Максимов Сергей

Введение

На сегодняшний день наиболее перспективными информационными системами с уверенной линией развития являются волоконно-оптические сети. Все чаще телекоммуникационные операторы и пользователи услуг связи предпочитают сети волоконно-оптические сетям, оборудованным обычным медным кабелем. Строительство ВОЛС (волоконно-оптических линий связи) – прекрасный способ оборудования линий телефонной связи (станционных, городских, зоновых и магистральных), кабельного телевидения, а также локальных вычислительных сетей.

Столь стремительно нарастающей популярностью волоконно-оптические сети обязаны своим многочисленным преимуществам, среди которых высокая скорость передачи информации, надежность, защита передаваемой информации от несанкционированного доступа, длительный срок эксплуатации волоконно-оптического оборудования и т. д.

Внедрение волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) совершенно не является проблемой для конечного пользователя, так как на данный момент существует множество компаний, занимающихся проектированием, монтажом и оборудованием волоконно-оптических сетей. Обращение к специалистам в этой области дает заказчику дополнительную уверенность в том, что затраченные им усилия, время и средства израсходованы не зря, и конечный результат будет соответствовать заданным требованиям.

Уже на первом этапе строительства объекта связи производятся измерения характеристик ВОЛС, которые включают в себя входной контроль (контроль соответствия норме строительных длин кабеля и других компонентов), оценку качества строительных работ и приемно-сдаточные испытания. Измерения в ВОЛС проводятся и в процессе эксплуатации волоконно-оптических сетей – для профилактики, определения характера повреждений (если таковые имеются), а также для контроля качества аварийно-восстановительных работ. Отдельный вид измерений в ВОЛС – мониторинг состояния сети при помощи встроенного в нее контрольно-измерительного оборудования. Такие мероприятия позволяют существенно продлить срок эксплуатации волоконно-оптических линий связи.

1. Выбор трассы

Выбор трассы определяется расположением пунктов, между которыми должна быть обеспечена связь. При выборе трассы необходимо обеспечить:

- наикротчайшую протяжённость трассы;

- наименьшее число препятствий, усложняющих стоимость строительства (автомобильные и жедезные дороги, реки);

- максимальное применение механизмов при строительстве;

- создание необходимых удобств при эксплуатационном обслуживании;

- наименьшие затраты по осуществлению защиты линий от токовых установок и атмосферного электричества;

- наименьшее сближение с электрифицированными железными дорогами.

При проектировании волоконно-оптических сетей обычно рассматривается несколько вариантов. Для строительства ВОЛС используется тот вариант, который по техника – экономическим соображениям наиболее целесообразен.

2. Прокладка волоконно-оптической линии связи.

Сразу же после появления волоконно-оптических систем связи в разных странах начали разрабатываться конструкции и способы прокладки волоконно-оптических кабелей, учитывающие особенности монтажа и эксплуатации оптических волокон. К этим особенностям относятся, прежде всего, трудоемкость их соединения и потери полезного сигнала, возникающие при этом. Следовательно, появилась необходимость прокладки максимально возможных длин волокон без соединений и обеспечения надежной эксплуатации кабелей, предупреждающей обрывы волокон и позволяющей восстановление их при повреждениях с минимальным количеством соединений.

В настоящее время с учетом мировых достижений в области технологических разработок, промышленных возможностей по изготовлению пластмассовых трубок и специальных машин для задувки кабелей, зарубежного опыта по массовому строительству и эксплуатации ВОЛС можно смело внедрять прокладку ВОК в полиэтиленовых трубопроводах, как отвечающую современным требованиям к линейным сооружениям ВОЛС.

Первоначально этим требованиям стали удовлетворять подвесные кабели и, прежде всего, волоконно-оптические кабели, подвешиваемые на высоковольтные ЛЭП. Для подземной прокладки, альтернативы которой во многих случаях не существует, традиционные конструкции бронированных кабелей не удовлетворяют специфическим требованиям ВОК. Ведь использование надежных защитных покровов увеличивает диаметр кабелей и соответственно уменьшает их строительную длину, а жесткое положение в грунте при повреждениях приводит к необходимости устройства вставок с двумя соединениями в нарушенных волокнах. Соответственно потребовалось обеспечение подвижности волокон относительно защитных элементов подземного кабеля. Так появилась идея создания как бы разборного кабеля, когда защитные элементы прокладываются и монтируются отдельно, а затем в них вводятся и свободно располагаются оптические волокна. Таким образом, в защитную трубку затягивается простейший по конструкции ВОК.

В одном способе использовали жесткие поливинилхлоридные трубы, ранее применявшиеся для строительства составных трубопроводов традиционной телефонной канализации. Этот способ трудоемкий, так как трубы могут укладываться только в открытую траншею. К тому же составной трубопровод не обеспечивает герметизацию на стыках, которая необходима при использовании пневматики для прокладки ВОК.

Другой способ строительства защитных трубопроводов для подземной прокладки ВОК основан на применении полиэтиленовых шлангов. Такие шланги широко применяются за рубежом для прокладки напорных водопроводов бестраншейным способом.

В обоих вариантах при затягивании кабеля для уменьшения трения применяются жидкие смазки. Со временем они высыхают, приобретая "клеевой" эффект. Кабель, присыхая к оболочке, перечеркивает положительное свойство трубопровода - возможность оперативной замены кабелей при ремонте и реконструкции линий связи.

Кроме жидкой смазки, применялись и другие способы уменьшения коэффициента трения. Самый эффективный способ появился после применения твердого полимерного покрытия "Силикоре". Оно наносится на внутреннюю поверхность трубок и создает чрезвычайно низкий коэффициент трения.

Трубки "Силикоре-тм" отливаются из полиэтилена высокой плотности с нанесением на внутреннюю поверхность покрытия "Силикоре". Выпускается трубка двух типов: для прокладки в грунт и затягивания в телефонную канализацию. Последняя имеет облегченные стенки

Трубки могут быть поставлены с размещенным внутри во время изготовления специальным тросиком. Он обеспечивает возможность протаскивания кабелей при отсутствии специальных пневматических машин.

При производстве каждая партия трубки проверяется по следующим параметрам: прочность при растяжении, устойчивость против вмятин, память формы, способность к усадке в зависимости от температуры, устойчивость при воздействии факторов среды, наружный и внутренний коэффициенты трения.

Предприятия могут изготавливать трубки любого диаметра с заданной толщиной стенок. Следует иметь в виду, что для трубок со стандартными размерами имеются все монтажные элементы, а при произвольно выбранных размерах возникнут сложности с их соединением и обеспечением герметизации.

Специальное покрытие внутренней стенки обеспечивает коэффициент трения относительно кабеля менее 0,08. Температура хранения гарантируется в пределах от -20 до +65С, температура манипуляций с трубкой от -10 до +50С. Остекленение трубки происходит при температуре -69С, плавление - при +121С. Радиус изгиба составляет не менее 10-кратного наружного диаметра. Минимальный срок службы - 50 лет.

Особое значение из-за широких возможностей производства приобретает цвет и маркировка трубок, маркировку можно производить произвольной подписью на любом языке, включая русский. При производстве трубки во всех случаях наносятся через 1 м цифры с указанием нарастающей ее длины.

Особенности выполнения строительных и монтажных работ.

Прокладке ВОК предшествует выполнение всех строительных работ по созданию трубопровода. Это еще одна положительная особенность рассматриваемой технологии - предотвращается неизбежность повреждения неработающих кабелей при длительном строительстве линий связи.

Самыми распространенными трубками для ВОК, учитывая рекомендуемое соотношение по диаметрам 2:1, являются трубки с наружными диаметрами 32 и 40 мм.

В грунт трубку можно укладывать любыми принятыми для кабелей способами, включая использование кабелеукладчиков. При этом проявляется еще одна положительная особенность - трубку не требуется, как кабель, прокладывать с "головы". Можно работать несколькими бригадами одновременно в любом месте трассы в пределах даже одного регенерационного участка. При пересечении препятствий нет необходимости сматывать трубку с барабана и дальше прокладывать вручную по аналогии с кабелями, достаточно ее разрезать и после преодоления препятствия соединить.

После прокладки трубки, ее соединения и устройства вводов в служебно-технические здания трубопровод проверяется на проходимость и герметичность. Строительные длины трубки соединяются с помощью резьбовых муфт, поставляемых вместе с трубкой. Возможно применение электросварных муфт других фирм, которые позволяют прокладывать трубку кабелеукладчиком без вытаскивания ножа и перезарядки кассеты на стыке строительных длин, что также можно отнести к положительным свойствам рассматриваемой технологии.

Для протягивания ВОК большой протяженности специально созданы технология и машины для вдувания кабеля в трубку. Теоретически по этой технологии возможно вдувание ВОК любой длины при использовании большого количества машин. Однако на сегодняшний день экономически оправдано вдувание ВОК строительной длиной 6000 м с использованием трех одновременно работающих специальных машин, одна из которых устанавливается в начале трубопровода, а две другие - через каждые 2 км. Лучшие существующие машины для вдувания кабелей позволяют протаскивать любые кабели, включая металлические, диаметром от 9 до 32 мм и погонным весом до 1,2 кг/м со скоростью до 80 м/мин. При этом нет особых требований к механической прочности кабелей, так как он движется за счет равномерного сцепления сжатого воздуха с оболочкой по всей длине кабеля. В проектах нами применялся ВОК с максимальным допустимым усилием натяжения во время прокладки 1500 Н.

Особая роль при вдувании кабелей отводится компрессорам, которые, кроме давления 10...12 бар и производительности 10-12 м3/мин, должны обеспечивать температуру воздуха на выходе не более +50оС.

После протягивания ВОК в трубопровод производят стыковку волокон кабеля с использованием обычных волоконно-оптических муфт, которые укладываются в специально устанавливаемые при монтаже кабеля герметические подземные полимерные камеры. В эти же камеры укладывается резерв кабеля, который при эксплуатации ВОЛС может быть использован для восстановления возможных обрывов кабеля с вытягиванием резерва по трубопроводу к месту аварии.

Места выхода кабеля из трубки для обеспечения герметизации заделываются специальными проходными заглушками, предусматриваемыми проектом и поставляемыми изготовителями трубки.

3. Выбор типа оптического кабеля городской связи.

Оптический кабель состоит из скрученных по определенной системе оптических волокон из кварцевого стекла (световодов), заключенных в общую защитную оболочку. При необходимости кабель может содержать силовые (упрочняющие) и демпфирующие элементы.

Существующие ОК по своему назначению могут быть классифицированы на три группы: магистральные, зоновые и городские. В отдельные группы выделяется подводные, объектовые и монтажные ОК.

Рассмотрим городские типы кабелей.

Городские ОК применяются в качестве соединительных между городскими АТС и узлами связи. Они рассчитаны на короткие расстояния (до |10 км) и большое число каналов. Волокна-градиентные (50/125 мкм). Длина волны 0,85 и 1,3 мкм. Эти линии, как правило, работают без промежуточных линейных регенераторов.

Подводные ОК предназначаются для осуществления связи через большие водные преграды. Они должны обладать высокой механической прочностью на разрыв и иметь надежные влагостойкие покрытия. Для подводной связи также важно иметь малое затухание и большие длины регенерационных участков.

Объектовые ОК служат для передачи информации внутри объекта. Сюда относятся учрежденческая и видеотелефонная связь, внутренняя сеть кабельного телевидения, а также бортовые информационные системы подвижных объектов (самолет, корабль и др.).

Монтажные ОК используются для внутри- и межблочного монтажа аппаратуры. Они выполняются в виде жгутов или плоских лент.

Первое поколение ОК, созданные в 1986—1988 гг., - кабели городской связи (ОК-50). Современные требования развития связи потребовали создания новых усовершенствованных типов ОК (второе поколение). Таким кабелем, разработанным в период 1990—1992 гг., является: ОКК—для городской связи (прокладка в канализации). Отличительные особенности ОК второго поколения:

• переход на волны 1,3 и 1,55 мкм;

• применение одномодовых волокон;

• модульные конструкции кабелей (каждый модуль на 1, 2, 4 волокна);

• наличие медных жил для дистанционного электропитания;

• разнообразие типов наружных оболочек (стальные ленты, проволоки, стеклопластик, полиэтилен, оплетка);

• широкополосность и большие длины регенерационных участков.

Кабель ОКК по сравнению с ОК-50 имеет меньшее затухание, большие дальность связи и широкополосность. Кабель ОКК состоит из градиентных и одномодовых волокон.

Рассмотрим конструкции отечественных ОК.

Кабель городской связи типа ОК-50 содержит четыре или восемь волокон (рис.1). Волокна свободно расположены в полимерных трубках. Скрутка — повивная, концентрическая. В центре размещен силовой элемент из высокопрочных полимерных нитей. Снаружи имеется, полиэтиленовая оболочка.

Рис. 1. Оптический кабель городской связи ОК-50:

1 — силовой элемент; 2 — пластмассовая трубка; 3 — волокно; 4 — пластмассовая лента; 5—полиэтиленовая оболочка

Четырехволоконный кабель ОК-4 имеет принципиально ту же конструкцию и размеры, что и восьмиволоконный, но только четыре волокна в нем заменены пластмассовыми стержнями. Изготавливаются также кабели, содержащие больше число волокон. Городские кабели прокладываются в телефонные канализации.

Кабель городской связи типа ОКК, прокладываемый в канализации, содержит 4, 8 или 16 волокон (рис.2). Кабель имеет градиентные волокна с диаметром сердцевины 50 мкм (ОКК-50-01) или одномодовые волокна с диаметром сердцевины 10 мкм (ОКК-10-02).

Рис. 2. Оптический кабель городской связи марки ОККС:

1 — силовой элемент (стеклопластик); 2 — оптическое волокно; 3 — пластмассовая лента; 4 — стеклопластиковые стержни; 5—полиэтиленовый шланг

Силовой центральный элемент выполнен из стеклопластиковых стержней или стального троса, изолированного полиэтиленом. Поверх наложена скрутка из восьми оптических модулей или корделей. В каждом модуле может содержаться 1, 2 или 4 ОВ. Затем наложены фторопластная лента и полиэтиленовый шланг.

Кабели, предназначенные для прокладки в грунтах, зараженных грызунами или подверженных механическим воздействиям, имеют еще броневой покров из стеклопластиковых

стержней, а поверх него—полиэтиленовый шланг (ОККС). Известны конструкции, в которых вместо стержней применяется оплетка (ОККО).

Для подводных речных переходов применяется кабель в алюминиевой оболочке с броневым покровом из круглых стальных проволок и полиэтиленовым шлангом (ОККАК). Для станционных вводов и монтажа создан кабель ОКС.

Основные оптические и физико-механические свойства ОК отечественного производства приведены в таблице №1

Таблица №1

Характеристика		ОК-50	ОКК
Система передачи		“Соната-2”	ИКМ-4/5
Число цифровых каналов		120	120, 480
λ, мкм		0,85	1,3
Δ, дБ/ км		3	0,7…1,0
ΔF, МГц км		250… 500	1000
Длина регенерационного участка, км		12	30
Число волокон		4 и 8	4, 8, 16
Тип волокна		МОВ	ООВ и МОВ
Подземные	d , мм Q , кг/км P , Н	11…15 100…300 1200	12…18 110…320 300…3500
Подводные	d , мм Q , кг/км P , Н	— — —	24 1200 25000
Строительная длина, км		1…2
Срок службы, лет		25
Электропитание		Местное

Примечание. —коэффициет широкополосноети; Q — масса; Р—разрывная прочность; ООВ—одномодовое, МОВ— многомодовое оптическое волокно.

Представляют интерес ОК французского производства (рис.3). Они, как правило, комплектуются из унифицированных модулей, состоящих из пластмассового стержня диаметром 4 мм с ребрами по периметру и десяти ОВ, расположенных по периферии этого стержня. Кабели содержат 1, 4, 7 таких модулей. Снаружи кабели имеют алюминиевую и затем полиэтиленовую оболочку.

Рис. 3. Конструкции оптических кабелей французского производства:

а — 10-волоконный модуль; б — 70-волоконный кабель; 1 — оптические волокна; 2 — фигурный сердечник;

3 — силовой элемент; 4 — пластмассовая лента; 5—модуль на десять волокон; 6 — алюминиевая оболочка; 7—полиэтиленовая оболочка

А мериканский кабель, широко используемый на ГТС, представляет собой стопку плоских пластмассовых лент, содержащих по 12 ОВ. Кабель может иметь от 4 до 12 лент, содержащих 48— 144 волокна (рис.4).

Рис. 4. Американский кабель плоской конструкции:

а—лента с 12 волокнами; б—сечение кабеля; в—общий вид кабеля; 1—оптическое волокно; 2—полиэтиленовая лента; 3—стопка лент из 144 волокон; 4— защитное покрытие; 5 — внутренняя полиэтиленовая оболочка; 6 — пластмассовые ленты; 7 — силовые элементы; в — полиэтиленовые оболочки

На (рис.5) показан японский ОК с алюминиевой оболочкой и наружным полиэтиленовым шлангом.

Рис. 5. Японский оптический кабель:

1 — оптические волокна; 2—медный силовой элемент; 3 — демпфирующее покрытие; 4—наружная оболочка

В Англии построена опытная линия электропередачи с фазными проводами, содержащими ОВ для, технологической связи вдоль ЛЭП. Как видно из (рис.6), в центре провода ЛЭП располагаются четыре ОВ.

Рис. 6. Оптический кабель, встроенный в фазный провод ЛЭП:

1 — оптические волокна; 2 — защитное покрытие; 3 — проводники ЛЭП

Применяются также подвесные ОК (рис.7). Они имеют металлический трос, встроенный в кабельную оболочку. Кабели предназначаются для подвески по опорам воздушных линий и стенам зданий.

Рис. 7. Подвесной оптический кабель с встроенным тросом:

1—оптические волокна; 2—стальной трос; 3 — полиэтиленовая оболочка

Для подводной связи проектируются ОК, как правило, с наружным броневым покровом из стальных проволок (рис.8). В центре располагается модуль с шестью ОВ. Кабель имеет медную или алюминиевую трубку. По цепи “трубка—вода” подается ток дистанционного питания на подводные необслуживаемые усилительные пункты.

Рис.8. Подводный оптический кабель:

а — шестиволоконный модуль (3 варианта); б—подводный кабель; 1—оптический модуль; 2—шесть оптических волокон; 3—силовой элемент из стальной проволоки; 4 — полиэтиленовая оболочка модуля; 5 —пластмассовые трубки; 6—заполнение компаундом; 7—стальная броня; 8 — медная или алюминиевая трубка; 9—полиэтиленовый шланг.