствующую половинному значению скорости передачи (бит/с), т.е. максимальная частота будет соответствовать значению 34000/2 = 17000 кГц.

Таблица3.

Системы передачи по КЛС	Скорость передачи, Кбит/с	Затухание ЭКУ, дБ	Расстояние между ОРП, км	Кабель
ИКМ-480С	34000	45..85	200	симметричный

4.2 Расчет первичных параметров передачи симметричного кабеля

Активное сопротивление цепи

Активное сопротивление цепи определяется по формуле:

, Ом/км,

где - сопротивление цепи на постоянном токе, рассчитываемое по формуле:

,Ом/км ;

- удельное сопротивление материала жил, ;

- диаметр жил;

- коэффициент укрутки, учитывающий увеличение длины за счет скрутки, принимается равным 1.01…1.02;

- коэффициент, учитывающий потери на вихревые токи в жилах второй цепи элементарной группы;

Для звездной скрутки Р=5;

- расстояние между центрами жил, мм;

- радиус токопроводящей жилы, мм: , мм;

- коэффициент вихревых токов: , мм ^-1.

- функции, учитывающие потери на вихревые токи вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости.

Таблица.4.

Металл	Удельное сопротивление	Удельная проводимость	Относительная магнитная проницаемость	Коэффициент вихревых токов
медь	0,001754	57	1

Составляющая активного сопротивления R_м, обусловленная потерями в окружающих металлических массах, определяется как сумма потерь в смежных четвёрках и оболочке. Для четырёхчетвёрочного кабеля дополнительное сопротивление в смежных четвёрках равно 7,5Ом. А в свинцовой оболочке R_м200=14 Ом. В итоге получаем R_м=21,5 Ом.

Индуктивность симметричной кабельной цепи

Индуктивность симметричной кабельной цепи определяется как сумма внешней межпроводниковой индуктивности и внутренней индуктивности самих проводников:

, Гн/км,

где - функция поверхностного эффекта.

Ёмкость и проводимость изоляции симметричной кабельной цепи

Ёмкость симметричной кабельной цепи определяется по формуле:

, Ф/км,

где - эквивалентное значение диэлектрической проницаемости;

- поправочный коэффициент, характеризующий близость проводов цепи к заземленной оболочке и другим проводникам, при звездной скрутке определяется по формуле:

;

Проводимость изоляции кабельных цепей определяется из выражения:

, См/км,

где - тангенс угла диэлектрических полей комбинированной изоляции.

Значения и для данного вида изоляции берутся из табл. 5

Таблица.5.

Тип изоляции		при частотах, кГц
		10	100	250	550
Кордельно-стерофлексная	1,2 - 1,3	3	7	12	20

Воспользуемся программой расчета первичных параметров передачи симметричной цепи, результаты расчета сведем в таблице.6.

Таблица.6.

f, МГц	R, Ом/км	L, мГн/км	C, нФ/км	G, См/км
0,01	38,1	0,68	29,42	5,54297?10 -7
1	195	0,62	29,42	3,69647?10 -4
5	426,6	0,61	29,42	1,84831?10 -3
10	600	0,61	29,42	3,69685?10 -3
15	733,3	0,61	29,42	5,3 10 -3
17	780,1	0,61	29,42	6,284?10 -3

По данным из таблицы построим графики зависимости первичных параметров от частоты



Рисунок.7. Графики зависимости первичных параметров от частоты

В реальной симметричной цепи действуют вихревые токи, приводящие к увеличению активного сопротивления и уменьшению индуктивности при возрастании частоты передаваемого сигнала. В таких цепях действуют:

Поверхностный эффект,

Эффект близости

Эффект потерь окружающих масс.

Емкость не зависит от частоты и поэтому она постоянна.

4.3 Расчет вторичных параметров передачи симметричной кабельной цепи

Коэффициент распространения цепи определяется по формуле:

,

где - коэффициент затухания, Нп/км;

- коэффициент фазы, рад/км.

Расчет и в области высоких частот, когда , можно производить по упрощенным формулам:

где - составляющая затухания за счет потерь в металле;

- составляющая затухания за счет потерь в диэлектрике.

Волновое сопротивление цепи определяется по формуле:

.

В области высоких частот, когда волновое сопротивление можно найти по формуле:

Скорость распространения электромагнитной волны:

, км/с.

Если , скорость распространения электромагнитной волны:

Воспользуемся программой расчета вторичных параметров передачи симметричной цепи, результаты расчета сведем в таблица7.

Таблица7

f, МГц	, дБ/км	, рад/км	ZВ, Ом	V, км/с
0,01	1,055	0,28	157,7	223350,9
1	5,92	26,92	150	233428,3
5	13,5	113,27	149,6	235778
10	19,7	265,85	149,3	236345,3
15	24,8	397	149,1	237011
17	26,6	451,33	149,1	237470,2

По данным из таблицы построим графики зависимости первичных параметров от частоты (рисунок 8.)



Рисунок 8. Графики зависимости вторичных параметров от частоты

Коэффициент затухания, равный при постоянном токе,вначале резко растет, а затем более плавно.

Коэффициент растет от нуля почти по прямолинейному закону.

Волновое сопротивление с ростом частоты уменьшается от значения до и сохраняет эту величину во всей области высоких частот.

С возрастанием частоты скорость распространения электромагнитной энергии по кабельным линиям возрастает.

4.4 Размещение регенерационных пунктов по трассе кабельной линии

Размещение регенерационных пунктов производится исходя из допустимого затухания на элементарном кабельном участке (ЭКУ) или кабельной секции (КС). ЭКУ представляет собой участок кабельной линии совместно со смонтированными по концам кабельными оконечными устройствами. КС представляет собой совокупность электрических цепей, соединенных последовательно на нескольких соседних ЭКУ для организации регенерационного участка одной или нескольких систем передачи с одинаковым расстоянием между регенераторами, большим, чем на ЭКУ данной линии. При применении на кабельной линии одних и тех же систем передачи на всех цепях длины ЭКУ и КС одинаковы.

Расстояние между необслуживаемыми регенерационными пунктами (НРП) может быть определено из выражения:

;

где - номинальное значение затухания регенерационного участка, [дБ]. (45…85);

0,9 - затухание оконечных устройств;

- коэффициент затухания кабельной цепи на наивысшей частоте при максимальной температуре грунта на глубине прокладки кабеля, [дБ/км].

Определённые по расчетным формулам параметры кабеля справедливы для температуры t=20С. При другой температуре коэффициент затухания может быть определен по формуле:

где - коэффициент затухания, определенный расчетом на полутактовой частоте, дБ/км;

- температурный коэффициент затухания цепей кабеля на полутактовой частоте, определяемой по таблицам;

t - максимальная температура грунта на глубине прокладки кабеля (для средней полосы 6С).

При расчетах принимаем его равным;

км;

Получив длину ЭКУ, составим структурную схему кабельной линии. При этом оборудование ИКМ-480С требует расстояние между обслуживаемыми регенерационными пунктами (ОРП) 200 км. Так как в данном случае расстояние от Иваново до Владимира составляет 116 км, то потребуется 36 НРП.



Рисунок.9. Структурная схема ЭКС

Нумерация НРП производится дробью: в числителе указывается номер секции, в знаменателе - порядковый номер НРП в секции.

5. Расчет параметров взаимных влияний между цепями

5.1 Общие положения

Электромагнитное влияние между симметричными цепями обусловлено наличием поперечного электромагнитного поля, которое и наводит в рядом расположенной цепи токи помех. В симметричных кабелях с ростом частоты возрастает скорость изменения электромагнитного поля, и поэтому возрастает электромагнитное влияние между цепями.

5.2 Расчет параметров взаимных влияний между цепями симметричного ЭКС реконструируемой линии

При замене АСП на ЦСП в процессе реконструкции линии существенно изменяется рабочий спектр частот ЭКС. Линейный сигнал ЦСП с импульсно-кодовой модуляцией имеет значительно более широкую полосу частот, чем в аналоговых системах. Максимальная энергия спектра линейного сигнала ЦСП сконцентрирована в области частот, близких к полутактовой частоте системы передачи. Поэтому нормирование, расчеты и измерения электрических характеристик кабеля выполняются на полутактовой частоте конкретной ЦСП.

Основными электрическими характеристиками, определяющими вероятность ошибок в линейном тракте цифровой системы передачи и влияющими на длину элементарного кабельного участка, являются параметры взаимного влияния между цепями: переходное затухание на ближнем конце и защищенность на дальнем.

Переходное затухание на ближнем конце на полутактовой частоте, для системы передачи ИКМ-480C на частоте 17 МГц, должно быть больше либо равно 30 дБ. Защищенность на дальнем конце, должна быть больше либо равна 22 дБ (между цепями разных четвёрок) и больше либо равна 12 дБ (между цепями внутри четвёрок).

Расчет переходного затухания на ближнем конце.

Переходное затухание на ближнем конце за счет систематической связи можно рассчитать по формуле:

где - длина элементарного кабельного участка, км;

- коэффициенты затухания и фазы взаимовлияющих цепей на полутактовой частоте ЦСП, соответственно в Нп /км и рад/км.

Величина систематической связи определяется по формуле:

где - ёмкостная связь;

- индуктивная связь;

- волновое сопротивление цепи кабеля.

Переходное затухание на ближнем конце за счет нерегулярной связи можно определить по формуле:

где - нормированная спектральная плотность случайной функции нерегулярной связи на ближнем конце n(x).

Результирующее значение переходного затухания на ближнем конце можно определить по формуле:

Расчет защищенности на дальнем конце.

Величина защищенности на дальнем конце за счет нерегулярной составляющей связи на длине ЭКУ, состоящего из n строительных длин, рассчитывается по формуле:

где - протяженность строительной длины кабеля, км;

- интервал корреляции случайной функции f(x);

- дисперсия случайной функции f(x).

Так как между цепями разных четвёрок электромагнитные связи носят случайный характер, то интервал корреляции, характеризующий взаимодействие связей в отдельных сечениях кабеля, обычно невелик, и для расчета можно принять = 0,02 км.

В процессе изготовления, прокладки и монтажа кабелей связи неизбежно возникают неоднородности, заключающиеся в деформации жил, изоляции, оболочки и т.д. Конструктивные неоднородности, носящие случайный характер, нарушают симметрию цепей кабеля и создают условия для взаимного перехода энергии из одной цепи в другую. Поэтому величина зависит от типа кабеля и задается в исходных данных.

При монтаже муфт кабеля на длине ЭКУ проводят соединение жил в четверке по оператору, т. е. первую пару каждой четверки скрещивают. В результате знак электромагнитной связи у каждой последующей строительной длины меняется на противоположный. Поэтому при четном числе строительных длин на ЭКУ происходит компенсация регулярной составляющей связи. Наилучшая компенсация наблюдается при четном числе строительных длин на ЭКУ.

При четном числе строительных длин на длине ЭКУ значение можно определить по формуле:

где - дисперсия электромагнитных связей влияния через третьи цепи, величина которой зависит от различия электромагнитных связей соединяемых строительных длин. Задается в строительных данных.

При нечетном числе строительных длин на длине ЭКУ значение определяется из выражения:

где - регулярная составляющая влияния через третьи цепи в строительной длине.

Все исходные данные для расчета параметров взаимных влияний реконструируемой линии:. С₁₂=10 пФ ;S_п(2щt_з)=6?10^-20, с²/км² ;D_f=9?10^-17, с²/км²; D_F=15?10^-19, с²/км²;

F_ртр=1?10^-17, с/км;

Для расчета параметров взаимных влияний между цепями воспользуемся программой, результаты сведены в таблицу8.

Таблица 8.

F, МГц	Аор, дБ	Аон, дБ	Ао, дБ	Азн, дБ	Азтр, дБ
0,01	13,21	94,17	13,21	83,36	201,48
1	15,04	72,45	15,04	43,36	110,07
5	15,04	61,96	15,04	29,15	77,19
10	15,04	51,36	15,04	23,13	63,33
15	15,04	46,96	15,04	19,61	55,22
17	15,04	43,62	15,04	18,53	52

Нормы на параметры взаимного влияния на длине ЭКУ.

Переходное затухание на ближнем конце на частоте17,0 МГц удовлетворяет требованию: =43,62 дБ > 30 дБ. Защищенность на дальнем конце на этой же частоте удовлетворяет требованию: =52дБ > 22 дБ. Следовательно, повышать защищенность и переходное затухание между симметричными цепями не надо.

По данным из таблицы построим графики зависимости параметров взаимных влияний от частоты (рисунок 10.)



Рисунок.10. Графики зависимости взаимных влияний от частоты

6. Защита электрических КС от влияния внешних электромагнитных полей

6.1 Основные положения

С развитием ВСС предъявляются всё более высокие требования к надёжности линейных трактов и качеству передаваемой информации, которые в значительной степени зависят от влияния внешних электромагнитных полей на ЭКС. Поэтому важной задачей является обеспечение надежной защиты ЭКС от внешних электромагнитных влияний.

Все необходимые исходные данные для расчета параметров внешних электромагнитных влияний и надежности кабельной магистрали представлены в табл.9.

Таблца.9.

I1, кA	a1, м	a2, м	a3, м	a4, м	l1, %	l2, %	l3, %	Uисп, кВ	T, ч	сгр, кОм•м	L1, км	L2, км	L3, км
3,5	80	90	120	90	40	30	30	2,5	50	0,5	60	30	10

6.2 Расчет опасных магнитных влияний

Одним из основных факторов, определяющих степень влияния ЛВН на линии связи, является характер сближения. Под сближением понимается взаимное расположение линии связи и ЛВН. при котором в линии связи могут возникнуть опасные и мешающие напряжения и токи. Сближение может быть параллельным, косым и сложным. Участок сближения считается параллельным, если кратчайшее расстояние между линиями (ширина сближения) а изменяется по длине сближения не более чем на 10% от среднего значения. Если это условие не выполняется, то участок сближения будет косым. Такое сближение заменяется ступенчатым параллельным, при этом выбирают длину параллельных эквивалентных участков так, чтобы отношение максимального значения ширины сближения к минимальному на концах участка было не более трёх. Тогда эквивалентная ширина сближения определяется соотношением .

Опасное магнитное влияние может возникнуть при обрыве и заземлении фазового провода ЛЭП или контактного провода ЭЖД. Большая величина тока короткого замыкания создает интенсивное магнитное поле. В результате чего в жилах кабеля индуцируется ЭДС, которая может превышать допустимые значения. Эта ЭДС называется продольной, т.к. индуцированное электрическое поле направлено вдоль провода связи.

Продольная ЭДС - это разность потенциалов между началом и концом провода связи на длине гальванического неразделенного участка. Гальванически неразделённым участком считается участок линии связи не содержащий усилителей, трансформаторов, фильтров. На кабельных магистралях за длину гальванически неразделенного участка принимается длина усилительного участка.

Абсолютное значение продольной ЭДС, наведённой в жилах кабеля связи от магнитного влияния ЛВН на сложном участке сближения (рис. 9.) рассчитывается на частоте 50 Гц по формуле:

, В,

где n - число участков;

- влияющий ток, А;

- коэффициент взаимной индукции между однопроводными цепями ЛВН и линии связи на i - м участке сближения, Гн/км;

- длина i-го участка сближения, км;

- результирующий коэффициент экранирования между ЛВН и линией связи на i-м участке.



Рисунок. 11. Схема сближения линии связи с ЛВН

Длина участка между двумя НРП составляет 2,52 км.

Рассчитаем величину i-того участка сближения:

Определим эквивалентную величину сближения для i-того участка:

Величину взаимной индукции на i-том участке определяем по формуле:

где а - ширина сближения, м;

f - частота влияющего тока, Гц;

- проводимость земли, См/м.

Взаимная индукция на i-том участке:

Результирующий коэффициент экранирования учитывает уменьшения наведённой ЭДС за счет защитного действия металлических экранов, размещенных между ЛВН и линией связи.

В общем виде коэффициент защитного действия можно определить:

S = S_об • S_тр • S_м • S_р = 0,95 • 0,45 = 0,1415

где - коэффициенты защитного действия, соответственно металлических покровов кабеля связи; заземленных тросов, подвешенных на опорах ЛЭП; рельсов ЖД путей, проложенных рядом с кабелем связи металлических сооружений.

Определив коэффициент взаимной индукции для каждого участка, производят расчет продольной ЭДС, полагая =1:

Рассчитав величину суммарной продольной ЭДС на участке сближения длиной 2,52 км, определяем продольную ЭДС на 1 км кабеля:

,



Идеальный КЗД симметричного кабеля марки МКПАШп при частоте 50 Гц: .

Окончательно величину наведенной продольной ЭДС в КС определим по формуле:

,

не превышает , поэтому меры защиты предусматривать не надо.

6.3 Нормы опасного магнитного влияния

Величины опасных напряжений и токов в цепях кабелей связи, обусловленные влиянием ЛВН, устанавливаются исходя из обеспечения безопасности обслуживающего персонала, работающего на станционных и линейных сооружениях, а также из условия предохранения этих сооружений от повреждения.

Допустимые величины опасных напряжений и токов принимают такие значения, при которых не требуется специальных мер защиты. При этом принимается во внимание время и условие их воздействия на людей и сооружения связи.

Величина испытательного напряжения U_исп зависит от типа кабеля, а величина напряжения дистанционного питания линейных регенераторов - от типа системы передачи. Стандартное значение дистанционного питания В.

Допустимое значение продольной ЭДС при кратковременном влиянии при Схеме дистанционного питания "провод- провод" постоянным током:



6.4 Расчет и защита кабелей связи от ударов молнии

Согласно действующему руководству по защите кабелей связи от ударов молнии вероятная плотность повреждений кабелей с металлическими покровами без изолирующего шланга, проложенных на открытой местности на участке трассы длиной в 100 км, определяется выражением:

,

где T - продолжительность гроз в году в часах (20 ч);

U_пр - электрическая прочность изоляции жил кабелей, В;

n - вероятное число повреждений кабеля при T = 36 часов.

Для кабеля марки МКПАШп сопротивление покровов одного кабеля:

R_к=0,36 Ом/км.

Электрическую прочность изоляции жил кабелей берем равной величине испытательного напряжения:

U_пр=U_исп=3500 В.

Величина n в зависимости от удельного сопротивления грунта с_гр и сопротивления защитных металлических покровов постоянному току R определяется по графикам. При прокладке в одной траншее нескольких кабелей учитывается общее сопротивление их покровов, определяемое по закону параллельного соединения сопротивлений. При m одинаковых кабелях в траншее .

При двухкабельной системе:



При с_гр = 0,7?10³ Ом•м и R = 0,18 Ом/км, n ? 0,125.

Вероятная плотность повреждений кабелей:

Допустимое число опасных ударов молнии на 100 км трассы для четырёхчетвёрочного симметричного кабеля в прокладываемой местности составляет 0,2, что больше вероятной плотности повреждения кабеля. Дополнительные меры по защите линии от ударов молнии не требуются.

6.5 Расчет надежности проектируемой кабельной магистрали

Надежность проектируемой кабельной магистрали рассчитываем по исходным данным:

В табл.10. отражены среднестатистические значения интенсивности отказов и среднее время восстановления связи. Так как при реконструкции линии используются кабель марки МКПАШп, то дополнительная защита (броня из круглой проволоки или стальных лент) не требуется.

Таблица.10.

Протяженность кабеля
вне населенного пункта, L1 км	60
в населенных пунктах, L2км	30
в телефонной канализации,L3 км	10
Среднестатистические значения интенсивности отказов
вне населенного пункталср1	1,74•10-7
в населенных пунктахлср2	9,93•10-7
в телефонной канализациилср3	7,40•10-7
Среднее время восстановления связи
вне населенного пункта, tв1 ч	4,73
в населенных пунктах, tв1 ч	4,20
в телефонной канализации, tв1 ч	4,15

Для данной длины кабельной магистрали интенсивность потока отказов:

Среднее время между отказами (наработка на отказ):

, ч;

Среднее время восстановления связи:

Коэффициент готовности:

;



Вероятность безотказной работы магистрали за время 1 год:

Надежность магистрали за это же время:

;

Полученное значение для надежности магистрали H(t) = 0,658 меньше 0,9, следовательно, необходимо повысить надежность магистрали. Для этого нужно использовать более качественное и надежное оборудование на оконечных пунктах, повысить эффективность необслуживаемых регенерационных пунктов.

связь кабель оптический ретранслятор

7. Проектирование волоконно-оптической линии передачи

В качестве вновь строящейся линии необходимо выполнить проектирование ВОЛП между Владимиром и Москвой. На проектируемой ВОЛП предусматривается увеличение числа каналов в 3 раза по сравнению с числом каналов реконструируемой линии. Если полученное число каналов не превышает 1920, то следует использовать синхронную ВОСП STM-1.

Проект должен включать следующее:

- выбор и обоснование волоконно-оптической системы передачи (ВОСП), оптического волокна (ОВ), конструкции оптического кабеля (ОК), схемы организации связи;

- размещение ретрансляторов по трассе линии передачи;

- расчет бюджета мощности и дисперсии на элементарных кабельных участках (ЭКУ).

7.1 Выбор и обоснование ВОСП

Тип и характеристики ВОСП выбираются в зависимости от требуемого объема передачи информации, который задается числом основных цифровых каналов (ОЦК), расстоянием между оконечными пунктами и населенными пунктами по трассе магистрали.

Число каналов после реконструкции ЭКС - 600, т.е. на проектируемой ВОЛП у нас будет организовано 1800 каналов. Используем синхронную ВОСП STM-1, позволяющая организовать 1920 каналов. Её основные характеристики представлены в табл. 11.

Таблица 11.

Длина волны, мкс	1,3
Число основных цифровых каналов	1920
Число цифровых потоков E1	63
Скорость оптического стыка, Мбит/с	155
Энергетический потенциал	38
Максимально допустимая дисперсия на ЭКУ, пс/нм	55000

7.2 Выбор и обоснование типа Оптического волокна

Тип оптического волокна (ОВ) выбирается в зависимости от скорости передачи информации, расстояния между оконечными пунктами и населенными пунктами по трассе магистрали. А также принципами построения сети связи, задачи которой решает данная линия передачи. В подавляющем большинстве случаев применяются стандартные ступенчатые одномодовые оптические волокна. При высоких скоростях передачи, когда длина ЭКУ ограничена дисперсией, применяют волокна со смещенной дисперсией. Если же при этом используются устройства спектрального уплотнения, то возможно применение волокон со сглаженной дисперсией.

Выбираем стандартное ступенчатое одномодовое волокно. Его характеристики представлены в табл.12.

Таблица.12.

Тип волокна	Коэффициент затухания , дБ/км, на длине волны 1,3мкм.	Длина волны нулевой дисперсии , мкм	Коэффициент наклона дисперсионной кривой , пс/(нм2•км)	Коэффициент хроматической дисперсии , пс/( нм•км)
Ступенчатое	0,34	1,301	0,092

Коэффициент хроматической дисперсии для ступенчатых волокон и волокон со смещенной дисперсией рассчитывается по формуле:

7.3 Выбор типа оптического кабеля

Для обеспечения связи между городами Владимир и Москва были выбраны кабели типа ОКЛ-01 и ОКЛК-01 (магистральные и внутризоновые, с центральными силовыми элементами из стеклопластикового стержня, вокруг которого скручены оптические модули (ОМ), с гидрофобным заполнением, с защитной оболочкой из полиэтилена). Выбранные кабели применяется для прокладки в кабельной канализации, трубах, блоках, коллекторах, на мостах и в шахтах.

Поперечное сечение выбранных кабелей представлено на рис. 12 и 13.

Рисунок 12. Поперечное сечение кабеля марки ОКЛК-01: 1. Оптические волокнасвободно уложены в полимерных трубках (оптические модули), заполненных тиксотропным гелем по всей длине; 2. Центральный силовой элемент(ЦСЭ) - диэлектрический стеклопластиковый пруток (или стальной трос в ПЭ оболочке), вокруг которого скручены оптические модули; 3. Кордели - сплошные ПЭ стержни - для устойчивости конструкции; 4. Поясная изоляция - лавсановая лента, наложенная поверхскрутки; 5. Гидрофобный гель - заполняет пустоты скрутки по всей длине; 6. Внутренняя оболочка - композиция ПЭ низкой или высокой плотности; 7. Броня - повив стальных оцинкованных проволок или диэлектрических высокопрочных стержней; 8. Наружная оболочка - композиция светостабилизированного ПЭ; 9. Медные жилы для дистанционного питания.



Рисунок 13. Поперечное сечение кабеля марки ОКЛ-01: 1. Оптические волокна свободно уложены в полимерных трубках (оптические модули), заполненных тиксотропным гелем по всей длине; 2. Центральный силовой элемент(ЦСЭ) - диэлектрический стеклопластиковый пруток (или стальной трос в ПЭ оболочке), вокруг которого скручены оптические модули; 3. Кордели - сплошные ПЭ стержни - для устойчивости конструкции; 4. Поясная изоляция - лавсановая лента, наложенная поверх скрутки; 5. Гидрофобный гель - заполняет пустоты скрутки по всей длине; 6. Повив силовых элементов - высокопрочные синтетические нити (при необходимости); 7. Наружная оболочка - композиция светостабилизированного ПЭ; 8. Медные жилы для дистанционного питания.

7.4 Размещение ретрансляторов по трассе магистрали

Значительная протяженность ЭКУ ВОЛП позволяет размещать ретрансляторы в населенных пунктах, где есть не менее двух независимых источника электропитания. Размещение ретрансляторов производится исходя из бюджета мощности и допустимой дисперсии на ЭКУ.

С учетом бюджета мощности расстояние между ретрансляторами ВОЛП должно лежать в пределах L_min ? L_эку ? L_max.

, км;

, км,

где Э - энергетический потенциал системы (36дБм);

a_з - эксплуатационный запас (6 дБм);

a_н - потери в неразъемном соединении ОВ (0,1 дБм);

a_р - потери в разъемном соединении (0,5 дБм);

n_р - число разъемных соединений на ЭКУ (4);

a_АРУ - пределы регулировки АРУ (20 дБм);

б - коэффициент затухания ОВ (0,34 дБм/км);

LСД - строительная длина кабеля (LСД = 5 км).

км;

км;

Наряду с указанными выше условиями длина ЭКУ должна удовлетворять требованиям по дисперсии:

где у - среднеквадратическое значение дисперсии ОВ, с/км;

B - скорость передачи на оптическом стыке (155 Мбит/с.),

 - рабочая длина волны, нм;

- диапазон длин волн излучения лазера, который можно принять равным

D(л) - коэффициент хроматической дисперсии ОВ, пс/(нм•км).

Выбираем среднее значение диапазона длин волн излучения:

нм.

Расстояние между Владимиром и Москвой193км. примем равным 112,2 км.

Рассчитаем оставшийся запас мощности и дисперсии на каждом ЭКУ. Определим их по формулам:

где .

Для 2-го участка:

Дисперсии на каждом ЭКУ не превышают допустимых значений.

В результате расчета и уточнения длин ЭКУ составим структурную схему ВОЛП, на которой указываются необслуживаемые ретрансляционные пункты (НРП), длины ЭКУ, тип кабеля и нумерация НРП.

Структурная схема ВОЛП показанная на рисунке 14.

Рисунок 14.

7.5 Обеспечение доступа абонентов к цифровым каналам связи

Современные системы телекоммуникаций должны обеспечивать возможность предоставления абонентам каналов с широким спектром частот, дающими выход в различные информационные сети, видеотелефонную связь, передачу данных с высокой скоростью, видеоконференции, связь между различными локальными сетями и т.д.

Выполнить эти требования возможно только при использовании современных проектных решений по созданию доступа, состоящей из физической среды передачи и соответствующей аппаратуры доступа. Архитектура и оборудование сети доступа зависит от территории населённого пункта, числа жителей, потребности в каналах абонентского доступа.

Система передачи STM-1 предусматривает число ОЦК до 1920, в данном случае это составляет 1800. Высокоскоростные цифровые каналы составляют 5% от общего числа стандартных телефонных каналов. Получаем 90 каналов, то есть нам необходимо разместить в населённом пункте оборудование цифровых абонентских линий с общим числом каналов равным 90. Результаты выбора оборудования представлены в таблица13.

Рисунок15. Структурная схема сети доступа города Москва

Таблица13.

Кол-во каналов	Тип аппаратуры	Тип кабеля	Дальность передачи, км	Диаметр жил симметричного кабеля, мм
30	ИКМ-30	ТПП	1,2	0,4
30	ИКМ-30	ТПП	2	0,6
8	PGS-8	ТПП	4,5	0,4
8	PGS-8	ТПП	3	0,4
8	PGS-8	ТПП	8,5	0,6
4	PGS-4	ТПП	11,5	0,6
2	ИКМ-2	ТПП	5	0,4

Заключение

В процессе выполнения курсового проекта решалось несколько задач. В первой части курсового проекта я реконструировал линию связи с заменой оборудования. При этом я произвел замену старой системы передачи на новую более перспективную ИКМ-480С, что обеспечило 600 каналов. Для новой системы передачи рассчитал первичные и вторичные параметры, параметры взаимных влияний между цепями. По проведённым расчетам сделал выводы, что дополнительных мер защиты кабеля от ударов молнии и от опасных магнитных влияний не потребуется.

Надёжность проектируемой кабельной магистрали оказалась меньше нормы, поэтому я дал рекомендации по повышению надёжности.

Во второй части курсового проекта я проектировал новую волоконно-оптическую линию связи. Осуществил выбор типа оптического кабеля, разместил ретрансляторы по трассе магистрали.

Список литературы

1. Андреев В.А. Теория электромагнитных влияний между цепями связи. М., 2009.

2. Атлас автомобильных дорог России - М., 2012.

3. Верник С.М. и др. Линии связи, М., 1995.

4. Воронков А.А., Бурдин В.А, Попов Б.В. и др. Методическая разработка по курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности «Многоканальные телекоммуникационные системы», Самара, 2010.

5. Ионов А.Д., Попов Б.В. Линии связи, М., 1990.

6. Руководство по проектированию и защите от коррозии подземных металлических сооружений связи. М., 2009.

7. Строительство и техническая эксплуатация ВОЛС, М., 1995.

8. Строительство кабельных сооружений связи. Справочник, М., 2010.

Размещено на Allbest.ru