WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Алехин Иван Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПРОКЛАДКИ И МОНТАЖА САМОНЕСУЩИХ ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Специальность 05.12.13 Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (ФГОБУ ВПО ПГУТИ).

Научный консультант:

кандидат технических наук, доцент Воронков Андрей Андреевич

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор каф. «Телекоммуникационные системы» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет » Виноградова Ирина Леонидовна - кандидат технических наук, доцент каф. «Систем связи» ФГОБУ ВПО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» Иванов Вячеслав Ильич Ведущая организация – ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики», г. Новосибирск.

Защита диссертации состоится «29» июня 2012 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 219.003.002 при Поволжском государственном университете телекоммуникаций и информатики по адресу: 443010, г. Самара, ул.

Льва Толстого, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в научно - технической библиотеке ФГОБУ ВПО ПГУТИ.

Автореферат разослан «28» мая 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 219.003.002, доктор технических наук, профессор Мишин Д.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Постоянно возрастающий объем передаваемой информации в самых разных сферах деятельности современного общества определяет насущную потребность в дальнейшем cтроительстве волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП), а так же в совершенствовании применяемых для этого технологий.

При этом используются следующие основные технологии строительства ВОЛП: прокладка оптических кабелей (ОК) в грунт, в каналы кабельной канализации и защитные полимерные трубопроводы (ЗПТ), подвеска ОК на опорах линий высокого напряжения (ЛВН), на опорах контактной сети электрифицированных железных дорог, линий электропередачи (ЛЭП), опорах трамвайных или троллейбусных линий, а также на опорах городского электрохозяйства.

Технология строительства ВОЛП с использованием подвесных ОК на сегодняшний день получила широкое применение, поскольку обладает рядом преимуществ по сравнению с технологией прокладки ОК в грунт и канализацию: при строительстве подвесных ВОЛП с использованием опор различных ЛЭП отсутствуют вопросы согласований по отводам земель, а также вопросы согласований с различными ведомствами по пересечению ВОЛП с трубопроводами и другими объектами, поскольку ЛЭП имеет охранную зону. Уже сегодня затраты на землеотводы составляют большую часть от стоимости линейнокабельных сооружений. По прогнозам, в перспективе эта тенденция будет только усиливаться. Помимо этого, строительство подвесных ВОЛП позволяет снизить количество повреждений на участках городской застройки и промышленных зон, а также снизить капитальные и эксплуатационные затраты в районах с тяжелыми грунтами.

Строительство подвесных ВОЛП, как правило, осуществляется быстрее по сравнению со строительством подземных линий связи, что для некоторых регионов Российской Федерации может иметь существенное значение. Например, в районах крайнего Севера выполнение монтажных работ можно проводить только зимой, так как в летнее время районы вечной мерзлоты превращаются в болота. Но при этом, температура в данных регионах зимой опускается значительно ниже -100С. Более того, в процессе технического обслуживания кабельных линий, эксплуатирующие организации нередко вынуждены выполнять ремонтные работы в зимних условиях при низких отрицательных температурах на значительной территории нашей страны.

Разработка новых, стойких к низким температурам материалов, совершенствование конструкций ОК позволили производителям кабелей создать изделия, допускающие их прокладку и монтаж при низких отрицательных температурах. Однако, на сегодняшний день нормативная документация по прокладке и монтажу ОК при низких отрицательных температурах отсутствует. Допустимые нагрузки на ОК определяются техническими условиями на кабель, но для обеспечения эффективного функционирования ВОЛП в процессе эксплуатации необходима разработка новых технологических приемов прокладки и монтажа ОК, учитывающих изменения свойств кабеля при низких температурах и обеспечивающих ограничение нагрузок на кабель допустимыми для его последующей надежной работы.

Отсюда следует актуальность проблемы исследования и разработки методов прокладки и монтажа самонесущих оптических кабелей при низких температурах.

Состояние вопроса в рассматриваемой области характеризуется следующими основными достижениями.

Вопросам исследования параметров ОК при низких отрицательных температурах посвящены работы И.И. Гроднева, Ю.Т. Ларина, А.С. Воронцова, А.А. Овчинникова, В. Гриффьена. Данные авторы параметры ОК рассматривали с точки зрения оптимизации конструкции и надежности ОК. То же следует сказать и о комплексе испытаний, который предусматривают технические условия на кабель. Изменения ряда свойств ОК при низких отрицательных температурах мало изучены. В частности, в литературе представлено мало данных об изменениях при низких отрицательных температурах жесткости кабеля, радиусов изгиба ОК на выходе из порта кабельной арматуры. Вместе с тем, как показано в работах И.И. Гроднева, Ю.Т.Ларина, В. Гриффьена, именно радиусы изгиба и жесткость кабеля во многом определяют нагрузки на ОК в процессе прокладки и монтажа и, соответственно, эффективность функционирования в дальнейшем после ввода в эксплуатацию.

В целом, обзор литературы показал, что научно-обоснованных технологий прокладки и монтажа ОК при низких отрицательных температурах на сегодняшний день еще не создано.

Цель работы – исследование и разработка методов прокладки и монтажа самонесущих ОК при температуре ниже -100С.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать влияние на характеристики ОК выполнения технологических операций при строительстве ВОЛП в условиях низких температур.

2. Исследовать факторы повреждений ОК в результате их прокладки и монтажа в условиях низких температур.

3. Исследовать параметры линейного тракта на длине регенерационного участка (РУ) с учетом остаточных деформаций элементов ОК и сезонных колебаний температуры.

4. Дать прогноз срока службы самонесущего ОК с учетом остаточных деформаций модульных трубок и сезонных колебаний температуры.

5. Разработать рекомендации по прокладке и монтажу ОК при температуре ниже -100С.

Методы исследований.

Теория направляющих систем электросвязи, теория круглых диэлектрических волноводов, теория надежности кварцевых ОВ, теория надежности ОК.

Обоснованность и достоверность результатов работы.

Обоснованность и достоверность результатов работы обеспечиваются корректностью применения используемого аналитического аппарата и подтверждаются результатами экспериментальных исследований.

Научная новизна работы.

1. Разработан метод измерения жесткости ОК, жесткость которых превышает 6 Н·м2, отличающийся простотой реализации при низких отрицательных температурах в условиях климатической камеры.

2. Доказано, что если жесткость ОК превышает 6 Н·м2, то радиус изгиба на выходе из порта кабельной арматуры (ПКА) обратно пропорционален углу, на который отгибается кабель, и логарифму от жесткости ОК.

3. Модифицирован алгоритм прогноза срока службы ОК, что позволило учитывать деформацию модулей ОК и сезонные колебания температуры.

4. Доказано, что к повреждениям ОК на выходе из ПКА в процессе монтажа с применением «горячего» способа герметизации муфт при температуре ниже -100С приводит совместное действие двух факторов – уменьшение радиуса изгиба кабеля на выходе ПКА при понижении температуры и снижение прочности полимерной оболочки кабеля на выходе из термоусаживаемой трубки (ТУТ) в результате ее нагрева при усаживании.

Личный вклад.

Основные результаты диссертационной работы, обладающие научной новизной, получены автором лично и соответствуют пунктам 11,14 паспорта специальности 05.12.13.

Практическая ценность результатов работы.

1. Получены оценки жесткости при температуре от -100С до -300С для самонесущих ОК с высокой стойкостью к растягивающим нагрузкам.

2. Получены оценки критических деформаций модулей ОК в зависимости от числа ОВ в модуле, при которых потери в ОВ превышают заданный порог.

3. Получены оценки Q-фактора на РУ ВОЛП в зависимости от температуры эксплуатации ОК и остаточной деформации модулей кабеля.

4. Разработаны рекомендации по монтажу ОК в диапазоне температур от -100С до -300С.

5. Разработаны рекомендации по прокладке ОК при отрицательных температурах от -100С до -300С.

Реализация результатов работы.

Результаты диссертационной работы внедрены на ЗАО «Самарская оптическая кабельная компания» в рекомендациях по монтажу самонесущих оптических кабелей ОКЛЖ-40, ЗАО «Связьстрой-4» в технологическом процессе строительства и монтажа подвесных самонесущих оптических кабелей связи и в учебном процессе ФГОБУ ВПО ПГУТИ. Реализация результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответствующими актами.

Апробация результатов работы.

Основные результаты по теме диссертационного исследования докладывались на V Международной научно – технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Самара, 2006), VII Международной научно – технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Самара, 2006), XV Российской научной конференции профессорско – преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов (Самара, 2008), VII Международной научно – техническая конференции, посвященной 150 – летию со дня рождения А.С. Попова «Физика и технические приложения волновых процессов» (Самара, 2008), XVI Российской научной конференции профессорско – преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов (Самара, 2009), X Международная научно – техническая конференция «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» (Самара, 2009), XVII Российской научной конференции профессорско – преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов (Самара, 2010), XVIII Российской научной конференции профессорско – преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов (Самара, 2011), X Международной научно – технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Самара, 2011), XIX Российской научной конференции профессорско – преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов (Самара, 2012).

Публикации.

По тематике диссертационных исследований автором (лично и в соавторстве) опубликовано 49 печатных трудов. Основные научные и прикладные результаты диссертационной работы изложены в 11 статьях в периодических научных изданиях (в том числе 4 статьи – в журналах, включенных в определенный ВАК «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора и кандидата наук»), 7 статей в редактируемых сборниках научных трудов Proceedings of SPIE «Optical Technologies for Telecommunications», 2006-2011.

Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Основная часть содержит 168 страниц машинописного текста, 89 рисунков, 55 таблиц. Список литературы содержит 1наименований.

Положения, выносимые на защиту.

1. Метод измерения жесткости ОК с повышенной стойкостью к растягивающим усилиям, отличающийся простотой реализации при низких отрицательных температурах в условиях климатической камеры.

2. Алгоритм прогноза срока службы ОК с учетом деформаций модулей кабеля и сезонных колебаний температуры.

3. Положение о том, что к повреждениям ОК на выходе из ПКА в процессе монтажа с применением «горячего» способа герметизации муфт при температуре ниже -100С приводит совместное действие двух факторов – уменьшение радиуса изгиба кабеля на выходе из ПКА при понижении температуры и снижение прочности полимерной оболочки кабеля на выходе из ТУТ в результате ее нагрева при усаживании трубки.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, дан обзор состояния вопроса, сформулированы цель и программа исследований, описаны состав и структура работы, показаны ее научная новизна и практическая ценность, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлены результаты экспериментальных исследований радиусов изгиба оптических кабелей на выходе из ПКА и жесткости ОК при низких температурах. Разработана методика измерений радиуса изгиба на выходе ПКА, согласно которой один конец образца ОК закрепляли на столешнице установки для испытаний стойкости ОК к изгибам на входе ПКА, другой конец отгибали на заданный угол , измеряли длину дуги ОК (как показано на рис. 1), после чего, определяли радиус изгиба на выходе ПКА по формуле:

Rизг = l/ (1) где – угол, на который отгибается кабель, рад;

l – длина дуги, соответствующая углу , мм.

Относительный радиус изгиба ОК определяли как отношение:

Rизг Rизг (2) 20Dок внеш где Dок внеш – внешний диаметр ОК.

Жесткость ОК измеряли в соответствии с рекомендациями IEC 60794-1-2 по методу Е17А, который предпочтителен для кабелей повышенной жесткости.

Образец кабеля помещался на два держателя, позволяющих кабелю Рис. 1. Экспериментальная установка по свободно двигаться. Расстояние измерению радиуса изгиба ОК на выходе из между держателями устанавливаПКА лось в зависимости от жесткости ОК так, чтобы обеспечить возможность измерения с приемлемой погрешностью.

На рис. 2 в качестве примера представлены графики зависимости относительного радиуса изгиба на выходе ПКА Rизг от температуры окружающей среды при угле изгиба ОК =900 для образцов кабеля с разной жесткостью.

На рис. 3 в качестве примера представлены графики зависимости жесткости Вср от температуры для этих же образцов ОК.

1,Выявлено, что в диа1,5пазоне температур от 1,1,375 -10С до -110С и жест1,кость ОК и его радиус 1,2изгиба на выходе ПКА Rизг 1,изменялись скачком.

1,0Причем жесткость ОК 0,9увеличивается на 300,150% при снижении 0,70,температуры в диапазо-25 -20,83 -16,67 -12,5 -8,33 -4,17 0 4,17 8,33 12,5 16,67 20,83 t,0C не от -10С до - 110С. Было предположено, что Рис. 2. Зависимость относительного радиуса изгиба это обусловлено измена выходе ПКА Rизг от температуры при угле =900:

нениями свойств гидро1-ОКЛЖ-15, 2-ОКЛЖ-35, 3-ОКЛЖ-фобного заполнения.

Данное предположе22,ние подтверждается от20,сутствием подобных 18,4 скачкообразных изменений на эксперимен16,тальных графиках темВср, Н·м2 пературных зависимо11,2 стей жесткости ОК без 9,гидрофобного заполне7,ния.

5,2 Анализ зависимости -25 -15 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 радиуса изгиба ОК на t,0C выходе ПКА от величины его угла изгиба поРис. 3. Зависимость жесткости Вср от температуры казал, что относительдля образцов кабелей: 1-ОКЛЖ-15, 2-ОКЛЖ-35, ный радиус изгиба Rизг 3-ОКЛЖ-практически обратно пропорционален углу , на который отгибается ОК:

1 Rизг a b, (3) где a и b – коэффициенты.

В результате анализа взаимосвязи между жесткостью кабеля и его радиусом изгиба на выходе из ПКА с учетом (3) для кабелей, имеющих жесткость более 6 Н·м2, было получено соотношение:

b Rизг (a ).

(4) lg(B) Для кабелей с жесткостью более 6 Н·м2 был предложен метод измерения жесткости ОК при низких отрицательных температурах в условиях климатической камеры. Данный метод заключается в том, что один конец испытуемого образца ОК закрепляют на столешнице установки для испытаний ОК на стойкость к изгибам на выходе из ПКА, а другой его конец отгибают на заданный угол и фиксируют. Столешницу с закрепленным на ней образцом ОК помещают в климатическую камеру, в которой затем устанавливают заданную температуру. После чего, при заданной температуре измеряют радиус изгиба ОК на выходе из ПКА и определяют жесткость кабеля по формуле:

R0 C lg Bx lg B0, (5) Rx C где Вх – искомая жесткость испытуемого образца кабеля;

В0 –жесткость эталонного образца кабеля;

R0 – результат измерения относительного радиуса изгиба эталонного образца ОК на выходе из крепления, при отклонении кабеля от оси на угол ;

Rx – результат измерения относительного радиуса изгиба испытуемого образца ОК на выходе из ПКА, при отклонении кабеля от оси на тот же угол ;

С – константа.

Параметры В0, R0, С определяют заранее при нормальной температуре. Константу С рассчитывают по формуле:

lg(B01) С R01 ( R01 R02), (6) lg(B01 / B02) где R01 и R02 - результаты измерений радиусов изгиба эталонных образцов ОК с жесткостью В01 и В02 на выходе из ПКА в результате описанной выше процедуры для того же угла .

Жесткость эталонных образцов может быть измерена любым из известных способов, в частности по рекомендациям IEC 60794-1-2.

Поскольку подготовка образца ОК на столешнице выполняется при нормальной температуре, а измерения относительного радиуса изгиба кабеля на выходе из ПКА можно определить по изображению образца ОК на столешнице, полученному, например, через смотровое окно климатической камеры, предлагаемый метод исключает присутствие технического персонала внутри камеры в процессе измерений при низкой температуре и, соответственно, достаточно просто реализуется для условий климатической камеры.

Были выполнены экспериментальные исследования стойкости ОК к многократным изгибам на выходе ПКА в зависимости от его жесткости. В отличие от стандартной процедуры испытаний на стойкость ОК к изгибам на выходе ПКА кабель отгибали на угол =900, а циклы испытаний повторяли до визуального выявления деформаций кабеля. Испытаниям подвергались образцы трех типов ОК самонесущей конструкции: ОКЛЖ-40, ОКЛЖ-20 и ОКЛЖ-7. Было подтверждено, что стойкость ОК к многократным изгибам снижается с увеличением жесткости ОК. Результаты данных испытаний при отрицательной температуре показали, что при низкой отрицательной температуре стойкость ОК к многократным изгибам на выходе ПКА снижается из-за увеличения жесткости ОК при температуре ниже -100С. Испытания стойкости ОК к многократным изгибам на выходе ТУТ показали, что нагрев оболочки кабеля при усаживании ТУТ снижает стойкость ОК.

Были проведены экспериментальные исследования деформаций ОК в зависимости от радиусов изгиба. Для этого были изготовлены специальные оправки, позволяющие исследовать образцы кабеля марки ОКЛЖ.

Поскольку стойкость ОК к многократным изгибам зависит от его жесткости, следует ожидать, что от жесткости кабеля будет зависеть и степень его деформации и деформации элементов его конструкции. В целях проверки данного предположения были выполнены экспериментальные исследования остаточных деформаций модулей кабеля в зависимости от радиусов изгиба. Исследования были выполнены на образцах кабелей ОКЛЖ-15 и ОКЛЖ-20. Анализ полученных данных показал, что для R<1 среднее значение остаточной деформации модуля ОК х можно оценить по формуле:

a b, (7) х R где a и b – коэффициенты.

Была выполнена проверка адекватности предложенных моделей и проверка значимости коэффициентов аппроксимации.

Вторая глава посвящена исследованию изменений параметров ВОЛП при низких температурах вследствие остаточных деформаций модульных трубок. Получены оценки влияния остаточной деформации модулей ОК на качество передачи на регенерационном участке ВОЛП в условиях низких отрицательных температур.

На основании известной методики испытаний ОК на стойкость к раздавливающим нагрузкам, приведенной в ГОСТ Р МЭК 794-1-93, были выполнены экспериментальные исследования критических деформаций модулей ОК при раздавливающих нагрузках. Критической деформацией полагали деформацию модуля, при которой хотя бы в одном волокне модуля наблюдался прирост затухания более 0,05 дБ. Для измерения затухания волокна в модуле соединяли в шлейф. Измерения затухания ОВ в шлейфе выполняли оптическим рефлектометром по методике измерений потерь на кабельной вставке. Исследования выполнялись на физической модели модуля. В качестве исходного, был взят модуль ОК с двенадцатью волокнами. После каждого испытания из модуля удалялось по 2 оптических волокна (ОВ), и сварка ОВ в шлейф производилась заново. В результате, испытаниям подвергались модули с числом волокон равным:

12, 10, 8, 6, 4, 2, соответственно. Было показано, что при числе волокон от 6 до 12, критическая деформация модуля, при которой наблюдался прирост затухания, практически линейно зависит от площади свободного пространства в модуле.

1,8·10-На основе известной 1,62·10-модели был выполнен рас1,44·10-6 чет прироста затухания а, вызванного микроизгибами 1,26·10-ОВ, в зависимости от тем1,08·10-пературы и остаточной де9·10-а, дБ/м формации модуля м. На 7,2·10-рис 4. представлен график 5,4·10-зависимости прироста за-63,6·10--3тухания ОВ, расположен-11,8·10-ного в модуле, имеющем 00 1остаточную деформацию.

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Как видно из рис. 4, осм/dм таточная деформация моРис. 4. Зависимость потерь в ОВ а от дуля более 50% приводит к относительной остаточной деформации модуля резкому увеличению затум/dм хания в волокнах.

36,При этом пороговое 1значение деформации мо36,дулей, при котором это на36,-1блюдается, существенно -336,зависит от температуры.

-636,Видно, что влияние темпеQ ратуры на прирост затухания в ОВ по сравнению с 35,влиянием остаточной де35,формации модуля является 35,менее существенным. Так35,же, используя известные 35,модели, оценили измене0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 ния поляризационной мом/dм довой дисперсии (ПМД) Рис. 5. Зависимость Q-фактора от относительной ОВ в зависимости от остаостаточной деформации модуля м/dм точной деформации и темпри различных температурах пературы.

Воспользовавшись вышеуказанными моделями, описывающими зависимости прироста затухания и ПМД ОВ от температуры окружающей среды и остаточных деформаций модульных трубок, по известной методике расчета Qфактора на регенерационном участке (РУ) ВОЛП, были получены оценки Qфактора в зависимости от температуры эксплуатации ОК и остаточной деформации модуля для системы передачи с оптическим предусилителем, работающей со скоростью 2,5 Гбит/с в одном оптическом канале, на регенерационном участке (РУ) ВОЛП протяженностью 120 км. На рис. 5. представлены графики зависимости Q-фактора от остаточной деформации модуля м. Значение Qфактора практически не меняется до определенных значений остаточных деформаций модуля при различных температурах. Однако, начиная с некоторого порога – значения Q резко падают.

Для прогноза срока службы ОК модульной конструкции воспользовались известной двухстадийной моделью разрушения ОВ. В целях учета влияния изменения температуры окружающей среды и остаточных деформаций модульных трубок ОК алгоритм прогноза был модифицирован с использованием известных моделей, описывающих взаимосвязи механических напряжений ОВ с его радиусом изгиба и зависимости радиусов изгиба ОВ в модульных трубках от температуры окружающей среды и деформаций модульных трубок. Предлагаемый алгоритм позволяет строить имитационные модели, учитывающие архивные данные среднемесячных температур в районе, где предполагается прокладка кабеля. В качестве примера, на рис. 6 представлены результаты прогноза срока службы ОК для случа1 – 0,001% ев, когда при изготовле2 – 5,0% 3 – 10,0% нии ОК и в процессе 4 – 15,0% 1 строительства прочность 5 – 20,0% ОВ снижается на 20% изза изменения температуры. Показано, что даже незначительные деформации модульных трубок кабеля могут привести к существенному сокращению срока службы ОК, -50 -40 -30 -20 -10 эксплуатируемых в зим- t,0C ний период при темпераРис. 6. Зависимость срока службы ОК при турах до -500С и ниже.

деформации модуля до 20% В третьей главе разработаны рекомендации по монтажу модульных ОК при низких отрицательных температурах. Выполнены экспериментальные исследования стойкости ОК типа ОКЛЖ-40 к изгибам на выходе ПКА при монтаже кабеля в муфте МТОК-96 с герметизацией ее «горячим» способом и в муфте 2178-LS 3M с герметизацией «холодным» способом.

При монтаже ОК в муфтах с герметизацией «холодным» способом и испытаниях их на стойкость к изгибам на выходе ПКА при температуре -300С повреждений ОК выявлено не было. Было выявлено, что повреждения ОК смонтированного в муфте с герметизацией «горячим» способом из-за изгибов на выходе ПКА при низких отрицательных температурах возникают в результате совместного действия двух факторов – уменьшения радиуса изгиба кабеля на выходе ПКА и снижения прочности полиэтиленовой оболочки из-за ее нагрева при усаживании ТУТ на участке, который впоследствии подвергается изгибам.

Для оценки степени влияния стойкости ОК к изгибам на выходе из порта муфты из-за уменьшения радиуса изгиба кабеля, были проведены испытания кабеля Срок службы, в годах марки ОКЛЖ-40, смонтированного в муфте МТОК-96 с применением «горячего» способа герметизации, при температуре окружающей среды до -300С. При ограничениях радиусов изгиба кабеля на выходе из порта муфты, исключающих нарушение минимально допустимого радиуса изгиба ОК, испытуемые образцы кабеля выдержали испытания. Если радиус изгиба ОК на выходе из порта муфты не ограничивался, то для всех испытуемых образцов имели место повреждения оболочек кабеля, а в ряде случаев имело место увеличение затухания ОВ. Установлено, что уменьшение радиуса изгиба ОК на выходе из порта муфты при низких отрицательных температурах является одним из существенных факторов, снижающих стойкость ОК к изгибам на выходе из ПКА.

В целях оценки влияния фактора снижения прочности внешней оболочки кабеля и ТУТ в результате теплового воздействия при герметизации портов муфты «горячим» способом, были проведены испытания на физических моделях портов муфты с ОК. Из полученных результатов экспериментов следует, что тепловое воздействие на полиэтиленовую оболочку ОК приводит к существенному снижению ее прочности в месте, где оно было приложено. При монтаже кабеля повышенной жесткости в муфтах с герметизацией портов «горячим» способом для обеспечения целостности кабеля на выходе из муфты при температуре до - 300С, необходимо применение дополнительных мер. В качестве рекомендации предлагается дополнительно на выходе ОК из порта муфты на расстоянии 1,5-2,0 см от конца ТУТ установить узел крепления, который представляет собой кольцо, плотно одетое на кабель. Дополнительный узел крепления позволяет перенести механические напряжения, возникающие при изгибах кабеля, из зоны герметизации порта муфты на участок ОК, расположенный под узлом крепления и обеспечивает дополнительную прочность при критических изгибах кабеля на угол 900, что подтверждается экспериментом. Но наиболее эффективно применение «холодного» способа герметизации муфты, который позволяет исключить нагрев оболочки и сохранить целостность ОК без применения каких-либо дополнительных мер.

В четвертой главе разработаны рекомендации по прокладке самонесущих ОК при низких отрицательных температурах.

По результатам анализа изменений прочности нитей из кевлара при низких температурах было сделано заключение о том, что стойкость самонесущих ОК армированных кевларовыми нитями к растягивающим усилиям при температуре -300С снижается на величину до 5% относительно стойкости, измеренной при температуре +220С.

Были проведены экспериментальные исследования изменений температуры на оболочке ОК при перемещении образцов из отапливаемого помещения в среду с низкой отрицательной температурой. Испытаниям подвергались образцы кабеля марки ОКЛЖ-35, ОКЛЖ-20 и ОКЛЖ-15 длиной до 1м, а также образцы кабелей тех же марок длиной до 100 м в бухтах. Предварительно, образцы кабеля выдерживались в течение 24 часов в отапливаемом помещении при температуре около +220С, а затем перемещались в помещение с температурой окружающей среды от -200С до - 300С. Как и следовало ожидать, температура поверхности оболочки внутренних витков кабеля в бухте изменялась медленнее по сравнению с температурой на поверхности оболочки внешних витков, а температура на поверхности оболочки отрезков кабеля изменялась быстрее, чем для кабеля в бухте. Во всех случаях температура на поверхности оболочки образцов ОК достигала -100С уже через 10-15 минут, а температуры окружающей среды через 2-3 часа. Учитывая, что жесткость ОК возрастает скачком в диапазоне температур от -10С до -110С, это позволило сделать вывод о нецелесообразности ограничения интервала времени на прокладку строительной длины и увеличения скорости прокладки ОК.

В основе предложенных рекомендаций по прокладке ОК при температуре от -100С до -300С лежат ограничения, учитывающие снижение прочности на разрыв кевларовых нитей, увеличение жесткости ОК и изменение его радиуса изгиба на выходе из ПКА при снижении температуры ниже -100С.

В частности, при температуре от -100С до -300С рекомендуется снижение допустимых растягивающих усилий по сравнению с регламентированными ТУ на кабель на 5%, ограничение прокладываемой длины ОК при большом числе поворотов на трассе прокладки, запрет на выкладку ОК «восьмеркой», раскатку и волочение ОК по земле, перематывание строительных длин с одного барабана на другой, строгое соблюдение минимально допустимых радиусов изгиба ОК, выдержку бухт ОК на опоре с муфтой при низкой температуре до фиксации ОК и др.

В заключении сформулированы основные научные и практические результаты диссертационной работы. При этом достигнута следующая цель:

1. Выявлено, что существенное влияние на эксплуатационные характеристики ОК при выполнении технологических операций по прокладке и монтажу кабеля при температуре ниже -100С оказывают факторы увеличения жесткости и уменьшения радиуса изгиба ОК на выходе из ПКА при снижении температуры.

2. Доказано, что к повреждениям ОК на выходе из ПКА в процессе монтажа при температуре ниже -100С приводит совместное действие двух факторов – уменьшение радиуса изгиба кабеля на выходе ПКА при понижении температуры и снижение прочности полимерной оболочки кабеля на выходе из ТУТ в результате ее нагрева при усаживании.

3. Получены оценки Q-фактора на РУ ВОЛП в зависимости от температуры эксплуатации ОК и остаточной деформации модулей кабеля.

4. Модифицирован алгоритм прогноза срока службы ОК, согласно которому получены зависимости срока службы кабеля от сезонных колебаний температуры и деформации модулей ОК.

5. Разработаны рекомендации по прокладке и монтажу ОК при температуре от -100С до -300С, в основе которых лежат ограничения, учитывающие снижение прочности на разрыв кевларовых нитей, увеличение жесткости ОК и изменение его радиуса изгиба на выходе из ПКА при снижении температуры ниже -100С.

В приложении приведены акты внедрения результатов диссертационной работы, а также таблицы и рисунки.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ 1. Алехин И.Н. Способы герметизации оптических муфт для монтажа в экстремальных условиях / Алехин И.Н., Бурдин В.А., Онищенко С.Г. // Вестник связи. – 2010. - №1, с. 45-49.

2. Алехин И.Н. Прогноз срока службы оптического кабеля линии связи с учетом изменений температуры окружающей среды и остаточных деформаций модульных трубок / Алехин И.Н. // Инфокоммуникационные технологии. – 2011. - №3, с. 33-37.

3. Алехин И.Н. Испытания ОК на стойкость к действию замерзающей воды в ЗПТ / Бурдин В.А., Онищенко С.Г., Никулина Т.Г., Алехин И.Н., Гаврюшин С.А. // Вестник связи. – 2012. - №3, с. 24-27.

4. Алехин И.Н. Оценка изменения качества передачи вследствие деформации конструкции оптического кабеля при низкой температуре / Воронков А.А., Алехин И.Н. // Известия Самарского научного центра Российской Академии Наук – Том 14 №1(2). – 2012, с. 533-536.

5. Alekhin I.N. Fiber optic splice closure port sealing based on universal material kit / Andreev V.A., Kachcov D.A., Alekhin N.I., Alekhin I.N., Gavrjushin S.A., Dmitriev E.V., Nikulina T.G. // Procеedings of SPIE – 2006. – vol.6605.– рр.66050H-1 – 66050H-5.

6. Alekhin N.I. Extremal condition tests of cable bending for fiber optic closures / Andreev V.A. Burdin V.A., Burdin A.V., Alekhin N.I., Alekhin I.N., Gavryushin S.A. // Procеedings of SPIE – 2007. –vol.7026. – рр.70260L-1 – 70260L-10.

7. Alekhin I.N. Choice of method for optical closure sealing under extreme conditions of operation / Alekhin I.N. // Procеedings of SPIE – 2008. – vol.7374.– рр.73740K-1 – 73740K-11.

8. Alekhin I.N. Method choice for port sealing of fibre optical closures in extreme conditions / Alekhin I.N., Burdin V.A., Oniszhenko S.G. // Procеedings of SPIE – 2009. – vol.7523. – рр.75230I-1 – 75230I-9.

9. Alekhin I.N. Researches of optical cable stability in the microduct to effect of freezing water / Alekhin I.N., Burdin V.A., Gavryushin S.А., Nikulina T.G. // Procеedings of SPIE – 2010. – vol.7992. – рр.79920J-1 – 79920J-6.

10. Alekhin I.N. Researches of incrementation of attenuation in optical fiber at deformation of optical cable loose tubes / Alekhin I.N., Gavryushin S.А., Nikulina T.G. // Procеedings of SPIE – 2010. – vol.7992. – рр.79920J-1 – 79920J-12.

11. Alekhin I.N. Experimental research of «microcable in a microconduct» system stability to effect of freezing water / Burdin V.A., Nikulina T.G., Alekhin I.N., Gavryushin S.А., Nikulin A.G., Praporshikov D.E. // Procеedings of SPIE – 2011. – vol.8410. – рр.84100L-1 – 84100L-7.

12. Алехин И.Н. Радиусы изгиба кабеля ОКЛЖ-40 при прохождении теста на стойкость к изгибам на выходе из муфты / Алехин И.Н., Алехин Н.И. // Тезисы докладов VIII Международной научно – технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» – Уфа. 2007. – с. 289-291.

13. Алехин И.Н. Проблемы реализации испытаний на стойкость оптических кабелей к изгибам / Алехин И.Н., Лиманский Н.С. // Тезисы докладов IX Международной научно – технической конференции «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» – Казань. 2008. – с. 249-250.

14. Алехин И.Н. О влиянии технологии монтажа на стойкость оптического кабеля к изгибам на выходе из муфты // Тезисы докладов VII Международной научно – технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» – Самара. 2008. – с. 294-295.

15. Алехин И.Н. Исследование снижения стойкости к изгибам оптических кабелей, подвергавшихся нагреву при высоких температурах / Алехин И.Н., Бурдин В.А. // Тезисы докладов LXIV Научной сессии, посвященной Дню радио – Москва. 2009. – с. 133-134.

16. Алехин И.Н. Влияние способа герметизации муфт оптического кабеля на его стойкость на выходе из муфты к изгибам в экстремальных условиях / Алехин И.Н. // Тезисы докладов X Международной научно – технической конференции «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» – Самара.

2009. – с. 380-382.

17. Алехин И.Н. Прогноз срока службы оптического кабеля линии связи с учетом изменений температуры окружающей среды и остаточных деформаций модульных трубок / Алехин И.Н., Никулина Т.Г. // Тезисы докладов XII Международной научно – технической конференции «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» – Казань. 2011. – с. 271-272.

18. Алехин И.Н. Исследование влияния остаточных деформаций модульных трубок на срок службы оптических кабелей // Тезисы докладов X Международной научно – технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» – Самара. 2011. – с. 215-216.

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» 443010, г. Самара, ул. Льва Толстого 23.

Подписано в печать 25.05.12 г. Формат 60 841/16 Бумага писчая №1. Гарнитура Таймс.

Заказ 1235. Печать оперативная. Усл. печ. л. 0,93. Тираж 100 экз.

Отпечатано в издательстве учебной и научной литературы Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики 443090, г. Самара, Московское шоссе 77.

т. (846) 228-00-







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.