Установка волокон в сварочный аппарат

Помимо ручных приборов, есть и автоматические сварочные аппараты, но во всех случаях необходимо самому устанавливать в них кончики волокон. Затем на дисплее задается их точное позиционирование друг с другом (юстировка), чтобы процесс сварки шел с минимальными потерями. Ведь если расположение волокон будет неправильным, сигнал просто не пройдет из одного в другой отрезок кабеля.

Сварка оптического волокна

После расположения концов волокон, в автоматических аппаратах процесс сваривания можно запустить одним нажатием кнопки, в ручных – требуется самостоятельное прохождение несколько операций. Волокна нагреваются и плавятся электрической дугой, затем соединяются друг с другом. После этого точка сплавления дополнительно прогревается для снятия механического напряжения.

Контроль качества сварки

Чтобы оценить, насколько успешно прошло сваривание кабелей, в самом приборе анализируются тепловые изображения и на их основе вычисляют профиль показателя преломления сердцевины, градиент деформации сердцевины и диаметр модового пятна. Если какие-то параметры не устраивают, сварку можно подкорректировать.

Защита и укладка сварного соединения

Термоусадочная гильза, о которой мы говорили выше, сдвигается на место сварки и нагревается до 90-150 градусов за минуту во встроенной в сварочный аппарат печке. Такая защита предотвратит изгиб волокна в месте соединения, а значит и его случайный разрыв. После охлаждения горячей гильзы ее помещают в сплайс – пластины муфты для дополнительной защиты, затем укладывают волокна вокруг гильзы.

Несмотря на относительную простоту, сварка волокон – это наиболее ответственный момент, ведь случайная ошибка может вывести из строя всю линию. Поэтому она должна проводиться квалифицированными специалистами с применением новейшего оборудования и инструментов.

Раздел 3. Расчет технических характеристик сети

3.1 Расчет числа волокон

Расчет числа волокон необходим для определения емкости кабеля ДПС для каждого из распределительных участков сети. Для расчета необходимо знать следующие данные: топология сети, количество абонентов, коэффициент сплиттирования 1:64, на одно волокно можно подключить максимум 64 абонента. Этот коэффициент выбран, чтобы упростить станционное оборудование и уменьшить затухание на сплиттере.

Расчет числа волокон, используемых в магистрали на одно здание, предлагаемое к подключению, вычисляется по формуле (3.1) с округлением в сторону большого значения:

N_абон. = (N_кв. / 64) + 2, (3.1)

где N_кв. – количество квартир в здании,

64 – коэффициент сплиттирования,

2 – резервное количество волокон в запас.

В доме №701 расположено 65 квартир. Количество абонентов 14. Для этого дома необходимо подвод одного волокна плюс два резервных.

В доме №704 расположено 320 квартир. Количество абонентов 64. Для этого дома необходимо подвод одного волокна плюс два резервных.

В доме №705 расположено 72 квартир. Количество абонентов 24. Для этого дома необходимо подвод одного волокна плюс два резервных.

В доме №706 расположено 320 квартир. Количество абонентов 64. Для этого дома необходимо подвод одного волокна плюс два резервных.

В доме №709 расположено 72 квартир. Количество абонентов 64. Для этого дома необходимо подвод одного волокна плюс два резервных.

В доме №711 расположено 320 квартир. Количество абонентов 64. Для этого дома необходимо подвод одного волокна плюс два резервных.

Определим общее количество волокон рабочих и резервных от всех домов микрорайона по формуле (3.2):

N_∑ = Р_∑ + S_∑ , (3.2)

где Р – количество рабочих волокон,

S – количество резервных волокон.

N_∑ = 19 + 38 = 57

57 оптических волокон минимум должно быть разварены на оптическом кроссе.

Так как от АТС-4 отходит одна ветвь и через 600 метров должна разделиться на две, то распределение волокон осуществляется на один оптический кросс: на 96 портов. В 96 портовый кросс ODF 1 будет разварен кабель ДПЛ –П-64-А-8-(8)-2,7кН. Далее через распределительную муфту РМ1 64 волоконный кабель стыкуется с двумя кабелями ДПЛ –П-32-А-8-(8)-2,7кН по 32 волокна. Расположение следующих муфт выбрано из соображения максимального проникновения в жилой массив и снижения их количества до двух в каждую сторону. Итак, в муфте РМ2 мы подключим дома 1, 2, 3, 4, 10, 15, 16 и следующую ветвь к РМ4 и домам 5, 12 и 14. Вторая большая ветвь идёт до РМ4, с которой включаем дома 9, 11 и последнюю ветвь к РМ5 и домам 6, 7 и 8. На каждый дом оставлен запас с расчётом проникновения до среднего подъезда, где будет стоять антивандальный оптический шкаф со сплиттером на 64 абонента и оптическим кроссом для их подключения. По адресам, где в одном доме находятся два кросса в разных подъездах, для их соединения используется кабель ДПЛ –П-04-А-1-(4)-2,7кН. На рисунке 2.7 названия кроссов соответствуют адресам домов для избежание путаницы и для наглядности.

3.2 Расчет оптических разветвителей

Оптические разветвители рекомендуется устанавливать в местах, удобных для их размещения и обслуживания: в муфтах, распределительных шкафах, боксах, блоках оптического кросса. Наиболее просты для установки безкорпусные разветвители, размеры которых позволяют укладывать их посадочное место защитной гильзы в сплайс-кассете. К тому же потери в сварных соединениях разветвителей значительно ниже, чем в соединениях разъемных, а надежность их выше. Корпусные соединители более удобны при дальнейших эксплуатационных измерениях. В целях экономии оптических волокон их целесообразно устанавливать как можно ближе к абонентам, однако окончательное место установки определяется реальными условиями проекта.

Самой ответственной задачей проектирования является расчет бюджета потерь и определение оптимальных коэффициентов деления всех разветвителей. Алгоритм расчета выглядит следующим образом:

– расчет суммарных потерь для каждой ветви без учета потерь в разветвителях;

– поочередное определение коэффициентов деления каждого разветвителя, начиная с наиболее удаленных и расчет его затухания;

– расчет бюджета потерь для каждого абонентского терминала с учетом потерь во всех элементах цепи, сравнение его с динамическим диапазоном системы.

3.2.1 Расчет суммарных потерь для каждой ветви без учета потерь в разветвителях

Для расчета нужна длина каждого участка в километрах и максимальное километрическое затухание SMF одномодового волокна равное 0,36 дБ / км. Затухание участков A_РМi-РМj, A_{РМi-ОРШj}, дБ, находится по формулам (3.3) и (3.4):

A_РМi-РМj = L_РМi-РМj × α_1310нм (3.3)

A_{РМi-ОРШj} = L_{РМi-ОРШj} × α_1310нм, (3.4)

где A_РМi-РМj – затухание участка сети между соседними распределительными муфтами, дБ.

A_{РМi-ОРШj} – затухание участка сети между соседними распределительной муфтой и оптическим распределительным шкафом, дБ.

L_РМi-РМj – длина между соседними распределительными муфтами, км.

L_{РМi-ОРШj} – длина между соседними распределительной муфтой и оптическим распределительным шкафом, км.

α_1310нм – километрическое затухание одномодового волокна на длина волны 1310 нм, равное 0,36 дБ / км.

A_{РМ4-ОРШ9б} = 0,140× 0,36 = 0,0588 дБ

A_{РМ4-ОРШ11} = 0,0521× 0,36 = 0,0188 дБ

A_{РМ5-ОРШ6а} = 0,226 × 0,36 = 0,0826 дБ

A_{РМ5-ОРШ6б} = 0,291 × 0,36 = 0,1026 дБ

A_{РМ5-ОРШ7а} = 0,173 × 0,36 = 0,06263 дБ

A_{РМ5-ОРШ7б} = 0,238 × 0,36 = 0,084 дБ

A_{РМ5-ОРШ8а} = 0,080 × 0,36 = 0,0288 дБ

A_{РМ5-ОРШ8б} = 0,145 × 0,36 = 0,0624дБ

Поскольку обычно абоненты находятся на различном расстоянии от головной станции, то, при равномерном делении мощности в каждом разветвителе, мощность на входе каждого ONU будет различна. Подбор параметров разветвителей связан с необходимостью получения на входе каждого абонентского терминала сети примерно одинакового уровня оптической мощности, т.е. построить так называемую сбалансированную сеть. Это принципиально важно по двум причинам. Во-первых, для дальнейшего развития сети важно иметь примерно равномерный запас по затуханию в каждой ветви «дерева» PON. Во-вторых, если сеть не сбалансирована, то на станционный терминал OLT от различных ONU будут приходить в общем потоке сигналы, сильно отличающиеся по уровню. Система детектирования не в состоянии отрабатывать значительные перепады (более 10-15 дБ) принимаемых сигналов, что значительно увеличит количество ошибок при приеме обратного потока.

3.2.2 Определение коэффициентов деления разветвителя и расчет его затухания

На всех домах используется однотипный разветвитель с коэффициентом слиттирования равным 1:64. Расчет затухания, вносимого разветвителем рассчитывается, по формуле (3.5):

, (3.5)

где D – процент мощности, выводимой в данный порт, %;

D = 100 /64= 1,5625 %

N– количество выходных портов; N = 64

j – номер выходного порта.

Для расчетов используем затухание на сплиттере A_сп = 21,2 дБ. Значение вносимых потерь для каждого разветвителя даются производителем.

3.3 Расчет бюджета оптической мощности

При выборе волоконно-оптического кабеля для инсталляции необходимо принимать во внимание четыре важных фактора: влияние на кабель внешней среды (независимо от того, предназначен он для использования внутри или вне помещения), обеспечиваемый им диапазон рабочих частот, его непрерывность и характеристики затухания (ослабления сигнала). Все эти обстоятельства очень важны при спецификации и покупке волоконно-оптического кабеля, но на последние два (непрерывность и затухание) на этапе инсталляции следует обращать особое внимание.

Подверженность кабеля влиянию среды зависит от его физической конструкции и планируемого места прокладки. Кабели, укладываемые в кабельной канализации, отличаются от кабелей, прокладываемых в специальных коробах внутри помещения.

Поддерживаемый кабелем диапазон рабочих частот зависит от типа волоконно-оптического кабеля (одномодовый или многомодовый) и его качества. В смысле качества параметры затухания и диапазон частот связаны обратным отношением, иными словами, чем шире диапазон частот кабеля, тем меньше затухание (т. е. выше качество).

Бюджет запаса мощности предоставляет удобный метод анализа и количественной оценки потерь в волоконно-оптической линии. Бюджет мощности линии представляет собой сумму усилений и потерь на пути передачи сигнала от OLT (через кабель и разъемы) к оптическому ONT, включая запас мощности (которого коснемся ниже). Разность между передаваемой оптической мощностью и потерями в разъемах и соединителях должна находиться в границах между переданной мощностью и порогом чувствительности приемника.

Чрезмерно большая оптическая мощность может указывать на насыщение оптического приемника, а слишком маленькая говорит о том, что приемник близок к своему порогу чувствительности. Это обычно сказывается на увеличении доли ошибок BER или выражается в нарушении работы кабеля и оконечного оборудования.

Результаты данного анализа позволят проверить наличие у волоконно-оптической линии достаточной мощности для преодоления потерь и корректного функционирования. Если анализ показывает обратное, то кабельную систему придется проектировать заново, чтобы она обеспечивала пересылку данных из конца в конец. Скорее всего, решение этой задачи потребует увеличения оптической мощности передатчика, повышения оптической чувствительности приемника, уменьшения потерь в волоконно-оптическом кабеле или разъемах, либо применения всех перечисленных мер.

Составление бюджета запаса мощности - одна из наиболее важных задач при планировании инсталляции волоконно-оптической системы. При этом необходимо учитывать следующие факторы.

· Срок эксплуатации оптического передатчика (мощность передатчика, как правило, падает с течением времени).

· Любое увеличение физической нагрузки на кабели (при этом потери в кабеле возрастают).

· Микроизгибы кабеля.

· Износ соединителей при их подключении и замене (это вызывает нарушение центровки и увеличение потерь при прохождении сигнала через разъем).

· Загрязнение оптических соединителей (пыль или грязь могут не пропустить сигнал через соединитель).

Запас мощности должен допускать некоторые вариации в рабочих характеристиках системы, не сказываясь на значении BER. Типичный запас мощности находится в границах от 3 до 6 дБ. Между тем никаких жестких правил относительно величины запаса мощности не существует. Необходимый запас зависит от типа волоконно-оптического кабеля, соединителей и применяемого оборудования (а также вашего опыта работы с ним). Если вы решили сделать запас мощности нулевым, то волоконно-оптическая линия должна иметь в точности ту оптическую мощность, которая необходима для преодоления потерь в кабеле и соединителях (при этом малейшее дополнительное ослабление сигнала чревато ухудшением характеристик передачи). Такого "нулевого варианта" следует, по возможности, избегать.

3.3.1 Расчет потерь каждой оптической линии

Для каждой оптической линии представим все потери в линии в виде суммы затуханий всех компонентов рассчитывается, по формуле (3.6):

,дБ (3.6)

где А_Σ – суммарные потери в линии (между OLT и ONU), дБ;

l_i – длина i-участка, км;

n – количество участков;

a – коэффициент затухания оптического кабеля, дБ/км;

N_P – количество разъемных соединений;

A_P – средние потери в разъемном соединении, дБ;

N_C – количество сварных соединений;

A_C – средние потери в сварном соединении, дБ;

A_РАЗ i – потери в i-оптическом разветвителе, дБ;

Первое слагаемое относится к суммарным потерям в оптическом кабеле, второе – к потерям в разъемах, третье – к потерям на сварках, и четвертое – потери в разветвителях.

Коэффициент затухания сигнала в применяемом оптическом волокне на длине волны λ = 1490 нм равен 0,24 дБ/км меньше, чем на длине волны λ = 1310 нм равен 0,36 дБ/км. Расчет энергетического бюджета ведется на λ = 1310 нм. Средние потери в сварном соединении А_С = 0,05 дБ. Средние потери в разъемном соединении А_Р = 0,2 дБ.

А_{∑OLT- ONUОШР1} = (0,600+0,175+0,214)×0,36+4×0,5+3×0,05+19,94 = 21,88 дБ

А_{∑OLT- ONUОШР2} = (0,600+0,175 +0,174)×0,36+4×0,5+4×0,05+19,94 =21,85 дБ

А_{∑OLT- ONUОШР3} = (0,600+0,175+0,117)×0,36+4×0,5+3×0,05+19,94 =21,76 дБ

А_{∑OLT- ONUОШР4} = (0,600+0,175+0,166)×0,36+4×0,5+3×0,05+19,94 =21,82 дБ

А_{∑OLT- ONUОШР5а} = (0,600+0,175+0,154+0,084)×0,36+4×0,5+3×0,05+19,94 =

= 22,15 дБ

А_{∑OLT- ONUОШР5б} = (0,600+0,175+0,154+0,149)×0,36+4×0,5+3×0,05+19,94 =

= 22,16 дБ

3.3.2 Расчет бюджета потерь

Расчет бюджета потерь должен подтвердить, что для каждой цепи общая величина потерь (включая запас) не превышает динамический диапазон системы, (3.7):

(3.7)

где Р – динамический диапазон PON, дБ;

– минимальная выходная мощность передатчика OLT, дБм;

– допустимая мощность на входе приемника ONU, дБм;

– суммарные потери в линии (между OLT и ONU), дБ;

– эксплуатационный запас PON, дБ.

Эксплуатационный запас необходимо предусматривать на случай повреждений в линейном тракте, ухудшения условий передачи и дальнейшего развития сети. Обычно берется запас 3-6 дБ, но если на отдельных сегментах сети предполагается подключение значительного количества пользователей, то там запас должен быть явно больше. Рассчитаем затухание линии с учетом эксплуатационного запаса 6 дБ, как самое максимальное значение для каждой оптической линии по формуле (3.8):

А_{∑OLT- ONUОШР1} = 21,78 + 6 = 27,78 дБ

А_{∑OLT- ONUОШР2} = 21,85 + 6 = 27,85 дБ

А_{∑OLT- ONUОШР3} = 21,81 + 6 = 27,81 дБ

А_{∑OLT- ONUОШР4} = 21,82 + 6 = 27,82 дБ

А_{∑OLT- ONUОШР5а} = 21,82 + 6 = 27,82 дБ

А_{∑OLT- ONUОШР5б} = 21,82 + 6 = 27,82 дБ

А_{∑OLT- ONUОШР6а} = 21,8 + 6 = 27,8дБ

Так как чувствительность приемника на стороне ONU, согласно техническим характеристикам, составляет -28 дБ то перекрываемое оборудованием затухание, с учетом уровня сигнала на передатчике OLT +2 дБ, составит 30 дБ. Сравнивая с максимально рассчитанным затуханием имеем:

А_{∑OLT- ONUОШР25} 28,33 < 30 дБ.

Фактический энергетический бюджет ВОЛП составляет (3.9):

(3.9)

где – бюджет оптической мощности

эксплуатационный запас

затухание на сплиттере

затухание на сварном соединении

количество сварных соединений

затухание на разъемном соединении

количество разъемных соединений

километрическое затухание

длина ОВ

Энергетический бюджет должен быть больше нуля, не допускается его отрицательное значение.

Условие подтверждается для линии с наибольшим затуханием, следовательно, можно сделать вывод, что оно будет выполнено для всех других линий с меньшим затуханием.

3.4 Выбор и расчет ЭПУ

Надежность работы аппаратуры связи во многом определяется надежностью источников электрической энергии. Выход из строя хотя бы одного источника электрической энергии или отклонение его параметров от допустимых, как правило, нарушает работу аппаратуры и, следовательно, прерывает связь. Кроме того, от источников электрической энергии существенно зависят габариты, масса и эксплуатационные характеристики систем связи. Поэтому при разработке аппаратуры или системы связи все большее внимание уделяется вопросам проектирования и расчета источников электрической энергии.

Развитие телекоммуникационных сетей, конвергенция сетей передачи данных и голоса требуют повышенной надежности электропитания. Кратковременный перебой в подаче электроэнергии, просадка или всплеск могут привести к многомиллиардным убыткам, потере ценной информации, порче данных и невосполнимым моральным издержкам. Поэтому узлы связи с критичным к перебоям питания телеком - или датаком оборудованием требуют надежности электропитания на уровне не менее «шести девяток». Такая надежность уже требует не просто применения систем постоянного тока, но и соблюдения определенных принципов их расчета.

В общем виде эта процедура включает в себя определение количества выпрямителей, емкости аккумуляторных батарей, сечений и типа батарейных кабелей, номинального тока расцепителя системы защиты батареи, выбора типа и номиналов распределительных автоматов или предохранителей, а также сечений кабеля питания нагрузки. Дополнительно при расчете систем могут быть приняты во внимание требования конструктивного размещения системы (автономно в шкафу либо встраиваемое в существующий статив), конфигурация батарейного стеллажа с учетом требований к максимальной нагрузке на пол, точечной либо распределенной, а также требования к возможности местного или дистанционного управления.

В качестве оборудования электропитания используется установка от фирмы ОАО «ЮПЗ» УЭПС-2.

Устройства УЭПС-2 предназначены для преобразование переменного напряжения 220В в постоянное напряжение 24, 48 или 60 В постоянного тока в буфере с аккумуляторной батареей или без нее; для электропитания аппаратуры связи различного назначения постоянным током с номинальным напряжением, с аккумуляторной батареей или без нее и представляют собой модульную установку электропитания, собранную в одном шкафу. При работе с аккумуляторной батареей, устройства обеспечивают бесперебойное электропитание подключенного к ним оборудования связи.

В устройствах УЭПС установлены выпрямители ВБВ с бестрансформаторным входом. Высокая частота преобразования выпрямителей и наличие корректора мощности обеспечивают высокие КПД и коэффициент мощности и хорошие массогабаритные показатели.

Устройства УЭПС-2 рассчитаны на подключение до двух групп аккумуляторных батарей, а устройства УЭПС-2 с блоком автоматики – до четырех групп.

Использование герметизированных аккумуляторов позволяет устанавливать устройства в любых технологических помещениях.

Электропитание устройств УЭПС-2 осуществляется от четырех - или пятипроводной сети трехфазного переменного тока с номинальным напряжением 380/220В частоты (47,5 – 52,5) Гц.

При неполной комплектации выпрямителями максимальный выходной ток устройств определяется как произведение максимального выходного тока выпрямителя на количество установленных выпрямителей, а минимальный ток - как соответствующий данному устройству процент от полученной величины максимального выходного тока устройства или ноль. Максимальная выходная мощность определяется как произведение полученной величины максимального выходного тока на максимальное выходное напряжение.

В состав УЭПС 2 60/480 – 8.6 входят 6 выпрямительных модулей ВВБ 60/50 – 2 с выходной мощностью 3000 Вт каждый.

Номинальная выходная мощность электропитающей установки составляет 18000 Вт. Бесперебойность обеспечивается двумя группами аккумуляторных батарей общая мощность 1100 А×ч.

Нагрузка на ЭПУ равна мощности проектируемого оборудования 210 Вт, мощность существующего оборудования 6300 Вт плюс мощность послеаварийного заряда АКБ 6600 Вт. Общая потребляемая мощность в режиме послеаварийного заряда составляет 13140 Вт. Резерв мощности составил 4860 Вт.

Время резервирования электропитания зависит от его потребляемой мощности и емкости АКБ определяется по формуле (3.10):

(3.10)

где - емкость АКБ, А×ч

- ток потребления терминалами OLT LTE - 8ST, А

определяется по формуле (3.11):

(3.11)

где – значение величины питающего напряжения

– потребляемая мощность.

Питание оборудования существующего и проектируемого при пропадании сети будет осуществляться в течение 10 часов.

3.5 Комплектация оборудования

Комплектация оборудования станционного и линейного участков, без учета абонентской линии, таблица 3.2.

Таблица 3.2

Комплектация оборудования

Наименование оборудования	Тип оборудования	Производитель оборудования	Единица измерения	Количество
Оборудование узла OLT LTE – 8ST	OLT	ОАО «Элтекс»	шт.
Оборудование ONT NTE – 2	ONT	шт.
SFP xPON 2.5 GE модуль 20 км 1волокно		шт
Органайзер 1U		ИНТЕРКРОСС	шт
Шкаф 42U		ИНТЕРКРОСС	шт.
Кросс оптический ШКОС – С – 3U/2 - 96	Кроссовое оборудование	ЗАО «Связьдеталь»	шт.
Шнур оптоволоконный, патч - кросс		«3М Россия»	шт.
Кабель UTP4х2cat5e		м.
УЭПС 2	ЭПУ	ОАО «ЮПЗ»	шт.
ВБВ 60/50 -2	шт.
ОК ДПЛ 064Т 16 – 04 – 10,0 /0,7	Кабель оптический	ЗАО ОКС 01	км	0,674
ОК ДПС 048Т 12 – 04 – 10,0 /0,7	км	0,214
ОК ДПС 032Т 08 – 04 – 10,0 /0,6	км	0,570
ОК ДПС 024Т 08 – 04 – 7,0 /0,6	км	0,237
ОК ДПС 008Т 08 – 04 – 7,0 /0,8 Н	км	2,831

Комплектация оборудования

Наименование оборудования	Тип оборудования	Производитель оборудования	Единица измерения	Количество
ОК ДПТ 004Т 04 – 06 – 8,0 / 0,4			км	0,438
Муфта МТОК 96Т1-О1-IV		ЗАО «Связьдеталь»	шт.
Шкаф 12U Антивандальный	Кроссовое оборудование	ЗАО «Связьдеталь»	шт.
Кросс ШКОС 8	ЗАО «Связьдеталь»	шт.
Разветвитель 1:32	ЗАО «Связьдеталь»	шт.