В. X. Ишкин

ВОЛОКОННО-
ОПТИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ
СВЯЗИ

(часть 1)

ПРИЛОЖЕНИЕ К ЖУРНАЛУ

©НЕРГЕТЖ
ПЛАН ПУБЛИКАЦИЙ
“Библиотечки электротехника”

Со второй половины 1999 г.
приложение к журналу “Энергетик”
будет выходить ежемесячно.

Редакционный совет предполагает
опубликовать следующие выпуски.

1 -2. Ишкин В. X. Волоконно-оптические системы связи
(часть 1 этого выпуска Вы держите в руках).

3.	Пуляев В. И., Усачев Ю. В. Цифровые регистрато-
ры аварийных событий энергосистем (часть вторая).

4.	Овчаренко Н. И. Микропроцессорные комплексы
защиты и автоматики распределительных электросетей.

5.	Скитальцев В. С., Рыжавский Г. Я. Приемопере-
датчик высокочастотной защиты ПВЗ-90.

6.	Голоднова О. С. Эксплуатация уплотнений вала тур-
богенераторов с водородным охлаждением и их систем
маслоснабжения.

Подписывайтесь
на “Библиотечку электротехника”

В России подписку должны оформить
в любом почтовом отделении связи.
Издание можно найти в объединенном каталоге
Госкомсвязи РФ “Подписка-99”
(Российские и зарубежные газеты и журналы).

Индексы “Библиотечки электротехника”

— приложения к журналу “Энергетик”:
88983 — для предприятий и организаций;
88982 — для индивидуальных подписчиков.

"Библиотечка электротехника” включена также
в подписные каталоги других стран СНГ
по договорам с АО “Агентство по распространению
зарубежных изданий” (АРЗИ).

Справки, где принимается подписка в этих государствах,
по телефонам АРЗИ в Москве: (095) 280-83-65, 280-94-65.
62\,3£)
U94-

Библиотечка электротехника

— приложение к журналу “Энергетик"

Основана в июне 1998 г.

Выпуск 4(7)

В. X. Ишкин

ВОЛОКОННО-
ОПТИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ
СВЯЗИ

(часть 1)

НиГРЭС

НАУЧНО-
ТЕХНИЧЕСКАЯ
БИБЛИОТЕКА

Москва ' 
НТФ “Энергопрогресс”, “Энергетик”
1999
УДК 621.391.3

ББК 31.27-05

1197

Главный редактор журнала “Энергетик” А. Ф. ДЬЯКОВ

РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ

“Библиотечки электротехника”

В. А. Семенов (председатель), И. И. Батюк (зам. председателя),
Б. А. Алексеев, К. М. Антипов, Г. А. Безчастнов, А. Н. Жулев,
В. А. Забегалов, В. X. Ишкин, Ф. Л. Коган, В. И. Кочкарев,
Н. В. Лисицын, Л. Г. Мамиконянц, Л. Ф. Плетнев, В. И. Пуляев,
Ю. В. Усачев, М. А. Шабад

Ишкин В. X.

И97 Волоконно-оптические системы связи. — М.: НТФ “Энергопро-
гресс”, 1999. — 64 с.; ил. [Библиотечка электротехника, приложение к
журналу “Энергетик”; Вып. 4(7)].

Содержатся сведения о волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС),
внедряемых в электроэнергетике, а также сведения о волоконно-оптических
кабелях (ВОК), подвешиваемых на опорах линий электропередачи, пассивных
и активных элементах ВОЛС. Приведены конструктивные, механические,
электрические и оптические характеристики ВОК, рассмотрены методы по-
двески ВОК. Изложены основные положения норм проектирования, строи-
тельства и эксплуатации ВОЛС.

Рассчитано на проектировщиков, строителей ВОЛС и работников соответ-
ствующих эксплуатационных организаций.

ISSN 0013-7278

© НТФ “ Энергопрогресс”, “ Энергетик”, 1999
Предисловие

Современный период, в предверии перехода от XX века — века
энергетики к XXI веку — веку информатики, характеризуется широ-
комасштабным процессом глобализации и персонализации, на базе
которого будет осуществляться переход к глобальному информаци-
онному обществу. Наша страна, как часть мирового сообщества,
стремится к присоединению к глобальной информационной инф-
раструктуре, развивая при этом взаимоувязанную сеть связи (ВСС)
России.

Сети связи электроэнергетики, являясь составной частью ВСС,
развиваются на базе внедрения тех же современных технологий, что
и ВСС. Вместе с тем сети связи — это важная часть систем управле-
ния в электроэнергетике, от уровня развития которых зависит обес-
печение надежной и экономичной работы энергосистем (ЭЭС),
объединенных энергосистем (ОЭС) и Единой энергосистемы (ЕЭС)
России в целом.

В последние годы начаты работы по переходу от существующих
аналоговых сетей связи к качественно новым интегрально-цифро-
вым сетям связи (ИЦСС) на базе внедрения современных цифровых
систем передачи и коммутации. Важное место в этой сети, наряду с
цифровыми радиорелейными линиями (РРЛ) и цифровыми систе-
мами передачи по традиционным кабелям, займут волоконно-опти-
ческие линии связи (ВОЛС).

Следует отметить, что внедрение ВОЛС наиболее эффективно
именно в электроэнергетике. Это объясняется в первую очередь
преимуществами волоконно-оптических кабелей (ВОК): невоспри-
имчивостью к влиянию сильных электромагнитных полей, высокой
надежностью, большой пропускной способностью, термоустойчи-
востью, сравнительно протяженными регенерационными участка-
ми, достаточно умеренной стоимостью, которая к тому же имеет
тенденцию к снижению и т.д.

Кроме того, оптическое волокно безусловно считается в настоя-
щее время самой совершенной физической средой для передачи бо-
льших объемов информации с высокими надежностью и качеством.
Указанные преимущества стали одной из основных причин ин-
тенсивного внедрения волоконно-оптической технологии в элект-
роэнергетике. Более 20 лет назад энергокомпании (ЭК) ряда стран
(Западной Европы, Северной и Южной Америки, Японии и т.д.)
широко начали внедрять в своих сетях связи ВОЛС. Темпы внедре-
ния ВОЛС в электроэнергетике в значительной мере опережают
темпы развития других видов связи. Передача информации по ВОК
является одним из важнейших направлений научно-технического
прогресса в электроэнергетике. Указанные системы будут использо-
ваться не только для организации телефонной связи, но и для пере-
дачи данных, сигналов релейной защиты (РЗ) и противоаварийной
автоматики (ПА), а также для передачи видеосигналов.

Ведущие мировые компании (“Alcoa Fujikura” (США), “Fujikura”
(Япония), “Lucent Technologies” (США), “Pirelli” (Италия), “Sie-
mens” (Германия), “Corning” (США) и др.) проводят интенсивные
исследования по дальнейшему совершенствованию как ВОК, так и
оптоэлектронной аппаратуры; широко внедряются ВОК с одномо-
довыми волокнами. Начаты работы по использованию новых частот
в инфракрасном диапазоне (2,0 — 10,0 мкм), которые одновремен-
но с применением новых материалов — фтористых стекол, содержа-
щих фтор с добавлением металла (циркония и др.), а также других
соединений, обеспечивающих низкое затухание в инфракрасном
диапазоне, позволят увеличить протяженность регенерационных
участков до 1000 км.

Весьма обнадеживающими являются также исследования техно-
логии плотного волнового мультиплексирования (DWDM — Dense
Wavelength Division Multiplexing), которое существенно увеличивает
пропускную способность ВОЛС и волокон с ненулевой смещенной
дисперсией (True Wave). В результате внедрения указанной техно-
логии за последние годы пропускная способность ВОЛС действите-
льно заметно возросла. Так, например, в 1996 г. мультиплексирова-
нием в одном волокне SS DWDM каналов была достигнута скорость
передачи информации 1,1 Тбит/с.

Настоящая брошюра состоит из двух частей и охватывает основ-
ные аспекты, связанные с состоянием и перспективой внедрения
и развития волоконно-оптической связи в электроэнергетике.
Предлагаем Вашему вниманию часть 1, в которую вошли первые три
главы.

Замечания и пожелания просим направлять по адресу:
109280 Москва, ул. Автозаводская, 14/23.
Редакция журнала “Энергетик”.
ВВЕДЕНИЕ

История применения света
для передачи информации
и развития ВОЛС в электроэнергетике

С незапамятных времен человечество в качестве носителя инфор-
мации использует в основном акустические и световые волны. Они
и сегодня являются основными средствами передачи информации.
Особенно заметен возврат к использованию света для передачи ин-
формации в последние десятилетия в связи со значительными до-
стижениями в области квантовой физики, оптоэлектронике и ра-
диомеханике.

В конце XVIII века французский изобретатель К. Шапп разрабо-
тал оптический телеграф, который был внедрен на первой телеграф-
ной линии Париж — Лилль протяженностью более 200 км, имевшей
20 промежуточных станций. Информация по указанной линии пе-
редавалась примерно за 15 мин.

Почти в то же время оптический телеграф был разработан и рус-
ским изобретателем И. П. Кулибиным. Первый оптический теле-
граф в России для военно-правительственных целей, между Петер-
бургом и Шлиссенбургом, был введен в эксплуатацию в 1824 г.

В 1839 г. была открыта самая протяженная в мире оптическая ли-
ния (1200 км) между Петербургом и Варшавой.

Разработки К. Шаппа и И. П. Кулибина стали базой для изобре-
тенного в 1880 г. А. Г. Беллом фотофона.

Все названные изобретения основаны на прямолинейности рас-
пространения света в атмосфере. Однако преимущества от исполь-
зования света в качестве носителя информации можно получить при
распространении света в различных средах.

Впервые идея создания световодов была высказана русским ин-
женером В. Н. Чиколевым в 60-х годах XIX века. В середине 70-х го-
дов прошлого столетия данная идея была реализована при освеще-
нии погребов одного из пороховых заводов России.

В 1870 г. английский физик Дж. Тиндаль впервые продемонстри-
ровал распространение света по жидкостному световоду.

В 1934 г. американский изобретатель Н. Р. Френч получил патент
на телефонную систему, в которой для передачи информации пре-
дусматривалось использование ВОК.

Важнейшую роль для развития ВОЛС сыграло создание в 1954 г.
академиками Н. Г. Басовым и А. Н. Прохоровым, а также американ-
цем Ч. Таунсом оптического квантового генератора (лазера). В
1959 г. академик Н. Г. Басов предложил использовать для лазеров
полупроводниковые материалы.

В 1958 г. впервые в мире советские специалисты В. В. Варгин и
Т. И. Вейнберг показали возможность существенного уменьшения
затухания в стеклах путем использования значительно более чистых
исходных химических реактивов и коренного совершенствования
технологии синтеза стекол.

В 1966 г. к таким же выводам пришли сотрудники английской
фирмы “STL” Ч. Као и Г. Хокхэм. Они предсказали возможность со-
здания световодов с затуханием менее 20 дБ/км.

В 1970 г. фирма “Corning Glass Works” (США) освоила производ-
ство волокон со ступенчатым профилем показателя преломления и
затуханием менее 20 дБ/км.

В 1972 г. были получены волокна с градиентным профилем пока-
зателя преломления и затуханием до 4 дБ/км. Затухание серийно
выпускаемых одномодовых волокон на длине волны 1,55 мкм со-
ставляет около 0,2 дБ/км.

В качестве телефонных сетей ВОК начали использовать первона-
чально на военных кораблях в начале 70-х годов текущего столетия.

Впервые ВОЛС были организованы в ЭЭС, причем первая из них
была пущена в 1975 г. в одной из энергокомпаний Японии, а вторая
в 1976 г. в энергокомпании “Western Electric” (США).

Внедрение волоконно-оптической технологии в электроэнерге-
тике нашей страны было начато в 1979 г. разработкой координаци-
онного плана по внедрению данной технологии, утвержденного На-
учно-техническим советом (НТС) Минэнерго СССР (протокол
№ 13 от 02.02.79). В соответствии с решением НТС функции голов-
ной организации по внедрению волоконно-оптической технологии
были возложены на институт “Энергосетьпроект”.

На первом этапе координационным планом предусматривалось
внедрение волоконно-оптической технологии на энергообъектах. В
дальнейшем функции головной организации по внедрению воло-
конно-оптической технологии были возложены на лабораторию
высокочастотной (ВЧ) связи Киевского ОКП института “Энерго-
сетьпроект”.

В первой половине 80-х годов волоконно-оптическая технология
была внедрена на Запорожской ГРЭС и подстанции (ПС) 750 кВ
Западно-Украинская. В этот же период была введена первая в отрас-
ли ВОЛС на участке Центральный диспетчерский пункт (ЦДП)
“Мосэнерго” — Московский узел связи (МУС), а также были впер-
вые подготовлены (ВНИИЭ, “Энергосетьпроект”, ЦДУ ЕЭС) тех-
нические условия на ВОК, подвешиваемые на воздушных линиях
электропередачи (ВЛ).

Первая ВОЛС с подвеской ВОК на опорах ВЛ (ВОЛС-ВЛ) была
внедрена в АО “Ленэнерго” в 1989 г. В этом случае ВОК был подве-
шен на стальном тросе между ПС 24 и ПС 92. Общая протяженность
участка 4,5 км. По аналогичной схеме в 1991 г. была осуществлена
подвеска ВОК на участке ПС Восточная — ГРЭС-8 общей протя-
женностью 35 км.

Первый самонесущий ВОК протяженностью 5 км был подвешен
в АО “Ленэнерго” на участке ПС 334 — ПС Восточная в 1992 г.

Впервые ВОК, встроенный в грозозащитный трос, также был вне-
дрен в АО “Ленэнерго” в 1993 г. на участке Госграница (Финлян-
дия) — Санкт-Петербург общей протяженностью 210 км.

В качестве системного интегратора для внедрения в электроэнер-
гетике ВОЛС “под ключ” в 1993 г. было создано АО “ОПТЭН Лтд.”,
соучредителями которого стали АО “ЦДУ ЕЭС России”, АО “Фир-
ма ОРГРЭС”, ВО “Техпромэкспорт” и Государственное предпри-
ятие “Отделение дальних передач” (ГП ОДП). При необходимо-
сти АО “ОПТЭН Лтд.” могло кооперироваться с подрядными ор-
ганизациями.

В том же году было создано АО “СП ОПТЭН” для производства в
первую очередь самонесущих ВОК и начато серийное производство
таких ВОК.

В 1994 — 1997 гг. АО “Оптикэнергострой” совместно с АО “Кол-
энерго” ввели в эксплуатацию ВОЛС с подвеской ВОК на ВЛ 154 кВ
общей протяженностью около 400 км.

В 1995 г. была построена ВОЛС с подвеской ВОК на ВЛ 220 кВ
Кингисепп — С.-Петербург (АО “Ленэнерго”, “ОПТЭН Лтд.” и АО
“Ростелеком”).

В 1995 — 1997 гг. в Москве (ЦДУ ЕЭС России, АО “Мосэнерго”),
С.-Петербурге (ОДУ Северо-Запада, АО “Ленэнерго”) и Екатерин-
бурге (ОДУ Урала) был введен в эксплуатацию целый ряд ВОЛС с
прокладкой ВОК в телефонной канализации общей протяженно-
стью около 500 км.

В 1996 г. на ВЛ 110 кВ Иваново — Шуя в АО “Ивэнерго” введена в
эксплуатацию ВОЛС по разработанной фирмой “Siemens” техноло-
гии прокладки ВОК под грозозащитным тросом с помощью при-
мотки клейкой стеклолентой.

В 1997 г. был разработан и поставлен на серийное производство
ВОК для навивки на грозозащитные тросы существующих ВЛ.

В 1997 г. АО “ОПТЭН Лтд.” разработало и внедрило програм-
мно-технический комплекс, предназначенный для сбора исходных
данных и автоматизированного проектирования ВОЛС с подвеской
ВОК на ВЛ 110 кВ и выше. Данный комплекс состоит из следующих
элементов:

приемников системы глобального позицирования;

лазерных измерителей расстояний;

радиолокационной системы бокового обзора;
геоинформационной системы “Mapinfo”;

системы сбора и ввода видеоданных и др.

В 1997 г. начато строительство (АО “ОПТЭН Лтд.”, АО “Ростеле-
ком”) крупнейшей в мире ВОЛС с подвеской ВОК, встроенного в
грозозащитный трос, на ВЛ 220 кВ на участке Бирюсинск — Бело-
горск общей протяженностью около 3800 км.

В 1997 — 1998 гг. в АО “Кузбассэнерго” введены в эксплуатацию
около 650 км ВЛ с ВОК на участках Кемерово — Новокузнецк, Ке-
мерово — Юрга и Кемерово — Анжеро-Судженск.

В 1997 г. на радиотехническом факультете Московского энерге-
тического института в рамках специальности СДТУ организован
курс лекций (АО “ОПТЭН Лтд.”, ЦДУ ЕЭС России) по ВОЛС в
электроэнергетике.

В 1997 — 1998 гг. для специалистов энергосистем проведены кур-
сы повышения квалификации на тему “Внедрение и эксплуатация
ВОЛС в энергосистемах” в Институте менеджмента, бизнеса и теле-
коммуникаций.

В 1996 — 1997 гг. АО “ОПТЭН Лтд.” приняло участие в междуна-
родных выставках в Париже, Амстердаме, Буэнос-Айресе и Сан-Па-
уло, а в 1997 г. совместно с компанией “Alcoa Fujikura” (США) учре-
дило учебный курс в Американском институте повышения квали-
фикации специалистов по телекоммуникациям (USTTI).
ГЛАВА ПЕРВАЯ

Единая сеть электросвязи
электроэнергетики
и особенности ее развития

1.1.	СТРУКТУРА ЕДИНОЙ СЕТИ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

Отраслевая сеть электросвязи охватывает 7 ОЭС и 72 энергосис-
темы (AO-энерго), обеспечивая надежное управление нормальны-
ми и аварийными режимами ЭЭС, ОЭС и ЕЭС России в целом.

Единая сеть электросвязи электроэнергетики (ЕСЭЭ) является
составной частью инфраструктуры отрасли, обеспечивающей функ-
ционирование комплекса объектов и центров технологического
управления ЕЭС России, сбор и передачу телемеханической инфор-
мации, функционирование средств и систем автоматического
управления.

В состав ЕСЭЭ входят:

первичная сеть связи, включающая арендованные каналы
взаимоувязанной сети связи (ВСС) страны; каналы связи,
образованные за счет высокочастотного (ВЧ) уплотнения линий
электропередачи всех классов напряжений; каналы, тракты связи,
оборудованные на кабельных (традиционных), волоконно-оптиче-
ских, радиорелейных и спутниковых линиях связи, принадлежащих
электроэнергетике;

вторичные сети связи, обеспечивающие обмен информацией
между органами и объектами управления различными видами
информации: речевой, документальной (телеграфной, факсимиль-
ной, передачи данных), технологической (сигналы телеизмерений,
телесигнализации, телеуправления и др.);

узлы связи, включающие в себя центры каналообразования и
коммуникации, размещенные, как правило, на энергообъектах с
выходом на узлы Госкомсвязи и других отраслей.
Рис. I.1. Структура ЕСЭЭ
Рис. 1.2. Рост протяженности каналов по различным трактам в период с 1960 г. по
2010 г.

Структура ЕСЭЭ приведена на рис. 1.1.

В целом телекоммуникационная сеть электроэнергетики имеет
по сравнению с другими ведомственными сетями весьма разветв-
ленную структуру, охватывающую всю территорию страны.

Первичная сеть связи отрасли представляет собой разветвленную
сеть кабельных, радиорелейных, волоконно-оптических и спутни-
ковых линий связи, а также каналов ВЧ связи по линиям электро-
передачи. По протяженности линий связи и канальной емкости
первичная сеть электроэнергетики (после общегосударственной
сети), наряду с сетями газовой отрасли и МПС России является од-
ной из крупнейших в России. На 01.01.99 общая канальная емкость
(рис. 1.2) составляет более 9,5 млн канало-километров, из которых
2,6 млн канало-километров по кабельным линиям связи,
4,1 млн канало-километров по воздушным линиям электропере-
дачи, 1,6 млн канало-километров по радиосистемам, 0,3 млн кана-
ло-километров по волоконно-оптическим линиям связи и 0,1 млн
канало-километров по спутниковым линиям связи. Кроме того в
первичной сети используются арендованные каналы общей протя-
женностью около 0,8 млн канало-километров.

Вторичные сети связи. На базе первичной сети отрасли созданы
вторичные сети следующего назначения:

производственные телефонные сети различных уровней управ-
ления оперативно-диспетчерской, технологической и админи-
стративно-хозяйственной деятельности (организуются ЦДУ ЕЭС
России, ОДУ, AO-энерго и Московским узлом связи энергетики
(МУСЭ) РАО “ЕЭС России”);

телефонные сети селекторных совещаний (организует ЦДУ ЕЭС
России, ОДУ, АО-энерго);

телеграфные сети (организует ЦДУ ЕЭС России, ОДУ, АО-энер-
го и МУСЭ РАО “ЕЭС России”);

телеинформационные сети (по уровням управления) автоматизи-
рованной системы диспетчерского управления (АСДУ), обеспечи-
вающие передачу сигналов телеизмерения, телесигнализации и те-
леуправления (организует ЦДУ ЕЭС России, ОДУ и АО-энерго);

сети автоматического регулирования частоты и активной мощно-
сти (АРЧМ) (организуют ЦДУ ЕЭС России, ОДУ, АО-энерго, элек-
тростанции);

сети автоматического управления аварийными режимами, обес-
печивающие передачу сигналов для систем релейной защиты (РЗ),
противоаварийной автоматики (ПА) и автоматического отключе-
ния нагрузки (САОН) (организует ЦДУ ЕЭС России, ОДУ,
АО-энерго);

сети передачи данных различного назначения, включая телеком-
муникационную сеть “Электра” (организует главный вычислитель-
ный центр (ГВЦ) энергетики, ЦДУ ЕЭС России, ОДУ, АО-энерго);

сети факсимильной связи, предназначенные для передачи копий
печатных и графических документов.

1.2.	ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЕДИНОЙ СЕТИ
ЭЛЕКТРОСВЯЗИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

Дальнейшее развитие отраслевой телекоммуникационной сети
предусматривается в соответствии с разработанной специалистами
“Концепцией развития ЕСЭТЭ электроэнергетики России на пери-
од до 2005 г.”, в которой поставлены задачи развития отраслевой те-
лекоммуникационно-информационной инфраструктуры, как тех-
нической основы управления отраслью.

Как известно, при развитии ВСС России рассматриваются вопро-
сы интеграции отечественных телекоммуникационных сетей в
Глобальную информационную структуру (ГИС). При этом учитыва-
ются следующие принципы данной интеграции:

развитие федеральной связи на основе международных стандар-
тов и рекомендаций;

централизованное регулирование радиочастотного спектра;

внедрение сетей интегрального обслуживания (ISDN), а также
широкополосных сетей (В-ISDN) с формированием услуг мульти-
медиа;

развитие сетей подвижной радиосвязи;

развитие связи и информатизации и др.

Одновременно с глобализацией связи будет происходить посте-
пенный переход к персонализации, т.е. возможности получить раз-
личные услуги связи любому абоненту по своему персональному но-
меру в любой точке земного шара.

Телекоммуникационная сеть электроэнергетики развивается,
как часть ВСС на аналогичных принципах с использованием новей-
ших информационных технологий, которые начали в последнее
время внедряться в электроэнергетике и получат широкое распро-
странение в дальнейшем. Следует отметить:

синхронную цифровую иерархию (СЦИ) — Synchronous Digital
Hierarchy — SDH;

широкополосную цифровую сеть связи с интегрированным об-
служиванием (Ш-ЦСИО) — Broadband Integrated Services Digital
Network (B-ISDN);

асинхронный режим доставки информации (APD) — Asynchro-
nous Transfer Mode — ATM;

интеллектуальные сети (ИС) — Intelligent Network — IN.

Цифровизация первичной сети осуществляется в три этапа.

На первом этапе (до 2005 г.) будут созданы интегрально-цифро-
вые сети связи (ИЦСС) — Integrated Digital Network-IDN, в которых
будет обеспечиваться интеграция цифровых сетей передачи и ком-
мутации.

На втором этапе (до 2010 г.) должны быть созданы цифровые сети
интегрального обслуживания (ЦСИО) — Integrated Services Digital
Network (ISDN), в которых потребители используют каналы 2B+D.
Эти сети — результат взаимного развития сетей связи и вычислите -
льных сетей, обеспечивающих предоставление пользователям более
широкого спектра услуг.

На третьем этапе (после 2010 г.) предусматривается переход к
Ш-ЦСЙО для организации отраслевой транспортной сети и интел-
лектуальных сетей.

Вместе с тем, учитывая, что в последние годы начато создание со-
ответствующей технологической и экономической базы, возможно
внедрение Ш-ЦСИО и ИС в более ранние сроки.

Внедрение указанных выше новейших информационных техно-
логий осуществляется в рамках интенсивного развития в отрасли:

ВОЛС с подвеской ВОК на опорах линий электропередачи
110- 500 кВ;

цифровой коммутационной техники;

систем спутниковой связи.

Весьма важным условием создания ЕСЭЭ является осуществ-
ление единой технической политики, в первую очередь, в области
внедрения коммутационной техники на всех уровнях управления
отраслью.

В сетях связи отрасли на 01.01.98 задействована коммутационная
техника общей емкостью около 600 тыс. номеров (электроме-
ханических, квазиэлектронных и электронных). Количественная
и качественная тенденции развития коммутационной техники в
1995 — 2005 гг. показаны на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Тенденция развития коммутационной техники в период с 1995 г. по 2005 г.
Первоочередной задачей является приведение в полное соответ-
ствие структуры производственных телефонных сетей с существую-
щей структурой управления отраслью. Они должны развиваться как
единая сеть для комплексного решения задач обеспечения опера-
тивно-диспетчерского, производственно-хозяйственного и техно-
логического управления объектами энергетики.

Одновременно производственно-телефонные сети должны взаи-
модействовать и обеспечивать программно-техническую совмести-
мост ь с существующими производственными телефонными сетями
топливно-энергетического комплекса, Госкомсвязи РФ и других
отраслей.

Новые коммутационные системы должны сопрягаться не только
между собой, но и с окружающим их старым парком коммутацион-
ного оборудования, имеющего различные типы сигнализации.

Необходимым условием осуществления присоединения сетей
связи электроэнергетики к ВСС является их совместимость с присо-
единяющей сетью связи.

В области развертывания спутниковой сети связи пока делаются
первые шаги. На первом этапе начато использование арендованных
каналов у крупнейших отечественных спутниковых компаний “Те-
лепорт-ТП”, “Бизнес-связь” и др. В дальнейшем будет начато со-
здание отраслевой спутниковой сети связи в электроэнергетике.

В перспективе этот вид связи имеет хорошее будущее, что обу-
словлено значительными размерами территории России, наличием
труднодоступных районов в регионах Сибири и Дальнего Востока,
где развертывание наземных каналов потребует значительных инве-
стиций. При этом спутниковые сети связи при их внедрении в РАО
“ЕЭС России” обладают высокой окупаемостью и более коротким
инвестиционным циклом по сравнению с другими видами связи.

Сети спутниковой связи станут важнейшей составной частью
ЕСЭТЭ и существенно повысят надежность управления отраслью.
Они будут использоваться в электроэнергетике России для следую-
щих целей:

организации резервных каналов для оперативно-диспетчерского
управления;

организации каналов передачи данных организационно-эконо-
мической, административно-хозяйственной и коммерческой ин-
формации;

обеспечения каналами связи объектов энергетического строите-
льства и стройиндустрии;

организации линейно-эксплуатационной связи протяженных ВЛ
сверхвысокого (СВН) и ультравысокого (УВН) напряжений;
создания каналов последней мили'.

развертывания оперативной связи в районах, где ликвидируются
последствия различных катастрофических явлений.

Спутниковые сети связи будут развертываться как на базе геоста-
ционарных, так и на базе низкоорбитальных систем. При этом на
основе указанных сетей будут создаваться магистральная опорная
сеть, сети последней мили и подвижная связь.

Особое значение имеет развертывание низкоорбитальных сетей
для организации систем сбора и передачи информации для контро-
ля за электропотреблением.

Важнейшим направлением развития телекоммуникационных
сетей отрасли является создание сети ВОЛС, на базе которых
обеспечивается внедрение современных телекоммуникационных
технологий.

На 01.01.99 построено около 5 тыс. км ВОЛС. Дальнейшее разви-
тие сетей ВОЛС определено “Концепцией развития Единой сети
электросвязи и телемеханики электроэнергетики России на период
до 2005 г.”, в соответствии с которой в ближайшие 7 — 8 лет будет
построено около 15 тыс. км ВОЛС с подвеской ВОК на линиях элек-
тропередачи. При этом магистральные ВОЛС будут сооружаться,
как правило, в кооперации с АО “Ростелеком” и с некоторыми дру-
гими, в первую очередь, отечественными телекоммуникационными
компаниями. В регионах, главным образом, будут сооружаться
корпоративные сети. При этом основное внимание будет уделяться
развитию региональных первичных цифровых сетей, которые в
регионах развиты весьма слабо.

Исходя из опыта строительства ВОЛС в зарубежных странах и
в России, можно выделить шесть способов подвески ВОК на опо-
рах ВЛ:

1.	Optical Ground Wire (OPGW) — ВОК, встроенные в грозозащит-
ные тросы — ОКГТ (используются при организации магистральных
ВОЛС на ВЛ 220 кВ и выше, как правило, при сооружении новых ВЛ
или при их реконструкции).

2.	Optical Phase Conductor (ОРРС) — ВОК, встроенные в фазные
провода — ОКФП (используются также для организации маги-
стральных ВОЛС на ВЛ 220 кВ и выше, но в значительно меньших
объемах, чем по способу п.1).

3.	All Dielectric Self-Supporting (ADSS) — самонесущие неметалли-
ческие ВОК — ОКСН (используются для организации внутрисис-
темных ВОЛС на ВЛ (35 — 220 кВ), как правило, на существующих
ВЛ или на ВЛ, на которых отсутствуют грозозащитные тросы.
4.	Metal Armoured Self-Supporting (MASS) — самонесущие армиро-
ванные металлом ВОК (используются для организации как магист-
ральных, так и внутрисистемных ВОЛС).

5.	Wrapped All Dielectric Cables — ВОК, навиваемые на фазные
провода или грозозащитные тросы (используются для организации
внутрисистемных ВОЛС на ВЛ 35 — 220 кВ).

6.	Prefort Attached — неметаллические ВОК, применяемые к
грозозащитным тросам (используются для организации внутрисис-
темных ВОЛС на ВЛ 110 — 220 кВ).

Из указанных выше методов подвески ВОК на ВЛ наиболее ши-
рокое распространение получили четыре (1,3,5 и 6). Все эти методы
подвески освоены также предприятиями и организациями РАО
“ЕЭС России”.

Опыт строительства и эксплуатации ВОЛС в ЭЭС нашей страны,
теоретические и экспериментальные исследования научно-иссле-
довательских организаций, а также зарубежный опыт обеспечивают
интенсивное внедрение волоконно-оптической технологии в элек-
троэнергетике России.

—

НиГРЭС

НАУЧНО-
ТЕХНИЧЕСКАЯ
БИБЛИОТЕКА
ГЛАВА ВТОРАЯ

Основные сведения о ВОЛС
и оптических волокнах

2.1.	ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В ВОЛС передача информации осуществляется по направля-
ющим системам в виде световодов. Передача информации по све-
товодам имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с
передачей информации по традиционным кабелям с металлически-
ми жилами, в том числе:

Рис. 2.1. Спектр электромагнитных волн
Таблица 2.1

Параметр	Воздушные линии	Симметрич- ные кабели	Коакси- альные кабели	Сверхпро- водящие кабели	Волноводы	Волоконно- оптические кабели
f Гц   •	105	106	108	10’	Ю10- 10"	10м- ю15
X		км	100 м	м	м	ММ	мм
Число каналов .	Десятки	Сотни	Тысячи	Тысячи	Десятки тысяч	Сотни тысяч

широкая полоса пропускания — обеспечивается за счет использова-
ния весьма широкой полосы частотного диапазона (рис. 2.1). Как
видно из показанного на рис. 2.1 спектра электромагнитных волн
для передачи информации по волоконно-оптическим кабелям ис-
пользуются в основном видимый и инфракрасный диапазоны час-
тот (волны длиной 0,7 — 1,6 мкм).

В табл. 2.1 даны сравнительные параметры применяемых в насто-
ящее время различных направляющих систем;

незначительное затухание сигнала при распространении его по
оптическим волокнам (ОВ). Выпускаемые отечественными и зару-
бежными производителями оптические волокна в зависимости от
длины волны 0,85; 1,3 и 1,55 мкм имеют минимальные значения за-
тухания соответственно 2,0, 0,5 и 0,2 дБ/км;

высокая защищенность от несанкционированного доступа — одно
из важнейших преимуществ ВОЛС, особенно для электроэнергети-
ки, которая является ведущей стратегической отраслью экономики
России;

высокая помехозащищенность, которая обеспечивается за счет
изготовления оптических волокон из диэлектрических материа-
лов, которые, как известно невосприимчивы к электромагнитным
влияниям;

гальваническая развязка, особенно важна для ВОК, заходящих на
энергообъекты, так как в этом случае полностью отсутствует вынос
потенциала;

высокая термоустойчивость, взрыво- и пожаробезопасность.
Известно, что оптические волокна изготавливаются из кварцован-
ного стекла, основу которого составляет двуокись кремния, имею-
щего термоустойчивость выше 1000 °C. Из-за указанной высокой
термоустойчивости, а так же из-за отсутствия искрообразующих
элементов, они обладают высоким уровнем взрыво- и пожаробезо-
пасности;
длительный срок эксплуатации. Оптические волокна подвержены
так называемому эффекту старения, в результате чего возрастает ко-
эффициент затухания в находящихся в эксплуатации ВОК. За счет
совершенствования современных технологий производства опти-
ческих волокон срок старения существенно отодвинут и составляет
25 лет и более;

малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели имеют мень-
ший вес и объем по сравнению с традиционными кабелями с метал-
лическими жилами при более высокой пропускной способности.

2.2.	ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ВОЛС

На рис. 2.2 показана схема ВОЛС. На данной схеме видно, что
аналоговый сигнал, генерируемый оконечным оборудованием, по-
дается на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Получаемый
на выходе сигнал в цифровой форме используется для модуляции
оптических импульсов, которые излучаются оптическим передатчи-
ком. На приемном конце промодулированные оптические импуль-
сы преобразуются в цифровые сигналы, а затем с помощью цифро-
аналогового преобразователя — в аналоговый сигнал.

На рис. 2.2 видно, что основными составляющими ВОЛС явля-
ются: оптические передатчик и приемник, аналогово-цифровой и
цифрово-аналоговый преобразователи, повторитель (регенератор)
и ВОК [2].

Оптический передатчик осуществляет преобразование входных
электрических сигналов в модулированные световые колебания. В
качестве оптических излучателей используются: инфракрасные све-
тоизлучающие диоды СД, суперлюминесцентные диоды (СЛД) и
лазерные диоды (ЛД).

Оптический приемник обеспечивает обратное преобразование мо-
дулированных световых сигналов в электрические сигналы.
Повторитель (регенератор) состоит из оптических приемника и
передатчика и электрического усилителя. В нем происходит восста-
новление формы оптического сигнала до первоначальной.

Волоконно-оптический кабель (ВОК) является основным элемен-
том ВОЛС. Волоконно-оптический кабель по условиям прокладки
можно подразделить на:

ВОК, прокладываемые в грунте, телефонной канализации, кол-
лекторе и т.д.;

ВОК, подвешиваемые на ВЛ;

ВОК, прокладываемые через большие водные преграды.

Строительная длина выпускаемых ВОК в зависимости от типа ка-
беля и производителя варьируется в пределах 2 — 10 км.

При прокладке ВОК используются различные пассивные оптиче-
ские компоненты, с помощью которых обеспечивается передача оп-
тических сигналов по ВОК от передатчиков к приемникам.

Рис. 2.3. Типы оптических волокон:

а — многомодовое градиентное волокно 50/125; 6 — многомодовое градиентное во-
локно 62,5/125 (85/125); в— одномодовое ступенчатое волокно SF; г— одномодовое
волокно со смещенной дисперсией DSSMF
2.3.	ОПТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА И ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПЕРЕДАЧИ
ПО НИМ ИНФОРМАЦИИ

Оптические волокна делятся на две основные группы [3]: много-
модовые (MMF — Multi Mode Fiber) и одномодовые (SMF — Single
Mode Fiber).

Многомодовые волокна подразделяются в свою очередь на ступен-
чатые (SIMMF — Stepindex Multi Mode Fiber) и градиентные
(GIMMF — Graded Index Multi Mode Fiber).

Одномодовые волокна подразделяются на ступенчатые одномодо-
вые волокна (SISMF — Step Index Single Mode Fiber) или стандарт-
ные волокна (SF — Standard Fiber), на волокна co смещенной дис-
персией (DSSMF — Dispersion-Shifted Single Mode Fiber) и на волок-
на с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSSMF — Non-Zero
Dispersion — Shifted Single Mode Fiber).

В ВОК наиболее широкое распространение получили следующие
стандарты волокон (рис. 2.3):

многомодовое градиентное волокно 50/125 (рис. 2.3, а)-,
многомодовое градиентное волокно 62,5/125 (рис. 2.3, 6);

одномодовое ступенчатое волокно SF (волокно с несмещенной
дисперсией) или стандартное волокно 8 — 10/125 (рис. 2.3, в);

одномодовое волокно со смещенной дисперсией DSSMF
8- 10/125 (рис. 2.3, г);

одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией
NZDSSMF.

В приведенных выше обозначениях оптических волокон указыва-
ются через дробь значения диаметров сердцевины и оболочки.

Многомодовые волокна используются на коротких соединитель-
ных линиях и, главным образом, для организации локальных сетей.
Для передачи оптических сигналов по многомодовым волокнам ис-
пользуются волны 0,85 и 1,3 мкм.

В одномодовых волокнах диаметр сердцевины соизмерим с дли-
ной распространяемой волны, в связи с чем в таком волокне распро-
страняется только один луч (одна мода). Для передачи сигналов по
одномодовым волокнам используются волны 1,3 и 1,55 мкм.

Одномодовые волокна используются в ВОЛС на протяженных и
сверхпротяженных трассах.

Принцип действия оптических волокон. Как уже отмечалось выше,
оптические волокна относятся к направляющим системам и обеспе-
чивают передачу информации в весьма широкой полосе частотного
диапазона. При этом следует отметить, что оптические волны по-
дразделяются на три диапазона: инфракрасный, видимый и ультра-
фиолетовый.
Падающий
луч света

Нормаль к
поверхности
падения луча

Отраженный
луч света

Среда 1

Рис. 2.5. Преломление света

Рис. 2.4. Отражение света
Для передачи информации по оптическим волокнам используют-
ся в основном видимый и инфракрасный диапазоны частот (волны
длиной 0,7 — 1,6 мкм) и ведутся работы по освоению ближнего инф-
ракрасного диапазона (2, 4 и 6 мкм).

В отличие от традиционных кабелей с металлическими жилами,
обладающими электрической проводимостью и током проводимо-
сти, оптические волокна так же, как и в системах радиопередачи,
имеют механизм передачи на основе тока смещения. При этом в от-
личие от распространения электромагнитных колебаний в свобод-
ном пространстве, близких к плоским волнам, в оптических волок-
нах происходит концентрация волн в объеме волокна в заданном на-
правлении. Передача волны по оптическому волокну осуществляет-
ся за счет многократного отражения от границы раздела сред, имею-
щих разные показатели преломления (/ц и пт).

На рис. 2.4 и 2.5 показаны соответственно примеры полного отра-
жения света на границе раздела двух сред с одинаковыми показате-
лями преломления щ = пг и разными показателями преломления
«1 > «2-

На рис. 2.6 показан пример преломления света, при котором угол
преломления р0 = 90°.

Основными факторами, влияющими на характер распростране-
ния света в оптических волокнах, являются: длина волны, геометри-
ческие параметры оптического волокна, затухание и дисперсия.

Числовая апертура оптического волокна является важным пара-
метром. Числовая апертура — это угол между оптической
осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в то-
рец ОВ, при котором выполняется условие полного внутреннего от-
ражения (рис. 2.7).
От ее значения зависят эффективность ввода излучателя (лазера
или светодиода) в ОВ, потери на микроизгибах, дисперсия импуль-
сов, число распространяющихся мод.

Известно, что при вводе энергии в ОВ на границе сердечник-обо-
лочка будут падающая волна с углом <рп, отраженная с углом <р0, и
преломленная волна с углом <рпр (рис. 2.7, точка Л). В то же время при
при определенном угле падения происходит полное отражение вол-
ны и она не переходит в другую среду (рис. 2.7, точка В).

Угол падения <рп, начиная с которого вся энергия отражается от
границы раздела, называется углом полного внутреннего
отражения (<рп — 0д) - В этом случае преломленный луч проходит
вдоль границы раздела сердцевина-оболочка и не излучается в окру-
жающее пространство (рис. 2.7, луч 2 в точке Б).

Как было отмечено выше при <рп > 0дэнергия, поступившая в сер-
дечник, полностью отражается и распространяется по ОВ. При
этом, чем больше угол падения волны (<рп = 0д в пределах от 0В до
90°), тем быстрее волна будет принята на приемном конце [3].

Режим полного внутреннего отражения обуславливает условие
передачи света на входной торец ОВ. Из рис. 2.8 видно, что ОВ про-
пускает свет, заключенный в пределах угла 0^, значение которого
обусловлено углом Од. Угол 0/ характеризуется числовой апертурой
NA = sin 0^ -Jwj2 -«2 •

Учитывая изложенное, можно сделать вывод: чем больше угол 0д,
тем меньше апертура волокна 0^. Следует стремиться к тому, чтобы
угол <рп > 0д и находился в пределах от 0д до 90°, а угол ввода луча в
торец ОВ укладывался в апертурный угол 0^ (<р < 0^).

Затухание сигнала в оптических волокнах. Важнейшим парамет-
ром ВОК является затухание сигнала в оптических волокнах.
Рис. 2.9. Частотные зависимости коэф-
фициентов затухания

Л,дБ/км
20,-------

Лл

О -1-1_।_

0,6 1,0 1,2 1,4 1,6 Л,

Рис. 2.10. Изменение коэффициента
ослабления оптического волокна в за-
висимости от длины волны

Затухание в оптических волокнах а определяет длину регенераци-
онных участков и обусловлено собственными потерями в оптиче-
ских волокнах ас и дополнительными потерями, так называемыми
кабельными ак, возникающими за счет скрутки, деформации и из-
гибов волокон.

Собственные потери оптических волокон состоят из потерь по-
глощения ап и потерь рассеяния ар Потери поглощения зависят в
основном от чистоты материала (апр). В результате

ас = Otn + «пр + otp-	(2.1)

Потери рассеяния определяются в основном неоднородностями
материала оптических волокон. Величина потерь на расстоянии ар,
дБ/км, называемая рэлеевским, определяется по формуле:

ар = кр/к\	(2.2)

где кр — коэффициент рассеяния, для кварца равен 0,8 мкм  дБ/км.

На рис. 2.9 показаны графики частотных зависимостей коэффи-
циентов затухания оптических волокон. Из данного рисунка видно,
что потери на поглощение растут линейно с увеличением частоты, а
потери на рассеяние — по закону/4.

На рис. 2.10 приведен график изменения коэффициента ослабле-
ния оптического волокна в зависимости от длины волны. На нем
видны три окна прозрачности на длине волны 0,85; 1,3 мкм и
1,55 мкм с минимально достижимыми значениями коэффициентов
затухания соответственно 2,0; 0,5 и 0,2 дБ/км.

Дисперсия и пропускная способность оптических волокон. Наряду с
затуханием сигнала в оптических волокнах важнейшим параметром
волоконно-оптических систем передачи является пропускная спо-
собность А/7, которая определяет полосу частот, пропускаемых по
оптическим волокнам.

Ограничение Д/^связано стем, что сигнал в зависимости от длины
линии приходит на вход приемника искаженным. Это явление на-
зывается дисперсией и возникает за счет различия времени распро-
странения различных мод в оптических волокнах и наличием час-
тотной зависимости показателя преломления.

Таким образом, дисперсия — это рассеяние во времени спект-
ральных или модовых составляющих оптического сигнала, в резуль-
тате которого происходит увеличение длительности импульса при
прохождении их по оптическим волокнам.

Уширение импульса т (рис. 2.11) определится по формуле:

Т=7'вых ^х,	(2-3)

где /вх и /ВЬ|Х — длительность импульса соответственно на входе и вы-
ходе ВОК.

При этом связь между уширением импульсов и полосой частот
приближенно имеет следующий вид Д/7» 1/т.

Дисперсия наряду с ограничением частотного диапазона сущест-
венно снижает дальность передачи информации по ВОК. И это вли-
яние тем больше, чем длиннее линия.

Дисперсионные свойства тракта передачи в значительной степе-
ни зависят от источников излучения. Дисперсия несущественна при
использовании лазерных источников, так как они излучают весьма
узкую полосу частот. Вместе с тем при использовании в качестве пе-
редатчиков световодов, полоса излучения значительно шире и дис-
персия проявляется более существенно (для световодных источни-
ков уширение импульса на два порядка больше, чем для лазерных
источников).

В отличие от традиционных кабелей с металлическими жилами, в
которых полоса пропускания и дальность связи, в первую очередь,
ограничиваются затуханием и помехозащищенностью цепей, ВОК
не имеют проблем электромагнитной совместимости.

Как указывалось выше, в ВОК полоса пропускания и дальность
связи лимитируются затуханием и дисперсией. При этом в одномо-
довых оптических волокнах, которые обладают хорошими диспер-

Таблица 2.2

Параметры	Градиентное многомодовое волокно	
	MMF 50/125	MMF 62,5/125
Номинальное затухание, дБ/км на X = 0,85 мкм		<2,4	<2,8
на X = 1,3 мкм		<0,5	<0,6
Максимальное затухание, дБ/км на X = 0,85 мкм .... 		< 2,5	<3,0
на X = 1,3 мкм		<0,8	<0,7
Полоса пропускания, МГц  км на X = 0,85 мкм				>400	>200
на X = 1,3 мкм		>800	>400
Диаметр сердцевины d, мкм		50,0 ± 3,0	62,5 ± 3,0
Числовая апертура NA		0,200 ±0,015	0,275 ±0,015
Рабочий диапазон температур, °C		—60 н-85	-60 + 85
Вносимое затухание в температурных пределах —60 4- 85 °C на X = 0,85 мкм и X = 1,3 мкм		<0,2	<0,2
Стандартная длина оптического волокна, поставляемого на катушке, м			1100 - 4400	1100 - 8800
Диаметр оболочки, мкм		125,0 + 2,0	125,0 ±2,0
Радиальное отклонение сердцевины относительно оболочки, мкм		<3,0	<3,0
Диаметр защитного покрытия, мкм		245 ± 10	245 ± 10
Тестовое усилие на разрыв, ГН/м		>0,7	>0,7
сионными характеристиками, длина регенерационного участка
определяется только затуханием оптического тракта.

При организации ВОЛС по многомодовым ВОК надлине волны
X — 0,85 мкм протяженность регенерационного участка составляет
до 30 км, а по одномодовым ВОК на длинах волн 1,3 и 1,55 мкм до-
стигает соответственно 70 и 120 км (при установке оптического уси-
лителя длину регенерационного участка можно увеличить до
300 км).

Характеристики производимых оптических волокон. Как уже отме-
чалось выше, на практике наиболее широко используются два стан-
дарта многомодового градиентного волокна 62,5/125 и 50/125, отли-
чающиеся профилем сердцевины.

Значения параметров для указанных стандартов многомодовых
градиентных волокон приведены в табл. 2.2 |2].

Применяемые оптические волокна можно разделить на три
основные группы: оптические волокна с несмещенной дисперсией
SF, волокна со смещенной дисперсией DSSMF и волокна с ненуле-
вой смещенной дисперсией NZDSSMF.

Все три типа оптических волокон имеют примерно одинаковое
затухание при одномодовой передаче наХ = 1,3 мкм иХ = 1,55 мкм,
но отличаются характеристиками хроматической дисперсии (наи-
более отчетливо проявляется в одномодовом волокне из-за отсутст-
вия межмодовой дисперсии).

Максимальное затухание на длине волны 1,55 мкм составляет
0,22 — 0,25 дБ/км, а на длине волны 1,3 мкм составляет не более
0,5дБ/км.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ

Типы и конструкции
волоконно-оптических кабелей

Конструкция ВОК имеет существенные отличия от конструкции
традиционных кабелей с металлическими жилами, главным из ко-
торых является более низкая прочность волокон по сравнению с ме-
таллическими жилами. В связи с этим волокна должны быть защи-
щены от осевых нагрузок, так как они выдерживают кратковремен-
ное удлинение в пределах 0,5 — 1 % и долговременное удлинение не
более 0,2 %.

Защита кабелей от осевых нагрузок осуществляется в основном
следующими методами:

волокно располагается в кабеле таким образом, чтобы его длина
несколько превышала длину кабеля;

кабели оснащаются специальными упрочняющими элемента-
ми, которые не допускают превышение допустимых нагрузок на
волокна.

Волокна должны быть защищены как от микроизгибов, так и от
макроизгибов. С целью снижения вероятности появления микроиз-
гибов необходимо располагать оптические волокна в ВОК в ненатя-
нутом состоянии и обеспечить правильный выбор материалов. Сни-
жение макроизгибов обеспечивается правильным выбором радиуса
изгиба волокон.

Защита волокон от температурных перепадов обеспечивается
также за счет выбора материалов и расположения волокон в кабеле в
ненатянутом состоянии.

Кабели должны обладать продольной водонепроницаемостью с
целью исключения распространения влаги вдоль ВОК.
3.1.	ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Основными характеристиками ВОК следует считать величины
механических, электрических и климатических воздействий, кото-
рые не вызывают изменения таких параметров оптических волокон,
как затухание и полоса пропускания. Поэтому при изготовлении
ВОК весьма важным является выбор материала и расположения со-
ставляющих элементов ВОК таким образом, чтобы воздействие на
оптические волокна было минимальным.

Волоконно-оптический кабель можно классифицировать по сле-
дующим признакам: назначению, конструкции ВОК, типу защит-
ных оболочек и условиям прокладки.

По конструкции ВОК можно подразделить на четыре группы:

Рис. 3.1. Конструкция ВОК:

а — кабели концентрической навивной конструкции с одним навивом; б — кабели
концентрической конструкции с двумя навивами; в — кабели с профилированными
сердечниками; г — кабели ленточного типа; 1 — оптическое волокно; 2 — силовой
элемент; 3— внутренняя оболочка; 4— внешняя полиэтиленовая оболочка; 5— про-
филированный сердечник; 6 — лента с волокнами
Таблица 3.1

Характеристика	Значение
Прочность на растяжение, Н		50 - 100000
Прочность на раздавливание, м/с2		50 - 1000
Допустимый радиус изгиба, количество диаметров кабеля . . .	10-20
Термостойкость, °C		от +70 до —60
Время безотказной работы, ч		3000 - 200000
Затухание, дБ/км:	
на длине волны 0,85 мкм			2,0
1,3 мкм		0,4
1,55 мкм		0,2
Полоса пропускания, МГц • км:	
многомодового волокна. . . .		300
градиентного волокна.	.....	800
одномодового волокна						5000

кабели концентрической навивной конструкции с одним, двумя
и более навивами (рис. 3.1, а и б);

кабели с профилированным сердечником и размещением в цент-
ре профилированного пластмассового сердечника с пазами, в кото-
рых размещаются оптические волокна (рис. 3.1, в);

кабели пучковой скрутки, изготавливающиеся на большое коли-
чество волокон 100 и более (рис. 3.1, г);

кабель ленточного типа, состоящий из ряда пластмассовых лент,
в которые встроено, как правило, 12 волокон (рис. 3.1, д).

Волоконно-оптические кабели по условиям прокладки можно по-
дразделить на:

ВОК, прокладываемые в грунте, телефонной канализации, кол-
лекторе и т.д.

ВОК, подвешиваемые на ВЛ;

ВОК, прокладываемые через большие водные преграды (подвод-
ные кабели).

Основными требованиями, предъявляемыми к физико-механи-
ческим характеристикам ВОК, являются:

высокая механическая прочность (растяжение, изгиб, попереч-
ное давление);

термоустойчивость в широком диапазоне рабочих температур;

гибкость и возможность прокладки по реальным трассам;

радиационная и химическая стойкость;

влагонепроницаемость;

простота монтажа и прокладки;
надежность работы в течение длительного периода времени;

Типовые характеристики ВОК приведены в табл. 3.1.

3.2.	ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ КАБЕЛИ,
ПРОКЛАДЫВАЕМЫЕ В ГРУНТЕ
И ТЕЛЕФОННОЙ КАНАЛИЗАЦИИ

Волоконно-оптические кабели, прокладываемые в грунте и теле-
фонной канализации, подразделяются на ВОК городской, зоновой
и магистральной связи.

Из ВОК городской связи в основном применяются кабели следу-
ющих типов: OK-50, ОКК-50, ОККЩ-50 и ОККАК-50.

Кабель ОК-50 имеет навивную конструкцию с размещением в
центре упрочняющего силового элемента из синтетической высоко-
молекулярной пластмассы. Данный кабель предназначен для про-
кладки в телефонной канализации.

Кабели ОКК-50 и ОКК-Ю изготавливаются соответственно в
двух вариантах: на основе оптического волокна с диаметром сердце-
вины 50 и 10 мкм. Данные кабели предназначены для прокладки в
телефонной канализации.

Кабель типа ОККО имеет броню в виде металлической оплетки.
Кабель типа ОККС имеет броню из стеклопластиковых стержней, а
кабель типа ОККАК имеет алюминиевую оболочку и броню из круг-
лых стальных проволок. Все эти кабели предназначены для про-
кладки в грунте.

Минимальная наработка на отказ указанных кабелей в режимах и
условиях, определенных соответствующими техническими услови-
ями, более 200 тыс. ч.

3.3.	ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ КАБЕЛИ ЗОНОВОЙ СВЯЗИ

Для организации зоновой связи наибольшее распространение
получили волоконно-оптические кабели марок ОЗКГ и ОКЗ.

Кабель марки ОЗКГ имеет профилированный пластмассовый
сердечник с геликоидальными пазами, в которых размешены опти-
ческие волокна. В центре размещен армирующий элемент. По пери-
ферии имеются проволоки для дистанционного электропитания ре-
генерационных пунктов. Снаружи — полиэтиленовая оболочка
(рис. 3.2).

Зоновый ВОК имеет сердечник, состоящий из восьми модулей, в
четырех из которых размещены оптические волокна, а в остальных
четырех медные жилы для дистанционного электропитания регене-
раторов.
Рис. 3.2. Оптический кабель зоновой
связи:

/—волокно; 2— силовой элемент; 3—
профилированный сердечник; 4 —
стальные проволоки; 5— медные про-
волоки; 6— полиэтиленовая оболочка

Имеется несколько вариантов
ВОК марки ОКЗ в зависимости от
конструкции брони: стальные
круглые проволоки (ОКЗК), бро-
неленты (ОКЗБ), стеклопластико-
вые стержни (ОКЗС), стальная
оплетка (ОКЗО), подводные кабе-
ли с алюминиевой оболочкой и
круглой стальной броней.

Указанные ВОК для зоновой
связи также имеют минимальную
наработку на отказ более

200 тыс. ч и минимальный срок
эксплуатации 25 лет.

Для магистральной связи наи-
большее распространение получи-
ли ВОК марки ОМЗКГ, ОМЗВ и
ОКЛ.

Кабель ОМЗКГ имеет центральный профилированный элемент,
в пазы которого уложены одномодовые оптические волокна с гидро-
фобным заполнителем и с броней из неметаллических формирую-
щих элементов в виде стеклопластиковых стержней и стеклонитей, в
полиэтиленовой оболочке.

Кабель марки ОМЗВ предназначен для прокладки через водные
преграды. В отличие от кабеля ОМЗКГ данный кабель имеет неме-
таллическую трубку и броню из стальных проволок.

Кабели марки ОКЛ предназначены для организации одномодо-
вой связи на длине волны 1,55 мкм. Указанные кабели имеют мед-
ные провода для дистанционного электропитания.

В зависимости от конструкции кабели марки ОКЛ имеют следую-
щие варианты: с броней из стеклопластиковых стержней (ОКЛС), с
броней из ленточной стали (ОКСБ), с броней из круглых стальных
проволок (ОКЛК), в алюминиевой оболочке и с броней из круглых
стальных проволок (ОКЛЛК).

3.4.	ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ КАБЕЛИ,
ПОДВЕШИВАЕМЫЕ НА ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

В последние годы существенно преобразуется структура телеком-
муникационных сетей в электроэнергетике. В рамках реализации
программ по созданию интегрально-цифровых сетей связи в элект-
роэнергетике на смену, когда-то основным видам связи — провод-
ным линиям связи, приходят ВОЛС с подвеской ВОК на линиях
электропередачи. На рис. 3.3 показана тенденция изменения струк-
туры телекоммуникационных сетей в электроэнергетике ряда стран
(даны усредненные значения для 20 стран Западной Европы, США,
Японии и др.) за 1980 — 2000 гг.

Как указывалось, интерес к строительству ВОЛС в электроэнер-
гетике зарубежных стран возник в середине 70-х годов и в настоящее
время в эксплуатации находятся более 500 тыс. км ВОК различного
типа, подвешенных на опорах ВЛ напряжением до 500 кВ.

Первая экспериментальная ВОЛС в нашей стране была построе-
на в АО “Ленэнерго” в 1989 г. и на начало 1998 г. в нашей отрасли
построено около 3000 км ВОЛС.

Такое широкое распространение ВОЛС в электроэнергетике с
подвеской ВОК на опорах линий электропередачи (ВОЛС-ВЛ) обу-
словлено их существенными преимуществами по сравнению с ВОК,
проложенными в грунте, что подтверждается отечественным и зару-
бежным опытом.

Из приведенных методов подвески ВОК на ВЛ наиболее высокой
надежностью обладают ВОК, встроенные в грозозащитные тросы.

При выборе ВОК, подвешенных на ВЛ, необходимо знать следу-
ющие основные параметры линий электропередачи и ВОК в зависи-
мости от схем их подвески:

рабочее напряжение ВЛ;

максимальный ток короткого замыкания (КЗ);

время отключения защитой при КЗ на землю;

тип (конфигурация опоры) и расположение ВОК;

Рис. 3.3. Тенденция изменения структуры телекоммуникационных сетей а электроэнер-
гетике зарубежных стран:

1— ВОЛС; 2— арендованные каналы; 3— каналы по радиосистемам; 4 — каналы по
проводным линиям; 5 — высокочастотные каналы по ВЛ
максимальная длина пролета;

провес фазных проводов при рабочей температуре;

максимальное усилие тяжения в точке крепления;

температурные диапазоны для условий хранения, монтажа и
работы;

способ монтажа проводов на опоре ВЛ;

габарит по высоте (стрела провеса);

оптические волокна (тип, число, затухание, частотный диапазон
и др.);

метеорологические условия (температура, гололедно-изморозо-
вые отложения, ветровые нагрузки и др.).

Волоконно-оптические кабели, встроенные в грозозащитный трос
(ОКГТ) из всех известных способов подвески ВОК на ВЛ, получили
наибольшее распространение в электроэнергетике многих стран.
По состоянию на 1998 г. построено более 300 тыс. км ОКГТ (первая
ОКГТ была построена в Японии в 1975 г.).

По экономическим соображениям ОКГТ монтируется, в основ-
ном, при сооружении новых ВЛ или при реконструкции существую-
щих.

Указанные кабели выпускаются в соответствии со стандартом
IEEE-1138 (Institute of Electrical and Electronics Engineers — Инсти-
тут инженеров электриков и электронщиков), в котором приведены
конструкция, механические параметры, руководство по подвеске,
правила приема и требования к испытаниям ОКГТ.

При выборе конструкции ОКГТ следует учитывать, что данный
кабель должен выполнять две функции: обеспечение качественной
и надежной передачи необходимого объема информации в течение
не менее 25 лет и одновременно обеспечение надежной защиты ВЛ
от грозовых разрядов и защиты от воздействий токов КЗ.

Проектируемые ОКГТ должны обеспечить заданные оптические
параметры в условиях повышенных температур, возникающих в ка-
белях при его нагреве от токов КЗ и воздействия грозовых разрядов,
а также от пониженных температур. Одновременно следует обеспе-
чить высокую механическую прочность кабеля и низкое сопротив-
ление постоянному току.

По конструкции выпускаемые в настоящее время ОКГТ можно
разделить на три группы.

К первой группе кабелей относятся ОКГТ, оптический сердечник
которых заключен в трубку из алюминия или алюминиевого сплава.
Указанная трубка обеспечивает механическую защиту оптического
сердечника и имеет низкое электрическое сопротивление. Поверх
трубки положены повивы из проволок, обеспечивающие механиче-
скую прочность ВОК и его электрические параметры.

На рис. 3.4 показаны типичные конструкции ВОК первой груп-
пы, выпускаемые следующими фирмами: “Alcoa Fujikura LTD”
(США) — рис. 3.4, a, “Cables Pirelli S. А.” (Италия) — рис. 3.4, б,
“Showa’s Wires and Cables” (Япония) — рис. 3.4, в [4].

Рис. 3.4. Типовые конструкции ОКГТ первой группы:

а — кабель фирмы “Alcoa Fujikura”: 1 — проволока типа “алюмовелд”; 2 — оболочка
из алюминия; 3 — заполнитель из арамидных нитей; 4 — оболочка оптического моду-
ля; 5— оптическое волокно; 6— центральный стеклопластиковый элемент; 7— слой
полимерной ленты; б— кабель фирмы “Cables Pirelli S. А.”, АО “ВНИИКП”: /— про-
волока типа “алюмовелд” или стальная оцинкованная; Г — проволока из алюминие-
вого сплава; 2 — оболочка из алюминия или алюминиевого сплава; 3 — центральный
стеклопластиковый элемент; 4 — оболочка оптического модуля; 5 — оптическое во-
локно; 6— гидрофобный заполнитель; 7— слой полимерной ленты; в— кабель фир-
мы “Show’s wires and Cables": 1— проволока типа “алюмовелд”; 2— оболочка из алю-
миниевого сплава; 3 — центральный профилированный элемент из алюминиевого
сплава; 4 — полимерная лента; 5 — оптическое волокно; 6 — стеклопластиковый
элемент
Оптический сердечник этих ВОК может быть выполнен различ-
ными способами. Например, в ВОК на рис. 3.4, а оптическое во-
локно вместе со стеклопластиковым силовым элементом заключено
в полимерную оболочку оптического модуля. Поверх скрученных
оптических модулей положен слой из армидных нитей, обеспечива-
ющий повышенную прочность оптического сердечника, уложенно-
го в герметичную трубку из алюминия.

Свободная укладка оптического волокна в трубке из полибути-
лентерефталата (оптический модуль) предусмотрена в оптических
сердечниках ВОК на рис. 3.4, б. Оптические модули скручены во-
круг стеклопластикового элемента и обмотаны полимерной лентой.
Оптический сердечник уложен в герметичной трубке из алюминия
(ВОК фирмы “Cables Pirelli S. А.”) или алюминиевого сплава (ВОК
фирмы АО “ВНИИКП”).

Фирма “Showa’s Wires and Cables” изготавливает оптический сер-
дечник в двух вариантах: в виде профилированного элемента из
алюминиевого сплава, в пазы которого уложены оптические волок-
на, скрученные вокруг стеклопластикового элемента (ВОК на
рис. 3.4, в) ив виде оптического модуля, в котором оптические во-
локна также скручены вокруг центрального стеклопластикового
элемента и покрыты полимерной оболочкой. Оптический сердеч-
ник находится в герметичной трубке из алюминия.

Ко второй группе кабелей относятся ОКГТ, в которых оптические
волокна свободно уложены в герметичной трубке из нержавеющей
стали. При этом свободное пространство трубки заполнено гидро-
фобным заполнителем. Одна или несколько таких трубок с оптиче-
скими волокнами скручены вокруг центральной проволоки, обра-
зуя первый повив кабеля. В зависимости от требуемой прочности и
для обеспечения необходимого сопротивления ВОКдополнительно
накладываются еще один или два повива проволок.

Образец указанного кабеля, выпускаемого фирмой “AEG” (Гер-
мания), показан на рис. 3.5.

К третьей группе кабелей относятся ОКГТ, в которых оптиче-
ские волокна свободно уложены в полимерной трубке, свободное
пространство которой заполнено гидрофобом. Поверх полимер-
ной трубки положены повивы из проволок, обеспечивающие необ-
ходимую механическую прочность и электрическое сопротивление
кабеля.

Такого типа ВОК выпускают фирмы “Nokia” (Финляндия) —
рис. 3.6, а, и “Siemens” (Германия) — рис. 3.6, б.

Внутреннее отверстие в трубке из полибутилентерефталата ВОК
фирмы “Nokia” выполнено в виде (“Spiral Space”). Такое конструк-
тивное решение (рис. 3.6, а) позволяет
укладывать оптические волокна в
трубке с избыточной длиной до
0,5 — 0,6 %. Снаружи трубка обмотана
двухцветной нитью, пропитанной би-
тумом, стеклолентой и четырьмя лен-
тами из битумной бумаги. Поверх лент
положены повивы из проволок.

Трубка кабелей фирмы “Siemens”
имеет правильную цилиндрическую
форму, является двухслойной, внут-
ренний слой выполнен из полибу-
тилентерефталата, а наружный из
полиамида. Технология изготовления
трубки такова, что оптическое волок-
но уложено в ней с избыточной дли-
ной до 0,5 %. Поверх трубок уложены

Рис. 3.5. Типовая конструкция
ОКГТ второй группы:

1 — проволока из алюминиевого
сплава; 2 — проволока типа “алю-
мовелд”; 3 — гидрофобный запол-
нитель; 4— оболочка оптического
модуля из нержавеюшей стали;

5 — оптическое волокно

повивы из проволок.

Таким образом, основным принципиальным отличием оптиче-
ских сердечников, выпускаемых различными фирмами для ВОК,
встроенных в грозозащитный трос, является укладка волокон в оп-
тическом сердечнике. При этом применяется как свободная укладка

волокна в оптическом модуле, так и плотная упаковка волокон.

При расчете ОКГТ на предельно допустимую растягивающую на-
грузку следует учитывать предельно допустимую нагрузку на волок-

Рис. 3.6. Типовые конструкции ОКГГ третьей группы:

а — кабель фирмы “Nokia”: 1 — проволока из алюминиевого сплава; 2 — проволо-
ка типа “алюмовелд”; 3 — гидрофобный заполнитель; 4 — температурная защита;

5 — оптическое волокно; 6 — полимерный сердечник “Spiral Space”; б — кабель фир-
мы “Siemens”: 1 — проволока из алюминиевого сплава; 2 — стальная оцинкованная
проволока; 3— гидрофобный заполнитель; 4— полимерная оболочка; 5— оптическое
волокно
но для сохранения как оптического затухания, так и его целостности
в течение всего срока службы кабеля. Так, для кабелей со свободной
укладкой волокон в оптическом сердечнике обычно волокно не на-
гружено при максимально допустимой растягивающей нагрузке,
приложенной к ВОК. Нагрузка на волокно появляется при прило-
жении к ВОК нагрузок, превышающих максимально допустимые
(рис. 3.6, б).

При выборе конструкции ОКГТ необходимо учитывать оптими-
зацию всех параметров: максимально допустимую растягивающую
нагрузку, сопротивление постоянному току, массу, диаметр, число
волокон, а также показатели надежности его элементов.

Весьма важным является размещение ОКГТ на опорах ВЛ. При
этом должны учитываться следующие условия:

защита ВЛ от грозовых перенапряжений;

коронирование ОКГТ в электрическом поле проводов ВЛ;

условия работы ОКГТ в пролетах при сближении кабеля и фазных
проводов при гололеде и ветре;

пляска проводов ВЛ.

Размещение ОКГТ по условиям защиты ВЛ от грозовых перена-
пряжений должно производиться в соответствии с требованиями
п.п. 2.5.66, 2.5.67 ПУЭ, как подвеска грозозащитного троса.

Так же как для грозозащитного троса должен производиться вы-
бор расстояния между проводами и ОКГТ (в соответствии с п. 2.5.51
и п. 2.5.55 ПУЭ).

Расстояние между проводами и ОКГТ должно быть проверено по
условиям сближения свободных от гололеда проводов и ОКГТ, ко-
торый покрыт гололедом. При этом расстояние между проводами и
ОКГТ должно быть не менее указанных в табл. 2.5.20 ПУЭ по рабо-
чему напряжению.

Длина регенерационного участка на магистралях составляет
75 — 150 км (в последующем до 250 — 300 км).

Для эффективного использования канального ресурса преду-
сматривается создание на трассах Магистральных Узлов Автомати-
ческой Коммутации (МУАК) двух типов:

промежуточных, оборудуемых через 70 — 150 км с учетом интер-
валов регенерационных участков;

транзитно-оконечных, оборудуемых через 300 — 750 км на пере-
сечениях магистралей и вблизи от крупных административных цен-
тров.

Магистральные и районные узлы автоматической коммутации
(РУАК), как правило, размещаются территориально на узлах связи
энергосистем.
Топология волоконно-оптических сетей предусматривает соче-
тание структур типа распределенная решетка и радиально-кольцевых.
При этом от центра до каждого из регионов организуются магистра-
льные направления связи, включающие радиальные и рокадные на-
правления связи, стыкуемые с волоконно-оптическими кольцами,
создаваемыми вокруг крупных городов. Внутри регионов организу-
ются кольцевые структуры областей, районов, населенных пунктов,
стыкуемые с радиальными и рокадными линиями связи через
МУАК или РУАК для передачи (приема) цифровых трактов (кана-
лов) на радиально-кольцевые линии и через них на узлы (оконечные
пункты) потребителей.

Система синхронизации цифровой первичной сети предусматри-
вает создание четырех уровней синхронизации: первичный стан-
дарт, задающий генератор (ЗГ) региональных узлов; ЗГ сетевых
станций; ЗГ аппаратуры синхронной цифровой иерархии (СЦИ).
Синхронизация осуществляется от верхнего уровня по принципу
“ведущий-ведомый”.

Эталонный генератор (первичный стандарт) следует размещать
на Центральном узле коммутации.

Взаимодействие сети СЦИ с действующей аналоговой сетью бу-
дет обеспечиваться с помощью цифро-аналоговых и аналого-циф-
ровых преобразователей.

Важнейшее значение при организации ВОЛС с подвеской ВОК
на опорах ВЛ имеет определение показателей надежности вновь
проектируемых и эксплуатируемых ВЛ 110 - 150 кВ с учетом ВОК,
встроенных, прикрепленных и навиваемых на грозозащитные тро-
сы, а также самонесущих ВОК.

Указанные показатели можно определить с помощью разрабо-
танной АО “ВНИИЭ” “Методикой расчета показателей надежности
ВЛ 110 — 500 кВ с учетом подвески оптических кабелей связи” (М.:
ВНИИЭ, 1996 г.). Эти показатели надежности в дальнейшем приме-
няются при выборе механических параметров грозозащитных тро-
сов с ВОК, а также самонесущих ВОК, проверки соответствия этих
параметров конкретным условиям применения.

Нарушение работы ВОК возможно в следующих случаях:
повреждение при разрушении опор ВЛ;

обрыв грозозащитных тросов и кабелей во время гололедно-из-
морозевых отложений;

повреждения электрической дугой при перекрытии
“фаза — трос” из-за провисания тросов и пляске проводов с голо-
ледно-изморозевыми отложениями;
дефекты при изготовлении и монтаже тросов и арматуры, а также
при их коррозии и износе;

расцепление гирлянд подвески изоляторов.

Разрушающие и допускаемые усилия грозозащитных тросов с
ВОК должны обеспечивать расчетную вероятность их обрыва
гололедно-изморозевыми отложениями не более 10-5 в год в любом
пролете.

Показатели надежности ВОЛС-ВЛ определяются на основе сле-
дующих сведений:

от.р — расчетной аварийности от разрушения грозозащитных тро-
сов или самонесущих ВОК гололедно-изморозевыми отложениями,
случаев в год на 100 км ВЛ;

оп.р — расчетной аварийности от разрушения промежуточных
опор ветром и гололедно-изморозевыми отложениями, опор в год
на 100 км ВЛ;

оа.р — расчетной аварийности от разрушения анкерно-угловых
опор ветром и гололедно-изморозевыми отложениями, опор в год
на 100 км ВЛ;

отс _ статистические показатели аварийности от повреждения
тросов при перекрытиях “фаза — трос”;

оп.с — статистические показатели аварийности от повреждения
промежуточных опор от поездов, пожаров, вандализма и прочих
причин, случаев в год на 100 км ВЛ;

ZT(0) — статических оценок среднего времени восстановления
ВОЛС-ВЛ на случай повреждения тросов и опор, часов на случай.

В табл. 3.2 приведены статистические оценки аварийности и вре-
мени восстановления повреждений опор и грозозащитных тросов. В
данной таблице аварийность опор дана от воздействия ветра и голо-
леда. Нерасчетные воздействия (наезды, пожары, вандализм) вызы-
вали 0,05 и 0,01 случая в год на 1000 км ВЛ 110 — 220 кВ и 500 кВ со-
ответственно.

Общая аварийность ВОЛС-ВЛ, случаев в год на 100 км, определя-
ется по формуле:

Л Лг1р “Ь Дд.р “Ь ""l" йп.ск Дт.с*

Аварийность ВОЛС-ВЛ от разрушения промежуточных опор
определяется по формуле:

А -°пр
п р тк ’

где т — количество поврежденных опор; к — доля случаев поврежде-
ний ВОК при повреждении опор (к= 1,0 для одночастотных и
к = 0,5 для нормальных опор).
Общий коэффициент простоя, часов в год на 100 км, определяет-
ся по формуле:

Т С(^Т-Р "1” От.с) T ^о(^п-Р "I" ^а.р T ^п.с)'

Расчет надежности тросов и опор эксплуатируемых ВЛ основыва-
ется на материалах исходных проектов, обследования фактических
климатических условий по трассе, технического состояния конст-
рукций, эксплуатационных данных об отключениях и повреждени-
ях, включая данные о пляске проводов.

Самонесущие неметаллические волоконно-оптические кабели
(ОКСН). В электроэнергетике наряду с ОКГТ широкое распростра-
нение получили самонесущие неметаллические ВОК (ОКСН).

Ряд отечественных и зарубежных фирм предлагают различные
ОКСН, которые по конструктивным решениям можно разделить на
три группы.

К первой группе относятся ОКСН, силовыми элементами кото-
рых являются стеклопластиковые стержни. Типовые конструк-
ции ОКСН данной группы, выпускаемые АО “ВНИИКП” и АО
“ОПТЭН” показаны на рис. 3.7 [4].

В этих конструкциях оптические волокна свободно уложены в
оптическом модуле, пустоты которых заполнены гидрофобным на-

Таблица 3.2

Значения показателей для ВЛ со стальными
и железобетонными опорами напряжением, кВ

Показатели	но		220		500		
	сталь- ные	железо- бетон-  ные	сталь- ные	железо- бетон- ные	сталь- ные	стальные с оттяж- ками	железо- бетон- ные
Аварийность в год на 1000 км:  опор	.... 		0,5	0,5	о,3	0,4	0,5	0,07	0,2
случаев 		0,25	0,08	0,12	0,08	0,08	0,06	0,06
опор на случай			2,5	6,5	2,5	5,0	6,0	1,2	4,2
Аварийность грозозащитных тросов в год на 1000 км ВЛ:  введенных до 1968 г		1,0	1,0	0,5	0,5	1,0	1,0	—
введенных после 1968 г. . . .	1,0	1,0	0,5	0,5	0,2	0,2	0,2
Среднее время восстановления, ч, на случай повреждений:  опор			120	100	120	100	150	150	140
тросов 		15	15	15	15	25	25	25
полнителем. Основное отличие заключается в технологическом ис-
полнении сердечника.

В кабелях АО “ВНИИКП” оптические модули скручены вместе
со стеклопластиковыми элементами вокруг центрального стекло-
пластика. Для обеспечения необходимой растягивающей нагрузки
поверх оптического сердечника накладываются повивы из стекло-
пластиков.

В кабелях АО “ОПТЭН” оптический сердечник выполнен в виде
скрутки оптических модулей между собой. Поверх оптического сер-
дечника положен повив стеклопластиковых стержней.

Ко второй группе относятся ОКСН, силовыми элементами кото-
рых являются армидные нити. Кабели данной группы выпускаются
рядом зарубежных фирм: “Alcoa Fujikura” (США), “Siemens” (Гер-
мания), “LT” (США), “Pirelli” (Италия), а также отечественными
предприятиями: АО “ВНИИКП” и АО “ОПТЭН”. Все перечислен-
ные фирмы используют оптические модули со свободной укладкой
волокна. Типовая конструкция таких кабелей представлена на
рис. 3.8.

К третьей группе относятся ОКСН, силовыми элементами кото-
рых являются армидные нити и стеклопластик, который в свою оче-
редь может быть выполнен в виде стержня или в виде центрального
профилированного элемента (рис. 3.9, а).

Рис. 3.7. Типовые конструкции ОКСН первой группы:

а— кабельАО“ВНИИКГГ: / —стеклопластиковые элементы, скрученные с оптиче-
скими модулями; 2— навив из стеклопластиковых элементов; 3— наружная полиэти-
леновая оболочка кабеля; 4— оболочка оптического модуля; 5— оптическое волокно;
б— кабель АО “ОПТЭН”: 1 — армирующие стеклопластиковые элементы; 2— гидро-
фобный заполнитель, 3 — наружная полиэтиленовая оболочка кабеля; 4 — оболочка
оптического модуля; 5 — оптическое волокно; 6 — водоблокирующая бумага или по-
лиэтиленовая лента
Оптический кабель с силовыми эле-
ментами из армидных нитей и стекло-
пластиковых стержней, разработан-
ный АО “ВНИИКП”, показан на
рис. 3.9, б.

Недостатками ВОК первой группы
по сравнению с ВОК второй группы
являются их сравнительно большой
наружный диаметр из-за низкой степе-
ни заполнения стеклопластиковых
элементов, меньшая гибкость и боль-

Рис. 3.8. Типовая конструкция
ОКСН второй группы:

/ — центральный стеклопласти-
ковый элемент; 2 — гидрофоб-
ный заполнитель; 3 — наруж-
ная полимерная оболочка кабе-
ля; 4 — оболочка оптического
модуля; 5— оптическое волокно;
6 — армидные нити; 7 — поли-
мерная лента; 8 — промежуточ-
ная полимерная оболочка

шая масса.

Защита оптического сердечника
ВОК и армирующих элементов от
влаги обеспечивается полимерными
оболочками кабеля. Поэтому весьма
актуальной является задача сохране-
ния целостности наружной оболочки в
течение всего срока службы ВОК.
Известно, что под воздействием элек-

трического поля и влаги происходит

разрушение полиэтиленовой оболочки кабеля в связи с возникнове-
нием тренингов (трещин на поверхности оболочки). Поэтому при
выборе точки подвеса с минимальной напряженностью электриче-
ского поля самонесущие неметаллические ВОК с оболочкой из
обычного шлангового полиэтилена рекомендованы для подвески на
ВЛ до 110 кВ.

Таким образом самонесущие неметаллические ВОК имеют огра-
ниченную область применения. В связи с этим в последние годы
были проведены работы по созданию материала для оболочки таких
кабелей на основе полиэтилена, имеющего повышенную тренинго-
стойкость. Так, например, фирмы “Alcoa Fujikura” и “Siemens” вы-
пускают самонесущие неметаллические ВОК для подвески на ВЛ
220 кВ при выборе точки подвеса с напряженностью электрическо-
го поля не более 12 кВ/м.

Фирма “LT” (США) предлагает ВОК для подвески на ВЛ 230 и
500 кВ с напряженностью электрического поля в точках подвеса не
более 12 и 25 кВ/м соответственно.

В связи с проведением указанных работ существенно расширяет-
ся область применения самонесущих неметаллических ВОК.
Рис. 3.9. Типовая конструкция ОКСН третьей группы:

о — кабель третьей группы: / —полиэтиленовый заполнитель; 2— профилированный
пластиковый элемент; 3 — наружная оболочка кабеля; 4 — гидрофобный заполни-
тель; 5— лента из оптических волокон; 6— армидные ленты; б — кабель третьей груп-
пы АО “ВНИИКП”: / — армирующие стеклопластиковые элементы; 2— гидрофоб-
ный заполнитель; 3— наружная полиэтиленовая оболочка; 4— оболочка оптического
модуля; 5— оптическое волокно; 6— армидные ленты; 7— полимерная лента

Волоконно-оптические кабели, предназначенные для навивки на
провода и грозозащитные тросы ВЛ. Наиболее дешевым методом
подвески ВОК на ВЛ является навивка его на фазный провод или
грозозащитный трос ВЛ. При этом ВОК, навиваемые на фазные
провода, отличаются от ВОК, предназначенные для навивки на гро-
зозащитные тросы ВЛ.

При навивке ВОК на фазный провод следует учитывать максима-
льно допустимую температуру проводника, которая обусловлена
максимальной температурой нагрева указанных проводов.

Так, например, по российским стандартам для стального троса
допустимая температура нагрева при токе КЗ 400°С. При этом рабо-
чая температура определяется температурой окружающей среды как
максимально, так и минимально возможной для конкретного райо-
на подвески.

Для сталеалюминиевых грозозащитных тросов и фазных прово-
дов допустимая температура нагрева при токах КЗ 200°С. Вместе с
тем, необходимо учитывать, что при навивке на грозозащитные тро-
сы возможны удары грозовых разрядов, которые также могут приво-
дить к повреждению оптического кабеля.

Кроме того, при навивке на фазный провод ВОК необходимо
учитывать влияние электрического поля на оболочку кабеля, кото-
рая может быть подвержена разрушению в результате воздействия
электрического поля и влаги. Одновременно необходимо исклю-
чить утечку тока на землю.

Навивные кабели должны иметь минимальный диаметр и массу.

Нарис. 3.10, «показанатиповая конструкция оптического кабеля
навивного типа, выпускаемого фирмой “Focas Limited”. В этом ка-
беле предусмотрена свободная укладка волокна в полимерной труб-
ке. В качестве силовых элементов используются стеклопластиковые
стержни. Расчетная разрывная нагрузка этих кабелей составляет
30 — 45 кгс при массе ВОК от 20 до 59 кг/км и диаметре от 5,2 до
8,1 мм.

По стойкости к температуре эти ВОК должны выдерживать мак-
симальную температуру 300°С при навивке на фазный провод и
200°С при навивке на грозозащитный трос.

На рис. 3.10, б показана типовая конструкция ВОК, предложен-
ная фирмой “Furukawa Electric Со Limited” для навивки на трос.
Растягивающая нагрузка этих ВОК составляет от 100 до 200 кгс при
диаметре кабеля 3 — 4 мм и диапазоне рабочих температур от —20°С
до 150°С. Данный ВОК выдерживает воздействие электрического
поля при сырой погоде до 150 кВ/м.

Волоконно-оптические кабели для навивки на трос и фазные
провода, выпускаемые фирмой “Alcoa Fujikura Limited”, имеют сле-
дующие показатели. Длительно приложенная растягивающая на-
грузка для ВОК этой фирмы лежит в пределах от 45 до 60 кгс, а допу-
стимая кратковременная растягивающая нагрузка для ВОК этой
фирмой составляет 90 — 120 кгс. Масса ВОК составляет от 28 до
50 кг/км, а диаметр кабелей — от 4,6 до 6,6 мм. Оболочка этого ВОК

Рис. 3.10. Типовые конструкции ВОК навивного типа:

а — кабель фирмы “Focas Limited”: 7 — силовой элемент; 2 — оптическое волокно;
3 — гидрофобный заполнитель; 4— оболочка оптического модуля; 5— наружная обо-
лочка кабеля; б— кабель фирмы “Furukawa Electric Со Limited”: 1 — центральный
стеклопластиковый элемент; 2 — оптическое волокно; 3— армидные нити; 4 — обо-
лочка оптического модуля
способна выдерживать температуру до 200°С, а также устойчива к
образованию тренинга. Допустимая температура нагрева до 400°С.

Монтаж волоконно-оптических кабелей на опорах ВЛ. В электро-
энергетике наибольшее распространение получили три способа
подвески ВОК на ВЛ:

ВОК, встроенный в грозозащитный трос;

подвеска неметаллического самонесущего ВОК;

навивка неметаллического ВОК на фазные провода или грозоза-
щитные тросы существующих ВЛ.

Совершенно естественно, что ВОК, встроенный в грозозащит-
ный трос, наиболее стойкий к воздействию различных механиче-
ских, термических и электромагнитных факторов, имеет наиболее
высокую надежность в эксплуатации. В связи с этим способ приме-
няется в основном при создании магистральных ВОЛС на ВЛ
110-500 кВ.

Очевидно, что всякое дополнительное устройство, устанавливае-
мое на опорах ВЛ, приводит к увеличению механических нагрузок
на конструкции опор. Применение ОКГТ увеличивает общий диа-
метр троса в зависимости от конкретных условий на 20 — 70 %. В ре-
зультате этого существенно увеличиваются ветровые и гололедные
нагрузки на опоры ВЛ. Для ВЛ, проходящих в тяжелых климатиче-
ских условиях по воздействию гололедно-ветровых нагрузок, имею-
щихся запасов прочности опор вследствие неполного использова-
ния ветровых или весовых пролетов может оказаться недостаточно и
потребуется усиление или реконструкция отдельных элементов
опор, а в предельном случае — замена ряда опор на более мощные.

Механический расчет ОКГТ должен вестись в соответствии с па-
раметрами, заданными поставщиком троса.

Для крепления ОКГТ к опорам ВЛ должны использоваться под-
держивающие и натяжные зажимы, конструкция которых должна
быть обязательно согласована с поставщиком соответствующего
троса или кабеля.

Защита ОКГТ от вибрации должна выполняться в соответствии с
требованиями поставщика. Она может обеспечиваться как само-
демпфирующими свойствами применяемого троса, так и установ-
кой гасителей вибрации, которые так же должны быть согласованы с
изготовителями троса или ВОК.

Электрические воздействия на ОКГТ ограничиваются только на-
гревом при протекании по тросу токов КЗ или разрядов молнии. До-
пускаемый уровень токов КЗ для ОКГТ задается поставщиком этого
кабеля. Если в реальных условиях применения ОКГТ уровень токов
КЗ превышает указанный в характеристиках ОКГТ, то должны быть
приняты меры для ограничения на него воздействия термических
токов КЗ. Воздействие токов молнии на ОКГТ должно учитываться
при его разработке и допустимость таких воздействий должна быть
подтверждена испытаниями образцов.

Технология монтажа ВОК на ВЛ имеет существенные отличия от
технологии монтажа проводов, принятой в России [4]. Раскатка
обычных проводов и грозозащитных тросов выполняется на земле с
последующим подъемом на опоры, что вызывает высокую вероят-
ность повреждений внешнего навива проводов. Многие же ОКГТ во
внешнем повиве содержат стальные проволоки, покрытые тонким
слоем алюминия, нарушение которого приведет к коррозии стали и
снижению несущей способности грозозащитного троса.

Главная особенность технологии монтажа ВОК на ВЛ, принятой
во всем мире, состоит в том, что раскатка ВОК производится под тя-
жением через систему роликов, что исключает возможность ка-
ких-либо повреждений ВОК.

Монтаж ОКГТ производится следующим образом [5]. На монти-
руемом участке ВЛ на уровне подвеса грозозащитного троса на опо-
рах ВЛ устанавливаются специальные монтажные ролики, в кото-
рые укладывается тяговой трос (трос-лидер). В качестве троса-лиде-
ра, как правило, используется подлежащий замене грозозащитный
трос. Затем данный грозозащитный трос, соединенный с ОКГТ, на-
матывается на барабан тяговой машины и затягивает ОКГТ по роли-
кам на опоры ВЛ. За счет торможения ОКГТ обеспечивается его за-
данное тяжение. Тормозная машина, обеспечивающая торможение
ОКГТ, представляет собой устройство, состоящее из двух одинако-
вых, последовательно установленных, барабанов диаметром не ме-
нее 1000 мм, на которые одновременно наматывается несколько
витков ВОК таким образом, что угол перегиба ВОК на каждом бара-
бане составляет 180° (рис. 3.11).

Раскатка под тяжением обеспечивает требуемый габарит ОКГТ в
течение всего времени раскатки. Однако данная технология не иск-
лючает проведения ряда защитных мероприятий, предотвращаю-
щих возможное опускание троса ниже заданных габаритов, в пер-
вую очередь, при пересечении различных коммуникаций (автома-
гистралей, ВЛ,железныхдорогит.п.). В таких случаях в местах пере-
сечений устанавливают специальные ограничители в виде неметал-
лических сетей или роликов-ловушек, подвешиваемых, как прави-
ло, между двумя фазными проводами.
Рис. 3.11. Схема расстановки механизмов н приспособлений при монтаже ОКГТ под тя-
жением:

7 — барабан с ОКГТ; 2 — тормозная машина; 3 — монтажный блок; 4 — ОКГТ;

5— опора ВЛ; 6 — балансиры; 7— узел соединения тягового троса с ОКГТ; 8— тяго-
вый трос; 9— тяговая машина; 10— монтажный чулок; 11 — осевой шарнир

В целях исключения осевого кручения кабеля на нем вблизи сты-
ковки с тяговым тросом устанавливаются специальные устройства
балансиры, предотвращающие его кручение. Как правило, при мон-
таже ОКГТ применяют два или три балансира.

Особые требования предъявляются к раскаточным роликам. Для
предотвращения пластических деформаций ВОК при изгибе его на
ролике под тяжением вводятся ограничения на минимально допус-
тимый диаметр ролика, предельные угол перегиба и тяжение ВОК.
Все эти параметры взаимозависимы. На практике на концевых и уг-
ловых опорах ВЛ применяют ролики с минимальным диаметром по
желобу от 600 до 1000 мм при углах перегиба ВО К до 30°. На угловых
опорах, где угол поворота превышает 30°, применяют сдвоенные и
строенные ролики. При этом внутренние поверхности желобов ро-
ликов должны быть обрезинены.

После раскатки всей строительной длины ВОК на конце анкер-
ного участка со стороны тормозной машины монтируется натяжной
зажим, а затем выставляются стрелы провеса. После отбивки стрел
провеса ВОК из роликов перекладывается в зажимы.

Скорость прокладки ОКГТ одной бригадой из 18 человек состав-
ляет 2 км/сут.

После монтажа двух строительных длин ВОК может быть начат
монтаж оптических муфт. При этом следует учитывать, что ВОК из-
готавливаются с заранее определенными длинами, учитывающими
необходимость монтажа муфт на земле и запас свободной длины
ВОК на случай перемонтажа муфты. В связи с этим до заказа
должны быть определены все места установки муфт, по которым
рассчитываются и заказываются строительные длины ВОК. При
этом определение мест установки муфт выполняется только в резу-
льтате натурного обследования соответствующих участков трассы,
определенных предварительно по проектным картографическим
материалам.

После разделки и проверки целостности оптической части ВОК
производится стыковка волокон сваркой и укладка в специальные
герметичные муфты, которые устанавливаются на опорах ВЛ. При
этом сварка оптических волокон, особенно одномодовых, требует
высокой квалификации исполнителей и высокопрецизионного сва-
рочного оборудования и инструмента, например фирм “Fujikura”,
“Siemens”.

После завершения всех сварочно-монтажных работ на ВЛ произ-
водится паспортизация оптических трактов каждого регенерацион-
ного участка, результаты которой представляются в виде таблиц с
измерениями оптического затухания по каждому оптическому во-
локну ВОК, проведенными в обоих направлениях.

При подвеске на ВЛ самонесущих неметаллических ВОК, так же
как и при подвеске ОКГТ, увеличиваются ветровые и гололедные
нагрузки на опоры ВЛ. При этом суммарные нагрузки от этих ВОК и
старых грозозащитных тросов будут выше, чем в случае замены ста-
рого грозозащитного троса на ОКГТ.

Механический расчет ОКСН должен вестись в соответствии с ха-
рактеристиками, заданными поставщиками. Основной недостаток
этих ВОК при их использовании в районах с тяжелыми гололед-
но-ветровыми нагрузками — сравнительно низкий модуль упруго-
сти таких ВОК, что приводит к значительному увеличению стрел
провеса ВОК в гололедном режиме.

Ограничение допускаемых напряжений в ВОК может потребо-
вать выполнение значительных работ по реконструкции опор ВЛ.
Поэтому применение ОКСН в условиях больших гололедно-ветро-
вых нагрузок может привести к существенному удорожанию подвес-
ки или вообще может оказаться невозможным.

Электрические воздействия на ОКСН связаны, в первую очередь,
с действием электрических полей за счет наведения на поверхности
кабеля напряжения вблизи мест его крепления к опорам ВЛ. В этих
случаях возможно разрушение оболочки ВОК при его длительной
эксплуатации. Причем, эти воздействия увеличиваются с увеличе-
нием напряженности электрического поля в зоне подвески ВОК. В
связи с этим в настоящее время ОКСН применяется только на ВЛ до
154 кВ.
Вместе с тем возможна подвеска ОКСН в достаточно безопасной
зоне на ВЛ 220 и 500 кВ. Но при этом требуется проведение расчетов
предполагаемых воздействий на оболочку ВОК, а иногда, и его
испытаний.

При монтаже ОКСН с полиэтиленовой оболочкой раскатка его
по земле недопустима. Технология монтажа ОКСН принята такой
же как и ОКГТ, при которой с помощью описанных выше особых
приемов, специального оборудования и приспособлений обеспечи-
вается ограничение воздействий различных механических нагрузок
(растягивающих, изгибных, раздавливающих, крутильных и др.) в
пределах максимально допустимых, заданных изготовителем.

Как правило, допустимые монтажные усилия для ОКСН значите-
льно ниже, чем для ОКГТ, в связи с чем существенно упрощается и
облегчается монтажное оборудование.

С точки зрения увеличения нагрузок на опоры ВЛ наиболее бла-
гоприятным решением является навивка ВОК на фазные провода
ВЛ, которые имеют существенно больший диаметр, чем грозоза-
щитные тросы и меньшую высоту подвески. В этом случае увеличе-
ние гололедно-ветровых нагрузок будет минимальным. Масса само-
го навиваемого ВОК незначительна.

Навиваемые ВОК должны рассматриваться как дополнительная
нагрузка на фазный провод или грозозащитный трос ВЛ, и отдель-
ный расчет для них не требуется. При этом необходимо определить
эквивалентный диаметр фазного провода или грозозащитного троса
после навивки на них ВОК и по этому эквивалентному диаметру ве-
сти все механические расчеты (с учетом шага навивки).

Кроме того, следует обратить внимание на то, что при увеличении
шага навивки эквивалентный диаметр будет уменьшаться. Однако,
в этом случае при вытяжке несущего фазного провода или грозоза-
щитного троса под действием внешних нагрузок в навитом ВОК мо-
гут возникнуть определенные механические напряжения, которые
не должны превышать механическую прочность ВОК.

Навивные ВОК не требуют особого крепления к опорам, поско-
льку удерживаются на фазном проводе или тросе за счет самой на-
вивки. Но при монтаже таких ВОК должен быть решен вопрос обхо-
да поддерживающих и натяжных зажимов. Особенно усложняется
задача при навивке ВОК на анкерных опорах ВЛ, где длина натяж-
ного зажима может быть достаточно большой, а использование на-
вивочных машин в шлейфах представляется затруднительным.

Навивные ВОК при их навивке на грозозащитный трос находятся
под электрическим воздействием в условиях, аналогичных тем, в
которых находится ОКГТ при условии заземления грозозащитных
тросов на каждой опоре ВЛ. Если на ВЛ применено изолированное
крепление грозозащитных тросов, то наведенные на тросах напря-
жения могут вызвать электрические разряды по поверхности ВОК и
привести к его повреждениям. Поэтому применение навитых на
грозозащитный трос ВОК на ВЛ напряжением 330 кВ следует осу-
ществлять только после проведения соответствующих электриче-
ских расчетов, подтверждающих такую возможность.

Аналогичные проблемы возникают при навивке ВОК на фазные
провода. Кроме того, возможно возникновение длительного повы-
шения температуры ВОК вследствие нагрева фазных проводов ра-
бочим током ВЛ, что следует учитывать при реализации указанного
варианта. Следует так же обратить внимание на то, что навивка ВОК
на ВЛ сверхвысоких напряжений (СВН) практически невозможна
из-за высоких уровней напряженности электрического тока на по-
верхности проводов этих ВЛ и сложной конструкции фазных прово-
дов (на ВЛ СВН фазные провода всегда расщепленные).

Проведя сравнительную оценку надежности различных вариан-
тов подвески ВОК на ВЛ, можно сделать следующие выводы:

отключение ВЛ не приводит к нарушению работы ВОЛС;

наиболее надежным при падении опор является применение
ОКГТ, поскольку обрыв ВОК, закрытого повивами металлических
проволок грозозащитного троса, наименее вероятен;

обрыв ОКСН и ОКНН при падении опор наиболее вероятен;

обрывы всех типов ВОК могут быть вызваны превышением фак-
тических внешних нагрузок их расчетных значений;

повреждения ОКСН, связанные с воздействиями токов КЗ или
токов молнии, исключены;

обрывы ОКГТ при разрядах молний более вероятны, чем обрывы
ОКНН, навитых на фазные провода, но менее вероятны, чем
ОКНН, навитых на грозозащитные тросы;

наиболее вероятны повреждения ОКНН при обрывах элементов
крепления их к опорам или при обрывах гирлянд изоляторов;

наиболее защищенными от вандализма являются ОКГТ.

С учетом изложенного следует ожидать, что обрывы ОКГТ не бу-
дут превышать 0,05 - 0,1 случая на 100 км в год. Обрывы ОКНН
можно ожидать не чаще 0,1 - 0,15 случая на 100 км в год, а обрывы
ОКСН составят примерно 0,15 — 0,2 случая на 100 км в год.

В 1996 г. фирмой “Siemens” совместно с фирмой ОРГРЭС освоен
новый способ подвески ВОК на ВЛ, относящийся по классифика-
ции к навивным кабелям и основанный на прикреплении ВОК к
Фирма	Варианты строительства	Стоимость кабеля, тыс. долл. США/км	Стоимость СМР, тыс. долл. США/км
Sumitomo + NEC	Подземный	5,025	10,45
	Подвесной	8,065	8,7
Siemens	Подземный	5,647	10,45
	Подвесной	8,227	8,7
Alcatel Sei	Подземный	5,858	10,45
	Подвесной	11,402	9,2

грозозащитному тросу ВЛ с помощью специальной высокопрочной
ленты.

Подвеска выполняется при помощи специального устройства
(lashing machine) в виде рамы с кабельным барабаном и механизмом
преобразования поступательного движения рамы во вращательное
движение двух катушек с лентой. Крепление ВОК к грозозащитному
тросу лентой выполняется непрерывно вдоль всего пролета с шагом
спиральной навивки 75 — 80 см. Буксировка этого устройства мо-
жет осуществляться как поводком с земли, так и с помощью радио-
управляемого автономного тягового механизма. Переход из одного
пролета в другой производится по специальному объездному рельсу,
устанавливаемому на опоре.

Технико-экономическое обоснование строительства ВОЛС-ВЛ.
Как уже отмечалось выше, сооружение ВОЛС-ВЛ по сравнению с
традиционным способом прокладки ВОК в группе имеет следую-
щие преимущества:

не требуется отвода земли под трассу ВОК;

уменьшаются сроки строительства ВОК;

уменьшается число повреждений, особенно в регионах с высокой
плотностью населения;

снижаются капитальные и эксплуатационные затраты, в первую
очередь, в регионах с тяжелыми грунтами.

Вместе с тем, внедрение ВОЛС-ВЛ имеет и очевидные недостат-
ки, а именно:

ОКГТ, как правило, доро-
же подземных ВОК, так как
ее конструкция рассчитана с
учетом более жестких темпе-
ратурных, механических и
электрических воздействий;

Таблица 3.4

Варианты строительства	Стоимость кабеля, тыс. долл/км	Стоимость СМР, тыс. долл/км
Подземный . . .	9,38	14,74
Подвесной	10,0	10,52
воле	Стоимость ВОК, долл/км для растягивающих усилий			
	4(1,7 кН)	3 (7 кН)	2 (20 кН)	1 (80 кН)
Ростов — Дубна		4050	4417	5812	13515
Находка — Хабаровск		—	4385	5770	13297
Москва — Санкт-Петербург . . .	4284	4757	—	14554
Самара — Хабаровск		—	4890	6400	14940

время восстановления ОКГТ после аварии больше, в связи с про-
хождением ВЛ, как правило, вдали от дорог;

организация эксплуатации ВОЛС-ВЛ в ряде случаев затруднена
из-за принадлежности ВЛ и оптических волокон в ВОК к различ-
ным ведомствам.

Экономическое сравнение вариантов прокладки ВОК в грунте и
подвески на ВЛ определяется для каждого конкретного случая в за-
висимости от типа используемого ВОК, условий прохождения трас-
сы и т.д.

В табл. 3.3 приведены основные экономические показатели
ВОЛС Санкт-Петербург — Москва, являющейся участком Трансси-
бирской линии связи (ТСЛ).

Стоимость строительно-монтажных работ (СМР) подземного ва-
рианта дана специалистами треста “Межгорсвязьстрой” для трассы
с группами 1 — 3 категории при прокладке ВОК кабелеукладчиком,
а подвесного варианта специалистами института “Энергосетьпро-
ект” (РАО “ЕЭС России”).

В табл. 3.4 приведены экономические показатели строительства
ТСЛ на участке Тайшет — Байкальск в обход озера Байкал с юга.

Указанные в табл. 3.4 данные получены ОАО “Гипросвязь-4”
(Новосибирск) в процессе рабочего проектирования. Эти данные
характеризуют крайне неблагоприятные условия прокладки кабеля
в скальных и вечномерзлых грунтах.

В табл. 3.5 приведены данные о стоимости ВОК при подземной
прокладке различной конструкции.

При сопоставлении вариантов сооружений ВОЛС могут исполь-
зоваться различные критерии: минимум капитальных затрат или
минимум приведенных затрат (капитальные и эксплуатационные
затраты).

Пока еще отсутствуют надежные данные по эксплуатационным
затратам. В связи с этим наиболее точным количественным крите-
Тип ВОК (допустимое растя- гивающее усилие)	Стоимость, тыс. долл/км для вариантов строительства			
	подземного		подвесного	
4(2,7)		4,05	—	—	—
3 (7,0)		4,42	10,45	8,2	8,7
2(20,0) 		5,81	—	—	—
I (80,0) 		13,52	14,74	10,0	10,52

рием оптимальности при выборе сооружения ВОЛС является мини-
мум капитальных затрат.

Главным фактором, определяющим объем капитальных затрат,
является сложность прокладки ВОК. С повышением категории
грунта повышаются требования к механической прочности ВОК, а
следовательно, и его стоимость, атакже стоимость СМР (табл. 3.6).

Из табл. 3.6 видно, что стоимости ВОК и СМР увеличиваются
пропорционально увеличению требуемой механической прочности
кабеля.
ADSS -	All-Dielectric Self-Supporting (самонесущие неметаллические ВОК)
ATM -  В-ISDN -	Asynchronous Transfer Mode (асинхронный режим передачи) Broadband Integrated Services Digital Network (широкополосная цифровая сеть с интегрированным обслуживанием)
DM1 -	Differential Made Inversion (дифференциальная инверсия ком- бинаций)
DSSMF -	Dispersion-Shifted Single Mode Fiber (одномодовые волокна со смещенной дисперсией)
DWDM -	Dense Wavelength Division Multiplexing (технология плотного вол- нового мультиплексирования)
FDM -  IDN -	Frequency Division Multiplexing (частотное мультиплексирование) Integrated Services Digital Network (интегрально-цифровые сети связи)
GIMMF -	Graded Index Multi Mode Fiber (градиентные многомодовые волокна)
IN -  ISDN -	Intelligent Networks (интеллектуальные сети)  Integrated Services Digital Network (цифровые сети интегрального обслуживания)
ITU-T -	International Telecommunication Union, Telecommunication Stan- dardization Sector (сектор стандартизации международного союза по электросвязи)
MAC -  MASS -	Media Access Control (уровень управления доступом к среде) Metal Armoured Self-Supporting (самонесущие армированные ме- таллом ВОК)
MMF -  NRZ - NZDSSMF -	Multi Mode Fiber (многомодовые волокна)  Not Return to Zero (без возврата к нулю)  Non-Zero Dispersion-Shifted Single Mode Fiber (одномодовые во- локна с ненулевой смещенной дисперсией)
OPGW —  OPPC -  PDH -	Optical Ground Wire (ВОК, встроенные в грозозащитные тросы) Optical Phase Conductor (ВОК, встроенный в фазный провод) Pleziochronous Digital Hierarchy (плезиохронная цифровая иерархия)
PHY -  PMD -	Physical Layer Protocol (протокол физического уровня)  Physical Medium Dependent (нижний подуровень физического уровня)
RZ -  SDH -  SF - SIMMF - SISMEF - SMF - STM - TDM -	Return to Zero (с возвратом к нулю)  Synchronous Digital Hierarchy (синхронная цифровая иерархия)  Standard Fiber (стандартные волокна)  Stepindex Multi Mode Fiber (ступенчатые многомодовые волокна) Step Index Single Mode Fiber (ступенчатые одномодовые волокна) Single Mode Fiber (одномодовые волокна)  Synchronous Optical Network (синхронный режим передачи)  Time Division Multiplexing (временное мультиплексирование)
АРД — асинхронный режим доставки

ВЛ — воздушная линия электропередачи

ВОК — волоконно-оптический кабель

ВОЛС — волоконно-оптические линии связи

ВСС — взаимоувязанная сеть связи

ВЧ — высокочастотный

ГИС — Глобальная информационная структура

ЕСЭТЭ — Единая сеть электросвязи и телемеханики электроэнергетики

ЕСЭЭ — Единая сеть электросвязи электроэнергетики

ЕЭС — Единая энергосистема

ЗГ — задающий генератор

ИС — интеллектуальные сети

ИЦСС — интегральные цифровые сети связи

ЛД — лазерные полупроводниковые диоды

ОКГТ — ВОК, встроенный в грозозащитный трос

ОКИН — ВОК, навиваемый на грозозащитный трос или фазный провод

ОКПФ — ВОК, встроенный в фазный провод

ОКСМ — самонесущие армированные металлом ВОК

ОКСН — самонесущие неметаллические ВОК

ОЭС — энергообъединение

ПА — противоаварийная автоматика

РЗ — релейная защита

РРЛ — радиорелейные линии

СД — светодиоды

СЦИ — синхронная цифровая иерархия

ТСЛ — Транссибирская линия связи

ПДУ — Центральное диспетчерское управление

ЦСИО — цифровые сети интегрального обслуживания

Ш-ЦСИО — широкополосная цифровая сеть связи с интегрированным
обслуживанием

ЭК — энергокомпания

ЭС — энергосистема
Список литературы

1.	Mahlke G., Gossing P. FiberOptic Cables// Public Communication Networks
Group. Mukich. 1997.

2.	Убайдуллаев P. P. Волоконно-оптические сети. M.: Эко-Трендз, 1998.

3.	Волоконно-оптические системы передачи и кабели: Справочник / Под
ред. И. И. Гроднева. М.: Радио и связь, 1993.

4.	Богданова О. И. Конструкция оптических кабелей // Электрические
станции. 1997. № 2. С. 36 — 48.

5.	Цветков Ю. Л. Особенности монтажа ВОК на ВЛ // Электрические стан-
ции. 1997. № 2. С. 49- 53.

6.	New opportunities for optical fibre technology in Electricity Utilities. SC-35.
CIGRE, 1996.
Содержание

ПРЕДИСЛОВИЕ..................................................... 3,67

ВВЕДЕНИЕ. История применения света для передачи
информации и развития ВОЛС в электроэнергетике.................. 5,69

ГЛАВА ПЕРВАЯ. Единая сеть электросвязи электроэнергетики
и особенности ее развития.......................................... 9

1.1.	Структура Единой сети электросвязи электроэнергетики....... 9

1.2.	Основные направления развития Единой сети
электросвязи электроэнергетики. ............................... 12

ГЛАВА ВТОРАЯ. Основные сведения о ВОЛС
и оптических волокнах............................................. 18

2.1.	Общие положения........................................... 18

2.2.	Основные составляющие ВОЛС................................ 20

2.3.	Оптические волокна и основы теории передачи по ним
информации...................................................   21

ГЛАВА ТРЕТЬЯ. Типы и конструкции волоконно-оптических
кабелей........................................................... 30

3.1.	Общие положения........................................... 31

3.2.	Волоконно-оптические кабели, прокладываемые
в грунте и телефонной канализации.............................. 33

3.3.	Волоконно-оптические кабели зоновой связи ................ 33

3.4.	Волоконно-оптические кабели, подвешиваемые
на линиях электропередачи...................................... 34

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. Оптические терминалы и системы
передачи по волоконно-оптическим кабелям.......................... 73

4.1.	Оптические терминалы...................................... 73

4.2.	Кодирование и декодирование данных......................   79

4.3.	Аппаратура мультиплексирования ....	81

ГЛАВА ПЯТАЯ. Пассивные оптические компоненты...................... 90

5.1.	Оптические соединители..................................   90

5.2.	Оптические разветвители................................... 93
5.3.	Устройства волнового уплотнения WDM....................... 94

5.4.	Оптические изоляторы...................................... 94

5.5.	Аттенюаторы............................................... 95

5.6.	Оптические переключатели.................................. 95

5.7.	Соединительные герметичные муфты.......................... 96

5.8.	Оптические кроссы......................................... 97

ГЛАВА ШЕСТАЯ. Нормативно-техническая документация
по проектированию, строительству и эксплуатации ВОЛС.............. 98

6.1.	Общие положения........................................... 98

6.2.	Правила проектирования ВОЛС-ВЛ........................... 100

6.3.	Правила строительства ВОЛС-ВЛ............................ 104

6.4.	Правила эксплуатации ВОЛС-ВЛ.............................. ПО

ГЛАВА СЕДЬМАЯ. Внедрение ВОЛС в энергосистемах
зарубежных стран................................................. 114

Перечень сокращений........................................... 57,123

Список литературы............................................. 59,125
Библиотечка электротехника

Приложение к производственно-массовому журналу “Энергетик"

И1ПКИН ВЯЧЕСЛАВ ХУСАИНОВИЧ

Волоконно-оптические системы связи (часть 1)

АДРЕС РЕДАКЦИИ:

109280, Москва, ул. Автозаводская, 14/23

Телефакс: (095) 275-19-06, тел. 275-00-23 доб. 22-47

Редакторы: Л.Л. Жданова, Н. В. Ольшанская

Худож.-техн. редактор Т. Ю. Андреева

Корректор 3. Б. Драновская

Сдано в набор 16.05.99 г. Подписано в печать 1.07.99 г.

Формат 60x84 Печать офсетная.

Печ. л. 7,5. Тираж 690 экз. Заказ БЭТ/4-5(7-8)-99

Макет выполнен издательством “Фолиум”:
127238, Москва, Дмитровское ш., 58.

Отпечатано типографией издательства “Фолиум”:
127238, Москва, Дмитровское ш., 58.
Для заметок
Для заметок
“БИБЛИОТЕЧКА ЭЛЕКТРОТЕХНИКА”
в первой половине 2000 г.

В портфеле редакции следующие выпуски:

1.	Чухин А. М. Методы и средства автоматизированно-
го анализа аварийных событий энергосистем.

2.	Алексеев Б. А., Бооозинец Б. В. Определение местных
перегревов в турбогенераторах по продуктам пиролиза
изоляции в охлаждающем газе.

3.	Удрис А. П. Панель релейной защиты типа
ЭПЗ-1636 для ВЛ 110-220 кВ.

4.	Шуин В. А., Гусенков А. В. Защиты от замыканий на
землю в электрических сетях 6-10 кВ.

5.	Бажанов С. А. Инфракрасная диагностика электро-
оборудования распределительных устройств.

6.	Шабад М. А. Автоматизация распределительных
электрических сетей с использованием цифровых реле.

* * *

УВАЖАЕМЫЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ!

“Библиотечке электротехника” исполнился год, читатели получи-
ли шесть выпусков. Почти удвоился тираж приложения к журналу
“Энергетик”. Сформировался портфель брошюр, поэтому со вто-
рого полугодия 1999 г. они будут выходить ежемесячно.

Редакционный совет “Библиотечки электротехника” получает
письма с одобрением нашего начинания, с пожеланиями и совета-
ми по тематике и организации выпусков приложения. Благодарим
вас за поддержку и интерес к “Библиотечке электротехника”, кото-
рые помогают нам в работе с очередными брошюрами.

Дорогие читатели, ждем от специалистов новых предложений
по расширению тематики приложения и совершенствованию его
выпусков. Очень рассчитываем и на то, что некоторые из вас станут
авторами “Библиотечки электротехника”, присылайте темы и пла-
ны своих брошюр. Все предложения будут рассмотрены с призна-
тельностью и вниманием.

В нашем с вами творческом взаимодействии и сотрудничестве
мы видим залог дальнейшего роста популярности “Библиотечки
электротехника” в интересах отрасли.
авторе

Ишкин Вячеслав Хусаинович —
известный специалист
в области телекоммуникаций,
кандидат технических наук,
член Международной академии
информатизации и Международ-
ной академии связи.

В. X. Ишкин — автор книг “Радио-
связь в энергосистемах” (1973),
“Высокочастотная связь по лини-
ям электропередачи 330-750 кВ”
(1981) и еще восьми книг и бро-
шюр в области применения раз-
личных средств связи в электро-
энергетике В настоящее время
профессор Московского энерге-
тического института В. X. Ишкин
возглавляет службу телемеханики
и связи ЦДУ ЕЭС России.

Волоконно-оптические линии связи —
основа создания цифровых сетей в электроэнергетике.
Широкое внедрение ВОЛС существенно
повысит надежность и экономичность
управления энергосистемами, энергообъединениями
и ЕЭС России в целом