CC BY
109
The main methods of protecting information processed in banking organizations are considered.
Key words: information, threats to information, information protection, artificial intelligence.
Bosova Ekaterina Dmitrievna, student, bosova19091999@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University,
Selishev Valeryi Anatolievich, сandidate of technical sciences, docent, sel648val@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.317
АНАЛИЗ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ
СИСТЕМ ПЕРЕДАЧ
О. А. Губская, М.Н. Плут, О.Р. Спиридонов, Е.В. Фатьянова
В статье дан анализ внешних факторов, влияющих на работоспособность волоконно-оптические системы передач, подробно рассмотрены их негативное воздействие на параметры оптического волокна кабеля.
Ключевые слова: волоконно-оптические системы передач, оптический кабель, оптическое волокно, поверхностное сопротивление, электротермическая деградация, электромагнитное поле, удельное сопротивление поверхности оболочки оптического кабеля, напряжение, микродуги, микроразряды, макроизгибы, микроизгибы, напряжение коронирования, арамидные нити, электродвижущая сила, ток, пробои изоляционных покрытий.
На современном этапе развития сетей связи переход на цифровые волоконно-оптические системы передач (ВОСП) вполне понятен, так как ВОСП имеют ряд неоспоримых преимуществ. К ним относятся: широкая полоса пропускания, малое затухание светового сигнала в волокне, низкий уровень шумов, высокая помехозащищенность и др. Однако специфика применения ВОСП заключается не только в особенностях распространения информационного сигнала, но и в конструкции самого оптического волокна (ОВ), его критичности к различного рода внешним воздействиям и нагрузкам. Оптическое волокно подвержено влиянию механических воздействий, влаги, температуры, радиации, внешних электромагнитных влияний, электротермической деградации (ЭТД). Все это приводит к увеличению затухания сигнала, а кроме того на поверхности ОВ появляются микротрещины и происходит частичное или полное его разрушение.
Эти факторы могут воздействовать на оптический кабель (ОК) и волокно как отдельно друг от друга, так и совместно, например, радиация и высокие температуры, низкие температуры и вода, высокие температуры и электромагнитные влияния.
Основной задачей ОК является передача оптического сигнала. За осуществление данной функции в ОК отвечает ОВ. Все остальные элементы ОК лишь помогают ее выполнять, защищая ОВ от различных воздействий.
Поэтому ОК снаружи должны иметь соответствующие покрытия и оболочки, защищающие его от радиации, воды и других атмосферно-климатических воздействий.
На рисунке представлена совокупность внешних факторов, влияющих на параметры ОВ.
Внешние влияния
Механические впияния
Изгибы
V ИК-|).!?И!Г'Ы
Р астат вающан нагрузка
_[ Рээдэвлигэадщэя нагрузка
Скруч^вате
Влияние температур
Н из гм е температуры
е ш они е темпезитуры
Темпер дтурньГё циклы
Электромагнитные влияния
Г;:ооовые р33ряды
Влияние ЛЭП и ЭЖД |
Ионизирующее нэп учениц (радиация)
Эп ект ротерми ческая деградация
Влияние воды
Внешние факторы, влияющие на параметры ОВ
Рассмотрим кратко воздействие основных внешних факторов на ОВ ОК.
Механические влияния проявляются как результат работы сил, следствием которого является разрыв ОВ или возникновение в нём трещин. Такие воздействия могут длиться как кратковременно, так и достаточно долго.
Изгибы подразделяются на макроизгибы и микроизгибы. В первом случае изгибы ОВ появляются в процессе скрутки их по длине кабеля и намотки на барабан, а во втором случае, как правило, - в процессе их изготовления. Однако эти разновидности изгибов достаточно опасны, так как приводят к росту потерь мощности в ОВ, а в худшем случае могут привести к его разрыву.
Потери на макроизгибах ОВ обусловлены вытеканием или излучением направляемых мод и становятся недопустимо большими при уменьшении радиуса кривизны изгиба до критических значений.
Микроизгибы также приводят к потере мощности излучения, они возникают в процессе изготовления кабеля, наблюдаются по всей длине ОВ и носят случайный характер.
Макроизгибы при малом радиусе могут провоцировать множество микроизгибов в ОВ.
Растягивающие воздействия наблюдаются при эксплуатации в сетях связи, хранении, а также при строительстве. Такое воздействие имеет разный характер в зависимости от расположения ОВ, например, при хранении на катушке нагрузка на кабель будет статической, а при подвесе на опорах - динамической.
Скручивание ОВ возникает в процессе изготовления кабеля или при его прокладке.
Раздавливающая нагрузка возникает в процессе эксплуатации линий связи, особенно в сетях, где кабель проложен в грунте либо под водой. Так же стоит учесть и давление на ОВ, создаваемое остальными составляющими кабеля.
Механические вибрации воздействуют на ОК, подвешенный на опорах контактной сети, при прохождении подвижного состава.
Электромагнитные поля (ЭМП) оказывают влияние как на подвесные ОК, так и на кабели, проложенные в земле, независимо от того диэлектрические это кабели или содержат металлические элементы.
Основные типы электромагнитных влияний:
грозовые разряды;
воздействие высоковольтных линий электропередач и железных дорог.
Подземные волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), как элементы ВОСП, также, как и воздушные, подвергаются разрушениям при попадании токов молнии в землю вблизи места их прокладки или при попадании токов молнии в ВОСП.
Эти напряжения и токи могут быть опасны для изоляции жил ОК и для включённой аппаратуры. При прожоге и пробое изоляции между жилами и оболочкой кабеля часть тока молнии попадает и в жилы кабеля. В этом случае напряжение на жиле кабеля по отношению к оболочке, в месте удара молнии, становится равным нулю, а в местах, отдалённых от места удара молнии, возрастает до опасных величин.
Величина токов в жилах в месте удара молнии максимальна и постепенно уменьшается по мере удаления от этого места.
Если ОК является полностью диэлектрическим, то при ударе молнии вблизи самого кабеля он не повреждается. Однако световая волна, передаваемая по ОК под действием внешнего ЭМП молнии, может испытать поворот плоскости поляризации, что приводит к увеличению поляризационной модовой дисперсии (ПМД).
Влияние грозовых разрядов на ОК с металлическими составляющими заключается в следующем: часть тока молнии, ударившей близ ВОСП, попадает в металлические составляющие, тем самым повреждая оболочки и другие части конструкции. При протекании тока молнии по металлической оболочке может происходить пробой внешнего шланга или изолирующих материалов между металлическими составляющими кабеля, что приводит к попаданию воды и повреждению ОВ.
Что касается подвесных кабелей, то в их металлических элементах возможно наведение электродвижущей силы, токов, а значит, вероятны пробои изоляционных покрытий.
Разрушение ОВ возможно в том случае, если оно находится на пути искрового пробоя или близко от него.
В случае если кабель подвешен на высоковольтных линиях электропередачи или на опорах железных дорог, то можно говорить об ЭТД, то есть о разрушении оболочки ОК из-за протекания токов по загрязнённой поверхности оболочки (независимо от наличия металлических составляю-
щих в кабеле). Последствием становится проникновение воды, а значит, появляется возможность её скапливания, что приводит к усилению давления на ОВ, вызывает увеличение затухания.
Наиболее яркие последствия таких влияний характерны для подвесных кабелей, так как в воздухе перепад температур обычно гораздо больше, чем в почве или воде.
Положительные и отрицательные температуры вызывают соответственно расширение и сжатие ОВ и других составляющих ОК, что приводит к возникновению механических напряжений в ОВ. Такого рода напряжения приводят к росту трещин в волокне, а это провоцирует увеличение коэффициента затухания.
Воздействия положительных и отрицательных температур одинаково опасны. Так при нахождении ОК в условиях повышенных температур происходит размягчение оболочек, у арамидных нитей наблюдается снижение разрывной прочности.
Всё это приводит к увеличению нагрузки непосредственно на ОВ, то есть к его сдавливанию, а значит, влечёт за собой рост коэффициента затухания.
Влияние низких температур так же приводит к разрушению составляющих кабеля, провоцирует трещины, а значит увеличение потерь мощности.
Следует отметить, что совместное воздействие различных температур и радиации приводит к значительному увеличению потерь в ОВ.
Негативные последствия от воздействия температур обусловлены разными значениями коэффициентов сжатия и расширения материалов ОК.
Вода наносит вред ОВ и является одним из основных факторов, влияющих на его разрушение. При скапливании воды в кабеле она может вызвать долгосрочное снижение его механической прочности. Это особенно касается кабелей с плотной упаковкой волокон, в которых волокно в течение всего срока службы испытывает то удлинение, то сжатие.
Кроме того, атомы водорода, которые содержатся в молекулах воды, могут проникнуть через некоторое время (5-12 лет) в волокно, которое очень чувствительно к водороду, и вызвать его «замутнение», т.е. повышенное затухание и последующее нарушение связи. Водород, выделяющийся с течением времени, при разложении воды, является очень активным элементом и, вступая в реакцию с кислородом, входящим в структуру кварца, вызывает поглощение. Со временем этот пик захватывает и те длины волн в третьем окне прозрачности, на которых идет передача информации, что приводит к замутнению ОВ
Необходимость оценки влияний радиации на ОВ связана с тем, что в последние время ВОЛС стали чаще применяться в зонах радиоактивного излучения: атомные электростанции, технологические лини по переработке ядерных отходов. Под действием ионизирующего излучения ОВ могут терять свою пропускную способность.
Основная причина роста потерь заключается в возникновении центров окраски (ЦО) в световедущей сердцевине или в светоотражающей оболочке, по которой в одномодовых ОВ распространяется значительная часть света.
Центры окраски возникают в результате комбинации электронов проводимости с дырками и вакансиями, появившимися на дефектах кристаллической решётки, образовавшихся в результате воздействия радиации. Такие центры окраски поглощают свет в некоторых частях спектра, а значит, приводят к дополнительным потерям мощности.
Стоит отметить, что радиационное воздействие может появляться при ударах молнии, особенно в горах и близ высоких зданий. Электротермическая деградация ОК выражается так же в разрушении поддерживающих зажимов и конструктивных элементов в месте наложения зажимов, в появлении вздутий оболочки в пролётах между опорами.
Основными факторами, вызывающими ЭТД являются:
емкостные токи утечки, возникающие на загрязненной поверхности ОК под действием переменных ЭМП, создаваемых контактной сетью и другими высоковольтными проводами, подвешенными на опорах контактной сети;
токи утечки контактной сети, питающих и усиливающих проводов переменного тока, связанные с повышенным сопротивлением заземлений и с загрязнением изоляторов;
воздействие ЭМП, вызывающее поляризационные процессы в диэлектрических элементах ОК, сопровождающиеся выделением тепла.
Таким образом, изложенные в статье факторы, влияющие на работоспособность составных элементов ВОСП, в частности ОВ ОК, позволяют в полном объеме учитывать их негативное воздействие на ВОСП при строительстве и предусмотреть проведение как организационных, так и технических мероприятий по повышению надежности ВОСП в ходе эксплуатации.
Список литературы
1. Осипов В.А., Соловьев Г.Е., Гороховский Е.В., Капкаев А.А. Проблемы электротермической деградации волоконно-оптических линий связи и перспективное направление их решения // Инженерный вестник Дона, 2013. [Электронный ресурс] URL: http://www.ivdon.ru/ ru/ magazine/ archive/n1y2013/1539 (дата обращения: 10.02.2020).
Бочев А.С., Осипов В.А. и др. Электродинамическая деградация оптического кабеля на участке железных дорог с электротягой переменного тока. Журнал: LIGHTWAVE. 2006. №3. С. 20-24.
Губская Оксана Александровна, адъюнкт, oksanochka23932393@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного,
Плут Михаил Николаевич, канд. техн. наук, доцент, mplout@mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного,
Спиридонов Олег Романович, студент, mplout@mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций имени профессора М.А. Бонч-Бруевича,
Фатьянова Елена Валентиновна, преподаватель, fatlen77@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного
ANALYSIS OF EXTERNAL FACTORS AFFECTING THE PERFORMANCE OF FIBER-OPTIC TRANSMISSION SYSTEMS
O.A. Gubskaya, M.N. Plut, O.P. Spiridonov, E. V. Fatianova
The article analyzes the external factors that affect the performance of fiber-optic transmission systems, and discusses in detail their negative impact on the parameters of optical fiber cable.
Key words: fiber-optic transmission systems, optical cable, optical fiber, surface resistance, electrothermal degradation, electromagnetic field, resistivity of the optical cable shell surface, voltage, micro-arcs, micro-discharges, macro-bends, micro-bends, corona voltage, aramid filaments, electromotive force, current, breakdown of insulation coatings.
Gubskaya Oksana Aleksandrovna, postgraduate, oksanochka23932393@mail.ru, Russia, Saint Petersburg, Military Academy of telecommunications named after Marshal Of The Soviet Union S.M. Budyonny,
Plut Mikhail Nikolaevich, candidate of technical Sciences, docent, mplont a mail. ru, Russia, Saint Petersburg, Military Academy of telecommunications named after Marshal Of The Soviet Union S.M. Budyonny,
Spiridonov Oleg Romanovich, student, mplont a mail. ru, Russia, Saint Petersburg, Saint Petersburg State University of telecommunications named after Professor M.A. Bonch-Bruevich,
Fatyanova Elena Valentinovna, teacher, _fatlen77@mail.ru, Russia, Saint Petersburg, Military Academy of telecommunications named after Marshal Of The Soviet Union S.M. Budyonny
