CC BY
26
У
Выбор грозостойкого кабеля по экономическим критериям в условиях неопределенности
Ключевые слова: грозостойкость, вероятное количество повреждений, оптический кабель, капитальные затраты, чистая текущая стоимость.
Сравниваются оптические кабели различньх категорий грозостойкости в условиях прокладки в районе с повышенной грозовой активностью. В качестве критерия выбора кабеля используется показатель чистой текущей стоимости (ЫРУ). Особое место в оценке занимает определение вероятности повреждений шланговых покровов оптического кабеля. Приведены результаты расчетов, проводится анализ результатов, даны рекомендации по выбору оптического кабеля для вновь проектируемых и строящихся оптических кабельных магистралей в районе с повышенной грозовой активностью.
Сиднев СА, к.т.н, доцент кафедры Менеджмент, МТУСИ Зубилевич А.Л., к.т.н., доцент кафедры НТС, МТУСИ Царенко ВА, аспирант кафедры Менеджмент, МТУСИ
Введение
Современный этап развития общества характеризуется высокими темпами роста объема передаваемой информации. Поэтому к вновь строящимся линиям и сетям связи предъявляются все более жесткие требования по их надежности и живучести.
При реальном проектировании очень редко удается осуществить все рекомендации, связанные с обеспечением оптимального проектирования или нахождения наилучших и наиболее эффективных решений проектных задач. В связи с этим оценка качества и эффективности проектов, как правило, осуществляется путем сравнения по основным критериям данного проекта со средними показателями по аналогичным или ранее выполненным проектам. Проведение расчетов по нескольким вариантам проектных решений способствует принятию оптимального из возможных решений.
При проектировании оптических кабельных магистралей принятие наилучшего решения из существующих возможных требует учета множества факторов, способных повлия ть на проект. Одним из таких факторов является грозоповреждаемость оптической кабельной линии (ОКЛ).
Повреждаемость подземных ОКЛ при грозовых разрядах - одна из причин существенного снижения доходов и прибыли телекоммуникационной компании. Как известно, гроза, попадая в оптический кабель (ОК), может вызывать повреждения, как с перерывом, так и без перерыва связи. Повреждения оболочки кабеля могут достигать сотен метров[1, 4, 5]. Длительность восстановительных работ велика и требует больших материальных затрат.
Определение ожидаемых параметров грозоповреж-даемости на ОКЛ в исследуемом районе позволит решить
задачу оптимального выбора кабеля и экономии денежных средств при проектировании оптических кабельных магистралей. Поэтому вопрос выбора кабеля с учетом его грозостойкости является актуальным.
Воздействие внешних факторов
на оптические кабельные линии
При проектировании оптических кабельных магистралей необходимо учитывать, что цепи и тракты линий связи постояшю находятся под воздействием сторошшх факторов, влияющих на реализацию проекта. Одним из таких факторов является воздействие электромагнитных полей и токов на ОЮ1. Наиболее мощным источником опасных влияний на оптические кабельные линии связи являются грозовые разряды.
Опасному воздействию атмосферного электричества подвержены как воздушные, так и подземные кабельные линии связи (ЛС). Высокое напряжение на металлических элементах конструкции ОК при грозовых разрядах появляется или вследствие индукции от разряда облака на землю, разряда облако — облако, или в результате непосредственного разряда в линию связи (прямой удар).
Опасность повреждения кабельной линии существенно зависит от состояния грунта и проводимости кабельной оболочки (если такая имеется в ОК). В грунтах с большим удельным сопротивлением (песке, скале, глине, граните и т.д.) и при больших сопротивлениях оболочки опасность повреждения кабеля возрастает [5].
Учитывая, что указанные повреждения выявляются в процессе эксплуатации, при учете грозоповреждаемости будем принимать во внимание только опасные удары, вследствие которых возникают простои связи.
Критерий оптимального выбора
оптоволоконного кабеля
В настоящее время волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) начинают широко проткать в районы Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока, наиболее подверженные грозовому воздействию. Для анализа результатов воспользуемся конкретным случаем. При проектировании линии связи в исследуемом районе требуется
Т-Сотт #5-2014
25
обосновать правильность решения по выбору типа кабеля. О районе нам известно, что он наиболее подвержен грозовому воздействию. У организации-заказчика имеется две альтернативы, выбрать относительно дешевый, но повреждаемый кабель, или же грозостойкий и достаточно дорогой. Исходные данные представлены в табл. 1.
Таблица 1
Исходные данные
| Фактор | Ед. «им. ] Значение j
Кабель категории IV (40 |kAJ) тыс.руб./км 40 000
Кабель категории II (95 [кЛ]) тыс.руб./км 75 000
При проектировании линий связи в исследуемых районах выбор марок оптических кабелей связи осуществляется по результатам анализа данных инженерных изысканий трассы прокладки кабеля. При лом, проектные решения по выбору кабеля сегодня принимаются по итогам оценки их экономической эффективности. Организации-заказчику проекта требуется предоставить максимальную информацию, которая позволит обосновать правильность выбора.
Оценку эффективности предлагается осуществлять с помощью экономического показателя чистой текущей стоимости NPV (Net Present Value) [2, 3]:
(1)
„1 (1 + (])
где Д-, — доходы, создаваемые ВОЛС в /-ом году;
Эр, — расходы на производство и реализацию услуг (эксплуатационные расходы) в /'-ом году (без амортизационных отчислений);
А, - амортизационные отчисления в /-ом году;
111, - величина потерь в /-ом году, вызванная простоями ВОЛС из-за грозовых повреждений;
Нп — величина налога на прибыль, выраженная в относительных единицах (Нц = 0,2);
К(> — капитальные затраты на создание ВОЛС;
<1 - дисконт-фактор.
Величина капитальных затрат в формуле (1) во многом определяется стоимостью выбранного ОК. Стоимость ОК напрямую зависит от его грозостойкости. Оптические кабели, содержащие металлические элементы, классифицируются по категориям стойкости к ударам молнии, представленным в табл. 2.
Таблица 2 Классификация оптических кабелей по стойкости к ударам молнии
Категория кабеля |кА|
I > 105
II 80...105
III 55...80
IV < 55
Кабели, выдерживающие ток молнии 105 [кА] и выше, относятся к первой категории, 80 [кА] и выше, но не превышающие 105 [кА] — ко второй категории, 55 [кА] и выше, но не более 80 [кА] — к третьей категории по
1розостойкости. Оптические кабели, выдерживающие ток молнии менее 55 [кА], относятся к четвертой категории.
Выбор ОК предлагается осуществлять путем сравнения кабелей разных категорий грозостойкости. Для этого случая, рассмотрим разность показателей А/РУ двух различных кабелей:
АЫРУ = ЫРУг - ЯРУ,, (3)
где ЫРУ[ — чистая текущая стоимость при решении применять кабель меньшей грозостойкости;
МРУ2 - чистая текущая стоимость при решении применять кабель большей грозостойкости.
С учетом равенства доходов и эксплуатационных расходов (без амортизационных отчислений) формула (3) примет вид:
шгу ,у
£ (1+</У
(4)
где А1 — амортизационные отчисления в /-ом году для кабеля с большей грозостойкостью, определяется как Л; = К0 ■ Н А; А1 — амортизационные отчисления в /-ом году для кабеля с меньшей грозостойкостью, определяется как А* = Кд ■ НА; К„ — капитальные затраты на создание ВОЛС в случае использования кабеля меньшей грозостойкости; К0 — капитальные затраты на создание ВОЛС в случае использования кабеля большей грозостойкости, определяется как К*0 = (АТ0 + АК).
После ряда преобразований и упрощений выражения (4)принимает вид:
= ± Ш/ - У (1 - ни )- ЬК + £ Н»Н^ (5)
О + d)
(l +d)‘
Применяя к третьему слагаемому в выражении (5) формулу суммы членов убывающей геометрической прогрессии, мы получаем формулу для сравнения двух альтернативных проектов:
пЩ-Щ. ч
ш>у= Y.——Х(і-яя)-дк-
/=1
1-
НПНА
1 —
I
М.
, (б)
где Ш) — величина потерь в случае использования кабеля меньшей грозостойкости в /-ом году; Ш1 — величина потерь в случае использования кабеля большей грозостойкости в /-ом году; На — норма амортизационных отчислений (Нл = 0,04); АК - разница между стоимостью кабелей разной грозостойкости;
Ш ■ = N п- Тгп ■ с (?)
г Р СР
где Ыр - количество повреждений за год; Тср - среднее время простоя ВОЛС; с - потери за один час.
Особое место в оценке эффективности выбора типа ОК занимает определения ожидаемых параметров грозо-повреждаемости кабеля. Ожидаемое вероятное число повреждений ОК от ударов молнии характеризуется плотностью повреждений, под которой понимается общее число отказов связи, отнесенных к 100 км трассы кабельной линии в год. Количество повреждений за год определяется, согласно действующей рекомендации К.25 МСЭ-Е «Защита волоконно-оптических кабелей от ударов молнии», но формуле:
Np=kld.Nd.p(>Ia),
(S)
26
T-Comm #5-2014
т
где к 1,1 — коэффициент поправки числа повреждений (для расчета берется равный 3); Д^— общее вероятное среднегодовое количество всех ударов молний величиной от 1 до 250 кА в оптический кабель; Р (> 1а) — вероятность амплитуды тока молнии; 1а — ток повреждения [кА], соответствующий минимальной величине амплитуды тока молнии, вызывающего возникновение прямой дуги к кабелю и возникновение первичного повреждения.
Эффект от применения кабеля с повышенной грозо-стойкостью (АЫРУ) представлен на рис. 1. Видно, что уже через пять лет эффект от снижения потерь из-за грозы перекроет эффект от разницы стоимости кабелей. В результате через 25 лет организация-заказчик получить дополнительный чистый доход в размере 4 млн. руб.
S *
ч I
Рис. 1. Величина эффекта от применения кабеля с более высокой грозостойкостью ( АЛ!РУ)
4,5 _
55 65 75 85
Ток повреждений /0, [кА]
Рис. 2. Величина эффекта от применения кабелей с разной грозостойкостью (ДАГРУ)
На рис. 2 представлена оценка эффективности решения для кабелей с различными категориями грозостой-кости. Как можно видеть, ожидаемая стоимость проекта
растет с ростом защищенности кабеля. Однако на уровне 85 кА этот рост насыщается, а далее даже уменьшается. Получается, что выбор более дорогого кабеля с большей защитой не всегда является обоснованным решением.
Выводы
Одной из главных задач при проектировании оптических кабельных магистралей является выявление наиболее важных факторов, способных повлиять на работу оптических кабельных линий связи и их учет в оценке эффективности проекта. Одним из основных факторов в этом списке является повреждаемость ОЬСЛ при грозовых разрядах, который способен существетю снизить доходы и прибыль телекоммуникационных компаний.
Предложенная в статье модель, в которой оценка проводится путем сравнения кабелей с разной категорией грозостойкости, позволяет получить выражения, способные обосновать экономическую выгоду капитальных вложений.
Показано, что выбор более дешевого кабеля с малой защищенностью от грозы повышает затраты при его эксплуатации за счет высоких штрафов за простой линии связи в результате повреждений. Однако и при стремлении полностью защитить сеть от грозовых разрядов, выбор кабеля с максимальной защищенностью, так же приводит к значительному удорожанию линии связи. В этом случае модель позволяет принять наиболее эффективное решение. Предложенная модель может быть рекомендована к практическому применению.
Литература
1. Колесников О.В. Особенности грозовых воздействий на оптические кабельные линии и мер их защиты применительно к районам Крайнего Севера Европейской части России. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук.-М.: 2006.-19 с.
2. Уолш К. Ключевые показатели менеджмента: Как анализировать, сравнивать и контролировать данные, определяющие стоимость компании; Пер. с англ. - 2-е изд. - М.: Дело, 2001. -360 с.
3. Сиднее С.А., Зубилевич А.Л. Экономический показатель -основа выбора типа волоком для BOJ1C // КАБЕЛЬ — news, 2012. - №2. - С.46-48.
4. Руководство по защите подземных кабелей связи от ударов молнии. — М.: «Связь», 1975.
5. Руководство по защите оптических кабелей от ударов молнии.-М.: ЦНИИС, 1996.
Choosing thunderstorm resistant cable by economic criteria under uncertainty
Sidney S.A., Zubilevich A.L., Carenko V.A., MTUCI, Russia
Abstract. Compared optic cables of different categories under pads in an area with high lightning activity. As a criterion for the selection of cable used net present value (NPV). Special place in the determination of the probability assessment takes damage hose covers optical cable. Results of calculations , analyzes the results , recommendations on the choice of optical cable for the newly designed and built optical cable lines in an area with high lightning activity.
Keywords: thunderstorm resistance, the likely amount of damage, optical cable, capital expenditures.
References
1. Kolesnikov O.V Features lightning effects on the optical cable lines and measures for their protection in relation to the Far North of the European part of Russia. Moscow, 2006. 19 p.
2. Walsh K Key Figures Management: How to analyze, compare and control data defining the value of the company. Moscow, 2001. 360 p.
3. Sidnev SA., Zubilevich A.L. Economic indicator — the basis for selecting the type of fibers FOL / CABLE - news, 2012. No2, pp.46-48.
4. Guidelines on the Protection of underground communication cables from lightning strikes. Moscow, 1975.
5. Guidelines on the Protection of optical cables from lightning strikes. Moscow, 1996 .
T-Comm #5-2014
27
