4.2 Выбор системы передачи

Мультиплексор - весьма сложное и дорогое устройство, состоящее из

нескольких составляющих его узлов. В ходе проектирования подбираются только те узлы, установка которых необходима с точки зрения данного технического задания. Мультиплексор содержит основные узлы, которые устанавливаются обязательно, и сменные, установка которых зависит от функций, выполняемых мультиплексором. Число сменных узлов и их типов может быть различным для аппаратуры разных фирм. К основным узлам относятся блоки источников питания, опорного синхрогенератора, контроллера оборудования, управляемой матрицы, ввода-вывода заголовков, агрегатные блоки. К сменным относятся компонентные блоки, блоки управления, кросс-коннекторы и так далее.

Основой выбора тех или иных узлов мультиплексора являются

следующие данные:

- число вводимых/выводимых потоков;

- расстояние между соседними узлами сети;

- выбранная топология сети [8].

Согласно данных Гипросвязи (документ № 99381 от 17.11.2003г., №2065 от 05.02.2004г.) для организации межстанционной связи на данном участке необходимо 650 двусторонних СЛ, что составляет 22 первичных цифровых потока Е1. В данном случае возможно использовать для организации МСС мультиплексоры уровня STM-1. В цифровом потоке STM-1 возможна передача виртуальных контейнеров различного типа и в различных сочетаниях: в данный тип мультиплексора может включаться 21, 42 или 63 компонентных потока Е1. Однако в связи с последующим развитием сети: нарастанием номерной емкости, внедрением новых услуг связи, увеличением потоков нагрузки представляется целесообразным использовать для строительства данной ВОЛП мультиплексор ввода/вывода уровня STM-4. Схема организации межстанционной связи на участке УВС-77 - АТС-71 представлена на рисунке 4.1.

УВС-77 АТС-71

1+1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.1 - Схема организации межстанционной связи на участке УВС-77 - АТС-71



Схема организации межстанционной связи представлена мультиплексорами уровня STM-4 c возможностью ввода/выделения 126 трактов 2Мбит/с. К применению в рамках данного проекта выбран синхронный волоконно-оптический мультиплексор ввода/вывода уровня STM-4 (ADM-600) производства бельгийской фирмы Alkatel - 1651SM. Мультиплексор предназначен для передачи сигналов синхронной цифровой иерархии (SDH) и ввода/вывода компонентных цифровых потоков. Конфигурируемая коммутационная матрица обеспечивает гибкое размещение трибутарных (компонентных) сигналов внутри сигнала STM-4.

В мультиплексоре 1651 SM допускается работа в режиме защитного линейного переключения APS по схеме (1+1) как для агрегатов, так и для трибов. При этом резервируются оптоэлектронные модули и волоконно-оптический кабель между ними. Оптические агрегаты могут быть следующих типов S-4.1, L-4.1, L-4.2, L-4.1JE, L-4.2JE. В случае данного проекта к применению выбирается оптический агрегат типа S-4.1, работающий на короткие расстояния.

Контроль и управление мультиплексора осуществляется через соответствующие интерфейсы:

- QB3 - интерфейс сети управления, точка подключения соединительных линий для двусторонней передачи информации от узлов управления;

- F - интерфейс контроля, который связывает мультиплексор с узлом управления, контроля и сигнализации. В точку F может подключаться персональный компьютер, программное обеспечение которого позволяет контролировать состояние не только своей станции, но и станции своей сети [9].

Ниже в таблице 4.1 приведены характеристики оптического интерфейса S-4.1 для сигнала STM-4 [7].



Таблица 4.1

Характеристики оптического интерфейса S-4.1

Код интерфейса	Единицы измерения	S-4.1
Уровень SDH	-	STM-4
Скорость передачи	кбит/с	622080
Линейный код	-	NRZ скремб
Длина волны	нм	1280…1335
Источник излучения передатчика Среднеквадратическая ширина спектра излучения на уровне -3 дБм	- нм	Лазер 2,1
Минимальный уровень оптической мощности приемника	дБм	-32
Дополнительное затухание оптического тракта, вносимое приемником	дБ	1
Диапазон оптического затухания между точками передачи и приема	дБ	0…16
Максимальная хроматическая дисперсия в оптическом тракте	пс/нм	90
Потери отражения оптической мощности от кабеля в точке передачи	дБ	14

При необходимости мультиплексор 1651 SM может обеспечить работу в сети уровня STM-16 путем замены оптических агрегатов уровня STM-4, стандартизованных по ITU-T G. 957, на оптические агрегаты уровня STM-16 (2488 Мбит/с). В этом случае будут использоваться оптические агрегаты типа S-16.1.

Основными особенностями мультиплексора Alcatel 1651 SM являются:

- работа с трибутарными блоками 2, 34, 140, 155, 622 Мбит/с;

- защитное резервирование на всех уровнях;

- поддержка ряда конфигураций самовосстанавливающихся колец SDH;

- полный доступ к байтам заголовка сигнала STM-4;

- поддержка оборудования управления сетью через интерфейсы F и QB3;

- малогабаритное исполнение за счет применения современной элементарной базы и технологий;

- высокая степень взаимозаменяемости блоков с другой SDH аппаратурой Alcatel [9].

4.3 Выбор оптического кабеля

В соответствии с «Техническими требованиями к оптическим кабелям связи, предназначенным для применения на взаимоувязанной сети связи РФ», утвержденными 21 мая 1998 года оптические кабели связи должны удовлетворять основным требованиям к характеристикам оптических волокон: передаточным и геометрическим. Тип кабеля определяется заданной длиной волны, допустимыми потерями и дисперсией, а также условиями прокладки.

В настоящее время российская кабельная промышленность способна поставлять оптические кабели связи, отвечающие требованиям международных стандартов, рекомендациям МСЭ G.651-654 К-25, публикациям МЭК IEK-794-1. В конструкциях кабеля применяются импортные материалы высокого качества, а также оптическое волокно, поставляемое, в основном, известными фирмами - Corning (США), Fujikura (Япония), Ericsson.

Сертификаты соответствия на поставку оптических кабелей в Россию имеют 15 зарубежных фирм из 10 стран. В нашей стране сертифицированным выпуском оптического кабеля занимаются девять отечественных предприятий и заводов. Среди них: АО НФ «Электропровод» (г. Москва); АОЗТ «Оптен» (г. С.-Петербург); ЗАО «Самарская оптическая кабельная компания» (г. Самара) и другие. Установлен приоритет использования отечественных кабелей связи, поскольку наша промышленность полностью поставляет их в необходимых количествах, а, главное, надлежащего качества [5].

Выбор марки кабеля можно произвести на основании результатов проведенных расчетов и полученного задания:

- рабочая длина волны - 1,3 нм;

- коэффициент затухания - 0,296 дБ/км;

- числовая апертура - 0,095;

- хроматическая дисперсия - 2,67 пс/км;

- оптический кабель одномодовый, так как V<2,405;

- число волокон в кабеле - 8 (из них 2 волокна используются для приема/передачи; два волокна - резерв; четыре волокна - развитие).

Кабели для прокладки в каналах кабельной канализации, трубах и коллекторах должны иметь высокую механическую стойкость к растягивающим и изгибающим нагрузкам, продавливанию, кручению, влаге. Они должны быть защищены от грызунов, а также горения. Прокладку этих кабелей осуществляют протяжкой строительной длины в асбоцементные трубы. Конструкция кабеля должна содержать сердечник с армирующим элементом в виде стального троса или стеклопластикового стержня, вокруг которого скручены ОВ в полимерной оболочке, наложенной в виде трубки. Герметизация ОВ достигается через заполнение трубок желеобразным составом [6].

В соответствии со всеми вышеизложенными требованиями для использования в рамках данного дипломного проекта выбирается кабель производства АО НФ «Электропровод» (г. Москва) марки ОКНС-М8П-10-0,35-8, расшифровка маркировки которого приводится ниже.

Данный кабель предназначен для прокладки в легких грунтах, кабельной канализации, трубах, блоках, коллекторах, на мостах и в кабельных шахтах. При условии наличия негорючей полиэтиленовой оболочки, кабель может применяться также при прокладке внутри зданий. Центральным силовым элементом в кабеле служит стеклопластиковый пруток. Кабель имеет 8 волокон, каждое из которых укладывается в оптический модуль, заполненный внутримодульным гидрофобным заполнителем. Таким же компаундом заполняется пространство между промежуточной оболочкой из полиэтилена и броней из стальной ламинированной гофрированной ленты. Защитная оболочка изготовлена из полиэтилена, не распространяющего горение [5].

ОКНС-М8П- 10- 0,35 -8

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конструкция выбранного кабеля представлена на рисунке 4.2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.2 - Конструкция оптического кабеля марки ОКНС-М8П-10-0,35-8

Здесь:

1 - оптическое волокно;

2 - внутримодульный гидрофобный заполнитель;

3 - центральный силовой элемент - стеклопластиковый пруток;

4 - гидрофобный заполнитель;

5 - промежуточная оболочка из полиэтилена;

6 - гидрофобный заполнитель;

7 - броня из стальной ламинированной гофрированной ленты;

8 - защитная оболочка из полиэтилена, не распространяющего горение.

Кабелю присущи следующие характеристики:

- коэффициент затухания на длине волны 1,3мкм - не более 0,4 дБ/км;

- хроматическая дисперсия - 1,35,8 пс/км;

- температурный диапазон - -40⁰С … +50⁰С;

- допустимое растягивающее усилие - 3,5кН;

- масса кабеля 226 кг/км;

- максимальная строительная длина - не менее 4 км [6].

Кабель имеет сертификат соответствия Госкомсвязи РФ ОС/1-КБ-93, ТУ 16.К12-16-97, а также сертифицирован Государственной противопожарной службой МВД РФ за №001405.

4.4 Расчет растягивающих усилий на кабель при прокладке в канализации

При затягивании в телефонную кабельную канализацию оптический кабель испытывает растягивающие нагрузки, которые могут оказать влияние на его оптические параметры и физические свойства. Поэтому необходимо знать величину этой нагрузки и ограничивать максимально допустимое тяжение. В общем случае усилие тяжения зависит от многих факторов: длины кабеля и его массы, коэффициента трения между оболочкой кабеля и каналом трубопровода, от профиля и трассы канализации, наличия на трассе поворотов и разностей уровней.

При прокладке ОК в телефонной канализации на прямолинейном участке трассы усилие тяжения определяется по формуле [10]:

Т_п = Р · f · L, (4.1)

где Р = 226 кг/км - масса кабеля ;

f = 0,32 - коэффициент трения для кабеля в полиэтиленовой оболочке при прокладке в асбоцементных трубах;

L = 3,195 км - длина трассы прокладки кабеля.

Если трасса прокладки не прямолинейна, а имеет изгибы, то существенно возрастет усилие тяжения, необходимое для протяжки кабеля в канализации. В этом случае для расчета усилия тяжения кабеля применяется формула [10]:

Т_из = Т_пe^цf, (4.2)

где ц - угол поворота трассы, рад.

Если по трассе канализации имеется несколько участков изгибов, то усилие тяжения рассчитывается о формуле [10]

n

Т_из.п = Т_п · ? ?^цif , (4.3)

i=1

где Т_i - усилие тяжения на i-ом участке изгиба;

ц_i - угол изгиба на i-ом участке.

В таблице 4.2 приведены индексы n увеличения силы тяжения кабеля в зависимости от угла поворота трассы.

Таблица 4.2

Зависимость силы тяжения от угла поворота трассы

Угол изгиба	15°	30°	45°	60°	75°	90°	105°	120°
Т· n	1,08	1,18	1,28	1,39	1,51	1,65	1,79	1,95

Трасса прокладки кабеля представлена на рисунке 1.1. Рассчитаем силу тяжения на прямолинейном участке трассы:

Т_п = 226 · 0,32 · 3,195 = 231,06 кГс ? 2,27 кН.

Полученная величина меньше нормы, указанной в характеристиках кабеля, но на трассе прокладки имеется много изгибов, которые значительно увеличат силу тяжения при прокладке кабеля в один прием: 20 изгибов по 90⁰ и 2 изгиба по 45⁰.

В связи с наличием сложных участков трассы прокладку кабеля предлагается осуществлять в четыре приема, то есть с двух угловых транзитных колодцев в двух направлениях с последующей сваркой и монтажом муфты в месте стыка строительных длин кабеля. В этом случае один кабельный барабан предлагается расположить над угловым колодцем №77-390, от этого углового колодца протянуть в одну сторону кабель к АТС-77, а в другую к месту соединения со второй строительной длиной кабеля. Второй кабельный барабан предлагается установить возле колодца №71-131. Монтаж муфты предлагается осуществить в угловом транзитном колодце №71-146.

В этом случае трасса разбивается на четыре участка с разными длинами и различным количеством угловых колодцев. Рассчитаем силу тяжения для каждого участка отдельно.

Первый участок от углового колодца №77-390 до ввода в здание АТС-77 имеет длину 1039,9 м и три изгиба по 900. В этом случае сила тяжения будет равна:



Тиз.п = 226 · 1,0399 · 0,32 · 1,65 · 3 = 372,3 кГс ?3,65 кН.

Длина второго участка прокладки кабеля от колодца №77-390 до №71-146 равна 1293,9 м, и данный участок имеет два изгиба по 450. Рассчитаем силу тяжения:

Тиз.п. = 226 · 1,2939 · 0,32 · 1,28 · 2 = 239,6 кГс ? 2,35 кН.

Следующий участок: от колодца №71-131 до №71-146 имеет длину 519,4 м и шесть изгибов по 900. В этом случае сила тяжения будет равна

Тиз.п. = 226 · 0,5194 · 0,32 · 1,65 · 6 = 371,9 кГс ? 3,65 кН.

Последний участок от колодца №71-131 до ввода в здание АТС-71 является наиболее сложным, так как имеет 8 изгибов по 900 и как следствие самую малую длину в 341,4 м. Рассчитаем силу тяжения на участке:

Тиз.п. = 226 · 0,3414 · 0,32 · 1,65 · 8 = 325,9 кГс ? 3,19 кН.

Как видно из расчетов, даже при тщательном рассмотрении возможных вариантов прокладки кабеля в данных условиях, на двух участках сила тяжения несколько превышает допустимые нормы. В этом случае рекомендуется производить ручную подтяжку кабеля вручную либо с помощью промежуточных тяговых лебедок в транзитных колодцах. Также для уменьшения трения рекомендуется применять нейтральную смазку оболочки кабеля [1]. Более детально технология прокладки оптического кабеля в телефонную канализацию на проектируемом участке сети рассмотрена в следующей главе.



5. Технология прокладки ОК в кабельной канализации

Процесс прокладки оптического кабеля в канализации состоит из двух этапов: подготовительного и собственно прокладки. Подготовительный этап включает входной контроль кабеля, группирование строительных длин и подготовку телефонной канализации. Входной контроль заключается во внешнем осмотре кабеля и измерении затухания световодов. В настоящее время проводится 100-%-ый контроль ОК, поступающего от заказчика или завода-изготовителя. Кабель, не соответствующий нормам и требованиям стандартов и технических условий, прокладке и монтажу не подлежит [11].

При группировании строительных длин кабеля необходимо иметь точные сведения о нахождении на трассе прокладки кабеля различных коммуникаций, пересечения железных и шоссейных дорог, речных переходов, газопроводов, о фактических длинах пролетов канализации и типах колодцев. Для этого производится обследование трассы, и вносятся корректировки в проектную документацию. При группировании строительных длин кабеля, прокладываемого в кабельной канализации, исходят из того, чтобы после выкладки отходы кабеля были минимальными. При этом учитывают длины пролетов, форму транзитных колодцев, запас ОК на монтаж. Длина запаса для монтажа муфты при прокладке в канализации должна составлять 8 м с каждой стороны. По результатам группирования составляется укладочная ведомость, которая прикладывается к сдаточной документации [5].

5.1 Подготовка кабельной канализации к прокладке ОК

Подготовка кабельной канализации к прокладке ОК включает устройство ограждений, подготовку колодцев, подготовку каналов кабельной канализации. Ограждения устанавливают по обе стороны от колодца. На проезжей части улицы ограждения устраивают со стороны движения транспорта на расстоянии не менее 2 м от люка колодца. Перед началом работ колодцы проверяют на отсутствие углекислого газа и метана, осушают их и вентилируют. Перед вентилированием в колодце, в котором предстоит работать, открывают по одному каналу. Аналогичные каналы открывают в смежных колодцах. При наличии универсального устройства АКМ-4 откачку воды и вентилирование производят с его помощью [5].

Прокладка строительных длин кабеля 2000 м и более осуществляется обязательно в полиэтиленовых трубах. Поскольку в рамках данного дипломного проекта предусматривается протяжка в одном направлении кабеля меньшей длины, то заготовку свободного канала производят в соответствии с инструкцией прокладки электрических кабелей связи. Наиболее эффективной в этом отношении является заготовка каналов приспособлениями УЗК (устройство заготовки каналов) [1].

УЗК представляет собой специальный тамбур с намотанным на него стеклопрутком, заключенным в полиэтиленовый шланг наружным диаметром 11 мм и длиной до 150 м. При этом стеклопруток проталкивают в канал, разматывая его с тамбура через транзитные колодцы вместе с заготовочной проволокой, прикрепленной к хвостовому наконечнику.

В процессе подготовки кабельной канализации к прокладке кабеля проверяется проходимость каналов. Для этого в канал запускают пробный цилиндр диаметром 92 мм, соединенный с металлической щеткой. Если пробный цилиндр и щетка проходят с трудом, то производится чистка канала.

5.2 Приспособления и устройства для прокладки ОК в канализации

В состав комплекта для прокладки ОК в канализации в обязательном порядке должны входить следующие основные устройства и приспособления, которые обеспечат качественную прокладку:

- лебедка проволочная ручная или тросовая с регулируемым усилием тяжения для заготовки каналов, затягивания кабеля;

- устройство для размотки кабеля с барабана;

- труба направляющая гофрированная, для ввода кабеля через горловину колодца в канал канализации;

- ролики люкоогибные для направления прохождения заготовочной проволоки (троса) и кабеля через горловину последнего выходного колодца;

- горизонтальная распорка внутренняя и блок кабельный для плавного поворота ОК в угловом колодце (по числу угловых колодцев - 19 шт.);

- воронки направляющие для предотвращения повреждения ОК о торцы каналов кабельной канализации и обеспечения требуемого радиуса изгиба на входе и выходе канала (по две штуки в колодец);

- чулок кабельный ЧСК-12К с наконечником, чулок кабельный ЧСК-12 и наконечник НКС для тяжения кабеля за центральный силовой элемент и полиэтиленовую оболочку.

- компенсатор кручения для исключения осевого скручивания прокладываемого кабеля [5].

5.3 Технология прокладки оптического кабеля

В общих чертах технология прокладки ОК та же, что и для электрических кабелей связи. Специфика прокладки ОК определяется более низким уровнем допускаемой к ним механической нагрузки, поскольку от нее зависит затухание ОВ. Нагрузка, превышающая допустимый уровень может привести к разрыву ОВ, либо к дефектам, которые в процессе эксплуатации ОК за счет действия механизма усталостного разрушения ОВ приведут к его повреждению.

Кабель следует прокладывать при температуре окружающего воздуха не ниже -10⁰С. В предыдущей главе дипломного проекта было определено, что в связи с большим количеством изгибов на трассе кабель необходимо прокладывать от колодца в двух направлениях. В этом случае прокладка кабеля осуществляется следующим образом. Устройство для размотки кабеля с барабана устанавливается на расстоянии 1,5-2,0 м от люка первого колодца, с которого начинается прокладка кабеля. На люк колодца устанавливается рама с гофрированной трубой для ввода кабеля в канал канализации. Барабан с кабелем (с удаленной обшивкой) устанавливается со стороны трассы прокладки так, чтобы сход кабеля производился сверху. Барабан должен свободно вращаться от руки. Конец кабеля освобождают от крепления к барабану, а также от защитного колпачка. Конец кабеля, с которого начинают прокладку, очищают, заделывая в одном из приспособлений: ЧСК-12; ЧСК-12К; НКС. Тяжение кабеля производится за центральный элемент и оболочку.

С противоположной стороны на люк последнего выходного колодца устанавливают люкоогибные ролики, а в 2-3 м от люка - концевую лебедку. Так как прокладку кабеля в данном проекте предполагается вести без полиэтиленовой трубы, то во все каналы должны быть установлены воронки, диаметр которых соответствует диаметру канала. Во всех угловых колодцах необходимо установить горизонтальную распорку и блок кабельный [1].

Прокладку кабеля производят с помощью лебедки с ограничением тяжения, вращая ее равномерно без рывков. С противоположной стороны кабель разматывают с барабана вручную. Во время прокладки необходимо следить за прохождением кабеля через угловые колодцы. Кабель должен проходить по центру поворотного колеса и фиксироваться прижимными роликами.

Так как в данном дипломном проекте из-за сложного рельефа трассы тяговое усилие в двух случаях несколько превышает допустимые значения, то в транзитных колодцах на этих участках необходимо производить подтяжку кабеля с усилием не более 600…700 Н. Подтяжка может осуществляться либо с использованием промежуточных лебедок, либо вручную в промежуточных точках. При подтяжке кабеля рабочие, выполняющие подтяжку, должны быть заранее подготовлены и иметь навыки по определению для себя допустимого усилия. Нельзя допускать перегибов кабеля в руках, а также необходимо следить за тем, чтобы не образовалась петля, и кабель равномерно уходил в противоположный канал. Для обеспечения синхронности подтяжки ОК необходима служебная радиосвязь для подачи команд.

Так как прокладка кабеля осуществляется в двух направлениях, то в начале прокладывают одну большую длину в одну сторону. Оставшийся на барабане кабель разматывают, укладывают восьмерками возле колодца и прокладывают в другую сторону. Если есть возможность, кабель можно размотать большими петлями вдоль трассы и затем проложить [1]. Рекомендуемая схема прокладки кабеля приведена на рисунке 5.1.

При появлении кабеля в последнем приемном колодце концевую лебедку перемещают на расстояние 20-25 м и продолжают вытяжку кабеля из колодца по люкоогибным роликам, обеспечивая, тем самым, запас кабеля на выкладку и монтаж.

По окончании прокладки кабеля его конец возле наконечника обрезают и герметизируют полиэтиленовым колпачком.

В данном проекте на участке прокладки ОК имеется коллектор. В коллекторах технологическая последовательность прокладки ОК принципиально не отличается от традиционных приемов и способов, но в процессе производства работ необходимо более строго следить за соблюдением допустимого радиуса изгиба кабеля.

Прокладка кабеля в коллекторе может производится механизировано либо вручную. В данном случае рекомендуется прокладка вручную, при которой кабель разматывают с барабана, опускают через люк, где его подхватывают рабочие. После того, как необходимая длина кабеля размотана и уложена на пол коллектора, его укладывают на ряд и место на консолях, которые задаются при строительстве. При этом необходимо следить за тем, чтобы возникающие нагрузки не превышали допустимых для данного типа кабеля.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5.1 - Принципиальная схема прокладки оптического кабеля

5.4 Выкладка и маркировка кабеля и муфт в колодцах кабельной канализации

Вытянутый из канала кабель необходимо протереть от смазки или загрязнений. Кабель укладывается по форме колодца, на консоли соответствующего ряда вручную, не допуская перекрещивания с другими проложенными кабелями и не перекрывая отверстий каналов кабельной канализации. Допустимый радиус изгиба кабеля в полиэтиленовой оболочке должен быть не менее двенадцати его диаметров. Выкладку кабеля в транзитных колодцах следует начинать с последнего колодца к первому, где установлен барабан. Так как строительные длины кабеля будут соединяться с помощью муфты, то в колодце, где будет производиться монтаж, необходимо оставить запас по 8 м от канала с обоих концов кабеля [1].

Запас кабеля, оставляемый в колодце для монтажа муфты, надлежит свернуть кольцами диаметром 1000…2000мм, уложить к стене и прикрепить к кронштейнам.

После выкладки оптического кабеля необходимо произвести контрольные измерения затухания оптических волокон, результат которых должен быть в пределах установленной километрической нормы. После проверки кабеля колпачки на его концах должны быть восстановлены.

На оптическом кабеле после монтажа, возле смонтированных муфт, а также в транзитных колодцах, следует установить свинцовое нумерационное кольцо или пластмассовую бирку, на которой должно быть указано:

- между какими АТС проложен кабель;

- тип и марка кабеля;

- номер кабеля.

В смотровых устройствах кабельной канализации на ОК и в средней части смонтированных муфт желтой, несмываемой краской надлежит сделать предупреждающую отметку размеров, примерно, 20х20 мм, по окружности канала кабельной канализации нанести круг желтой краски не менее 50 мм [1].

межстанционный волоконный оптический кабель



6. Монтаж оптического кабеля

6.1 Требования к монтажу ОК

Соединение оптических волокон кабелей связи является процессом, от качества которого в дальнейшем зависит надежность и долговечность действия оптической линии связи. В общем случае данная задача может быть решена двумя принципиально различными способами: с помощью разъемных и с помощью неразъемных оптических соединителей.

Основные разновидности оптических соединителей представлены на рисунке 6.1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 6.1 - Основные разновидности оптических соединителей

Общие технические требования, которым должны отвечать оптические соединители, заключаются в следующем:

· внесение минимального затухания в сочетании с получением высокого затухания обратного рассеяния;

· обеспечение долговременной стабильности и воспроизводимости параметров;

· минимальные габариты и масса при высокой механической прочности;

· простота установки на кабель;

· простота процесса подключения и отключения;

· устойчивость к внешним механическим, климатическим и другим воздействиям;

· высокая надежность.

Дополнительно к разъемным соединителям предъявляют требования неизменности параметров при многократных соединениях.

6.2 Неразъемные соединения волокон

Неразъемные оптические соединители обеспечивают минимально возможные оптические потери, так как них нет френелевских потерь, а также потерь, вызванных неперпендикулярностью, кривизной поверхности или качеством обработки торцов. Конструктивно и технологически неразъемные соединители различаются способом сращивания волоконных световодов, которые осуществляются сплавлением, сваркой и склеиванием.

6.2.1 Методы склеивания и механического сращивания

При изготовлении соединения методом склеивания используются юстировочные элементы - соединительные трубки, которые, будучи изготовлены точно по наружному диаметру ОВ, придают ему требуемое положение и фиксируют это положение. Трубки чаще всего стеклянные, а коническая часть у конца трубки облегчает ввод ОВ. Соединитель состоит из полой стеклянной втулки с отверстием для заливки склеивающего компаунда, который одновременно служит и для согласования показателей преломления волокон.

При изготовлении методом сплавления (сварки) происходит юстировка сердцевины световодов относительно друг друга визуально, либо по оптическому сигналу. При этом достигается лучшее совмещение сердцевин, обеспечивается независимость оптических потерь от геометрических параметров световодов. В клеевых соединителях совмещение производится в элементах крепления при использовании в качестве базовой поверхности

самих волоконных световодов, поэтому на оптических потерях сказывается неидентичность диаметров соединяемых волокон. Основным же фактором, сдерживающим внедрение данного метода, является отсутствие клея-заполнителя с оптическими характеристиками, близкими к кварцу и способными за короткое время (до 10 мин) обеспечить жесткое фиксирование ОВ в конструкции соединителя. Применяемые в большинстве случаев клеи на основе эпоксидных компаундов, обладающие хорошими оптическими и прочностными характеристиками, имеют время полимеризации 2…24 ч. В практике при строительстве и эксплуатации ВОЛП метод склеивания самостоятельно пока не применяется. Волокна склеивают в механических сростках, потери в которых составляют менее 0,1дБм. Для механического сростка концы подготовленных волокон поочередно укладывают в каналы, образованные выравнивающими элементами устройства, после чего обе половины устройства соединяют, фиксируя ОВ. Под действием давления выравнивающих элементов, соединяемые волокна юстируются. Наиболее известны механические сростки типа Fibrlok фирмы ЗМ (США). Основной недостаток, ограничивающий применение механических сростков - высокие требования, предъявляемые к стабильности геометрических размеров соединяемых с их помощью волокон [6].

6.2.2 Сварка оптического волокна

Сварные соединения широко применяются при создании линий большой протяженности (например, сетей связи общего пользования масштаба города и более).

Целью сварки является создание постоянного соединения оптических волокон с низкими потерями передачи оптического излучения через место соединения. Возможности получения хорошего сварного соединения постоянно возрастают с усовершенствованием применяемого оборудования и технологии сварки, в дополнение к непрерывному совершенствованию геометрии волокна. В результате, максимальные потери в сварном соединении находятся в настоящее время в диапазоне от 0,05 дБ (сварка индивидуальных волокон) до 0,10 дБ (одновременная сварка нескольких волокон).

Качество сварного соединения можно характеризовать двумя параметрами:

- затуханием в месте сварки;

- прочностью сварного соединения.

Процесс сварки заключается в сближении волокон с предварительно подготовленными торцевыми поверхностями на заданное расстояние, центрировании осей волокон вдоль оси абсцисс и последующем создании дугового разряда между электродами. Полностью весь процесс состоит из трех этапов:

- подготовки волокон - удаления оболочки, удаления загрязнения с очищенных поверхностей и скола очищенных волокон;

- непосредственно процесса сварки и оценки качества сварного соединения;

- защиты оголенного участка волокна от механического давления и влияния окружающей среды посредством герметичной оболочки - термоусадочной гильзы.

Сварку оптических волокон можно проводить различными способами : с помощью электрической дуги, кислородно-водородной горелки, хлороводородной горелки, СО-лазера, плазменного генератора. Наиболее широкое распространение нашел способ электродуговой сварки из-за простоты регулировки теплового режима и возможности проведения сварки в полевых условиях [5].

При сварке одномодовых волокон приходится решать сложные инженерные задачи, связанные с необходимостью обеспечения малых значений осевого и углового смещений, которые могут значительно увеличивать затухание в ОВ. Например, осевое смещение не должно быть больше 0,1 мкм, а угол наклона поверхности скола более 2⁰ может удвоить потери в сварном соединении. Поэтому для сварки ОВ рекомендуется использовать автоматические сварочные аппараты, в которых число операций, выполняемых вручную, сведено до минимума. Это достигается автоматизацией процесса сварки, которым руководит система управления сварочным аппаратом. Управление системой юстировки волокон, током сварки (дуги) и источниками излучения осуществляются в таких аппаратах микропроцессором, обрабатывающим сигналы фотоприемников в соответствии с используемым алгоритмом. Современные высококачественные сварочные аппараты также обеспечивают измерение затухания в сростке непосредственно после сварки и имеют специальный встроенный динамометр для испытания на растяжение готового сростка.

По степени автоматизации процесса сварки, способу юстировки волокон, качеству сростков устройства для сварки в соответствии с «Техническими требованиями к устройствам для сварки оптических волокон», утв.13.03.97, делятся на три группы:

1. высокий класс - полностью автоматический процесс сварки; юстировка одномодовых волокон по сердечнику; оценка затухания в сростках;

2. средний класс - полностью автоматический процесс сварки; юстировка волокон вручную; оценка величины затухания в сростках;

3. упрощенный класс - юстировка волокон вручную; ручное перемещение волокон вдоль оси для установки в исходное перед

Операция сварки ОВ в кабеле и укладки в оптическую муфту определяет качество ВОЛП. Сегодня на отечественном рынке многие производители предполагают широкий спектр сварочных аппаратов для ОВ - от малогабаритных и недорогих до автоматических и прецизионных, обеспечивающих сверхнизкие потери в местах сварки волокон.

Целых ряд оборудования для сварки ОВ представляет фирма "Fujikura Ltd". В аппаратах этого производителя применяются различные методы юстировки (выравнивания) свариваемых волокон. По окончании сварки для контроля производится проверка механической прочности места сростка.

Мировой лидер в производстве оборудования для сварки оптоволокна фирма Fujikura Ltd выпускает следующие виды сварочных аппаратов:

- портативный аппарат для сварки ОВ FSM-05 VHII;

- автоматический сварочный аппарат FSM-16S;

- автоматический аппарат для сварки ленточных волокон FSM-15R;

- автоматический аппарат для сварки ОВ FSM-30S;

- автоматический сварочный аппарат FSM-40S.

В Новосибирске для сварки оптических волокон используется полностью автоматический сварочный аппарат FSM-40S, который сочетает в себе надежность предыдущей модели FSM-30S с последними достижениями в области высоких технологий. FSM-40S обладает рекордными быстродействием, компактностью и точностью оценки потерь в сварном соединении. Программное обеспечение позволяет проводить сварку всех типов волокон, применяемых в ВОЛП на сегодняшний день: одномодовых (SM), многомодовых (ММ), со смещенной областью дисперсии (DS), со смещенной ненулевой дисперсией (NZDS), со сдвигом отсечки (CS), легированные эрбием (ЕD) и др. Реальные потери на сварном соединении одномодовых волокон - 0,02дБ. Максимальное время сварки достигает 18 секунд. Внутренняя память FSM-40S позволяет хранить результаты 2000 сварок, а связь с компьютером дает возможность организовать контроль и повысить качество проведения сварочных работ монтажниками. FSM-40S отличается повышенной точностью оценки потерь при сварке, при этом учитывается смещение жил ОВ, различие диаметров модовых пятен, деформация жил и угловое смещение волокон. В результате оценка потерь в сварном соединении практически совпадает с реальными потерями. Аппарат обеспечивает автоматическое определение типов свариваемых оптоволокон и установку требуемых режимов сварки для всех типов волокон, применяемых в ВОЛП в настоящее время, в том числе и волокон разного типа между собой.

Аппарат имеет автономное питание, возможность работать в температурном диапазоне от -10⁰С до +50⁰С, усиленную защиту от ветра, что гарантирует получение сверхнизких потерь в полевых условиях. FSM-40S имеет русифицированное меню экранных команд и поставляется с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации на русском языке.

По окончании процесса сварки с целью механической защиты оголенного участка волокна оно помещается в герметизирующие гильзы, термоусадка которых осуществляется в специальном устройстве сварочного аппарата. Перед сваркой волокон гильзу надевают на один из сращиваемых концов ОВ, после сварки ее надвигают на место соединения и нагревают. В процессе нагрева и усаживания трубки она расплавляется и уплотняется вокруг ОВ. Для этих целей в сварочном аппарате FSM-40S предусмотрен встроенный нагреватель с 30-ю режимами нагрева. В качестве термоусадочных гильз применяются стандартные термоусадочные трубки длиной 60 или 40 мм, а также типа FPS01-250 [12].

6.3 Соединительные муфты для оптических кабелей связи

При строительстве и эксплуатации ВОЛП для защиты сростков оптических волокон от атмосферных влияний и механических воздействий применяются соединительные муфты. От их конструкции и надежности зависит бесперебойная и качественная связь. Муфты также обеспечивают механическую и электрическую непрерывность кабеля независимо от способа прокладки. Механическая непрерывность обеспечивается за счет соединения оболочек кабелей и их центральных элементов. Электрическая непрерывность достигается путем токопроводящих соединений металлических центральных элементов между собой или с внешними точками заземления. Кроме того, соединительные муфты должны обеспечивать упорядоченное размещение сростков в соединительных кассетах [5].

Выбор конструкции муфты зависит от условий их применения и способов прокладки ВОК. Муфта должна иметь:

- детали для закрепления оболочки ВОК;

- узлы для обеспечения электрической непрерывности и механической прочности силовых элементов конструкции ВОК;

- кассеты для хранения и защиты ОК;

- узлы для заземления.

Соединительные муфты должны отвечать множеству требований, основными из которых являются простота и надежность монтажа ВОК, минимально допустимые радиусы изгиба ОВ и надежное закрепление мест соединения, выкладку ОК в кассетах, возможность ввода дополнительного ВОК в действующую муфту, механическую прочность оболочек и всех пластмассовых деталей, герметичность, стабильность коэффициентов затухания. Чтобы обеспечить эти требования, в муфте применяются высокопрочные светостабилизированные пластмассы и нержавеющие стали, термоусаживаемые материалы, самоотверждающиеся компаунды, вулканизированная резина, мастики, ленты и клеи как отечественного, так и зарубежного производства. Наибольшей эксплуатационной надежностью должны обладать те части соединительных муфт, которые осуществляют защиту ОК от напряжения изгиба, кручения и произвольного проникновения воды. В некоторых конструкциях муфт предусматриваются дополнительные меры защиты от молнии.

Конструкция муфты характеризуется способом герметизации - «холодным» или «горячим» и видом соединения строительных длин: проходным, тупиковым или универсальным. “Горячий” способ монтажа муфт предусматривает использование комплекта соответствующей муфты в сочетании с термоусаживаемой трубкой (ТУТ). «Холодный» способ имеет разновидности, которые базируются на соединении наружных частей муфт с помощью болтов, хомутов или защелок.

Основным российским разработчиком и изготовителем муфт для волоконно-оптического кабеля является ЗАО «Связьстройдеталь». Проходные муфты торговой марки МОГ начали выпускаться на ЗАО ССД с 1994г. и имеют сертификат РФ. Муфты предназначены для прямого и разветвительного сращивания строительных длин городских и зоновых оптических кабелей связи, прокладываемых в кабельной канализации, коллекторах, тоннелях и помещениях ввода кабелей в АТС. Температура эксплуатации данных муфт от -60 до +70^оС, допустимое растягивающее усилие 7000 Н, допустимое усилие сдавливания 1000 Н/см.

Проходные муфты выпускаются следующих исполнений:

- МОГ - стандартный вариант, устанавливаемый на две смежные консоли в смотровом устройстве (L=1130,09 мм, масса 1,9 кг), предназначены для сращивания любых ОК с числом волокон 4, 8, 12, 32, 48, 64, 128;

- МОГу - укороченный вариант (L=686,09 мм, масса 1,33 кг) предназначены для сращивания любых ОК с числом волокон от 4 до 96.

В данном проекте для монтажа оптического кабеля выбирается проходная муфта серии МОГ-М-01-IV (муфта оптическая городская) в стандартном варианте исполнения. Основой конструкции данной муфты является неподвижный лоток из нержавеющей стали, на котором закрепляются узлы для крепления вводимого кабеля. В середине лотка можно установить от одной до трех кассет. В кассетах расположены ложеэлементы для закрепления в них комплекта деталей защиты мест сварки ОВ. Муфта имеет сменные оголовники, обеспечивающие монтаж ВОК

от 9до 25 мм по наружному диаметру. В муфте предусмотрены элементы продольной герметизации волоконно-оптического кабеля и узел крепления центрального силового элемента под лотком.

Муфту предлагается монтировать “холодным” способом, что предусматривает использование комплектов муфт с герметизирующими липкими лентами типа 2900R, VM, 88T и упрочняющего армирующего материала Армокаст (фирмы 3М). Возможно применение отечественных аналогов: упрочняющего армирующего материала Армопласт и герметизирующих липких лент на основе мастики МГ-14-16, ленты ЛГ-2 и ленты ПВХ [5].

6.4 Разъемные соединители волокон

Разъемные соединители применяются для соединения элементов аппаратуры между собой, оптического волокна с элементами аппаратуры, а также в ряде случаев волокон одного кабеля с волокнами другого кабеля. Эти соединители представляют собой штекерные устройства различной конструкции. По конструкции соединители бывают симметричными и несимметричными.

При несимметричной конструкции 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.

При симметричной конструкции для организации соединения требуется три элемента: два соединителя и переходная розетка. В такой конструкции на концах волокон монтируются одинаковые штекеры; гнездо не содержит оптических деталей и служит лишь направляющим устройством, в которое с двух сторон входят штекеры. Концы оптических волокон вклеиваются в специальный плунжер из пластмассы и металла, и затем шлифуются. В разъемном соединении точность взаимного расположения торцов ОВ обеспечивается коническими поверхностями гнезда и штекеров. Для согласования показателей преломления концы ОВ покрыты подушкой из мягкого прозрачного материала. Зазор между концами ОВ составляет 30 мкм. Средние потери при таком соединении составляют 1 дБ [6].

Номенклатура стандартных соединителей достаточно велика: Лист-Х, ST, FS, SC, FDDI и другие. Наиболее широкое распространение получили соединители ST, FS и SC. Корпусные детали коннекторов ST и FS изготовлены из никелированной латуни, а SC - из латуни и пластмассы. Материал хвостовиков и заглушек - цветной пластикат. Коннекторы имеют керамические наконечники диаметром 2,5 мм, обеспечивающие физический контакт при соединении через проходную розетку и вносимые потери менее 0,2 дБ. Многомодовые (ММ), одномодовые (SM) и одномодовые со скошенным торцом (АРС) коннекторы комплектуются хвостовиками разного цвета. Оконцевание производится по технологии эпоксидной вклейки. Надежность и долговечность шнуров обеспечивается за счет двойного кримпирования.

Для одномодовых волокон применяется коннектор типа FS-SM-125 производства компании Nippon Telephone end Telegraph (США). Соединение шнуров, оконцованных коннекторами FS/PS, через стандартную соединительную розетку характеризуется высокой надежностью, стойкостью к вибрации и одиночным ударам, так как наконечник коннектора развязан с корпусом и оболочкой кабеля [7].

Коммутационными панелями для соединения и распределения волокон линейного оптического кабеля, соединительных шнуров и электронного оборудования являются оптические кроссы. Они изготавливаются из лёгкого алюминиевого сплава с антикоррозийным покрытием, либо из стали со степенью защиты IP-55. Розетки FC, SC или ST типов устанавливаются в специальные розеточные порты. Оптические кроссы могут быть настенными, стоечными либо поддонными (рэковыми). В данном дипломном проекте к использованию предлагается стоечный оптический кросс КРС-16, производимый ООО «Связьдеталь» г. Екатеринбург.

Оптический кросс соединяется с основным оборудованием СП с помощью патч-кордов - специальных соединительных шнуров для использования в волоконно-оптических системах, которые представляют собой двухволоконные (дуплексные) кабели внутреннего применения того же типа, что и кабели, к которым они подсоединяются. Патч-корды обычно входят в комплект поставки основного оборудования.



7. Приемосдаточные измерения проектируемой ВОЛП

Измерения в процессе строительства линий связи выполняются с целью проверки кабеля, аппаратуры на соответствие техническим условиям на эти изделия, контроля качества выполнения отдельных технологических операций, проверки законченного объекта на соответствие принятым нормам.

Проблема усталостного разрушения, свойственного всем изделиям, для оптического кабеля стоит особенно остро. Срок службы ВОЛП во многом зависит от нагрузок, прикладываемых к ОК в процессе производства и эксплуатации. Превышение допустимых значений механических нагрузок, если даже и не приводит непосредственно к повреждению кабеля, создает условия для ускорения процессов старения и ведет к преждевременному разрушению кабеля во время его эксплуатации, существенно сокращая срок службы.

Из всех параметров ОК наиболее чувствительным к внешним воздействиям (механическим, тепловым, проникновению влаги т.д.) является затухание ОК, которое под действием указанных факторов возрастает

Это является причиной того, что в процессе строительства ВОЛП необходимо измерять затухание оптического сигнала в ОВ, на стыках ОВ и т.д. с целью проверки качества выполнения отдельных технологических операций и контролировать механические нагрузки при прокладке ОК. Помимо затухания в оптических волокнах основным измеряемым параметром является дисперсия [1].

Согласно ТУ 16.к71-084-90:

- коэффициент затухания на длине волны 1,3 мкм должен быть не более 0,7 дБ/км для разных марок кабеля с градиентным волокном и не более 1дБ/км для кабелей с одномодовым ОВ;

- дисперсия сигнала одномодового ОВ в кабеле должна быть не более 3,5 пс/нм·км.

Производство измерений на отдельных этапах строительства более подробно рассматривается ниже.

7.1 Входной контроль оптических волокон

Он обязателен для всех барабанов с ОК и включает в себя: организационно-подготовительные работы, измерение электрических параметров ОК (если есть металлические элементы), измерение затухания и дисперсии ОВ кабеля. Барабаны с ОК, поступившие на кабельную площадку необходимо подвергнуть внешнему осмотру на отсутствие механических повреждений. После вскрытия обшивки проверить наличие заводских паспортов, внешнее состояние кабеля. В паспорте должны быть указаны его длина, коэффициенты затухания, номер барабана, изготовитель волокон, электрические характеристики (при наличии цепей ДП).

Перед измерениями кабель нужно выдержать в сухом отапливаемом помещении не менее 3-х часов. Процесс измерения параметров кабеля включает в себя подготовку концов кабеля и собственно измерения.

Если ОК имеет цепи ДП (дистанционного питания), то в соответствии с техническими условиями на данный тип кабеля проверяют его электрические параметры: целостность медных жил, сопротивление шлейфа цепей ДП и сопротивление изоляции медных жил этих цепей, а также проводят испытания электрической прочности изоляции кабеля.

Затухание ОВ измеряется в 100%-ном объеме проверяемой партии ОК, если при внешнем осмотре не выявлены повреждения кабеля и барабана.

7.2 Измерения, проводимые в процессе прокладки ОК

Основная их цель - контроль прикладываемых к нему физических нагрузок. При прокладке ОК в кабельной канализации необходим контроль тяговых усилий. Наиболее известны два способа контроля. Первый из них предусматривает измерение тягового усилия вначале кабеля. Это дает возможность оценивать максимальное механическое напряжение, реально действующее в кабеле, и управлять им, осуществляя прокладку только при тяговых усилиях меньше допустимых значений. Для реализации данного способа необходимо использовать лебедку, оборудованную тягово-измерительным тросом, по которому организуется передача информации о тяговом усилии от начала кабеля к расположенному на лебедке регистрирующему устройству. Информация передается по медному проводу, вмонтированному в трос. Этот способ ведет к существенному удорожанию стоимости затягивания единицы длины кабеля из-за сложности реализации.

В данном дипломном проекте предполагается использовать второй способ, который основан на использовании барабанной лебедки с обычным стальным тросом, оборудованной чувствительным измерительным прибором - ограничителем тяжения и устройством регистрации. Достоинство этого способа - использование простых лебедок, ограничительного устройства и обычного троса. Он не требует специальной подготовки обслуживающего персонала. При этом обеспечивается безопасное затягивание кабеля, поскольку сила тяжения в начале кабеля всегда меньше регистрируемой и ограничиваемой на лебедке.

По завершении прокладки ОК необходимо произвести измерения, позволяющие оценить состояние проложенной длины кабеля. Обычно выполняется весь комплекс измерений, который предусматривается входным контролем кабеля.

7.3 Измерения, выполняемые в процессе монтажа ОК

Производятся с целью оценки качества выполнения неразъемных соединений ОВ при сращивании строительных длин. После сварки ОВ следует измерить затухание в двух соединенных длинах. При этом оно не может превышать сумму затуханий длин ОВ, измеренных до его сварки, на величину более 0,5 или 0,8 дБ [1].