автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Исследование воздействия морской воды на электрические характеристики кабельных линий и определение возможности использования их для цифровых систем передачи

На правах рукописи

00505804»

Турманидзе Манучар

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИХ ДЛЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ

Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 МАЙ 2013

Санкт-Петербург - 2013

005058048

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования "Санкт-Петербургском государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича" на кафедре "Линии связи".

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

Парфенов Юрий Алексеевич

Официальные оппопенты: Канасв Андрей Константинович,

доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО "Петербургский государственный университет путей сообщения", заведующий кафедрой "Электрическая связь" Пискунов Валерий Владимирович, кандидат техических наук, доцент, ФГАУ ДПО "Петербургский энергетический институт повышения квалификации",заведующий кафедрой "Системы связи, телемеханики и информационно-сетевых технологий"

Ведущая организация Научно-исследовательскийпроектно-конструкторский и технологический кабельный институт «Севкабсль», г. Санкт-Петербург.

Защита состоится 16 мая 2013 года в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 219.004.02 при Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Брусвича», 191186, Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, д. 61.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного образовательного бюджетного учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича».

Автореферат разослан 16 апреля 2013 года.

Ученый секретарь диссертациошюш совета, к.т.н., доцент

В.Х. Харитонов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Развитие местных телефонных сетей в настоящее время осуществляется путем внедрения волоконно-оптических кабелей и цифровых систем передачи. Однако продолжают использоваться сети широкополосного доступа (ШПД) на кабельных линиях с медными жилами. Особое место в развитии сетей ШПД занимают линии, находящиеся в эксплуатации.

В настоявшее время па местных сетях единой сети электросвязи (ЕСЭ РФ) используется более 600 000 км многопарных кабелей с медными жилами с полиэтиленовой изоляций. В основном это кабели с гидрофобным заполнением. Однако, значительное количество линий из кабелей типа Tlllbn не имеющих гидрофобного заполнения.

На современном этапе одной из задач является использование этих линий цифровыми системами xDSL в диапазоне частот до 2.2 МГц.

Причиной нестабильности электрических характеристик линий является попадание влага в сердечник кабеля. Достаточно широко изучен вопрос влияния и методы восстановления подземных линии при попадании в сердечник кабеля пресной воды.

Тема диссертации предусматривает решения практических задач по созданию технологии восстановления линий в особых условиях прибрежных зон Черного, Азовского, Каспийского, Балтийского морей.

Задачи, которые решаются в диссертационной работе, это также анализ теоретических положений по кабельным линиям с медными жилами, которые могут быть использованы для решения проблем применительно к неоднородным линиям, возникающим при попадании морской воды в сердечник.

Эти положения достаточно подробно изложены в трудах отечественных и зарубежных авторов, таких как Коваленков В. И., Акулышш П. К., Кулешов В. II., Гроднсв И. И., Сергейчук К. Я., Шварцман В. О., ЦымА. Ю., Камаляпш В. И., Клейн В., Каден Г. Основные теоретические положения, изложение ими, посвящены рассмотрению однородных кабельных линий.

Учитывая, что в реальных условиях кабельные линии неоднородны, в диссертационной работе рассматриваются основные положения теории передачи по симметричным кабельным линиям с учетом этого факта. Особенно актуальным

вопросом является решение задачи при возникновении нсодиородностей в случае попадания морской воды в сердечник кабеля.

В настоящее время имеется достаточное количество кабельных линий, проложенных вдоль морских побережий, которые используются для создания симметричных и асимметричных цифровых систем xDSL. Однако не изучен вопрос функционирования указанных систем в условиях попадания морской воды в сердечник кабеля.

В диссертационной работе рассматриваются особенности физических процессов, протекающих в сердечнике кабеля при попадании пресной и морской воды.

Актуальность проблемы восстановления линий, в сердечник которых проникла морская вода и ухудшились электрические характеристики цепей кабеля, подтверждается происшедшими событиями на сетях местной связи при затоплении телефонной канализации морской водой и ухудшении параметров передачи линии местной связи в Геленджике, Дивноморске и Крымске Краснодарского края.

Для решения задач, указанных выше, предусматривалось проведение эксперимента на реальных кабелях, сердечник которых заполнялся водой из разных морей.

Тема, рассматриваемая в диссертационной работе, приобретает большую значимость в связи с решением правительства Российской Федерации о строительстве подводной газовой магистрали «Южный поток», прокладываемой по дну Черного моря, что потребует в районе функционирования наземного комплекса создания цифровых сетей из новых конструкций кабелей и ранее проложенных линий. Потребуется решение проблемы восстановления линий, сердечник которых заполнен черноморской водой.

Область использования разработанной технологии реанимации кабельных линий, проложенных вдоль морских побережий, может бьггь расширена для сетей Грузии и Украины.

Цель и задачи диссертации

Целью диссертационной работы является исследование процесса воздействия воды из Черного, Азовского, Балтийского и Каспийского морей на электрические характеристики кабельных линий и определение возможности создания симметричных и асимметричных цифровых сетей xDSL.

Для достижения указанной цели п диссертационной работе решены следующие задачи:

1. Определены основные положения создания структуры организации симметричных и асимметричных сетей па кабельных линиях местной связи.

2. Сформулированы требования к электрическим характеристикам кабельных линий, заполненных морской водой, обеспечивающих функционирование цифровых систем xDSL.

3. Рассмотрены и изучены свойства морской воды и ее воздействие на электрические характеристики кабельных линий.

4. Представлена теоретическая модель неоднородных кабельных линий.

5. Предложена аналитическая модель расчета электрических характеристик кабелей применительно к воздействию различных сред заполнения сердечника кабеля.

6. Проведены экспериментальные исследования электрических характеристик кабельных линии на образцах одночетверочного и многопарных кабелей, заполненных морской водой.

7. Разработана технология восстановления кабелей, заполненных морской водой и применение ее для создания цифровых сетей xDSL.

8. Представлены рекомендации по использованию неоднородных линий для цифровых систем xDSL.

9. Рассчитана технико-экономическая эффективность восстановления поврежденных участков кабельных линий.

Методы исследований

Анализ требований, предъявляемых к кабельным линиям заполненных морской водой, обеспечивающих функционирование оборудования xDSL.

Анализ существующих свойств морской воды.

Экспериментальные исследования электрических характеристик с применением измерительной аппаратуры анализатор «последней мили» ALT2000 на кабелях КСПП 1x4x0,9, КСПП 1x4x1,2, ТППэп 20x2x0,4, ТППэп 30x2x0,4, ТППэп 50x2x0,4.

Оценка и выбор методов восстановления поврежденных участков кабелей, заполненных морской водой.

Использование методики технико-экономической оценки применения технологии восстановления кабельных линий.

Научная новизна

Основными результатами диссертации обладающей научной новизной являются:

1. Исследование процесса воздействия морской воды на электрические характеристики цепей при попадании ее в сердечник кабеля.

2. Теоретическая модель неоднородных линий с учетом изменения первичных параметров от номинальных на базе телеграфных уравнений.

3. Оценка пригодности кабельных линий для симметричных и асимметричных цифровых систем при попадании морской воды в сердечник кабеля.

4. Тсорстичсскис основы разработки методов восстановления кабельных линий заполненных морской водой.

Личный вклад автора. Результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно.

Практическая ценность

Дана оценка электрических характеристик кабельных линий при заполнении сердечника водой из Черного, Каспийского, Азовского и Балтийского морей.

Предложена методика и структура оборудования для восстановления электрических характеристик кабельных линий при попадании морской воды в сердечник кабеля.

Разработаны рекомендации по использованию кабельных линий, проложенных вдоль морских побережий для создания симметричных и асимметричных цифровых сетей.

Апробация работы

Результаты исследований доложены и обсуждены на 32-й, 34-й, 35-й научно-технических конференциях «Кабели и линий связи» (Санкт-Петсрбург-2010, 2011, Пушкинские Горы Псковская область-2012); 33-й научно-технической конференции «Цифровые высокочастотные линии сетей электропередач» (Анана-2010); 4-ом научно-практическом семинаре «Инновационные ресурсосберегающие технологии на линиях связи» (Волгодоиск-2012); научно-технической конференции «Актуальные вопросы развития и эксплуатации линейно-кабельных сооружений местных сетей электросвязи» (Санкт-Петербург-2013

Публикации

По материалам диссертационной работы в научно-технических журналах и в трудах международных и всероссийских научных конференций опубликовано 4 работы.

Реализация и внедрение результатов исследований осуществлено в НПК «Гидрофоб» (г. Волгодонск) при разработке оборудования и технологии по восстановлению кабельных линий, заполненных морской водой. (Акт внедрения). Также может быть реализовано на сетях местной связи приморских зон южных регионов РФ для восстановления замокших участков при проникновении морской воды в сердечник кабеля. (Акт внедрения МРФ «ЮГ» ОАО Ростелеком).

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, списка литературы (43 источников). Общий объём работы составляет 118 страниц текста, включая приложения, 37 рис. и 26 табл.

Основные положении, выносимые на защиту

1. Особенности воздействия морской воды на электрические характеристики кабельных линий и экспериментальные исследования процесса воздействия воды из Черного, Азовского, Каспийского, Балтийского морей.

2. Исследование возможности создания сетей широкополосного доступа па подземных многопарных кабельных линиях, проложенных вдоль морских побережий, в условиях попадания морской воды в сердечник кабеля.

3. Новая технология восстановления поврежденных кабельных линий заполненных морской водой.

4. Рекомендации по использованию кабельных линии, проложенных вдоль морских побережий.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, сформулированы цели и основные задачи исследования, научная новизна, практическая значимость результатов работы и положения, выносимыс на защиту.

Первая глава посвящена оценке основных положений создания структуры широкополосного доступа на кабельных линиях местной связи применительно к условиям организации цифровых сетей.

Приведены основные технические характеристики симметричных и асимметричных технологий DSL.

Представлены сведения об основных характеристиках, необходимых для определения возможности уплотнения указанными системами передачи на участках линий заполненных морской водой. А также определения технических средств для исследования параметров изменения электрических характеристик-линий при воздействии воды из Черного, Азовского, Балтийского, Каспийского морей.

В главе также приведены сведения о структуре построения цифровых сетей местной связи ЕСЭ РФ.

В диссертационной работе определено место кабелей с медными жилами на цифровых сетях связи.

Во пторой главе отмечается значительный опыт использования подземных линий для организации цифровых сетей в случае попадания в сердечник кабеля пресной воды, и описываются физические процессы ее воздействия на электрические характеристики линий. При этом указываются особенности влияния диэлектрической среды сердечника кабеля на параметры передачи.

Особое внимание уделяется оценке рабочей емкости, зависящей во многом от диэлектрической проницаемости, определяемой объемом изоляции жил и внутреннего объема сердечника.

В диссертации определено влияние пресной воды на электрические характеристики стандартных одиочетверочных кабелей КСПП 1x4x0,9 и КСПП 1x4x1,2, обладающих четкой фиксированной конструкцией.

Теоретические расчеты подтверждены экспериментальными данными при проникновении пресной воды.

Данные исследования могут быть распространены на оценку параметров кабеля при попадании воды из различных морей.

В данной главе уделено значительное внимание исследованию диэлектрических потерь во внутренней среде кабеля, заполненного жидкостью.

В третей главе приведены особенности физических процессов н кабельных линиях, заполненных морской водой.

Представлены основные характеристики морской воды. Показан ее химический состав (усредненное значение в %): хлористый натрий (поваренная соль) - 77,8; хлористый магний - 10,9; сернистый магний (английская соль) - 4,7;

сернистый кальций - 3,6; сернокислый калий - 2,5; углекислый калий - 0,3; бромистый магний - 0,2.

Параметром, определяющим состав морской воды, является соленость. Солевой состав различных морей мирового океана значительно отличается друг от друга и кардинально отличается ог солевого состава речной воды.

Соленость Балтийского моря 2-5%о, Черного 17-18%и, Азовского 10-12%п, Каспийского 12-13%«, а Красного моря достигает до 40%о.

Одним из основных параметров, влияющих на параметры передачи при проникновении в сердечник морской воды, является рабочая емкость.

В таблице 3.1 приведена сравнительная оценка рабочей емкости пресной и морской воды (Черного, Азовского, Касгашского, Балтийского морей) для кабеля КСГТГТ 1x4x0,9.

Таблица 3.1

С,. нФ/км

% содержание воды Пресная Черное Азовское Каспийское Балтийское

вода море море море морс

0 40,1 40,63 41 40,38 40,93

100 70,1 280,4 175,25 210,3 105,15

В работе также дана характеристика диэлектрических потерь во внутренней среде кабеля заполненного водой. Показано, что проводимость изоляции цепей определяется тангенсом угла диэлектрических потерь, являющимся обратной величиной добротности.

В таблице 3.2 приведены результаты измерений для образцов кабеля КСПП 1x4x0,9 сердечник которого заполнен водой из разных морей (ГОСТ 27893).

Таблица 3.2

Частота, кГц 100 10"4

Сухой Пресная вода Балтийское море Азовское море Каспийское море Черное море

3,4 150 290 464 614 696

500 16 205,4 395 632 837 948

1000 42 211,9 407,5 652 863,9 995,7

В данной главе также дается оценка воздействия морской воды на параметры взаимных влиянии между цепями и экранирование цепей.

В четвертой главе представлены основные положения модели пригодной для оценки электрических характеристик цепей в случае попадания морской воды в сердечник кабеля.

Известно, что распространение электромагнитной энергии вдоль цепей однородных кабельных линий описываются телеграфными уравнениями в частных производных:

где и и I - значения напряжения и тока в произвольной почке цепи;

Х(х) = + д2(х) - полное сопротивление продольного плеча цепи на единицу длины;

У(х) = во + дО(х) - полная проводимость поперечного плеча цепи па единицу длины.

Кабельные линии, заполненные водой, представляют собой неоднородную структуру. Значительное влияние на ее неоднородность оказывает воздействие морской воды на электрические характеристики.

Ниже приведена теоретическая модель неоднородных линий с учетом случайных функций, характеризующих отклонение первичных параметров от номинальных (С г|).

(4.1)

(4.2)

(4.3)

(4.4)

где

< =

ДЯ + /ЧчДІ.

Я + уші

(4.5)

ч

Л

= 1 +-

дСі + С +ісоС

(4.6)

Приведенные основные теоретические положения позволяют определить вторичные параметры передачи неоднородных линий, величины их изменения для различных морей.

В развитии основных теоретических положений, изложенных выше, в диссертации представлена аналитическая модель для расчета параметров, учитывающих различные значения эквивалентной проницаемости с,.

Для расчета электрических характеристик кабеля, заполненного морской водой, представляются конструкции его сердечника, условия применения кабеля (электрические характеристики среды заполнения).

В пятой главе приведены экспериментальные исследования воздействия морской воды на электрические характеристики кабельных линий.

Представлена методика испытаний параметров линий, предусматривающая оценку электрических характеристик при помощи оборудования АЬТ2000 на кабелях КСПП 1x4x0,9 (1,2) и на многопарных кабелях ТППэп 20x2x0,4, ТППэи 30x2x0,4, ТППэп 50x2x0,4.

Структура проведенных экспериментальных работ приведена на рисунке 5.1.

Рисунок - 5.1

В диссертационной работе приведены результаты исследования и макетирования опытных линий, имитирующих реальные условия сетей, проложенных вдоль морских побережий.

Структура экспериментальной линии для определения функционирования аппаратуры ADSL2+ при наличии участка заполненного морской водой представлена на рисунке 5.2.

Участок 1 Участок 2 Участок 3

1=100 м L=100M L^lOO м

Рис. 5.2 - Участки испытуемых образцов кабеля ТППэп 30x2x0,4

Применялись строительные длины кабеля на барабанах.

Порядок эксперимента:

1 этап. Строительные участки 1, 2, 3 соединялись в одну линию и измерялись вносимые потери на исправном «в сухом» участке протяженностью 300м.

2 этап. Испытания предусматривали создание линии с заменой участка 2 на кабель, ранее заполненный морской водой с выдержкой 72 часа. Затем были проведены испытания электрических характеристик прибором ALT2000.

Сравнение результатов измерений показали, что линия, составленная из исправных участков, удовлетворяет требованиям аппаратуры ADSL2+. Линия, имеющая участок, заполненный морской водой, не соответствует нормированным значениям данной аппаратуры.

Таким образом, наличие даже одного участка протяженностью 100 м выводит из функционирования аппаратуру ШПД.

В главе также приведены результаты измерений рабочего затухания для определения возможности функционирования симметричных систем xDSL.

Определяющим параметром функционирования симметричных DSL является рабочее затухание в диапазоне частот, используемом в цифровых системах с применением разной аппаратуры.

В таблице 5.1 приведены результаты измерений рабочего затухания в /диапазоне частот до 2,2 МГц.

Таблица 5.1

Частота, кГц Up ,';F>i 100м

Сухой Морская вода

20 0.8 4.6

100 1.2 6

500 1.6 10

1000 2.2 14

2000 3.2 21

Приведенные данные в диссертационной работе использованы для определения условий применения линий, сердечник которых заполнен морской водой. При этом рассматривалась возможность использования аппаратуры симметричных xDSL, работающей с кодами 2B1Q, САР,ТС-РАМ.

В главе 6 представлена технология восстановления поврежденных (заполненных морской водой) участков кабельных линий приморских зон.

За основу была принята технология восстановления подземных кабельных линий, разработанная Ленинградским отделением Центрального научно-исследовательского института связи (JIO ЦНИИС) и НПК «Гидрофоб».

В главе 6 излагаются основные теоретические и практические положения физических процессов, возникающих при попадании морской поды в сердечник кабеля и решения проблем но их восстановлению.

Известны технологии восстановления подземных кабельных линий при попадании в сердечник кабеля пресной воды. В указанных технологиях не рассмотрены особенности восстановления линий при воздействии в сердечнике морской воды.

В диссертационной работе дается оценка существующим технологиям «реанимации» кабельных линий и возможность ее применения па линиях приморских зон, а также создание нового метода восстановления с учетом свойств морской воды. Найден способ «реанимации» путем предварительной промывки сердечника кабеля пресной водой. Отмечается, что без промывки сердечника пресной водой гидрофобный заполнитель не распространяется по сердечнику кабеля.

Для восстановления электрических характеристик кабельных линий, в участках заполненных морской водой с применением существующего оборудования, потребуется два комплекта УВК-2ММ. Один для промывки участка пресной водой, второй для введения гидрофобного заполнителя.

В диссертационной работе предлагается новая конструкция оборудования и технологій «реанимации» кабелей.

Сохраняя основные функциональные элементы УВК-2, вводится новый двухканальный блок управления процессом восстановления кабеля. Структурное оборудование состоит из двух баков: для пресной воды и гидрофобного заполнителя.

Данная технология передана в ІІПК «Гидрофоб» для реализации в конкретной разработке.

В главе 7 излагаются рекомендации по использованию многопарных кабельных линий местной связи для асимметричных и симметричных цифровых сетей, проложенных вдоль морского побережья.

Для оценки параметров факта асимметричных цифровых систем проводятся испытания оборудованием ALT2000.

При этом определяются параметры: Insertion Loss — вносимые потери; Long Balance - асимметрия пары; NEXT - уровень переходного влияния на ближнем конце; FEXT - уровень переходного влияния на дальнем конце.

Использование кабелей местной связи, заполненных морской водой для симметричных систем DSL, определяется ухудшением затухания линии на 20 дБ.

В таблице 7.1 приведены придельные значения рабочего затухания для оборудования симметричных цифровых систем.

Таблица 7.1

Тип аппаратуры Число каналов Код Расчетная частота. кГц Усилительная способность Б.дБ S ЯР„р

ТПП-04 ТПП-05 тпп- 04 ТПП-05

FlexGain PCM 4/5 4/5 2B1Q 63 44 К) 6,6 24,4 26,6

FlexGain PCM 11/12 1 1/12 2B1Q 150 31 11,1 7,82 22,7 23,9

NTV-128 Voice 2 (тлф, факс, ид) 2H1Q 40 42 9 6,3 24,6 26,5

FlexDSL HDSL 30 2B1Q 520 36 16 12,7 22,2 22,8

FlexDSL MDSL n х 64 CAP 8,-128 36-430 36 14,5 11,5 22,5 23,1

FlexDSL РАМ (SHDSL) n x 64 TC-РЛМ 34-343 46 13,2 10 23,48 24,6

В главе 8 дана технико-экономическая оценка восстановления участков кабельных линий, заполненных морской водой.

В качестве методики определения эффективности применения технологии восстановления поврежденных участков линий, заполненных морской водой, использована методика разработанная ЛО ЦНИИС.

При этом рассматривается сравнение вариантов: затраты при использовании технологии восстановления кабельных линий, разработанной в диссертационной работе и затраты при замене поврежденных участков новым кабелем.

В данном разделе приводятся результаты расчетов технико-экономической эффективности многопарных кабелей тина ТПП (табл. 8.1).

Таблица 8.1

Затраты на восстановление Экономическая

поврежденного участка 1 км/руб. эффективность от

внедрения

Емкость кабеля ТППэп Путем замены новым кабелям Путем промывки пресной водой и закачки гидрофобного заполнителя технологии промывки и закачки заполнителя при восстановлении участка 1 км/руб.

20x2x0,4 82414 16764 65650

30x2x0,4 90533 19782 70751

50x2x0,4 121981 23116 98865

Заключение

Диссертационная работа посвящена исследованию воздействия воды из Чернот, Азойского, Каспийского, Балтийского морей на электрические характеристики кабельных линий при попадании ее в сердечник кабеля и определению возможности работы симметричных и асимметричных цифровых систем.

Комплекс работ, представленный в диссертации, охватывает теоретические и экспериментальные исследования.

Дан анализ существующих теоретических положений, показаны особенности воздействия морской воды па электрические характеристики кабеля, сформулированы требования по использованию неоднородных кабельных линий для цифровых сетей.

Значительное внимание в работе было уделено экспериментальным исследованиям по определению электрических характеристик одночетверочных кабелей типа КСПП, заполненных водой из Черного, Азовского, Балтийского, Каспийского морей и дана сравнительная оценка параметров цепей линий.

Разработана программа и проведены экспериментальные исследования физических процессов влияния морской воды на параметры передачи многопарных кабельных линий: ТППэп 20x2x0,4, ТППэп 30x2x0,4 и ТППэп 50x2x0,4.

В качестве основных средств испытаний применялся анализатор «последней мили» ALT2000, позволяющий оценить возможность использования линий для уплотнения технологией ADSL 2+.

Экспериментальные исследования проводились в лабораториях ЛО ЦНИИС, завода «Бслгслекабсль» (г. Минск), НПК «Гидрофоб» (г. Волгодонск) и МРФ «ЮГ» Ростелеком (г. Краснодар).

Найден новый метод технологии восстановления поврежденных «замокших» участков кабельных линий при попадании в сердечник кабеля морской воды.

Представлены рекомендации по использованию многопарных кабельных линий местной связи для сетей широкополосного доступа, проложенных вдоль морского побережья.

Рассчитана технико-экономическая эффективность при восстановлении участков кабельных линий, заполненных морской водой.

ПУБЛИКАЦИИ

1. Турманидзе М. Воздействие морской воды на электрические характеристики кабельных линий широкополосного доступа / М. Турманидзе // Электросвязь. -2012. - № 11. - С. 32-33 (входит в перечень ВАК).

2. Вознюк В. Н. Особенности технологии восстановления «замокших» кабельных линий, при воздействии морской воды / В. Н. Вознюк, Ю. А. Парфенов, М. Турманидзе // Вестник Петровской академии наук и искусств-2013.-ЛЪ 1. С. 15-21.

3. Турманидзе М. Теоретические основы «реанимации» кабельный линий, заполеннных морской водой / М. Турманидзе // Информационные технологи моделирования и управления. — 2013. — .Ni> 2 (80). — С. 137-142.

4. Турманидзе М. Экспериментальные исследования воздействия морской воды на электрические характеристики кабельных линий для цифровых систем передачи / М. Турманидзе // Информационные технологи моделирования и управления. - 2013. - Л® 2 (80). - С. 198-202.

Апробация (доклады)

1. Турманидзе М. Цифровые сети доступа на столбовых воздушных линиях связи (применение комбинированного кабеля) // 32-я научно-техническая конференция «Кабели и линии связи - 2010». - Санкт-Петербург, 2010.

2. Турманидзе М. Исследование процесса воздействия морской воды на электрические характеристики кабельных линий Ч 33-я научно-техническая конференция «Системный подход к проектированию, строительству и эксплуатации ліпшй: - цифровых сетей ШПД ЕСЭ, - цифровых высокочастотных линий сетей электропередач, - цифровых сетей железнодорожного транспорта». -Анапа, 2010.

3. Турманидзе М. Модель неоднородных кабельных линий, подверженных воздействию влаги // 34-я научно-техническая конференция «Кабели и линии связи - 2011». - Саикт-Пстсрбург, «Белые ночи» - 2011.

4. Турманидзе М. Воздействие морской воды на электрические характеристики кабельных линий широкополосного доступа // 35-я научно-техническая конференция «Кабели и липни связи - 2012». - Пушкинские Горы, Псковская область, 2012.

5. Турманидзе М. Особенности влияния морской воды па электрические характеристики многопарных кабельных линий ІІ 4-ый научно-практический семинар «Инновационные ресурсосберегающие технологии на линиях связи. Инновационные разработки в области горнзоитально-направленного бурения (ГНБ)». - Волгодонск, 2012.

6. Турманидзе М. Исследование воздействия морской воды на электрические характеристики кабельных линий местной связи и практические решения проблем внедрения широкополосного доступа на сетях прибрежных зон // Научно техническая конференция «Актуальные вопросы развития и эксплуатации линейно-кабельных сооружений местных сетей электросвязи». - Санкт-Петербург, 2013.

Подписано в печать 11.04.2013. Формат 60x84 1/16.

_Псч. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ_

Отпечатано в СПбГУТ, 191186, Санкт-Петербург, наб. рекн Мойки, 61

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций

им. проф. М.А. Бонч-Бруевича»

04201357403

Турманидзе Манучар

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИХ ДЛЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ

На правах рукописи

Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Парфенов Юрий Алексеевич

Содержание работы ОГЛАВЛЕНИЕ..................................................................................2

Введение..........................................................................................................................5

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СОЗДАНИЯ СТРУКТУРЫ ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА НА КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЯХ МЕСТНОЙ СВЯЗИ.............................................................................................12

1.1 Место кабеля с медными жилами в структуре построения цифровых сетей ЕСЭ РФ.............................................................................................12

1.2 Классификация технологий цифровых сетей абонентского доступа

(xDSL)..............................................................................................15

ГЛАВА 2. ОБЗОР ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЯХ, ЗАПОЛНЕННЫХ ВОДОЙ........................................................................19

2.1. Особенности влияния диэлектрической среды сердечника кабеля, заполненного пресной водой на параметры передачи....................................19

2.2. Диэлектрические потери во внутренней среде кабеля, заполненного пресной

водой...............................................................................................27

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЯХ, ЗАПОЛНЕННЫХ МОРСКОЙ ВОДОЙ........................................31

3.1. Основные параметры морской воды....................................................31

3.2. Параметры Черноморской воды, влияющие на электрические характеристики кабеля...............................................................................................................32

3.3. Сравнительная оценка параметров цепей кабелей, заполненных водой Черного, Азовского, Каспийского, Балтийского морей и пресной водой.............35

3.4 Диэлектрические потери во внутренней среде кабеля, заполненного морской водой................................................................................................36

3.5 Пути воздействия морской воды на электрические характеристики кабельных линий................................................................................................37

3.6 Воздействие морской воды на экраны кабельных линий

39

ГЛАВА 4 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРИГОДНЫЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭЛЕКЛТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК В СЛУЧАЕ ПОПАДАНИЯ ВЛАГИ В

СЕРДЕЧНИК КАБЕЛЯ.........................................................................41

4.1 Математическая модель неоднородных линий многопарных кабелей при

воздействии морской воды.....................................................................41

4.1 Л. Уравнение линии со случайными колебаниями первичных параметров.........................................................................................41

4.1.2. Зависимость вторичных параметров неоднородной цепи кабельной линии................................................................................................43

4.1.3. Изменение коэффициента затухания Àa............................................44

4.1.4. Влияние изменения проводимости изоляции линии на рабочее затухание...........................................................................................46

4.1.5. Влияние сосредоточенной асимметрии линии на рабочее затухание...........47

4.2. Аналитическая модель расчета электрических характеристик кабелей,

подверженных воздействию морской воды................................................48

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА..............................................54

5.1. Методика испытаний параметров линий, при заполнении сердечника кабеля морской водой....................................................................................54

5.2. Результаты измерений электрических характеристик кабелей ТППэп, заполненных Черноморской водой для асимметричных цифровых систем.........56

5.3. Оценка возможности использования аппаратуры ADSL/2+ на многопарных кабелях типа ТППэп, имеющих участки заполненных морской водой...............65

5.4. Результаты измерения рабочего затухания для определения возможности

функционирования симметричных систем xDSL.........................................66

ГЛАВА 6. ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННЫХ «ЗАМОКШИХ» УЧАСТКОВ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ...................................68

6.1. Теоретические основы «реанимации» кабельных линий, заполненных морской водой.....................................................................................68

6.2. Основные элементы технологии реанимации поврежденных «замокших» кабельных линий...............................................................................................71

6.3. Особенности восстановления кабельных линий, проложенных в приморских зонах................................................................................................74

6.4. Новая технология восстановления участков кабельных линий, заполненных

морской водой.....................................................................................76

ГЛАВА 7. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ МНОГОПАРНЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ МЕСТНОЙ СВЯЗИ ДЛЯ ЦИФРОВЫХ СЕТЕЙ, ПРОЛОЖЕННЫХ ВДОЛЬ МОРСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ.................................79

7.1. Оценка пригодности кабельных линий, заполненных морской водой для асимметричных цифровых систем передачи...............................................79

7.2. Рекомендации по использованию кабелей местной связи, заполненных

морской водой, симметричными системами DSL.........................................81

ГЛАВА 8. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВОССТАНОВЛЕНИЯ УЧАСТКОВ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ЗАПОЛНЕННЫХ МОРСКОЙ ВОДОЙ......83

8.1. Основные положения.......................................................................83

8.2. Расчет затрат на восстановление «замокших» участков абонентских

линий................................................................................................84

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................89

ЛИТЕРАТУРА Приложение 1. Приложение 2.

..96 100

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Развитие местных телефонных сетей в настоящее время осуществляется путем применения волоконно-оптических кабелей и цифровых систем передачи. Однако, продолжают внедряться сети широкополосного доступа на кабельных линиях с медными жилами.

Особое место в развитии сетей ШПД занимают кабельные линии с медными жилами, находящиеся в эксплуатации.

В настоявшее время на местных сетях единой сети электросвязи (ЕСЭ РФ) используется более 600 ООО км многопарных кабелей с медными жилами с полиэтиленовой изоляций. В основном это кабели с гидрофобным заполнением. Однако, значительное количество кабелей, находящихся в эксплуатации, это кабели типа ТППэп неимеющие гидрофобного заполнения.

На современном этапе одной из задач является уплотнение этих линий, цифровыми системами DSL в диапазоне частот до 2,2 МГц. Одной из причин нестабильности электрических характеристик линий является попадание влаги в сердечник кабеля. Достаточно широко изучен вопрос влияния и методы восстановления подземных линий, при попадании в сердечник кабеля пресной воды.

Темой диссертации является решение практических задач по созданию технологии восстановления линий в особых условиях прибрежных зон Черного, Азовского, Каспийского, Балтийского морей.

К числу вопросов, рассматриваемых в диссертационной работе, также относится анализ теоретических положений, касающийся кабельных линий с медными жилами, используемых для решения проблем, возникающих при попадании морской воды в сердечник, применительно к неоднородным линиям.

Эти положения достаточно подробно изложены в трудах отечественных и зарубежных авторов.

Фундаментальные исследования представлены в книгах:

1. В.И. Коваленкова «Теория передачи по линиям электросвязи» / Изд.1937г;

2. П.К. Акулыпина «Теория связи по проводам» / Изд. 1940г;

3. В.Н. Кулешова «Теория кабельной связи» / Изд. 1950 г;

4. И.И. Гроднева, К.Я. Сергейчука «Экранирование аппаратуры и кабелей связи» /Изд. 1960г;

5. И.И. Гроднева, В.О. Шварцмана «Теория направляющих систем» /Изд. 1978 г;

6. А.Ю. Цыма, В.И. Камалягина «Междугородные симметричные кабели для цифровых систем передачи» / Изд. 1984 г.

Указанные теоретические положения изложены также в трудах других авторов теории кабелей и структур систем передачи 1970-2010 гг. Значительный вклад внесен и зарубежными авторами:

1. Н. Klein «Das Nebenspzech zwischen unbelastung leitunges in fernschprechkabeln» /1938 r;

2. W. Klein «Das fernhabenspzech in viezez eines sterrnviezezkabel» / 1957 r;

3. В. Клейн «Влияние в пучке проводов» перевод на русский язык, 1960 г.

Основные теоретические положения, приведенные в указанных работах, посвящены рассмотрению однородных кабельных линий.

Учитывая, что в реальных условиях кабельные линии неоднородны, в диссертационной работе должны быть рассмотрены основные положения теории передачи по симметричным кабельным линиям, с учетом этого факта. Особенно актуальным вопросом является решение задачи о возникновении неоднородностей в случае попадания морской воды в сердечник кабеля.

В диссертационной работе ставится задача рассмотрения особенностей физических процессов, протекающих в сердечнике кабеля при попадании в него пресной и морской воды.

Актуальность проблемы восстановления линий, в сердечник которых проникает морская вода, ухудшающая электрические характеристики цепей кабеля, подтверждается происшедшими событиями на сетях местной связи, при затоплении телефонной канализации морской водой и изменение параметров

передачи линий местной связи в Геленджике, Дивноморском и Крымске Краснодарского края.

Для решения задач, указанных выше, предусмотрено проведение эксперимента на реальных кабелях, сердечник которых заполнялся водой из разных морей.

Практические рекомендации по применению технологии восстановления поврежденных участков кабелей заполненных морской водой должны обеспечить экономическую эффективность.

Тема, рассматриваемая в диссертационной работе, приобретает большую значимость в связи с решением правительства РФ о строительстве подводной газовой магистрали «Южный поток», прокладываемой по дну Черного моря, что потребует в районе функционирования наземного комплекса, создания цифровых сетей из новых конструкций кабелей и ранее проложенных линий. Потребуется решение проблемы восстановления линий, сердечник которых заполнен Черноморской водой. Значительный интерес к устранение указанных проблем проявил межрегиональный филиал (МРФ) «ЮГ» ОАО «Ростелеком».

Область использования разработанной технологии «реанимации» кабельных линий, проложенных вдоль морских побережий, может быть расширена для сетей Грузии и Украины.

Цель и задачи диссертации

Целью диссертационной работы является исследование процесса воздействия воды из Черного, Азовского, Балтийского и Каспийского морей на электрические характеристики кабельных линий и определение возможности создания симметричных и асимметричных цифровых сетей xDSL.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:

1. определены основные положения создания структуры организации симметричных и асимметричных сетей на кабельных линиях местной связи;

2. сформулированы требования к электрическим характеристикам кабельных линий, заполненных морской водой, обеспечивающих функционирование цифровых систем xDSL;

3. рассмотрены и изучены свойства морской воды и ее воздействие на электрические характеристики кабельных линий;

4. представлена теоретическая модель неоднородных кабельных линий;

5. предложена аналитическая модель расчета электрических характеристик кабелей применительно к воздействию различных сред заполнения сердечника кабеля;

6. проведены экспериментальные исследования электрических характеристик кабельных линии на образцах одночетверочного и многопарных кабелей, заполненных морской водой;

7. разработана технология восстановления кабелей, заполненных морской водой и применение ее для создания цифровых сетей xDSL;

8. представлены рекомендации по использованию неоднородных линий для цифровых систем xDSL;

9. рассчитана технико-экономическая эффективность восстановления поврежденных участков кабельных линий.

Научная новизна

Основными результатами диссертации обладающей научной новизной являются:

1. исследование процесса воздействия морской воды на электрические характеристики цепей при попадании ее в сердечник кабеля;

2. теоретическая модель неоднородных линий с учетом изменения первичных параметров от номинальных на базе телеграфных уравнений;

3. оценка пригодности кабельных линии для симметричных и асимметричных цифровых систем при попадании морской воды в сердечник кабеля;

4. теоретические основы разработки методов восстановления кабельных линий заполненных морской водой.

Личный вклад автора. Результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно.

Практическая ценность

Дана оценка электрических характеристик кабельных линии при заполнении сердечника водой из Черного, Каспийского, Азовского и Балтийского морей.

Предложена методика и структура оборудования для восстановления электрических характеристик кабельных линии при попадании морской воды в сердечник кабеля.

Разработаны рекомендации по использованию кабельных линии, проложенных вдоль морских побережий для создания симметричных и асимметричных цифровых сетей.

Методы исследований. Анализ требований, предъявляемых к кабельным линиям, заполненных морской водой, обеспечивающих функционирование оборудования xDSL.

Анализ существующих свойств морской воды.

Экспериментальные исследования электрических характеристик кабелей КСПП 1x4x0,9, КСПП 1x4x1,2, ТППэп 20x2x0,4, ТППэп 30x2x0,4, ТППэп 50x2x0,4.

Оценка и выбор методов восстановления поврежденных участков кабелей заполненных морской водой.

Использование методики технико-экономической оценки применения технологии восстановления кабельных линий.

Основные положении, выносимые на защиту.

1. Особенности воздействия морской воды на электрические характеристики кабельных линий и экспериментальные исследования процесса воздействия воды из Черного, Азовского, Каспийского, Балтийского морей.

2. Исследование возможности создания сетей широкополосного доступа на подземных многопарных кабельных линиях, проложенных вдоль морских побережий, в условиях попадания морской воды в сердечник кабеля.

3. Новая технология восстановления поврежденных кабельных линий заполненных морской водой.

4. Рекомендации по использованию кабельных линии, проложенных вдоль морских побережий.

Публикации.

По материалам диссертационной работы в научно-технических журналах и в трудах международных и всероссийских научных конференций опубликовано 4 работ.

Реализация и внедрение результатов исследований осуществлено в НПК «Гидрофоб» (г. Волгодонск) при разработке оборудования и технологии по восстановлению кабельных линий, заполненных морской водой. (Акт внедрения). Также может быть реализовано на сетях местной связи приморских зон южных регионов РФ для восстановления замокших участков при проникновении морской воды в сердечник кабеля. (Акт внедрения МРФ «ЮГ» ОАО Ростелеком).

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, списка литературы (43 источников). Общий объём работы составляет 118 страниц текста, включая приложения, 37 рис. и 26 табл.

Апробация работы

32-й, 34-й, 35-й научно-технических конференции «Кабели и линий связи» (Санкт-Петербург-2010, 2011, Пушкинские Горы Псковская область-2012); 33-й научно-технической конференции «Цифровые высокочастотные линии сетей электропередач» (Анапа-2010); 4-ом научно-практическом семинаре «Инновационные ресурсосберегающие технологии на линиях связи» (Волгодонск-2012); научно-технической конференции «Актуальные вопросы развития и эксплуатации линейно-кабельных сооружений местных сетей электросвязи» (Санкт-Петербург-2013).

Диссертация состоит из следующих глав:

Во введении сформулирована актуальность темы, определены цель и задачи работы, показана целесообразность проведения исследований воздействия морской воды на электрические характеристики и необходимость определения возможности использования линий для организации цифровых сетей связи.

В первой главе рассмотрены основные положения создания структуры широкополосного доступа на кабельных линиях местной связи.

Во второй главе представлены особенности физических процессов в кабельных линиях заполненных пресной водой.

В третьей главе показаны особенности физических процессов в кабельных линиях и дана сравнительная оценка параметров цепей кабелей заполненных водой Черного, Азовского, Каспийского, Балтийского морей.

В четвертой главе сформулированы основные положения моделей, пригодных для оценки электрических характеристик в случае попадания морской воды в сердечник кабеля.

В пятой главе даны результаты экспериментальных исследований воздействия морской воды на электрические характеристики кабельных линий широкополосного доступа.

В �