ОСОБЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА ПОДВОДНЫХ СЕГМЕНТОВ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ - Студенческий научный форум

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

ОСОБЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА ПОДВОДНЫХ СЕГМЕНТОВ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ

Винников М.Ю. 1, Гончарова П.С. 1
1Дальневосточный государственный университет путей сообщения
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Одним из главных направлений развития России является формирование в стране информационного общества. Происходящие сегодня технологические, организационные, управленческие перемены, связанные с распространением информационных и коммуникационных технологий, охватывают все сферы деятельности человека, трансформируют его повседневную жизнь и создают новые способы коммуникации.

Целью развития отрасли связи в регионах является приближение ее уровня и показателей к современному состоянию отрасли связи по Российской Федерации в целом и выход на более высокий уровень по отношению к другим развитым регионам страны,атакже развитие современной телекоммуникационной инфраструктуры, привлечение новых инвестиций, развития туризма, качественное изменение и ускорение социально-экономического развития регионов.

Для координации деятельности и оказания методической помощи органам власти регионов в 2013 году был создан Совет по региональной информатизации. Деятельность совета направлена на развитие информационного общества в субъектах РФ, а также на улучшение качества жизни граждан и условий ведения предпринимательской деятельности. Ведущим способом передачи данных являются волоконно-оптические линии связи. Этот метод передачи информации имеет множество преимуществ: высокая скорость, дальность передачи, защищенность от внешнего вмешательства недоброжелателей.

Реализация проекта строительства магистральной ВОЛС на участке Сахалин - Курильские острова имеет большое социально-экономическое, политическое значение, так как обеспечение жителей Курильских островов самыми современными услугами связи – мобильной связью, высокоскоростным Интернетом, цифровым телевидением – будет способствовать новому этапу развития Российской Федерации. Это важный шаг на пути преодоления цифрового неравенства, снижения тарифов на услуги связи и передачи данных, переход на новый качественный уровень оказания услуг связи, интерактивное телевидение, высокоскоростной доступ к сети Интернет, видеотелефония, широкий спектр информационно-телекоммуникационных услуг для корпоративного сектора регионов.

Прокладка подводной линии связи представляет собой сложную исследовательскую, инженерную и конструкторскую задачу. Особые проблемы прокладки ВОЛС через водные препятствия (подводой) связаны с ремонтом морских линий связи. Ведь, лежа долгое время на морском дне, кабель становится практически невидимым. Кроме того, течения могут отнести оптоволоконный кабель от места его первоначальной прокладки (даже на многие километры), а рельеф дна сложен и разнообразен. Повреждения кабелю могут наноситься якорями кораблей и представителями морской фауны. Возможно также отрицательное воздействие на него при дноуглубительных работах, установке труб и бурении, а также при подводных землетрясениях и оползнях.

Так как оптоволоконный кабель находиться непосредственно в водной среде, то необходима защита от влаги. Проблема влаги делиться на два независимых явления, связанных с наличием водорода, и приводящих к отказам системы:

  1. Механическая зависимость прочности оптического волокна от количества влаги на его поверхности. Это могут быть как гидроксидные группы OH, так и просто вода H2O. Оболочка любого кабеля может оказаться поврежденной. Влага, проникающая сквозь мельчайшие отверстия в оболочке или в места соединения, будет растекаться по сердечнику, и скапливаться между модулями. Таким образом, срок службы из-за проникновения влаги может быть уменьшен до 7-10 лет. От присутствия влаги на поверхности волокна спасает полное внутримодульное заполнение гидрофобным компаундом. Состав компаунда не должен оказывать влияния на характеристики остальных элементов сердечника. Компаунд предотвращает дальнейшее распространение в кабеле воды и тем самым ограничивает потенциальное увеличение повреждений. Компаунд должен иметь относительно малый коэффициент линейного расширения и соответствующую консистенцию, чтобы не вытекать из кабеля при прокладке.

  2. Явление роста оптического затухания волокна из-за поглощения атомами водорода. При этом, если кабель, волокна которого при укладке имели погонное затухание 0,19-0,22 дБ/км, не защищен от проникновения влаги и водорода, и эксплуатируется в условиях постоянного воздействия воды, то после 3-5 лет эксплуатации затухание может вырасти в несколько десятых децибела. Важно отметить, что прирост даже на 0,05 дБ на магистральной линии связи приведет к необходимости реконструкции линии.

При разработке маршрута прокладки подводного волоконно-оптического кабеля необходимо учитывать различные внешние воздействия, которые могут привести к преждевременному выходу кабеля из строя.

Основные внешние факторы:

  • Рыбная ловля

  • Повреждения, наносимые якорями кораблей

  • Повреждения от воздействия жителей морской фауны

  • Дноуглубительные работы, установка труб и бурение

  • Геологическая активность (подводные землетрясения, оползни)

  • Воздействие со стороны кораблей кабелеукладчиков

  • Провисание кабеля

  • Различные скорости течений

Все подводно-волоконные линии связи можно разделить на репитерные (с применением подводных оптических усилителей) и безрепитерные. Линии с применением оптических усилителей используются на магистральных линиях связи (расстояние между терминальными станциями от 2000 до 13000 км). Безрепитерные линии связи делятся на прибрежные линии связи и линии связи между отдельными пунктами (между островами или между материком и островами, материком и буровыми станциями), расстояние между которыми меньше 200 км.

Прокладка кабеля в море осуществляется специальным кораблем-кабелеукладчиком (рисунок 1).

Рисунок 1 – Внешний вид кабельного судна

Перед отправкой корабля-кабелеукладчика в море, кабель грузят на борт. Скорость погрузки около 100 м/мин. На борту кабель укладывают в специальные отсеки (кабельные хранилища), где его сворачивают в кольцо, стараясь максимально занять свободное пространство и не повредить его. Через каждые 90 км происходит укладка кабельных усилителей. Они укладываются в ручную на специальные стеллажи.После погрузки кабеля и усилителей, происходит укладка кабеля на дно моря.

Корабль находится на определенном расстоянии от берега. Группой водолазов крепится конец кабеля к канату, который проходит внутри трубопровода. С помощью лебедки кабель вытягивается на поверхность берега, и соединяется в кабельном колодце с прибрежным кабелем.

После этого корабль отплывает, а за ним при помощи колесной кабелеукладочной машины (рисунок 2) укладывается кабель на дно.Колеса захватывают кабель и подают его с требуемой скоростью, не позволяя проскальзывать. В систему прокладка кабеля также входят «динамометры», которые замеряют натяжение кабеля, регулируя прикладываемое усилие, чтобы не повредить кабель. Необходимо чтобы кабель приукладки на дно находился в ненатянутом состоянии, поэтому кабелеукладочная машина работает на 3% быстрее, чем скорость прокладки.[9]

Рисунок 2 – Колесная кабелеукладочная машина

Для зарывания кабеля на борту корабля имеется плуг (рисунок 3).

Рисунок 3– Подводный кабельный плуг

Там где не может применяться плуг (пересечения с нефте-, газопроводами, прибрежные зоны, обрывистые районы), применяют струйные формирователи траншеи (рисунок4).

Рисунок 4 – Струйный формирователь траншеи

Оптоволоконные кабели для подводных межконтинентальныхлиний связи, как правило, состоят из оптического сердечника, токоведущей жилы и внешних покровов. В трубчатом сердечнике располагаются оптические волокна (от 4 до 12 штук), внешние по­кровы предназначены для защиты кабеля от внешних воздействий, атоковедущая жила необходима для обеспечения питания постоян­ным током подводных усилителей. (Рисунок 5)

Рисунок 5– Базовая схема устройства глубоководного оптического кабеля

Существует несколько видов конструктивной защиты подводно­го кабеля от внешних воздействий, в соответствии с этим промышленностью предлагаются кабели различных типов

Охотское море (рисунок 6) расположено в северо-западной части Тихого океана. Море значительно вытянуто с юго-запада на северо-восток.

Рисунок 6 – Рельеф дна Охотского моря

Среднее значение глубины моря составляет 1780 м, а наибольшее – 3916 м (в Курильской котловине). В основном море окружают высокие и обрывистые берега. На севере и северо-западе скалистые уступы спускаются прямо к морю. Менее высокий, а затем и низменный материковый берег подходит к морю у Сахалинского залива. Юго-восточный берег Сахалина невысокий, а северо-восточный — низменный. Разнообразен и неровен рельеф дна Охотского моря. Северная часть моря представляет собой материковую отмель. С западного края котловины моря расположена островная отмель Сахалина, с восточного края — материковая отмель Камчатки. Шельф занимает около 22% площади дна. Остальная, большая часть (около 70%) моря находится в пределах материкового склона (от 200 до 1500 м), на котором выделяются отдельные подводные возвышенности, впадины и желоба. Большие глубины и значительные склоны дна отличают юго-западную часть моря от северо-восточной, лежащей на материковой отмели. Из крупных элементов рельефа дна центральной части моря выделяются две подводные возвышенности — Академия наук СССР и Института океанологии. Замечательной чертой рельефа возвышенностей является наличие у них плоских вершин, занимающих большую площадь.Курильская котловина Охотского моряотносится к задуговым впадинам. В плане она имеет форму клина, суживающегося к северу.Толщина коры составляет 8–10 км, из которых 4 км приходится на осадочный чехол.

Ситуационная схема - размещения проектируемого объекта относительно ближайших населённых мест, основных дорог, водоёмов, линий электропередачи, других сооружений и особенностей местности. Общая ситуационная схема прокладки кабеля представлена на рисунке 7

Рисунок 7 - Общая ситуационная схема прокладки кабеля

Подводный ВОК необходимо прокладывать на наименьшем расстоянии между двумя оконечными точками. Поэтому большая часть подводного волоконно-оптического кабеля будет соединять остров Сахалин и остров Итуруп, т.к. это самое минимальное расстояние, которое составляет 356км. Кабель будет пересекать Курильскую впадину. Участок, который соединяет остров Итуруп и остров Кунашир составляет 23км. Так же имеется соединение между островом Кунашир и островом Шикотан, которое составляет 78км. Следовательно, минимальная длина подводного кабеля составляет 457км.

В прибрежной зоне необходимо использовать дополнительную защиту, т.к. береговой участок островов Кунашир и Итуруп имеют скалистый характер. Целесообразно использоватьметаллические трубопроводы (рисунок 8), изготовленные из чугунного железа или алюминия с защитным морским покрытием. Трубопроводы придадут кабелю дополнительную раздавливающую нагрузку и защиту от проникновения воды.Секции конструкции имеют длину 0,5 м и соединяются либо стык в стык или болтовым соединением.

Рисунок 8 – Металлические защитные трубопроводы

Подводная оптическая муфта типа МОП-С.Муфта предназначена для соединения строительных длин подводных оптических кабелей связи, прокладываемых на глубине до 5000 метров.

Имеет герметичный, устойчивый к гидростатическому давлению корпус из нержавеющей стали, заполненный гидрофобным заполнителем и обеспечивающий надежную защиту оптических волокон от климатических и внешних воздействий.

Рисунок 9 – Внешний вид муфты типа МОП-С

Необслуживаемые регенерационные (усилительные) пункты — пункты в которых осуществляется регенерация (цифровая система передачи) или усиление (аналоговая, либо цифровая система передачи) сигнала. Физически представляет зарытый в землю на небольшую глубину контейнер (например, бочку), в который помещен регенератор или усилитель. НРП для сухопутной прокладки может размещаться в крупногабаритных контейнерах , выполненных из металла, с доступом в них эксплуатационного персонала;

- малогабаритных контейнерах, выполненных из металла, (без доступа персонала), устанавливаемых в грунт или в колодцы кабельной канализации.

На рисунке 10 представлен пример колодца для размещения НРП в грунт.

Рисунок 10 - Пример колодца для НРП размещенного в грунт

Регенерация сигнала для подводной прокладки существенно отличается от регенерации сигнала для сухопутной прокладки. В ПВОЛС используют ретрансляторы (рисунок 11) оснащенным модулем оптического усиления на волокне, легированном эрбием (EDFA).

Рисунок 11 - Внешний вид ретранслятора

Расстояние между усилителями оптических сигналов составляет порядка 30 - 100 км (например, для транс-тихоокеанской линии связи потребовалось около 200 усилителей).Электропитание усилителя, как правило, осуществляется постоянным током от берегового устройства дистанционного питания с использованием токоведущей жилы подводного кабеля. Сила тока может варьироваться от 100 мА до 1 А.

Так как рабочая глубина установки усилителя может достигать 8000 метров, то его корпус должен быть герметичным и обладать высоким сопротивлением к коррозии при большом внешнем гидростатическом давлении. Срок службы усилителя составляет, как правило, 25 лет. В случае поломки усилителя следует проводить его подъём с глубины и заменять на новый. Испорченный усилитель подлежит исследованию на берегу на предмет выявления поломки с целью последующего исключения подобных неисправностей при дельнейшей эксплуатации

Библиографический список

  1. Стратегия развития инфраструктуры связи в Сахалинской области на период до 2025 года. –, 2010.

  2. СНиП 23-01-99. Строительная климотология. – М., 1999

  3. СНиП II-7-81. Строительство в сейсмических районах. – М., 1995

  4. Равич. И.С. Подводные кабельные магистрали связи / И.С.Равич – М.: Издательство «Связь», 1971.

  5. Руководство по строительству ВОЛС в сельской местности. – М., 1994.

  6. Официальный сайт Мировой центр данных по физике твердой Земли – Режим доступа: http://www.wdcb.ru/okhsea.ru.html

  7. Официальный сайт Тюменская буровая компания – Режим доступа: http://www.tbcom.ru/uslugi.html.

  8. Денисов. С.Л. Подводные оптоволоконные линии связи. Литературный обзор / С.Л. Денисов – М.: НТО «ИРЭ-Полюс», 2002.

  9. Энциклопедия научно-исследовательского флота России – режим доступа – http://niflot.ru/professor-bogorov.htm.

  10. Сенджер, М. Пересекая Атлантику / М. Сенджер // Сети/networkworld –№ 5, 1998.

  11. Официальный сайт SBSS – Режим доступа: http://www.sbss.com/assets/Default.aspx.

  12. Мелл, С. «Цифровые оптические сети» обеспечивают более простое, быстрое и гибкое предоставление услуг // LightwaveRussianEdition - №3 –с. 19–20, 2005.

  13. Официальный сайт компании ВилКом. Регенерация сигнала – Режим доступа: http://www.vilcom.ru/pdf/regeneraciya.pdf.

  14. ITU-TG.654. Характеристики одномодового оптического волокна и кабеля со смещенной дисперсией, 2006.

  15. Грутов, В.А. Оптоэлектроника и волоконная оптика. Учебное пособие – Петразаводск: ПетрГУ, 2005 – 100с.

  16. Официальный сайт компании Nag – Режим доступа: https://shop.nag.ru/catalog/01891

  17. Официальный сайт компании ИРЭ-Полюс – Режим доступа: http://www.ntoire-polus.ru/.

Просмотров работы: 232