Проектирование линейных сооружений связи

ВВЕДЕНИЕ

Челябинск — крупный город в России с населением в  1 143 458 человек (по данным переписи населения за 2012 год), административный центр Челябинской области. Челябинск располагается на восточном склоне Уральских гор по обоим берегам притока Исети — реки Миасс, на геологической границе Урала и Сибири. Челябинск является одним из крупнейших в стране производителей высококачественных сплавов, жаропрочных и нержавеющих сталей, сортового и листового проката. Промышленные гиганты областной столицы известны далеко за пределами региона и страны. Среди них — Челябинский металлургический и электрометаллургический комбинаты, Челябинский трубопрокатный завод, завод Трубодеталь и другие. Машиностроение в отраслевой структуре промышленного производства Челябинска составляет около 13%. В числе наиболее крупных предприятий — Челябинский кузнечно-прессовый завод, Челябинский тракторный завод-Уралтрак (ЧТЗ), Челябинский завод дорожных машин им. Колющенко, Челябинский автоматно-механический завод, Челябинский механический завод. В Челябинске развита пищевая промышленность, а также сфера услуг и торговля.

Костанай — город в Казахстане с населением 216 390 человек (по данным переписи населения за 2012 год), центр Костанайской области. Город расположен в степной зоне на севере Тургайского плато на реке Тобол. Город является крупным промышленным, научным и культурным центром.  В городе действует 44 крупных и средних, 148 малых промышленных предприятий:

• производство пищевых продуктов, включая напитки —  кондитерская фабрика "Баян Сулу" обеспечивает 11,5 % областного объёма производства пищевой промышленности, АО «Костанайский мелькомбинат»;
• машиностроение — КФ АО «АгромашХолдинг» (Дизельный завод), ТОО «Агротехмаш»; ТОО «Дормаш»;
• лёгкая промышленность — ТОО «Костанайская прядильно-трикотажная фабрика», ТОО «Костанайская фабрика валяной обуви», Швейная фабрика «Большевичка».

Строительство МКЛС между данными городами, даст множество преимуществ и возможностей для сотрудничества с крупнейшим предприятием среднего и крупного бизнеса. Позволит активно обмениваться данными между университетами. Региональные и городские муниципальные учреждения получат доступ к высокоскоростной связи, что может развить политическое сотрудничество между городами и регионами.

 

1 ХАРАКТЕРИСТИКА МКЛС

1.1 Выбор и характеристики кабелей  и систем передачи

Для организации 5300 каналов передачи между городами Челябинск и Костанай необходимо использовать 2 системы передачи «K-3600» и кабель типа КМ-4. При этом на первом этапе будет задействовано 5340 каналов, остальные 1860 каналов остаются в резерве для дальнейшего использования. В таблице 1.2 приведена характеристика системы передачи «K-3600».

В таблице 1.1 приведены характеристики кабеля КМ-4, а на рисунке 1.1 представлена конструкция кабеля КМБ-4, КМГ-4 и КМК-4.

 

Таблица 1.1 - Характеристики кабеля КМ-4

Характеристика	Значение
Сопротивление изоляции внутреннего  проводника, МОм*км	10000
Электрическая прочность изоляции, В	3700
Коэффициент затухания на верхней  частоте (a20), дБ/км	9,318
Температурный коэффициент затухания (aa)	1,96*10-3
Диаметр проводника внутреннего dа, мм внешнего dб, мм	2,6 9,4
Строительная длина, м	600

 

Таблица 1.2 - Характеристики системы передачи К-3600

Характеристика	Значение
Число каналов ТЧ	3600
Линейный спектр частот, кГц	812…17600
Максимальная длина связи, км	2500
Максимальное расстояние между ОУП, км	186
Номинальная длина усилительного  участка, при tсг=8 С, км	3±0,075

В системе  маркировки кабеля КМБ(К,Г)-4 приняты следующие обозначения:

К – коаксиальный;

М – магистральный;

Буква отсутствует  – свинцовая оболочка;

Г – голый, для прокладки в канализацию;

Б – броня  типа Б (стальные ленты), для прокладки в грунт;

К – броня  из круглых стальных оцинкованных проволок, подводный;

4 – число  коаксиальных пар.

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1 – Конструкция кабеля КМ-4

1.2 Выбор и характеристика трассы

Все  требования, учитываемые при выборе трассы, можно  свести к основным четырем:

• наименьшая протяженность;
• минимальное число пересечений рек и дорог;
• наибольшее удаление от железных дорог;
• возможность использования автотранспорта при строительстве и эксплуатации линии связи.

Для соблюдения указанных требований, трасса должна иметь наикратчайшее расстояние между заданными пунктами и наименьшее количество препятствий, усложняющих и удорожающих строительство. Допускается спрямление трасы кабеля, при пересечении водных преград переходы выбираются в тех местах, где река имеет наименьшую ширину. Исходя из этого, трасса проектируемой линии передачи будет проходить вдоль автомагистральной дороги Челябинск - Троицк - Костонай. Для проектируемой трассы выбираем левую сторону дороги, так как данная сторона имеет наименьшее количество препятствий.

 

 

Таблица 2.2 - Характеристика проектируемой трассы МКЛС. Левая сторона дороги.

Показатели	Значения
	Всего	ОП1-ОУП2	ОУП2-ОП3
Протяженность трассы, км	315	142	173
Переходы через дороги, переход	14	8	6
автомобильные	10	6	4
железные	4	2	2
Переходы через реки, переход	3	1	2
судоходные	0	0	0
несудоходные	3	1	2

 

 

Рисунок 2.1 – Схема ситуационная

1.3 Размещение усилительных пунктов

Число усилительных участков (УУ) и необслуживаемых  усилительных пунктов (НУП) определяется в следующей последовательности:

1. Вычисляем среднегодовую температуру грунта по формуле:

 
                              (1.1)

 

 

 

2. Вычисляем коэффициенты затухания a_t, дБ/км для рассчитанного значения и для t_сг=8°С по формуле:

 

                                  (1.2)

 

где      a₂₀ – коэффициент затухания на верхней частоте, дБ/км;

a_a – температурный коэффициент затухания.

 

 

 

 

 

3. Вычисляем номинальную длину усилительного участка l_ууt для рассчитанного значения t_сг по формуле:

 

                                   (1.3)

 

где      l_уу8 – номинальная длина усилительного участка, при t_сг=8, км.

 

 

 

4. Определяем число усилительных участков n_уу для каждой секции ОП-ОУП по формуле:

 

                                               (1.4)

 

Для секции ОП1-ОУП2:

 

 

 

Для секции ОУП2-ОП3:

 

 

 

5. Определяем фактическую длину регенерационного участка по формуле:

 

                                           (1.5)

 

Для секции ОП1-ОУП2:

 

 

 

Для секции ОУП2-ОП3:

 

 

 

6. Определяем число НУП для каждой секции по формуле:

 

(1.6)

 

Для секции ОП1-ОУП2:

 

 

Для секции ОУП2-ОП3:

 

 

 

Рассчитанная  фактическая длина усилительного  участка соответствует номинальной  длине приведенной в таблице 1.2.

 

 

 

2 РАСЧЕТ МКЛС

2.1 Расчет параметров передачи

Параметры передачи подразделяются на первичные и вторичные. Первичные параметры оценивают электромагнитные свойства среды распространения сигналов электросвязи. К ним относятся: активное сопротивление R, Ом/км; индуктивность L, Гн/км; электрическая емкость С, Ф/км; проводимость изоляции G, См/км.

Вторичные параметры оценивают воздействие  среды распространения на сигналы  электросвязи. К ним относятся: коэффициент  затухания a, дБ/км; фазовый коэффициент b, рад/км; волновое сопротивление Z_в, Ом; фазовая скорость распространения V, км/с.

Численные значения первичных параметров передачи определяются конструктивными параметрами  направляющей системы и для коаксиального  кабеля рассчитываются по формулам:

1) Активное сопротивление:

 

                              (2.1)

 

где     d_a и d_б – диаметры внутреннего и внешнего проводника коаксиальной пары, мм;

f – расчетная частота, Гц.

 

Для f=800 кГц:

 

 

 

Для f=7000 кГц:

 

 

 

Для f=14000 кГц:

 

 

 

2) Индуктивность:

 

           (2.2)

 

где     d_a и d_б – диаметры внутреннего и внешнего проводника коаксиальной пары, мм;

f – расчетная частота, Гц.

 

Для f=800 кГц:

 

 

 

Для f=7000 кГц:

 

 

 

 

Для f=14000 кГц:

 

 

 

 

3) Электрическая емкость:

 

 

 

где     r_a и r_б – радиус внутреннего и внешнего проводника коаксиальной пары, мм;

e_э=1,1– эквивалентная диэлектрическая проницаемость изоляции;

 

 

 

4) Проводимость изоляции:

 

                                          (2.4)

 

где      tg d=0,6*10^-4 – тангенс угла диэлектрических потерь;

f – расчетная частота, Гц.

 

 

Для f=800 кГц:

 

 

 

Для f=7000 кГц:

 

 

 

Для f=14000 кГц:

 

 

 

Численные значения вторичных параметров определяются значениями первичных параметров:

 

1) Коэффициент затухания:

 

                   (2.5)

 

Для f=800 кГц:

 

 

 

Для f=7000 кГц:

 

 

 

Для f=14000 кГц:

 

 

 

2) Фазовый коэффициент:

 

                                      (2.6)

 

 

Для f=800 кГц:

 

 

 

Для f=7000 кГц:

 

 

 

Для f=14000 кГц:

 

 

 

3) Волновое сопротивление:

 

                                                      (2.7)

 

Для f=800 кГц:

 

 

 

Для f=7000 кГц:

 

 

 

Для f=14000 кГц:

 

 

 

4) Фазовая скорость распространения:

 

                                                 (2.8)

 

Для f=800 кГц:

 

 

 

Для f=7000 кГц:

 

 

 

Для f=14000 кГц:

 

 

 

Таблица 2.1.1- Параметры передачи кабеля КМ-4

Параметр	Значение на частоте, кГц
	800	7000	14000
1. R, Ом/км	41,104	121,592	171,958
2. L, мГн/км	0,2643	0,2595	0,2587
3. С, нФ/км	47	47	47
4. G, мк См/км	14,168	123,9	247,934
5. a, дБ/км	2,383	7,143	10,139
6. b, рад/км	17,707	153,524	306,574
7. Zв, Ом	74,989	74,305	74,191
8. V, км/с	2,837×105	2,863×105	2,868×105

2.2 Расчет вероятности повреждения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Смета на строительство является основным документом, по которому осуществляется планирование капитальных вложений, финансирование строительства и расчёта между подрядчиком и заказчиком за выполнение работы.

Стоимость ОВ: 8 волокон, одномодовое, силовой элемент стеклопластиковый пруток – 33 361 руб\км.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

Смета на строительство  проектируемой ВОЛС между городами Краснодар и Волгоград представлена в таблице 6.1.

Количество  муфт на участке регенерации определяется как:

 

,                                                   (6.1)

 

   где - длина регенерационного участка;

 - строительная длина ОК.

Для секции ОП1-ОРП2:

 

 

 

Для секции ОРП2-ОП3:

 

 

 

Общее количество муфт на протяженности всей трассы будет равно:

 

 

 

Стоимость одного канало-километра определяется по формуле:

 

,                                                      (6.2)

 

где      P_Σ - полная стоимость проектируемой ВОЛП;

n - количество каналов, задействованных на первом этапе строительства;

l - длина трассы.

 

 

 

Таким образом, стоимость одного канало-километра трассы г.Ульяновск – г.Йошкар-Ола составляет 21,5 руб/(кан*км).

 

 

Таблица 6.1 - Смета на строительство  проектируемой ВОЛС

Наименование работ и материалов	Ед. изм.	Кол-во  на всю линию	Стоимость материалов и работ, руб.		Зарплата, руб.
			На ед. изм.	На всю линию	На ед. изм.	На всю линию
1	2	3	4	5	6	7
Кабель	км	340,68	33361	11365425
Прокладка кабеля кабелеукладчиком	км	307,98	6600	2032668	17100	5266458
Прокладка кабеля вручную (с учетом рытья  и засыпки траншеи)	км	16,7	6300	105210	5800	96860
Строительство телефонной канализации	км	8	10200	81600	3000	24000
Протягивание кабеля в канализации	км	8	1370	10960	750	6000
Устройство  переходов через шоссейные  и ж.д. дороги	1 пере- ход	24	4500	108000	13900	333600
Устройство  переходов через реки	1 пере- ход	13	8100	105300	12100	157300
Монтаж, измерение и герметизация муфт	шт.	73	2880	210240	3600	262800
Итого				14019403
Заработная плата				6147018
Накладные расходы на заработную плату 87% от				5347905,66
Итого				25514326,66
Плановое накопление 8%  от				2041146,13
Всего по смете				27555472,79

7 РАСЧЕТ  НАДЕЖНОСТИ ВОЛП

Требуемая быстрота и точность передачи информации средствами электросвязи обеспечиваются высоким качеством работы всех звеньев  сети электросвязи: предприятий, линий связи, технических средств. Обобщающим показателем работы средств связи является надежность.

Надежность - комплексное свойство, которое  в зависимости от условий строительства и эксплуатации, может включать долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость, либо определенное сочетание этих параметров. Надежность ОК - свойство сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

Коэффициент готовности кабеля (ВОЛС) - вероятность  того, что кабель (ВОЛС) окажется в  работоспособном состоянии в  произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых он подвергается профилактическому контролю.

Наработка на отказ - среднее значение времени  наработки между двумя последовательными отказами.

Время восстановления ОК - продолжительность восстановления работоспособного состояния двух или нескольких ОВ.

Расчёт надёжности проектируемой МКЛС производится на основе среднестатистических значений интенсивности отказов λ_с и времени восстановления связи Т_В, полученных из опыта эксплуатации кабельных линий аналогичных проектируемой.

Интенсивность отказов ОК за 1 час на длине трассы ВОЛП (L) определится по формуле:

 

,                   (7.1)

 

где     L - длина проектируемой магистрали;

8760 - количество  часов в году;

μ=0,34 - среднее число (плотность) отказов ОК за счет внешних повреждений на 100 км. кабеля в год.

 

 

 

Интенсивность  отказов  линейного  тракта  λ_лт определится по формуле:

 

λ_лт = λ_к + λ_ОП*n_ОП + λ_ОРП*n_ОРП + λ_НРП*n_{НРП ,}       (7.2)

 

где      λ_к –интенсивность отказов на одном километре кабеля в час;

λ_ОП = 30*10 ^{– 6} – интенсивность отказов на ОП в час;

λ_ОРП = 27*10 ^{– 6} – интенсивность отказов на ОРП в час;

λ_НРП = 1,5*10 ^{– 6} – интенсивность отказов на НРП в час.

 

 

 

Наработка  на  отказ  линейного  тракта Т_лт,  в час определится по формуле:

 

         (7.3)

 

 

Среднее время восстановления линейного  тракта Т_влт определится по формуле:

 

T_влт = (λ_к*Т_вк + λ_ОП*n_ОП*Т_ВОП + λ_ОРП*n_ОРП*Т_ВОРП + λ_НРП*n_НРП*Т_ВНРП )/λ_лт   (7.4)

 

 

где       Т_вк =  10 ч – среднее время восстановления одного километра кабеля;

Т _ВОП  =  0,5 ч – среднее время устранения  повреждения на  ОП;

Т_ВОРП =  0,5 ч – среднее время устранения  повреждения на  ОРП;

Т_ВНРП =  2,5 ч – среднее время устранения  повреждения на  НРП.

 

 

 

Коэффициент простоя (неготовности) определяется по формуле:

 

                    (7.5)

 

 

 

Коэффициент  готовности  линейного  тракта  К_Г определится по формуле:

 

            (7.6)

 

 

 

 

Суммарное значение К_г и К_n равно единице. Параметры надежности соответствуют современным требованиям исходя из нормативного значения коэффициента готовности Кг > 0,9985.

 

 

Заключение

В данной курсовой работе был произведен расчет количества каналов передачи между городами Ульяновск и Йошкар-Ола. Общее  число каналов составило 3835 каналов. Для организации каналов передачи были выбрана 2 системы передачи типа «Сопка-4». Был выбран оптический кабель типа ИКБ-М6П-Н8-8,0. Также были произведены расчеты основных параметров передачи ОВ: числовой апертуры, нормированной частоты, числа мод, затухания ОВ, дисперсии и коэффициента широкополосности. После расчета основных параметров был произведен расчет длины регенерационного участка, в результате чего было рассчитано число НРП для каждой секции  проектируемой ВОЛП. Так же была составлена смета на проектирование ВОЛП, общая сумма которой составила 27555472,79 рублей, и рассчитана стоимость канало-километра (1 кан/км=21,5 руб/кан км), а также рассчитаны коэффициенты надежности и готовности.

 

БИБЛИОГРАФИЯ

2. Атлас  автомобильных дорог России

3. http://ulgrad.ru/ город Ульяновск – новости и все о городе

4. http://www.i-ola.ru/ Информационный портал города Йошкар-Олы

5. http://www.intg.ru/ Волоконно-оптический кабель и оптический кабель связи от «Интегра-кабель»