Курсовой проект Направляющие системы эл. связи. шифр10. Расстояние до центра Челябинской области города Челябинск составляет 230 км
 Скачать 257.48 Kb.
|
ВведениеВ данном курсовом проекте будет спроектированы внутризоновая кабельная линия связи между городами Челябинск – Верхнеуральск, магистральная кабельная линия связи Челябинск – Тюмень. Город Верхнеуральск является административным центром Верхнеуральского муниципального района Челябинской области. Город расположен на левом берегу реки Урал, основан в 1734 года и является старейшим городом Челябинской области. Памятники истории и архитектуры придают городу неповторимую самобытность. Численность населения согласно Всероссийской переписи населения 2020 г. составляет 8929 чел. Расстояние до центра Челябинской области – города Челябинск составляет 230 км. Челябинск, крупный промышленный город, центр Челябинской области. Город Челябинск был основан в 1736 году и из Челябинской крепости разросся до седьмого по численности города России. Численность населения согласно переписи составляет 1179288 человек. Челябинск расположен на восточном склоне Уральских гор по обоим берегам реки Миасса. Город носит неофициальное звание «Танкоград» и знаменит оборонными и машиностроительными заводами занимая 13 место по объему промышленного производства. В Челябинске работают восемь операторов мобильной связи, множество интернет-провайдеров, самые крупные из которых – Интерсвязь, Эр-Телеком и Ростелеком. На юге Западной Сибири, на реке Тура расположен город Тюмень – административный цент Тюменской области. Город основан в 1586 году, численность населения 828575 человек. Расстояние до Челябинска 420 км. Лицензию на предоставления сотовой связи имеют 5 операторов, связи и доступа в интернет 17. Типичная структура российской телефонной сети оставалась неизменной при смене нескольких поколений оборудования передачи и коммутации. Одна из важнейших экономических и социальных задач развития российских телекоммуникаций – радикальное улучшение системы связи. Транспортная сеть играет роль фундамента всей телекоммуникационной системы. Она обеспечивает ресурсами (каналами и трактами) большинство коммутируемых сетей. В качестве среды передачи сигналов целесообразно ориентироваться на кабели с оптическими волокнами, что обеспечивает возможность наращивания пропускной способности транспортной сети по мере появления спроса. Строительство кабельной линии связи между данными городами улучшит обеспечение населения услугами связи. 1 Геолого-географическое описание проектаЧелябинская область расположена на Южном Урале в центре Евразии. Климат области относится к умеренному континентальному. Температура воздуха зависит от влияния поступающих воздушных масс и количества получаемой солнечной энергии. Зимой глубина промерзания почвы составляет 110—150 см, а в малоснежные и суровые зимы почва в области промерзает до 170—260 см. Неровный рельеф и большая протяжённость области с севера на юг позволяют выделить 3 зоны, различающиеся по рельефу и по климатическим характеристикам: горная-лесная, лесостепная и степная зоны. Тюмень расположена на юге Западной Сибири, в азиатской части России, на обоих берегах реки Туры, левом притоке Тобола. Климат по общим характеристикам относится к континентальному. Средняя температура января −15 °C, июля +18,8 °C Количество дней с устойчивыми морозами составляет до 130 [8]. 2 Системы передачиСинхронная цифровая иерархия (SDH) — это система передачи данных, основанная на синхронизации по времени передающего и принимающего устройства. Информация передается в контейнерах представляющих собой структурированные данные. На проектируемом магистральном участке используется тип мультиплексоров уровня STM-16. Выбираем тип секции L-16.1: – код использования L – длинная секция; – 16 – уровень STM; – код 1 – источник излучения с длинной волны 1310 нм. Характеристики оптического интерфейса приведены в табл. 2.1. Таблица 2.1 – Характеристика оптического интерфейса для уровня STM-16
Выбор систем передачи на внутризоновом участке сети производиться на основании заданного числа каналов. Будем использовать две плезиохронные системы передачи (PDH) ИКМ-1920. В первой системе будет задействованы все 1920 каналов. Во второй системе 980, незадействованные 940 каналов определяем в резерв на дальнейшее развитие. Для организации тракта передачи и тракта приема одной системе требуется две коаксиальные пары. Таблица 2.2 – Характеристики многоканальной системы передачи ИКМ-1920
3 Расчет длины регенерационного участка на магистральной сетиПроизводим расчет максимально допустимых длин регенерационных участков. В проекте используем длинные межстанционные регенерационные секции L-секции L-16.1 и волокна стандарта G.652 для аппаратуры SТМ-16. Допустимые потери на секцию (А) составляют: - максимальное значение перекрываемого затухания: Амакс = +3-(-27) = 30 дБ; - минимальное значение перекрываемого затухания: Амин = -2-(-9) = 7 дБ. Максимальна проектная длина участка регенерации:  где Амакс – максимально допустимые потери на участок, дБ; р – затухание разъемного соединения, дБ; п – количество разъемных соединителей; М – эксплуатационный запас на затухание кабеля с учетом будущих изменений его конфигурации; ок, – киллометрическое затухание в оптических волокнах кабеля на расчетной длине волны, для волокна типа G.652 составляет 0,4 дБ/км [6]; нр – затухание неразъемного (сварного) соединения, дБ; Lсд – строительная длина кабеля, км. Минимальная проектная длина участка регенерации:   4 Выбор и характеристика трассыПротяженность внутризоновой трассы Челябинск – Верхнеуральск составляет 245 км. От Челябинска трасса проходит в полосе отвода федеральной автодороги М-5 «Урал» и проходит через населенные пункты: поселок Витаминный (335 чел.), село Травники (2334 чел.), поселок Тимирязевский (3440 чел.). В поселке Пугачевский Чебаркульского района (численность 43 чел.) трасса переходит в полосу отвода автомобильной автодогори регионального значение 75К-006 через населенные пункты: - село Кундравы Чебаркульского района (численность населения 2629 чел.); - село Ларино Уйского района (численность населения 2580 чел.); - село Маслово Уйского района (численность населения 584 чел.); - село Уйское, административный центр (численность населения 6728 чел.); - село Нижнеусцелемово Уйского района (численность населения 757 чел.); - село Петропавловка Кусинского района (численность населения 1393 чел.); - поселок Шеметовский Сурменевского сельского поселения (численность населения 147 чел.); - поселок Карагайский, административный центр (численность населения 2292 чел.); - поселок Урлядинский Карагайского сельского поселения (численность населения 446 чел.). Так как максимальное расстояние между оконечными пунктами для системы ИКМ-1920 составляет 240 км то установим ОРП в селе Уйское. Необходимо количество регенерационных участков определим по формуле:  на участке Челябинск – Уйское протяженностью 153 км:  – на участке Уйское – Верхнеуральск протяженностью 92 км:  Число НРП составит: nНРП1 = nру – 1 = 51 – 1 = 50 nНРП2 = nру – 1 = 31 – 1 = 30  Рисунок 4.1 – Схема размещения НРП на внутризоновом участке В таблицах 4.1 и 4.2 приведены характеристики трассы с правой и с левой стороны дроги для внутризоновой кабельной линии Челябинск – Верхнеуральск. Таблица 4.1 Трасса Челябинск – Верхнеуральск с правой стороны дороги
Таблица 4.2 Трасса Челябинск – Верхнеуральск с левой стороны дороги
Согласно проведенному анализу сложных препятствий оптимальной будет прокладка внутризоновой кабельной линии связи в полосе отвода с правой стороны автодорог М-5 и 75К-006. Протяженность магистральной кабельной линии связи Челябинск – Тюмень составляет 625 км. Размещение регенерационных пунктов производим с учетом полученных допустимых длин регенерационных участков 59,5 км и 15,5 км. От г. Челябинск трасса проходит в полосе отвода федеральной автомобильной дороги Р-254 «Иртыш» до населенного пункта село Миасское где переходит в полосу отвода региональной дороги 75К-132 Миасское – Шадринск. В городе Шадринск трасса продолжается в полосе отвода автодороги федерального значения Р-354 до населенного пункта Юлдус, в котором переходит в полосу отвода автодороги 37А-0007 Курганской области. В населенном пункте село Исетское трасса переходит на территорию Тюменской области по автомобильной дороге Р-254 до города Тюмень. Согласно проведенному анализу сложных препятствий оптимальной будет прокладка магистральной кабельной линии связи в полосе отвода с левой стороны автодорог. Таблица 4.3 Трасса Челябинск – Тюмень с левой стороны дороги
Таблица 4.4 Трасса Челябинск – Тюмень с правой стороны дороги
Таблица 4.5 Размещение НРП на магистральном участке
5 Выбор оптического кабеляВ соответствии с заданием, необходимо предусмотреть строительство ВОЛС прокладкой в грунт бестраншейным способом. В курсовом проекте следует предусмотреть минимальное количество 2 ОВ, и использовать оптический кабель фирмы «МКФ». Оптический кабель ОКГЦ предназначен для монтажа и эксплуатации в любых грунтах (кроме вечномерзлых), канализационных системах и коллекторах. Может укладываться в болотистую землю и толщу воды в мелких водоемах, глубина которых не превышает 10 метров. Кабель состоит из центрального модуля в виде трубки, заполненного оптическими волокнами. Модуль бронирован оцинкованной проволокой из стали и защищён полиэтиленом, не распространяющим горение. В кабеле используются одномодовые ОВ стандарта G.652.D Конструкция кабеля приведена на рис. 5.1 [7]. 1 Оптическое волокно. 2 Центральная трубка – содержит до 48 оптических волокон. 3 Гидрофобный заполнитель. 4 Круглая стальная проволока. 5 Внешняя оболочка из полиэтилена.  Рисунок 5.1 – Конструкция кабеля ОКГЦ Маркировка кабеля: ОКГЦнг(А)-00-1х4Е3-20,0 ОК – оптический кабель; Г – тип прокладки в грунт; Ц – конструкция с центральной трубкой; нг(А) – оболочка кабеля из ПЭ не распространяющего горение; 00 – одномодульный; 1х4 – количество ОМ х количество ОВ; Е3 – одномодовый G.652.D; 20,0 допустимое статическое растягивающее усилие. Таблица 5.1 – Основные характеристики кабеля ОКГЦнг(А)-00-1х4Е3-20,0
6 Описание электрического кабеляЭлектрический кабель КМ-4 выбран исходя из технической характеристики выбранной системы передачи. Коаксиальный магистральный кабель КМ состоит из четырех стандартизированных коаксиальных пар 2,6/9,4 и пяти служебных симметричных четверок.  Рисунок 6.1 – Конструкция коаксиального кабеля КМ-4 Так как кабель прокладывается в грунте выбираем тип кабеля КМБ-4 бронированный двумя стальными лентами с наружным защитным покровом. Основные характеристики кабеля приведены в табл. 6.1. Таблица 6.1 – Основные характеристики кабеля КМБ-4
7 Расчет параметров передачи электрического кабеляПроизведем расчет параметров электрического кабеля для трех частот исходя из задания и параметров системы передачи: - система передачи ИКМ-1920 - тактовая частота fт = 140 МГц - значения частот: 0,22fт = 30,8 МГц, 0,52fт = 72,8 МГц, 0,82fт = 114,8 МГц. Первичные параметры. Активное сопротивление, Ом/км:  где ra – радиус внутреннего проводника, мм; rb – радиус внешнего проводника, мм; f – заданная частота, Гц.     Рисунок 7.1 – График частотной зависимости активного сопротивления Вывод: с ростом частоты активное сопротивление возрастает за счет поверхностного эффекта. Индуктивность коаксиальной цепи, Гн/км:      Рисунок 7.2 – График частотной зависимости индуктивности Вывод: индуктивность практически не меняется с изменением частоты. Емкость коаксиальной цепи, Ф/км:  где ε – диэлектрическая проницаемость изоляции коаксиальной пары, принимаем 1,1.   Рисунок 7.3 – График частотной зависимости емкости Вывод: из графика видно, что емкость не зависит от частоты. Проводимость изоляции коаксиальной цепи, См/км:  где ω = 2·π·f – круговая частота tgδ = 0,6·10-4 – тангенс угла диэлектрических потерь.  Рисунок 7.4 – График частотной зависимости проводимости    Вывод: проводимость изоляции возрастает с ростом частоты Вторичные параметры. Коэффициент затухания, дБ/км      Рисунок 7.5 – График частотной зависимости коэффициента затухания Вывод: коэффициент затухания связан с частотой линейным законом и с увеличением частоты возрастает значительно быстрее. Волновое сопротивление, Ом:      Рисунок 7.6 – График частотной зависимости волнового сопротивления Коэффициент фазы, рад/км:  где ω = 2·π·f – круговая частота.     Рисунок 7.7 – График частотной зависимости коэффициента фазы Фазовая скорость распространения:      Рисунок 7.8 – График частотной зависимости скорости Таблица 7.1 – Расчетные значение параметров передачи КМБ-4
8 Расчет вероятности повреждения электрического кабеля молниейРасчет производиться с целью определения необходимости защиты кабеля от ударов молнии. Сопротивление оболочки кабеля:  где ρ0 = 221 Ом∙мм2/км – удельное сопротивление свинца; δ0 = 1,6 мм толщина оболочки; d0 = 28,2 внешний диаметр оболочки кабеля.  Сопротивление брони кабеля КМБ-4:  где dбр = 41,2 мм диаметр кабеля КМБ-4 по броне; a = dбр ширина бронеленты; b = 0,5 толщина оболочки  Общее сопротивление металлических покровов кабеля:  Число повреждений кабеля при заданном значение удельного сопротивления грунта 300 Ом∙м и интенсивности гроз 140 час/год и электрической прочности изоляции 3000 В составляет n = 0,8. Ожидаемая вероятность повреждения кабеля составит:  Ожидаемая вероятность превышает норму 0,2 в год, поэтому требуются выполнить мероприятия по защите кабеля от ударов молнии: – прокладка параллельно кабелю металлических хорошо заземленных проводов (стальных оцинкованных или стальных канатов); – включение малогабаритных разрядников между жилами и металлической оболочкой (в специальных муфтах); – прокладка с целью перехвата токов молнии защитных проводов (тросов) вокруг отдельно стоящих деревьев, опор воздушных линий связи. 9 Расчет надежности ВОЛ магистрального участкаСреднее число отказов ОК за счет внешних повреждений на 100 км кабеля в год μ = 0,34. Тогда интенсивность отказов Ок на 1 час на длинне трассы ВОЛП L составит:  Интенсивность отказов линейного тракта: λлт= λк + λОП∙nОП + λОРП∙nОРП + λНРП∙nНРП (9.1) где λк –интенсивность отказов на одном километре кабеля в час; λОП = 30∙10 – 6 – интенсивность отказов на ОП в час; λОРП = 27∙10 – 6 – интенсивность отказов на ОРП в час; λНРП = 1,5∙10 – 6 – интенсивность отказов на НРП в час.  Наработка на отказ линейного тракта:   Среднее время восстановления линейного тракта Твлт , в час:  где Твк = 10 ч – среднее время восстановления одного километра кабеля; ТВОП = 0,5 ч – среднее время устранения повреждения на ОП; ТВОРП = 0,5 ч – среднее время устранения повреждения на ОРП; ТВНРП = 2,5 ч – среднее время устранения повреждения на НРП.  Коэффициент простоя (неготовности):  Коэффициент готовности линейного тракта:  Сравнение показателей надежности магистральной линии с нормативными приведенными в табл 9.1 показало что среднее время восстановление 10,3 часа не соответствует нормативному значению 4,24 ч. Для приведение показателя до нормативного значение необходимо сократить время устранения повреждение на ОП и НРП увеличив штат специалистов обслуживающих данное направление. Таблица 9.1 – Нормативные показатели надежности магистральной линии
10 Организация прокладки кабеляПо условиям прокладки линейные кабели разделяют на подвесные, подземные, подводные. По вариантам применения: на опорах, в грунте, в кабельной канализации, в коллекторах и береговых или глубоководных участках. Прокладка оптического кабеля в открытый грунт предполагает использование бронированного кабеля. Толщина брони зависит от структуры земли (почвы) и зараженности ее грызунами. Кабельная броня должна соединятся в муфтах и заземляться для защиты волоконно-оптических систем передач от гроз и воздействия линий электропередач (особенно в местах сближения с опасными объектами). Прокладка оптических кабелей в грунте наиболее распространенный способ. Существует два способа прокладки в грунт: – траншейный: укладка кабеля в траншею; – бестраншейный: с помощью кабелеукладчиков или установок направленного бурения. Траншейный способ прокладки в грунте применяется чаще всего при монтаже группы кабелей, при этом ширина траншеи может быть такой, что транспортное средство (трактор) может поместиться непосредственно внутри траншеи. Прокладываются кабели в землю также и в обычные траншеи, шириной около 50 см, а также в мини-траншеи. Особую важность имеет рекультивация земли на трассе прокладки. Восстановительные работы должны производиться с особой тщательностью, чтобы гарантировать надежную защиту кабеля, сводя к минимуму явление эрозий почвы и обеспечивая восстановление травяного покрова и стабилизацию разрыхленного слоя грунта. Самым распространенным и экономичным способом бестраншейной прокладки ВОЛС является прокладка бронированного кабеля в землю с помощью ножевого кабелеукладчика благодаря высокой скорости механизированного процесса и достаточно высокой скорости укладки. Этим способом обеспечивается оптимальная глубина залегания трассы (1,2 метра). Технология выполнения работ предусматривает прорезание кабелеукладчиком в грунте узкой щели и укладка на ее дно кабеля. Прокладка в грунт ведется по специально разработанной схеме для оптоволоконного кабеля, когда кабельный барабан монтируют спереди трактора кабелеукладчика. Чтобы уменьшить высокие механические нагрузки (продольное растяжение, поперечное сжатие, изгиб, вибрация) на кабель, возникающие на пути его движения от барабана к выходу из кабеленаправляющей кассеты, создается принудительное вращение барабана и не допускается засорение кассеты кабелеукладачного ножа при осуществлении укладки кабеля в грунт. За процессом укладки ведется непрерывный контроль, предполагающий соблюдение следующих технологических параметров: – неизменная скорость укладки; – постоянный наклон кабелеукладчика; – исключение резких изгибов кабеля; – недопущение превышения допустимого растяжения оптоволоконного кабеля. Для бестраншейной прокладки применяются прицепные кабелеукладчики КУ-120 буксируемые сцепом тягачей – гусеничных тракторов Т-130.Кабелеукладчик КУ-120 имеет корпус понтонного типа, обеспечивающий проходимость через заболоченные участки.  Рисунок 10.1 – Кабелеукладчик КУ-120 В состав кабелеукладчика входят: – сбалансированные пневмоколесные тележки, копирующие микрорельеф местности; – ножевая балка, на которой устанавливается кабелеукладочный нож; – дышло с винтовой стяжкой, конструкция которого позволяет менять уровень прицепной серьги дышла в зависимости от высоты расположения прицепного крюка тягача; – передний пропорочный нож для пропорки трассы на глубину 0,5 м, разрезания дерна и корней и сдвига в сторону небольших камней. – комплектом сменных рабочих органов: нож для прокладки кабеля диаметром до 20 мм (типа ПРППМ) и два ножа для одновременной прокладки двух кабелей диаметром до 20 мм. 11 Охрана труда и техника безопасностиДля монтажа оптического кабеля используется передвижная лаборатория, оборудованная на базе автомобиля. В автомобиле расположен комплект для сварки оптического кабеля, небольшой запас растворителя нефрас в металлической емкости. Работы следует проводить при включенной приточно вытяжной вентиляции, т.к. нефрас - легко воспламеняющаяся жидкость, относящаяся к вредным веществам. Монтажный стол и пол следует обрабатывать пылесосом, а затем протирать мокрой тряпкой. Тряпку следует отжимать в плотных резиновых перчатках. Прокладка (подвеска) кабелей должна выполняться только по утвержденным чертежам, на которых должны быть указаны находящиеся впределах рабочей зоны инженерные коммуникации (силовые кабели, кабели связи, газо-водопроводы и др.). При обнаружении в пределах рабочей зоны инженерных коммуникаций, не указанных на чертежах, работы должны быть остановлены до уточнения положения коммуникаций с их владельцами и соответствующей коррекцией чертежей. Работать только в исправной и тщательно подогнанной спецодежде и спецобуви и применять индивидуальные средства защиты, положенные на рабочем месте по действующим нормам. При работе с устройством для сварки оптических волокон следует соблюдать следующие требования: – все подключения и отключения приборов, требующих разрыва электрических цепей или соединения с высоковольтными цепями устройства, производить при полном снятии напряжения; корпус прибора заземляется; – во время наладочных работ следует помнить, что трансформатор, высоковольтные провода, электроды в режиме сварки находятся под высоким напряжением; – запрещается эксплуатация устройства со снятым защитным кожухом блока электродов; – не реже одного раза в неделю производить проверку исправности изоляции высоковольтных проводов. Запрещается работать на устройстве при повреждении изоляции высоковольтных проводов; для наблюдения за сваркой работник обязан применять защитные очки. При проведении работ с действующими установками должны быть назначены лица, ответственные за организацию и безопасность производства работ, оформлен наряд на выполнение работ, осуществлен допуск к проведению работ, организован надзор за выполнением работ, оформлено окончание работы. Для обеспечения защиты необходимо: применять защитные оболочки, защитные ограждения, предусмотреть защитное отключение, сигнализацию, блокировку, знаки безопасности. Для обеспечения защиты от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции, необходимо: выполнить защитное заземление, зануление, защитное отключение, электрическое разделение сети, выравнивание потенциалов, изолировать нетоковедущие части [5]. ЗаключениеВ проекте выполнено проектирование внутризоновой линии связи между населенными пунктами Челябинск и Верхнеуральск. протяженность линии составит 245 км, Трасса проходит в полосе отвода автомобильных дорог связывающих населенные пункты. Для организации 2900 каналов выбрана цифровая система передачи ИКМ-1920. Так же в проекте выполнено проектирование магистральной линии связи между областными городами Челябинск и Тюмень. Длина трассы составит 420 км. Построение магистральной сети выполнено на оборудовании технологии SDH уровня STM-16 и типом оптического интерфейса L-16.1. Расчеты внутризоновой кабельной линии производились для кабеля КМб-4, расчет вероятности повреждения кабеля показал что требуются дополнительные мероприятия по защите кабеля от ударов молнии: прокладка параллельно кабелю заземленных проводов, включение малогабаритных разрядников между жилами. Расчет магистральной линии производился для оптического кабеля ОКГЦнг(А)-00-1х4Е3-20,0. Максимальная длина регенерационного участка составила 59,5 км. Коэффициент надежности линейного тракта и среднее время между отказами соответствуют нормативным значениям. Для сокращения времени восстановления до нормативных значений необходимо увеличить штат обслуживающего персонала. БиблиографияГроднев И.И., Ларин Ю.Т., Теумин И.И. Оптические кабели. Конструкция, характеристики, производство и применение. – Москва: Энергоатомиздат, 2009. – 265 с. Горлов Н.И., Богачков И.В., Первушина Л.В. Проектирование, строительство и техническая эксплуатация волоконно-оптических линий передачи. – Новочибирск: Веди, 2011 – 394 с Направляющие системы электросвязи: Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов направления подготовки 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» по профилю «Транспортные сети и системы связи»/ Гниломёдов Е.И. – Екатеринбург: УрТИСИ СибГУТИ, 2020. - 40 c. РД 45.047-99 Линии передачи волоконно-оптические на магистральной и внутризоновых первичных сетях ВСС России. Техническая эксплуатация. Руководящий технический материал. РД 34.03.285-97 «Правила безопасности при строительстве линий электропередачи и производстве электромонтажных работ» МСЭ-Т G.652. Характеристик одномодового оптического волокна и кабеля https://www.mk-f.ru/ https://ru.wikipedia.org/wiki/ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||