X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

В настоящее время волоконно-оптические кабели (ВОК) прочно занимают свои позиции и интенсивно развиваются. Она находит всё более широкое применение во всех областях — от компьютеров до систем передачи информации на большие расстояния.

Передача информации по ВОК имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю. Стремительное внедрение в информационные сети ВОК является следствием преимуществ, вытекающих из особенностей распространения сигнала в оптическом волокне.

Преимущества ВОК:

Широкая полоса пропускания – обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 1014Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду;

Малое затухание светового сигнала в волокне. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до 100 км и более;

Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания, путем передачи различной модуляции сигналов с малой избыточностью кода;

Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования;

Малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели (ВОК) имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную способность;

Высокая защищенность от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи;

Взрыво- и пожаробезопасность. Из-за отсутствия искрообразования оптическое волокно повышает безопасность сети на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска;

Экономичность ВОК. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличии от меди;

Длительный срок эксплуатации. Благодаря совершенству современных технологий производства оптических волокон, процесс деградации волокна значительно замедлен, и срок службы ВОК составляет примерно 25 лет;

Удаленное электропитание. Оптическое волокно не способно выполнять функции силового кабеля. Однако, в этих случаях можно использовать смешанный кабель, когда наряду с оптическими волокнами кабель оснащается медным проводящим элементом.

Подвесные оптические кабели применяются для организации линии связи между опорами линий электропередач широкого класса напряжений (0,4-220 кВ), опорами освещения и специальными опорами для связи, между зданиями и сооружениями.

Способ подвеса оправдан по причине сравнительно высокой скорости строительства линии и отсутствия необходимости применения большого количества специальной техники. Исходя из этого подвес — самый распространённый способ строительства магистральных сетей ВОЛС.

Но у этого способа есть и недостатки: кабель связи, подвешенный на опорах линии электропередач при контактной сети, а также при прокладке по крышам зданий испытывает нагрузки различного происхождения. Это может быть воздействие ветра, нагрузки обледенения и собственный вес кабеля. Это воздействие сказывается на параметрах передачи информации. Известно, что минимальный радиус изгиба волоконно-оптического кабеля не может превышать 20 диаметров кабеля. Нагрузки на кабель не должны превышать его прочностные характеристики.

Известно также, что подвешенный кабель принимает форму цепной линии, свойством которой является постоянство горизонтальной составляющей силы натяжения кабеля. Поскольку положение участков кабеля в пространстве изменяется, то будет изменяться и сила натяжения.

Цепная линии (см. рис. 1.1) – это плоская трансцендентная кривая, форму которой принимает однородная, гибкая тяжелая нить с закрепленными концами. Для подвесного кабеля можно использовать уравнения цепной линии. Для того, чтобы получить уравнение цепной линии, выделим бесконечно малый элемент нити от точки до точки и рассмотрим систему сил, действующих на него. В точке на элемент нити действует сила натяжения , направленная по касательной к кривой. Обозначим через и его вертикальную и горизонтальную составляющие. Соответственно в точке имеется сила натяжения с составляющими и . Кроме того, на элемент действует сила тяжести , направленная вертикально вниз и равная по абсолютной величине , где длина дуги , а вес единицы длины нити.

Рис. 1.1. Цепная линия как плоская кривая

Пример зависимости стрелы провисания от горизонтальной составляющей силы натяжения кабеля, подвешенного на опорах, при расстоянии между опорами 50 м показана на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Зависимость стрелы провисания кабеля от горизонтальной составляющей силы натяжения при различных погонных весах кабеля

При определении составляющих сил натяжения кабеля всегда необходимо учитывать, что они связаны зависимостями:

где угол между направляющим силы натяжения и горизонталью, а вертикальная составляющая силы натяжения в точке подвеса (она здесь максимальна) равна весу половины длины кабеля или

Для увеличения допустимого растяжения волоконно-оптического кабеля в его конструкцию обязательно вводят силовые элементы. Величины допустимого растяжения в 1000-2000 Н (ньютонов) можно достичь с помощью использования кевларовых или стекловолоконных нитей. Как правило, этого показателя бывает вполне достаточно для кабелей общего назначения. Нити могут образовывать плотный слой, а могут и переплетаться. Считается, что кевларовые нити обеспечивают большее допустимое усилие на разрыв.

Иногда параллельно с кевларовыми нитями применяют один центральный или пару боковых стержней. Дополнительные силовые элементы могут быть диэлектрическими или металлическими. Конструкция с центральным силовым элементом характерна для кабеля с большим числом волокон, которые группами размещаются вокруг силового элемента.

Высокое допустимое усилие на разрыв в специальных типах кабелей, в которых эта величина должна иметь значение десятков килоньютонов, достигается с помощью стальных прутьев. В таких кабелях оптические волокна чаще располагаются не в термопластиковых, а в стальных гелеза-полненных трубках.

Итак, определение внешних растягивающих усилий, является важнейшей частью при проектировке подвесной ВОК, т.к. провисание отрицательно сказывается на характеристиках передачи ВОК, а так же может привести к обрыву линии связи. Для того, чтобы минимизировать нагрузки на ВОК необходимо вводить силовые элементы в конструкцию ВОК.

Таким образом, изучение подвесных ВОК - это начальная стадия становления высококвалифицированного специалиста в области волоконно-оптических линий связи.

Литература

Инженерно- технический справочник по электросвязи. Кабельные и воздушные линии связи. Под ред. . К.Я. Сергейчук. М: “Связьиздат”, 1961.

Д.Дж.Стерлинг. Волоконная оптика. Техническое руководство.

М.: «Лори», 1998.

А.Г. Мурадян, И.С Гольдфарб, В.П. Иноземцев. Оптические кабели многоканальных линий связи. М: “Радио и связь”, 1987.

Код для цитирования: Скопировать