Вплив ліній електропередач на волоконно-оптичний кабель

курсовая работа

Висновок:

На підставі порівняння варіантів, я вибираю наступний варіант траси (вул. Кротова - просп. Карла Маркса ), як найбільше підхожий через найменший необхідний обсяг робіт та меншою довжиною трамвайної колії і приймаю його за проектний.

1.4 Вибір системи передачі

Згідно із завданням кількість ПЦП 630, вибираємо SТМ-16.

Таблиця 1 - Характеристика апаратури

STM-16

Число цифрових потоків

Е1 1008

Швидкість оптичного стику, Мбит/с

2500

Середня вихідна потужність, дБм

-3

0

2

2

Мінімальна чутливість приймача, дБм

-27

-28

-27

-29,5

Ширина спектральної лінії випромінювання Дл , нм

<1

<0,6

<1

<0,6

Максимальна хроматична дисперсія к ук , пс/нм, на ЕКД

10500

1.5 Розрахунок необхідної кількості оптичного кабелю

Розраховуємо необхідну кількість ОК для прокладки по трасі ВОЛС з урахуванням запасів. Згідно з рекомендаціями необхідний запас кабелю становить 10% від всієї довжини траси.

Необхідна кількість оптичного кабелю визначається:

Lтр=Lзл+( Lзл·0.1) (1.5.1)

Lтр=7.6+(7.6·0.1)=8.2 км

По результатам розрахунків видно, що між РАТС необхідно прокласти 8.2 км оптичного кабелю ОАрБгП.

2. Розрахунок оптичних параметрів ОВ. розрахунок втрат. Розрахунок дисперсії сигналу в одномодовому волокні

2.1 Розрахунок параметрів ОВ

Оптичне волокно є напрямною системою для розповсюдження електромагнітних хвиль. Для їх розповсюдження по волокну використовується відоме явище повного внутрішнього відбиття на межах двох діелектричних середовищ осердя з показником заломлення n1 та оболонки з показником заломлення n2, при

цьому n1 > n2.

Згідно значення відносної різниці показників заломлення ОВ із східчастим профілем показника заломлення (ППЗ) знаходиться з виразу[2]:

(2.1.1)

0,00357=(1,465-n2)/1,465

n2=1,459

Для цих ОВ числова апертура визначається співвідношенням:

(2.1.2)

NA= 1,465

Для визначення режиму роботи ОВ нормована частота виражається:

(2.1.3)

V = 0,123=2,28

Де -робоча довжина хвилі, мкм;

d - діаметр осердя ОВ, мкм (для стандартного ОВ d = (8,6…9,5) мкм).

V < 2,405, то режим роботи ОВ одномодовий.

Критична частота ОВ, при якій розповсюджується тільки один тип хвилі НЕ11 визначвється за виразом:

(2.1.4)

Де - власне значення моди НЕ11 - 2,405

с - швидкість світла (с=3 м/с).

Критична довжина хвилі в ОВ визначається за виразом:

(2.1.5)

2.2 Визначення втрат у оптичному волокні

Коефіцієнт загасання сигналу в ОВ обумовлений власними і додатковими втратами , що виникають в результаті виробництва оптичного волокна, збирання і прокладання ОК:

(2.2.1)

Де сумарні власні втрати в ОВ, дБ/км;

додаткові втрати в ОВ, дБ/км.

Сумарні власні втрати в ОВ визначаються у вигляді :

(2.2.2)

Де втрати на релеєвське розсіяння в ОВ, дБ/км;

втрати в матеріалі, повязані з втратами на поляризацію, дБ/км;

втрати сигналів, повязані з поглинанням в інфрачервоній області спектра, дБ/км;

втрати в ОВ на гідроксильному залишку води ОН, дБ/км.

Релеєвські втрати можуть бути визначені за формулою[3]:

(2.2.3)

= 0,203 дБ/км

Втрати в матеріалі, повязані з втратами на поляризацію, лінійно зростають зі зростанням частоти згідно виразу:

(2.2.4)

дБ/км

(2.2.5)

дБ/км

Втрати в ОВ на гідросильному залишку води ОН рівні:

дБ/км

дБ/км

Експериментально встановлено, що додаткові втрати в ОК приблизно

складають (20 - 40) % від власних втрат і розраховуються за формулою:

(2.2.6)

дБ/км

дБ/км

2.3 Розрахунок дисперсії

Коефіцієнт хроматичної дисперсії ОВ

(2.3.1)

- нахил дисперсійної кривої

л0 - довжина хвилі нульової дисперсії

пс/нмкм

Середньоквадратичне значення погонної дисперсії

уП = (2.3.2)

уП = пс/км

3. Розрахунок довжини дільниці регенерації волоконно-оптичної лінії передавання. побудова діаграми енергетичних рівнів для однієї ділянки регенерації

3.1 Розрахунок довжини дільниці регенерації за загасанням

Обмеження довжини регенераційної ділянки (РУ) по тимчасових характеристиках визначається наявністю дисперсії у ВР. При збільшенні швидкості передачі в оптичному лінійному тракті при фіксованій дисперсії настає момент, коли передані імпульси в оптичному лінійному тракті можуть перекриватися, тобто швидкість передачі обмежена.

При проходженні імпульсів світла по оптичному світловодному тракті змінюється не тільки його амплітуда, але і форма, тобто імпульс підширюється. Це означає, що тривалість його за рівнем половинної амплітуди на виході тракту tвх більше, ніж на вході - tвих.

Енергетичний потенціал апаратури ВОСП дорівнює різниці рівнів потужності оптичного сигналу на передачі та мінімальній чутливості за потужністю сигналу на прийомі, при якому забезпечується задана якість передачі інформації.

(3.1.1)

ЕП-енергетичний потенціал

Рпер-рівень потужності сигналу на виході джерела випромінюваннч

Рпр- рівень потужності сигналу на вході приймального оптичного модуля

Згідно з вибраною системою передачі STM-16:

ЕП=2-(-27)=29 дБ

Максимальна довжина ділянки регенерації по загасанню визначається за формулою

Таблиця 3.1.1- Баланс потужностей на ділянці регенерації

Параметр

Позначення

Кількість

Рівень потужності на виході передаваючого модуля

Pдж

2 дБ

Чутливість приймача

P0мін

-27 дБ

Втрати зєднання «джерело-ОВ»

0.5 дБ

Втрати в зварному зєднанні ОВ-ОВ

0.1 дБ

Кількість зєднань ОВ-ОВ

N

1

Загальні втрати на зєднаннях ОВ-ОВ

N

0.1 дБ

Втрати в зєднанні «ОВ-приймач»

0.5 дБ

Апаратурний запас

6 дБм

(3.1.2)

Мінімальна довжина ділянки регенерації по загасанню визначається за формулою

-діапазон АРП приймальної частини апаратури(ПРОМ)

-запас системи за потужністю

- втрати потужності у розємному зєднанні джерела випромінювання в волокно

-втрати у розємному зєднанні волокна з приймачем

-коефіцієнт загасання ОК

-втрати в місцях зварювання волокон між собою

-будівельна довжина кабелю

Максимальна довжина ділянки регенерації по загасанню визначається за формулою

Мінімальна довжина ділянки регенерації по загасанню визначається за формулою

3.2 Розрахунок довжини дільниці регенерації по дисперсії

Довжина регенераційної ділянки Lp2 обмежена дисперсією сигналів в ОВ, не повинна перевищувати[3]:

(3.2.1)

В-лінійна швидкість передачі апаратури, Мбіт/с.

-середньоквадратичне значення погонної дисперсії ОВ,с/км. Яке становить 0,8 пс/км.

Розрахуємо довжину регенераційної ділянки обмежену дисперсією сигналів в ОВ:

Ми бачимо, що довжина регенераційної дільниці по загасанню менша ніж по дисперсії, тому довжина дільниці регенерації 47.2 км.

3.3 Побудова діаграми енергетичних рівнів для однієї ділянки регенерації

Діаграма рівнів є графіком зміни рівня потужності оптичного сигналу при його розповсюдженні від виходу передавального оптоелектронного модуля через лінійний тракт однієї ділянки регенерації до входу в приймальний оптоелектронний модуль. Але, якщо довжина зєднувальної лінії менша за довжину регенераційної ділянки, то тоді діаграма рівнів є графіком зміни рівня потужності оптичного сигналу при його розповсюдженні від виходу передавального оптоелектронного модуля через лінійний тракт зєднувальної лінії до входу в приймальний оптоелектронний модуль.

А. На вертикальній осі з лівого боку діаграми відкласти рівень сигналу джерела випромінювання, відповідний Рдж= 2, дБм.

Б. Вниз від крапки А опустити лінію, відповідну по величині втратам в двох оптичних розємних зєднувачах (ОЗ-Р), що стоять на вході в ОВ:

2*р=1 дБ.

В. Далі йде похила лінія, що відповідає втратам в першій будівельній довжині ОК. Вона закінчується в крапці В, яка нижче за крапку Б на величину втрат в будівельній довжині ОК і рівна

БД=*2=0,784 дБ.

Г. З точки В лінія вертикально опускається вниз в точку Г на величину, рівну втратам в зварному зєднанні двох будівельних довжин ОК

н =0,1 дБ.

Далі повторюється картина, описана в точках В та Г для необхідного числа будівельних довжин.

Д. У точці Д відбувається теж саме, що і у точці В., але змінюється будівельна довжина Lбд=0,6. Тоді похила лінія буде рівна

БД=*0,6= 0.23 дБ.

Е. Пройшовши усі будівельні довжини далі вниз відкладаються втрати у вихідному оптичному розємному зєднувачі (ОЗ-Р), що стоїть на виході з ОВ:

2*р =1 дБ.

Є. Далі використовуємо автоматичне регулювання рівня (АРР) на підсилювальній ділянці. АРР візьмемо рівним 17.4 дБм.

Ж. Від значення P0мін відкладається вгору запас потужності, повязаний з деградацією апаратури ВОСП Рз = 6 дБм. Це точка Ж .

Згідно з отриманими вище результатами ми можемо побудувати діаграму рівнів.

Висновки: згідно побудованої діаграми можна зробити висновок, що на проектній ВОСП рівень сигналу на прийомі зберігається на досить високому рівні. Це призводить до того, що отриманий сигнал не входить в межі чутливості приймача. Для вирішення цієї задачі був встановлений автоматичний регулювач рівня(АРУ). Для економії можна було встановити атенюатор, але в перспективі краще використати АРУ.Атенюатори використовуються в тих випадках, коли необхідно ослабити сильний сигнал до прийнятного рівня, щоб уникнути перевантаження, що створюється надмірно потужним сигналом.

Однією із особливостей експлуатації АРУ є те, що згасання сигналу можна регулювати. Це дозволяє посилити сигнал, якщо згасання на ОК збільшиться внаслідок старіння.

4. Захист волоконно-оптичних ліній від небезпечних впливів ЛЕП

Джерелами зовнішніх впливів на ланцюгу звязку є лінії електропередачі (ЛЕП), електрифіковані залізниці (ел.ж.д), потужні радіостанції (РС), атмосферну електрику, індустріальні перешкоди, електрифікований міський транспорт та ін.

Небезпечний вплив - вплив під час якого в кабелі виникає напруга, яка може пошкодити обладнання системи передачі, прилади і також небезпечна для життя і здоровя обслуговуючого персоналу.

Рисунок 4.1 - Траса зближення ВОЛП з ЛЕП

Метод розрахунку повздовжньої наведеної ЕРС називається методом проб. Полягає він у тому, що коротке замикання фазового дроту ЛЕП на землю при складній трасі зближення відбувається послідовно. При цьому ділянки косих зближень приводять до паралельних, що знаходяться на відстані[2]:

(4.1)

Наведена ЕРС визначається по дільницях l1, l2 l3 оскільки для кожної дільниці буде різний коефіцієнт взаємної індуктивності поміж дротом ЛЕП і дротом лінії звязку. Він залежить від провідності ґрунту гр і ширини зближення аекв. Розрахуємо небезпечну наведену напругу по формулі[2]:

, (4.2)

де щ - кругова частота впливаю чого струму (f = 50 Гц);

(4.3)

Iкз - струм короткого замикання, для кожної дільниці має такі значення:

I1кз =10000А;

I2кз = 2600 А;

I3кз = 1200 А;

I4кз = 800 А;

Mi - коефіцієнт взаємної індуктивності між дротом ЛЕП та оболонкою кабелю звязку на i-тій ділянці зближення; визначається по номограмі Михайлова [3];

Sекр = 0,5 - коефіцієнт екрануючої дії тросу, [3];

li - довжина дільниці зближення.

Розраховуємо аєкв за формулою (4.1) та по номограмі Михайлова знаходимо коефіцієнт взаємної індуктивності між ланцюгом ЛЕП і кабельною лінією передачі при провідності землі для даної ділянки гр.= 1/ = 1/25 = 0.04 См/км.

Отримаємо такі значення:

М1 = 550·10-6 Гн/км;

М2 = 460·10-6 Гн/км;

М3 = 310·10-6 Гн/км;

М4 = 270·10-6 Гн/км.

Всі значення для розрахунку небезпечної наведеної напруги занесені до табл. 4.1

Таблиця 4.1 - Розрахунок наведеної ЕРС для ділянок зближень ЛЕП з магістральною лінією при нормальному режимі роботи

N п/п

а1, м

а2, м

аекв, м

li, км

М(1-а), мкГн/км

Ip, А

, В

Е, В

1

40

40

40

0

550

525

0

0

2

40

125

70,7

2

460

98,5

98,5

3

125

104

111,2

0,8

310

26,5

125,1

4

104

275

169

2,3

270

66,5

191,6

Наведена на ділянку зближення кабельної лінії передачі з ЛЕП напруга розраховується за формулою [3]:

Еі = Uі + Еі-1, В (4.4)

Результати розрахунків наведені в табл. 4.1

В нашому випадку повздовжні ЕРС при нормальному режимі перевищують норму: ЕРСДОП 42 В , тому необхідно зробити захист волоконно-оптичної лінії передачі від небезпечного впливу ЛЕП.

Проведемо розрахунок наведеної ЕРС для ділянок зближень ЛЕП з

магістральною лінією при аварійному режимі роботи та дані розрахунків занесемо до табл. 4.2.

Таблиця 4.2 - Розрахунок наведеної ЕРС для ділянок зближень ЛЕП з магістральною лінією при аварійному режимі роботи

N п/п

а1, м

а2, м

аекв, м

li, км

М(1-а), мкГн/км

Iкз, А

UНАВ, В

Е, В

1

40

40

40

0

550

10000

0

0

2

40

125

70,7

2

460

6300

1323,7

1323,7

3

125

104

114

0,8

310

5800

207,5

1531,3

4

104

275

169

2,3

270

5500

259,8

1791,1

З розрахунків видно, що допустима повздовжня ЕРС в оболонці кабелю в аварійному режимі роботи ЛЕП складає Енав = 3187 В. В нашому випадку повздовжні ЕРС при аварійному режимі не перевищують норму: ЕРСДОП 10000 В, тому ніяких заходів що до зменшення ЕРС при аварійному режимі роботи ЛЕП вживати непотрібно.

Делись добром ;)