Испытательный полигон для тестирования методов локализации трасс волоконно-оптических линий связи

Трассопоисковые работы являются неотъемлемой частью процессов строительства и технической эксплуатации кабельных линий. Особенно важную роль они играют для подземных коммуникаций. Наиболее широкое применение на кабельных линиях связи нашли индукционные методы [1–4]. На рынке представлен большой выбор средств для реализации данных методов. Однако индукционные методы неприменимы на трассах полностью диэлектрических кабелей. Вместе с тем возможность создания полностью диэлектрических конструкций является одним из существенных преимуществ волоконно-оптических кабелей связи. Такие конструкции оптических кабелей (ОК) подвешиваются на линиях высокого напряжения (ЛВН), контактной сети электрифицированных железных дорог (эл.ж.д.). При прокладке в грунт полностью диэлектрические кабели не требуют дополнительной защиты на участках сближения с ЛВН и эл.ж.д., оборудования заземлений и контрольно-измерительных пунктов (КИП) и других дополнительных мер по обеспечению электробезопасности. Однако для их нормальной эксплуатации также требуются методы и средства для поиска трассы прокладки полностью диэлектрического кабеля, локализации его мест повреждения на трассе.

Отдельно следует сказать о применении трассопоисковых методов на линейно-кабельных сооружениях транспортной многоканальной коммуникации волоконно-оптических линий связи (ЛКС ТМК ВОЛС). В общем случае ТМК предполагает прокладку в свободных каналах кабелей с металлическими проводниками, которые могут использоваться для выполнения трассопоисковых работ индукционными методами. Однако в этом случае требуется применение дополнительных мер по электробезопасности, включая оборудование заземлений, КИП и т. п., что зачастую нежелательно, а в случае прокладки пакетов микротрубок в минитраншеи вдоль автомобильных дорог и не всегда возможно.

Как следствие, задачи строительства и технической эксплуатации ВОЛС с полностью диэлектрическим оптическим кабелем на участках ЛКС ТМК без металлических проводников требуют разработки методов и средств определения местоположения коммуникаций в данных условиях.

Для апробации методик поиска трассы и локализации мест повреждений полностью диэлектрического кабеля на основе использования оптических волокон (ОВ) кабеля в качестве распределенных акустических датчиков [5], на территории ПГУТИ построен испытательный полигон линейно-кабельных сооружений транспортной многоканальной коммуникации волоконно-оптической линии связи.

Ул. Советская Армия

Условные обозначения:

— — - прокладываемая трасса учебно-испытательного полигона              0 - стойка контрольно-измерительного пункта

ЛКС ТМК воле на территории ПГУТИ

-------- - провод ГПП

-------- прокладываемый оптический микрокабель внутри здания

• •    - оптическая разветвительная муфта

  --существующий оптический кабель ОКЛСт-Н-О1-6-24-10/125-1

J - узел доступа ПАО «Ростелеком»

|   | - устанавливаемые смотровые устройства

Рисунок 1. Схема трассы прокладки испытательного полигона

Описание испытательного полигона

Строительство испытательного полигона ЛКС ТМК ВОЛС производилось на основе опыта внедрения в России АО «СМАРТС» транспортной многоканальной коммуникации [6]. ТМК проложена в грунте вдоль линейного транспортного объекта (автодороги) по минитраншейной технологии [7].

В качестве линейно-кабельных сооружений транспортной многоканальной коммуникации на полигоне использовались:

– «плоский» пакет микротрубок, состоящий из шести трубок, соединенных между собой перемычками;

• –    арматура для соединения микротрубок;

• –    оптический микрокабель, проложенный способом затяжки в пакет микротрубок;

• –    бронированный оптический микрокабель, проложенный способом затяжки в пакет микротрубок;

• –    оптические муфты, служащие для соединения ОК;

  – малогабаритные полимерные модульные смотровые устройства, служащие для укладки запаса кабеля и размещения компонентов кабельной арматуры.

Кроме того, на полигоне проложены непосредственно в грунт бронированные ОК.

Трасса полигона ЛКС ТМК ВОЛС проложена вдоль асфальтированной дороги с удалением 0,5 м от ее края и 5,5 м от здания корпуса № 2 ПГУТИ. Глубина минитраншеи составляет 0,8 м, а ширина 0,6-0,7 м. Длина предварительно разработанной минитраншеи - 49 м (механизированным способом было выполнено 42 м, ручным

Рисунок 2. Разрез минитраншеи испытательного полигона способом - 7 м). Схема трассы прокладки полигона представлена на рисунке 1.

На испытательном полигоне смонтированы смотровые устройства и стойки контрольно-измерительных пунктов (СКИП) для подключения заземлений и металлических элементов ОК. Между смотровыми устройствами на глубине 0,7 м проложен пакет микротрубок DuraLine СТ DuraMicro DB 6x16/12 mm. В двух противоположных каналах этого пакета помещены оптические микрокабели марок ОКЛм-01-12-10/125 и ОКБ-0,22-8-Т-2,5. Сверху над пакетом микротрубок на глубине 0,6 м проложены три бронированных ОК, а также оборудована система электронных маркеров. Для обеспечения сохранности линейно-кабельных сооружений на глубине 0,4 м проложена опознавательная лента.

Прокладка пакета микротрубок, ОК и опознавательной ленты в минитраншею производилась последовательно с послойной засыпкой песчаной подушки. Разрез минитраншеи полигона представлен на рисунке 2.

В каждом смотровом устройстве для монтажа оптических муфт оставлен запас кабеля по 15-20 метров в каждую сторону. Отверстия вводов пакета микротрубок и бронированных ОК в смотровое устройство герметизируются монтажной пеной. Герметизация микротрубок с ОК на вводах в смотровые устройства выполняется с использованием кабельных уплотнителей, а свободные каналы пакета микротрубок герметизируются с помощью заглушек. Строительство испытательного полигона ЛКС ТМК ВОЛС представлено на рисунке 3.

Внутри здания трасса ВОЛС проложена по существующему кабельному лотку и нише. Оптические волокна всех кабелей выведены на кросс в лаборатории кафедры на 12-м этаже учебного корпуса ПГУТИ.

Обзор методов локализации кабельной трассы

Для определения местоположения и глубины прокладки пакета микротрубок и оптических ка-

Рисунок 3. Строительство испытательного полигона белей проводилось обследование трассы испытательного полигона ЛКС ТМК ВОЛС различными методами [8]. Экспериментальные измерения проводились с использованием индукционного метода, георадиолокации и акустического метода.

Данные о трассе и глубине прокладки оптических кабелей были известны с высокой точностью. Кроме того, местоположение кабеля и его глубина в грунте контролировались с помощью системы электронного маркирования [9; 10].

Индукционный метод поиска основан на измерении магнитного поля, создаваемого протекающим током в однопроводной цепи кабеля. Посредством измерения уровней магнитного поля обнаруживают наличие кабельной линии, определяют местоположение кабельной линии, глубину ее залегания и место повреждения [1–4].

Поиск трассы, глубина прокладки и локализация мест повреждений полностью диэлектрического кабеля и ЛКС ТМК индукционным методом не представляется возможным, т. к. конструкции кабеля и пакета микротрубок не имеет металлических элементов. Для определения местоположения и глубины прокладки трассы на испытательном полигоне ЛКС ТМК ВОЛС при

Смотровое устройство

б

Рисунок 4. Георадарная карта: а – параллельное направление; б – перпендикулярное направление

a

строительстве трассы в один канал пакета микротрубок был «затянут» оптический кабель, бронированный стальной проволокой [11], а также сверху над пакетом микротрубок были проложены три бронированных кабеля. Броня оптических кабелей выведена на стойку контрольно-измерительного пункта для подключения генератора к броне кабеля.

Обследование трассы испытательного полигона ЛКС ТМК ВОЛС индукционным методом выполнялось с помощью трассоискателя Dynatel 2273M/E 3М™ [12; 13].

Результаты обследования хорошо согласуются с расположением кабеля и могут быть использованы для апробации альтернативных методов.

Метод георадиолокации . Принцип работы георадара основан на использовании классических принципов радиолокации, использующем радиоволны для захвата изображений под поверхностью земли. Антенной прибора излучаются сверхкороткие электромагнитные импульсы, имеющие 1,0÷1,5 периода квазигармонического сигнала и достаточно широкий спектр излучения. Центральная частота сигнала определяется типом антенны [14–17].

Излучаемый импульс, распространяющийся под землей, отражается от находящихся в ней предметов или неоднородностей среды, имеющих отличную от среды диэлектрическую проницаемость или проводимость. Отраженный сигнал принимается антенной, усиливается в широкополосном усилителе, преобразуется в аналого-цифровом преобразователе и сохраняется для последующей обработки. После обработки на дисплее отображается распределение интенсивности отраженного сигнала по трассе под землей.

Экспериментальные измерения проводились на полигоне с помощью георадара Radiodetection RD1000 [18]. В ходе съемки трассы ЛКС ТМК получены результаты в параллельном и перпендикулярном направлениях относительно трассы прокладки пакета микротрубок. Образцы геора-дарных карт представлены на рисунке 4.

По георадарным картам на рисунке 4, а определяется расположение смотрового устройства, а на глубине 0,7 м определяется песчаная подушка на дне траншеи, рисунок 4, б .

Анализ результатов обработки показал, что из-за сложного характера грунта (насыпной грунт, щебень, крупные фракции камней) и перепадов влажности обследование радиолокационным методом не дает точной информации по определению глубины и местоположению трассы прокладки пакета микротрубки с оптическими кабелями. Следует отметить что подобный характер грунта также свойственен для ЛКС ТМК, проложенных в обочинах автомобильных дорог.

Акустический метод . Перспективный метод местоположения трассы ЛКС ТМК с полностью диэлектрическим кабелем, основанный на применении системы виброакустического контроля с использованием фазочувствительного рефлектометра. Принцип основан на распределенном измерении изменения фазы обратно рассеянного излучения, вызванного внешним источником акустического воздействия в зоне расположения оптического кабеля [5; 19; 20]. Переносной источник звука размещают в определенных точках вокруг предполагаемого расположения кабеля и определяют пространственную карту распреде-

Рисунок 5. Экспериментальные измерения: а – схема измерения; б – карта интенсивности акустического сигнала

Параллельное направление, м б

ления интенсивности и/или фазы для заданной частоты акустического сигнала. После обработки данных можно определить местоположение ЛКС ТМК и кабеля.

Проведена апробация данного метода на испытательном полигоне. Доказана доступность метода и отмечена необходимость дальнейших исследований. Схема измерения и образец картограммы интенсивности представлены на рисунке 5.

Заключение

Испытательный полигон, основанный на различных технологиях прокладки оптического кабеля, реализованный на территории ПГУТИ, позволяет исследовать различные способы локализации кабельной трассы ВОЛС. Для ЛКС ТМК с полностью диэлектрическим кабелем локализация может осуществляться георадарным или акустическим методами. Локализация ЛКС ТМК с полностью диэлектрическим кабелем индукционным методом не представляется возможной, т. к. конструкции кабеля и пакета микротрубок не имеют металлических элементов. Экспериментальная апробация георадарного метода показала, что точность локализации сильно зависит от квалификации оператора и состава грунта. В качестве перспективного метода локализации ЛКС ТМК с полностью диэлектрической кабельной трассой предложен акустический метод, основанный на применении системы виброакустиче-ского контроля.