U ovom radu prikazani su rezultati projekta zamene postojećeg zemljovodnog užeta sa OPGW kablom na više deonica dalekovoda dužine 400 km. OPGW kabel ima funkcije klasičnog-zemljovodnog užeta i telekomunikacionog prenosa podataka na velika rastojanja. Optička vlakna sa pomerenom krivom disperzije, ITU G.655, su namenjena za mreže visokih brzina prenosa i dužine optičkih kablova većih od 300 km.
Uvod
Postoji nekoliko tipova optičkih kablova za prenos komunikacionih (telekomunikacionih) signala korišćenjem dalekovoda za prenos električne energije:
– OPGW (Optical Ground Wire) – optička vlakna u zemljovodnom užetu;
– OPC (Optical Phase Conductor) – optička vlakna u faznom provodniku;
– MASS (Metallic Aerial Self-Supporting) i ADSS (All-Dielectic Self-Supporting Cables) – metalni odnosno nemetalni optički kabel koji se postavlja na stubove dalekovoda ispod faznih provodnika;
– ADL (All-Dielectic Lashed Cables) – nemetalni optički kabel koji se omotava oko zemljovodnog užeta.
– OPGW (Optical Ground Wire) – optička vlakna u zemljovodnom užetu;
– OPC (Optical Phase Conductor) – optička vlakna u faznom provodniku;
– MASS (Metallic Aerial Self-Supporting) i ADSS (All-Dielectic Self-Supporting Cables) – metalni odnosno nemetalni optički kabel koji se postavlja na stubove dalekovoda ispod faznih provodnika;
– ADL (All-Dielectic Lashed Cables) – nemetalni optički kabel koji se omotava oko zemljovodnog užeta.
Neke od prednosti korišćenja dalekovodnih linija za prenos komunikacionih signala su:
– OPGW rešenje je pouzdano i dugotrajno;
– ADSS i ADL su brze i jeftine mreže;
– Idealne su za zamenu ili proširenje postojećih mreža;
– Brzi pristup i popravka svih spojeva.
Deonice koje su rađene
Spajanje OPGW-a, na tri deonice, je izvršila ekipa iz NOVKABEL AD Fabrika Mikrokabel iz Novog Sada, kao podizvođač "ENERGO management group" doo iz Beograda. Investitor radova je EPS JP ELEKTROISTOK iz Beograda. Kablove i spojnice je proizveo NSW iz Nemačke. U kablu su kombinovane dve vrste optičkih vlakana, SMF (ITU G.652) i NZ-DSF (ITU G.655). Tip OPGW kabla je: OPGW-DAB 1x24E9/125 0,36F3,5+0,22H18 + 1x24E10125 0,22H3,7 (AA/ACS 72/36) . Tip podzemnog kabla, koji se koristi za povezivanje OPGW-a, od prvog stuba dalekovoda – portala do optičkog razdelnika je: A-DQ(BN)2Y 2x12E9/125 0,36F3,5 + 0,22H18 LG 2x12E10/125 0,25H3,7 LG. Spojnica je tipa: Hood Sleeve Closure.
Za spajanje i merenje korišćeni su sledeći uređaji:
– Uređaj za spajanje: FUJIKURA, tip: 30 S;
– OTDR (Optical Time Domain Reflectometer): WAVETEK, tip: Helios;
– OTDR: SCHLUMBERGER, tip: SI 7727;
– OTDR: AGILENT, tip: E6004A [2].
– Uređaj za spajanje: FUJIKURA, tip: 30 S;
– OTDR (Optical Time Domain Reflectometer): WAVETEK, tip: Helios;
– OTDR: SCHLUMBERGER, tip: SI 7727;
– OTDR: AGILENT, tip: E6004A [2].
Tabela 1. Podaci o deonicama
Nastavljanje optičkih vlakana
Nastavljanje optičkih vlakana se obavlja jer su proizvodne dužine kablova limitirane (1-6 km), a takođe ih je potrebno spojiti i na uređaje. Spajanje se obavlja na nekoliko načina:
– varenjem (splice) optičkih vlakna u električnom luku;
– meahničkim spojnicama;
– konektorima.
– varenjem (splice) optičkih vlakna u električnom luku;
– meahničkim spojnicama;
– konektorima.
Svaka od ovih metoda ima svoje prednosti i mane. Prednost varenja je ostvarivanje kvalitetnog spoja sa najmanjim slabljenjem. Mehaničke spojnice se koriste za privremeno spajanje optičkih vlakana. Konektori se koriste za prespajanje optičkih deonica i spajanje vlakana na optičke uređaje.
Nastavljanje optičkih vlakana se obavlja u nekoliko koraka:
– dolazak na mesto izrade nastavka;
– priprema kablova za spajanje (njihova montaža u spojnici);
– spajanje optičkih vlakana;
– kontrola spoja OTDR-om;
– eventualno ponavljanje spajanja;
– zatvaranje spojnice.
– dolazak na mesto izrade nastavka;
– priprema kablova za spajanje (njihova montaža u spojnici);
– spajanje optičkih vlakana;
– kontrola spoja OTDR-om;
– eventualno ponavljanje spajanja;
– zatvaranje spojnice.
Za rad na terenu potrebno je prethodno upoznati trasu kabla i mesta gde treba napraviti nastavak. Do mesta nastavaka, ako nisu u naseljenom mestu, obično nije lako doći. Posebno su izraženi problemi u slučaju lošeg vremena. Radovi ne mogu čekati lepo vreme i suve puteve. Zato je poželjno imati odgovarajuća terenska vozila.
Priprema kablova za spajanje zavisi od tipa kabla i tipa spojnice i vrši se na osnovu uputstava proizvođača spojnice. Spojnica pruža mehaničku zaštitu optičkim vlaknima. Priprema za spajanje traje 1,5 do 2 sata. Priprema i spajanje ne moraju da se obave istog dana. U tom slučaju spojnicu je potrebno zatvoriti i postaviti na stub.
Spajanje se vrši uređajam za spajanje (varenje) tzv. splajserom. Pre samog spajanja vlakana, potrebno ih je pripremiti. Sa kraja vlakna skida se primarna zaštita vlakna, nakon čega se vlakno ravno odseca na odgovarajuću dužinu i postavlja u uređaj za spajanje. Uređaj pozicionira vlakna tako da slabljenje na spoju bude najmanje i nakon toga vrši se spajanje vlakana u električnom luku. Nakon spajanja uređaj meri slabljenje na spoju.
Precizna kontrola slabljenja spoja vrši se OTDR-om sa jednog od krajeva optičkog vlakna. Kontrola slabljenja spoja vršena je na 1550 nm. Nakon završetka spajanja vlakna monter obaveštava kontrolora koji vrši merenje. Komunikacija se obavljala optičkim i mobilnim telefonom. Efikasnije za rad je da se kontrola vrši odmah nakon spajanja vlakna. U slučaju potrebe, usled slabljenja većeg od 0,10 dB, spajanje istih vlakana se ponavlja (do 6 puta).
Korektan spoj vlakana se zaštićuje termoskupljajućom cevčicom i odlaže na predviđeno mesto u spojnici. Nakon završetka spajanja svih vlakana spojnica se zatvara i postavlja na određeno mesto na stubu dalekovoda.
Uzroci slabljenja na spoju
– Unutrašnji faktori
Prilikom spajanja dva vlakna najbolje bi bilo da su ona identična. Međutim to u praksi nije zadovoljeno. Na Slici. 1. šematski su prikazana geometrijska odstupanja izrade optičkih vlakana, koja uzrokuju povećanje slabljenja na spoju [1]. Na ove faktore se ne može uticati prilikom spajanja.
Slika 1. Unutrašnji faktori povećanja slabljenja na spoju
– Spoljašnji faktori
Spojevi takođe doprinose slabljenju. Kada se vlakna ne poravnaju idealno po njihovoj centralnoj osi dolazi do povećanja slabljenja na spoju, što je prikazano na Slici 2.
Slika 2. Spoljašnji faktori povećanja slabljenja na spoju
Slika 3. Hrapavost površine vlakna
Na spoljašnje faktore se može uticati prilikom spajanja pažljivim rukovanjem sa vlaknima i uređajem za spajanje, korišćenjem dobrih noževa za sečenje vlakana, vodeći računa o čistoći i hrapavosti površine vlakna (Slika 3.). Na ekranu uređaja za spajanje se vide vlakna, dovoljno uvećana da se mogu izvršiti podešavanja i izbeći greške, odnosno smanjiti slabljenje spoja.
Problemi kod spajanja
Važno je istaći da se prilikom spajanja vlakana prvi put u Srbiji radilo sa NZ-DS vlaknima. Zbog toga su radovi izvođeni sa posebnom pažnjom. Pre početka radova pretpostavka je bila da će spoljašnji faktori uticati na kvalitet spoja (slabljenje) kod NZ-DS vlakana na isti način i u sličnom procentu kao i kod monomodnih (SM – single mode) vlakana. Ovo se i potvrdilo, procenat ponavljanja varova zbog spoljašnjih faktora je bio sličan (oko 8%), i kod SM i kod NZ-DS vlakana.
Prema očekivanju, problem kod spajanja je bio zbog tzv. unutrašnjih faktora, jednom rečju same geometrije vlakana. Prilikom rada na prvoj deonici (dalekovod 444) procenat ponavljanja varenja zbog geometrije je bio relativno visok i iznosio je 17%. Zbog visokog procenta ponavljanja bilo je potrebno naći način za prepoznavanje povećanja slabljenja zbog geometrije i tako smanjiti broj ponavljanja spajanja.
Pretpostavljeno je da je geometrija vlakna ista duž cele fabričke dužine vlakna. Pretpostavka se pokazala kao tačna u velikom broju slučajeva. Povećanje slabljenja na spoju, uzrokovano nejednakom geometrijom vlakana, moglo se prepoznati na slici slabljenja (Slika 4.) kada je na prethodnom spoju bilo "pojačanje" (lažno pojačanje). U ovom slučaju postojala je takođe dilema da li je "pojačanje" dovoljno veliko. Prilikom pojave ovih slučajeva nije ponavljano varenje 6 puta, nego 2 ili 3, što se pokazalo dovoljnim.
Tabela 2. Podaci o ponavljanjima spajanja optičkih vlakana
Rezultati prikazani u tabeli 2. su pokazali da je geometrija vlakana mnogo veći problem kod NZ-DS nego kod SM vlakana. Kod rada na drugoj deonici, procenat ponavljanja spajanja na vlakanu je bio veći nego na prvoj deonici jer su tada proveravane pretpostavke o geometriji vlakna. Na trećoj deonici broj ponavljanja spajanja NZ-DS vlakana je bio smanjen i približno jednak broju ponavljanja spajana SM vlakana.
Slika 4. Karakteristika slabljenja na jednoj deonici optičkog vlakna
Rezultati merenja
Metoda merenja slabljenja spoja OTDR-om je veoma pogodna za rad na terenu jer je:
– dovoljan pristup samo sa jednog kraja;
– velika brzina merenja;
– visoka rezolucija i tačnost;
– omogućeno praćenje svih događaja na deonici.
U tabelama 3. i 4. prikazani su statistički podaci završnog merenja na 1550 nm. Rezultati izmerenog slabljenja SM i NZ-DS vlakana su dati za pojedine deonice (444, 454 i 450).
Tabela 3. Statički podaci završnog merenja na 1550 nm
Napomena: Prikazane su srednje vrednosti slabljenja na osnovu merenja sa oba kraja optičkog vlakna.
Tabela 4. Statički podaci završnog merenja na 1550 nm – slabljenje po vlaknima
Zaključak
Pored problema koji su postojali u početku sa spojnicama (neusaglašeno uputstvo, predviđena lošija zaštita spoja optičkog vlakna – krimpovanje, neodgovarajuće dimenzije pojedinih elemenata spojnice), geometrijom vlakana (posebno NZ-DS vlakana), "krtošću" optičkih vlakana, pogrešno označenim vlaknima u podzemnom kablu (zamenjena SM i NZ-DS vlakna), kasnije i sa kvarom instrumenata koji je korišćen za spajanje i merenje, projekat je uspešno urađen sa odličnim rezultatima.
Slabljenja po vlaknima odstupaju do 2 % maksimalno u odnosu na srednju vrednost slabljenja svih vlakana. Prosečno slabljenje na 1550 nm za sve tri deonice je 0,193 dB/km za SM, odnosno 0,205 dB/km za NZ-DS vlakna (srednje ukupno slabljenje podeljeno sa optičkom dužinom).
Literatura
[1] Donald J. Sterling, "Tschnician’s Guide To fiber optics", Delmar Publishers Inc, 1993.
[2] Website: www.agilent.com
Autori:
- Ivan Ikonov, Novkabel, Novi Sad
- Miloš Slankamenac
- Miloš Živanov
Fakultet tehničkih nauka Novi Sad, Katedra za elektroniku
