Фриман Р.Л. Волоконно-оптические системы связи

Подождите немного. Документ загружается.

учетом высоты места и окружающей температуры. Эти требования должны

признаваться важными, особенно тогда, когда пользователь устанавливает

соответствующие условия. Больший, чем необходимо, рейтинг может

потребоваться, чтобы компенсировать уменьшенную емкость. Типичные

кривые для пересчета выхода зарядного устройства показан на рис. 13.8.

13.3.4. Емкость батареи

Требуемая емкость любой батареи, время службы, должно быть

определены с учетом следующего:

- уровня потребления в амперах;

- рассчетного времени потребления;

- до какого конечного напряжения допустим разряд;

- при какой рабочей температуре.

Емкость батареи зависит не только от размера и длительности каждой

нагрузки, но также от последовательности, в которой данная нагрузка под-

ключается.

Рис. 13.8. Кривые для пересчета выхода зарядного устройства для учета

высоты места и температуры.

Емкость батареи выбирается для поддержки критической нагрузки до

тех пор, пока эта критическая нагрузка не будет сброшена в приказном

порядке, или восстановится основное питание, или не будет запущен и

подсоединен альтернативный источник резервного питания (система мотор-

генератор). Вместо того, чтобы покупать батарею большой емкости, можно

рассмотреть возможность покупки резервного мотор-генератора.

Батарейная система питания должна выбираться на основе данных про-

изводителя для конкретных применений, работающих в известном темпера-

турном диапазоне. Большинство показателей в Ач приведено для темпе-

ратуры +25°С и требуется снижать эти показатели при работе при

пониженных температурах. Некоторые производители уменьшают

показатели свинцово-кислотных батарей, измеренные при температуре

+25°С, на 60% при снижении температуры до -18°С.

Емкость в Ач уменьшается при увеличении скорости разряда.

Поэтому простое суммирование различных нагрузок (при использовании

кривых ток-время для оценки емкости) может привести к выбору батареи

меньшего, чем следует, номинала. При изменяющихся нагрузках,

суммирование различных нагрузок нужно проводить следующим образом:

11 2 2

....

AH AT A T A T





где АН — ампер-часы, А — нагрузка в А, Т — время в часах.

Если может быть большая скорость разряда в конце цикла разряда, то

нужно выбирать батарею большей емкости. Поэтому, для того чтобы под-

твердить адекватность выбора батареи, она должна проверяться, начиная от

начала разрядного цикла путем вычитания энергий (AT), при удалении каж-

дого типа нагрузки, для того чтобы определить, осталась ли адекватная ем-

кость для конечного интервала нагрузки.

Практика показывает, что свинцово-кальциевым батареям требуется от

нескольких дней до нескольких недель, для того чтобы, после разряда до

конечного напряжения, вернуться к совершенно одинаковым зарядам на всех

элементах.

Возможно, что для ситуаций с длительным и частым пропаданием

основного питания, требуются другие батареи, так как может оказаться, что

не будет достаточно времени для полной перезарядки между пропаданиями

питания, если только не прибегать к увеличению зарядного напряжения за

пределы нормально допустимого. Можно было бы рассмотреть свинцовые

батареи Планта и свинцовые батареи с многополостными элементами, но они

используются очень ограниченно. Поэтому они и не были показаны в табл.

13.4 [13.4].

Таблица 13.4

Основные отличия между разными типами батарей.

Тип батареи Конструкция Типичные характеристики

Свинцово-

кальциевая

Пастированные свинцово-

кальциевые положительные

пластины, сернокислотный

электролит.

Срок службы 12-15 лет, меньше при

высоких температурах, многократных

или глубоких разрядах. Минимальные

среди свинцовых батарей потери воды

и минимальная стоимость.

Свинцово-

сурьмянистая

Пастированные свинцово-

сурьмянистые положитель-

ные пластины, сернокис-

лотный электролит.

Срок службы 12-15 лет, хорошо при-

способлен к циклическому характеру

нагрузки. Имеет среднюю стоимость.

Никель-

кадмиевые

Конструкция с небольшими

(карманными) пластинами,

никелевые положительные

пластины, кадмиевые

отрицательные пластины,

гидроксид калия в качестве

электролита.

Срок службы 20-23 года, хорошо при-

способлен для высоких или низких

температур, коротких, быстрых,

глубоких или с большим числом

циклов разрядов. Может быть быстро

перезаряжен. Имеет максимальную

стоимость.

Замечание. Конец срока службы батареи определяется следующим

образом: когда перезаряжаемый элемент был полностью перезаряжен и

разряжен в процессе теста под нагрузкой и не смог обеспечить 80% своей

номинальной емкости, его срок службы считается законченным.

13.4. Питание удаленных пунктов

Существует ряд обстоятельств, когда требуется обеспечить

дистанционное снабжение питанием удаленных мест, где нет собственного

источника питания. Существуют также ситуации, когда мы хотим обеспечить

свое питание, нежели использовать питание от местного источника. В ряде

случаев осуществление этой идеи не только возможно, но и необходимо,

если мы хотим обеспечить надежную и высоко доступную систему связи.

Если регенератор, оптический усилитель, или мультиплексор ввода-вывода,

теряют питание, то отказывает вся система, сформированная как линейная

цепь, до тех пор, пока не будет сформирована конфигурация, использующая

APS.

Удаленный объект должен обеспечить себе собственное питание, когда

нет возможности получить его от местных источников. Желательно также

иметь собственное питание, если местное питание плохого качества. Под

плохим качеством мы понимаем питание, при котором плохо регулируется

напряжение, возникает много переходных процессов и других дефектов

питания, и, как следствие, много сбоев сервисного обслуживания.

Мы можем пожелать запитывать ВОСП за счет доставки питания по

оптическому кабелю, в котором для этой цели предусмотрена медножильная

пара. Это, конечно, убирает одно из преимуществ оптического кабеля -

отсутствие токовых петель по земле питания. Медножильная пара добавляет

такую петлю в ВОК.

Метод подачи питания на удаленный узел должен быть прост,

экономически эффективен и иметь MTBF-период на много лет.

13.4.1. Газотурбинные генераторы питания

Одна из полностью замкнутых систем состоит из системы сжигания

газа пропан, парогенератора, турбогенератора, конденсора с воздушным

охлаждением, выпрямителя, системы аварийной сигнализации и управления,

причем все расположено в отдельном боксе. Такой единый блок может

обеспечить от 400 до 3000 ватт отфильтрованного постоянного тока в

течение 24 часов на срок до 25 лет при очень низком уровне обслуживания и

без капитальных ремонтов.

Этот блок использует герметически закрытый генераторный узел, кото-

рый содержит только одну аккуратно вращающуюся часть: вал, на котором

смонтировано колесо турбины и ротор турбогенератора без щеток. Вал тур-

богенератора поддерживается гидродинамическими подшипниками, которые

устраняют контакт металл-металл, обеспечивая годы эксплуатации без

проблем. Надежность такого узла (на уровне 95% вероятности) порядка 200

000 часов (MTBF).

Для того чтобы улучшить надежность до величины доступности выше,

чем 99,9999%, два газотурбинных узла объединяются параллельно и работа-

ют на одну шину питания, причем каждый турбогенератор нагружается на

половину требуемой мощности. Если что-то происходит с одним из узлов,

турбогенератор второго узла автоматически берет на себя всю нагрузку.

Рис. 13.9. Рисунок блока газовой турбины компании Ormat в разрезе. (С раз-

решения компании Ormat Corp. [13.5])

На рис. 13.9 приведен рисунок такого блока в разрезе с узлом газовой

турбины. Этот рисунок показывает горелку, нагревающую органическую

рабочую жидкость в парогенераторе, где происходит парообразование и рас-

ширение пара, вытекающего через колесо турбины и создающего, таким

способом, крутящий момент вала, приводящего в движение генератор. Пар

затем проходит в конденсор, где и охлаждается, превращаясь снова в жидкое

состояние и снова приводя в движение парогенератор, охлаждая, тем самым,

генератор переменного тока и смазывая подшипники. Этот цикл

продолжается до тех пор, пока тепло нагревает парогенератор. В силу того,

что стальной сосуд, содержащий жидкость/пар, герметически закрыт, орга-

ническая жидкость на расходуется в процессе работы.

Рабочая жидкость не может изменить климатические условия за

пределами замкнутого сосуда. Этот турбогенератор производит трехфазный

переменный ток, который затем выпрямляется и фильтруется. Мощность

постоянного тока регулируется при изменяющихся условиях нагрузки, путем

автоматического управления количеством топлива, подаваемого в горелку.

Система снабжена цифровым блоком управления, который

обеспечивает дистанционное управление и мониторинг, а также управление

безопасностью функционирования, для предотвращения от любых

нештатных ситуаций [13.5].

13.4.2. Топливо сберегающая альтернатива

Другим примером системы питания с дистанционным управлением

является система, объединяющая солнечные элементы, систему

бесперебойного питания и блок с газовой турбиной. Первичным источником

были бы солнечные элементы, питающие систему батарей бесперебойного

питания. Параллельно с солнечными элементами можно было бы

подключить блок с газовой турбиной. Определение размера батареи в этой

конфигурации - жизненно важно. Пришлось бы использовать компромисс

между частью общей электрической мощности, взятой у системы, частью

входной мощности, взятой у солнечных батарей, и частью, требуемой от

газовой турбины. Батарейное питание должно использоваться в ночное время

и при облачной погоде. Конфигурация, использующая батарею достаточно

большой емкости и поддержанная солнечными элементами достаточно боль-

шой мощности, возможно оставила бы газовой турбине роль источника

резервного питания.

ГЛАВА 14 ГИБРИДНЫЕ СИСТЕМЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ МЕДНЫЕ

ЖИЛЫ И ОПТОВОЛОКНО

14.1. Введение

Оптоволоконный кабель, как среда передачи, занимает очень важную

нишу в передаче сигналов кабельного телевидения (КТВ). Передача

видеоизображения составляет основу сервиса КТВ. Цель передачи по КТВ —

доставить пользователю четкий видеосигнал с отношением сигнал-шум

больше 46 дБ. Это значение отношения сигнал/шум является большим по

сравнению с тем, что имеет место в канале с данными или голосом. Можно

сказать, что если доставка видео будет работать надлежащим образом, то

остальные сервисы будут заведомо в норме.

Оптическое волокно, как среда передачи для КТВ, было введено в

употребление в 1990. Рациональность его введения и архитектура различных

сетей обсуждается в этой главе. В ней также дается обзор истории развития

гибридных сетей КТВ и их организации, для обеспечения потребителей дву-

сторонней передачей, а также рассматривается архитектура гибридных сетей

и соединения на последней миле.

14.2. Основные сведения

На рис. 14.1 приведена схема сети КТВ до введения ВОК. Она

существенно упрощена. Средой передачи в ней служил коаксиальный кабель,

учитывая ее широкополосные свойства. Видео/ТВ относятся к системам с

широкополосным сигналом, так как здесь используется стандартный NTSC

телевизионный радиосигнал с шириной полосы 6 МГц, как показано на рис.

14.2.

Рис. 14.1. Схема обычной системы КТВ до 1970. Подсистема передачи

полностью основана на коаксиальном кабеле и электронных усилителях.

Источники программ на головной телестанции работают в микроволновом

диапазоне, используют кабельный сигнал и магнитную ленту. Спутниковый

прием стал использоваться позднее.

Рис. 14.2. Амплитудно-частотная характеристика телевизионного сигнала.

Ширина полосы равна 6 МГц (взято из [14.4] FCC Part 73.699, рис. 5, с. 240)

В системах КТВ головная телестанция является местом, где

собираются все программные и другие сигналы и форматируются для

последующей подачи в кабельную сеть. Головные телестанции отличаются

от других наличием нескольких спутниковых антенн вокруг них. Сигналы

КТВ, сформированные головными телестанциями, доставлялись тогда

потребителям по коаксиальным кабелям. Системы КТВ требовали

широкополосных усилителей для поддержания нужного уровня сигнала на

всем пути до потребителя. Каждый усилитель нарабатывал свой собственный

шум и вызывал искажения сигнала на пути к потребителю. Эти шумы и

искажения аккумулировались. Следовательно, существовал предел числу

последовательно включенных усилителей, которое могла поддерживать

система, пока сигнал не становился бесполезным для потребителя. В работе

[14.1] сообщается, что это число равно (примерно) 20. Однако в ней же

утверждается, что максимальное число последовательно включенных

усилителей может достигать 50 для узкополосных систем, где усилители

имеют низкий уровень шума. В стандартной системе ТВ можно ожидать, что

расстояние между усилителями равно 600 м. Следовательно, самая длинная

система КТВ может простираться на 30 км или меньше. Это говорит о том,

что максимально область обслуживания системы КТВ может базироваться

только на одну головную телестанцию.

Было найдено, что оптимальный коэффициент усиления одного широ-

кополосного усилителя составляет примерно 22 дБ. Увеличение этого уси-

ления выше указанного значения приводит к тому, что интермодуляционные

продукты увеличивают нелинейность, которая быстро становится чрезмерно

большой. Коэффициент шума обычного широкополосного усилителя,

который будет использоваться в наших расчетах, составляет примерно 8 дБ

[14.1, 14.3, 14.5], хотя нам кажется, что лучше использовать цифру 10 дБ.

14.2.1. Логическое обоснование

Напомним, что коаксиальный кабель представляет изолированную