光电复合光缆应用分析

信息通信技术72光电复合光缆应用分析段玉圃中国移动通信集团设计院有限公司重庆分公司重庆401147摘要在通信工程建设中(特别是基站建设)，市电引入困难、市电引入投资过大、市电电压不稳及经常停电等各种因素，一直是较难解决的问题。本文简要分析了光电复合光缆的结构特点、远程供电技术的原理及安全性设计，通过对比各种远程供电方式和分析应用场景，得出结论：对于远端基站设备市电引入困难的站点，采取光电复合光缆进行远程供电，是一种安全、经济合理的建设方式。关键词光电复合光缆；远程供电；传送距离；应用范围分析1光电复合光缆光电复合光缆的结构是将单模或多模光纤套入由高模量的聚脂材料做成的松套管中，套管内填充光纤油膏,同时加入一根或多根PVC绝缘电缆与松套管一起绞合在中心的FRP加强芯上形成缆芯。光电复合缆为1978年日本住友公司首创，开发应用于海底光电复合光缆，主要用于电力传送及通信系统中，目前在电力通信中广泛应用，比如“光纤复合架空地线”。由于光传输和电能传输是属于两种不同类型的传输方式，传输过程中并不会发生相互干扰。在公用通信建设中，光电复合光缆同时可解决设备用电及信号传输问题，它保留了普通光纤光缆的特性而且还能满足低压输电电缆的相关标准。该光缆是随远程供电技术成熟应用而开发出的新型光缆结构，光电复合光缆结构常用于架空/管道/直埋三种规格。光缆纤芯一般最大能做到48芯，电源线直径一般为0.5～2.5mm。根据应用场合光电复合光缆可设计成单层铝带铠装护套、单层钢带铠装护套光缆，可在管道、架空或者室内敷设；如果光缆结构设计为双层护套，可直埋敷设使用。另外光电复合光缆在机房内需满足YD/T1173通信机房用阻燃耐火软电缆相关要求，阻水要求满足YD/T901-2001的规定；光电复合光缆的断面结构如图1。图1光电复合光缆结构光电复合光缆储运、运行:-40℃～+70℃;敷设：-15℃～+60℃;静态弯曲半径：10倍缆径；动态弯曲半径：20倍缆径；常用光电复合光缆技术参数见表1。表1常用光电复合光缆技术参数表光电复合光缆内导体符合GB/T3956-1997中第5种软铜导体，绝缘符合GB/T12706.1-2002中表6交联聚乙烯绝缘标称厚度，额定电压：450/750V。主要参数见表2。技术广角201101732光电复合光缆应用安全性分析远程供电技术原理：远供电源局端安放在基站机房，获取机房稳定的DC－48V，将该电源变换处理为250V～410V的直流电源，通过光电复合光缆中的电源线传输出去，供给远供电压远端，远供电源远端安放在通信设备远端的旁边或远端机箱内的空余空间，给通信设备远端供电，如图2。2.1远程供电安全性设计2.1.1局端模块功能安全设计1）DC/DC隔离升压功能；2）输出电压：采用隔离升压技术，保证直流电压输出对地处于悬浮状态；3）输出电压可根据传输距离和负载的大小进行调整，调整范围为：250～410V；4）具有输出过压保护功能，保护时间≤30ms；5）具有输出过载保护功能，保护时间≤50ms;6）具有输入过压、欠压保护功能;7）开路保护：当传输线路(正极或负极电缆)部分或全部被破坏时，为确保维护人员与设备安全，系统告警，切断高压输出；8）短路保护：当传输线路中，某处电缆的正极与负极短接时，为了保证设备和线路的安全，系统告警，切断高压输出；9）漏电保护：当远供传输线路中任何一处对地绝缘阻抗下降，产生对地电流时(≥15mA)，系统告警，切断高压输出；10）强电入侵保护：当局端设备检测到有市电与远供传输线路产生搭接时，系统告警，切断局端的高压输出；11）防雷保护：局端输出端具有防雷、防浪涌功能，防雷等级不小于20kA；12）报警功能：当系统保护时，具有声、光报警功能，可实现不同的保护状态，并对应不同的指示灯，方便维护人员查障。2.1.2远端模块功能安全设计1）宽范围直流输入、DC/DC降压功能；2）输出短路、过压、过流保护功能；3）直流输入端防雷保护(等级20kA)。2.2远程供电技术分析通过上述远程供电模块功能的安全设计特点，远程供电应用中最为我们关注的以下主要安全问题已解决。1）完善的人体安全保护功能：在输电端设备上采取输出电压正负极对地悬浮设计，当人体意外碰触单根导线时，不会发生对地触电事故。2）完善的线路安全防护功能：在输电线路开路、短路时，设备可以侦测并提供关机及报警功能，及时发现线路故障避免隐患。3）完善的设备自身安全保护功能：设备具有过载保护功能，可有效防止设备过载损坏；具有过热保护、欠压输入、过电压输出等常规保护功能；具有专业的防雷保护功能等。3远程供电光电复合光缆场景应用不管是在城市还是农村，如商场、宾馆、写字楼、住宅、机场、码头、车站、体育馆、娱乐厅、地铁、隧道等；以及自然环境的阻隔，如旅游景点、高速公路、BroadAngleforTechnology表2电缆导体主要技术参数表ተ޵⭥Ⓚ䙊ؑ䇮༷ⴤ⍱250V~410V䗃ޕ⭥঻㤳തⴤ⍱220~380V䖜ᦒ-48V图2光电复合光缆内电源线工作状态信息通信技术74农场、林区、矿山、水电站、海岛等各种场所，都是通信网络覆盖中的难点和弱区。就近取电也受周围使用环境影响。通过远程供电技术采用光电复合光缆可以很好的解决上述问题，如图3。图3远程供电场景应用4光电复合光缆传送距离分析4.1铜导线参数不同电缆线径及其参数见表3、表4。传输线缆环阻RO＝RO1＋RO2＝2×RO1＝2×(ρ×l/A)其中：ρ是电阻率，铜芯电缆ρ取值0.0176，单位：Ωmm2/m;l是线缆长度，单位：m；A是线缆截面积，单位：mm2。表3不同电缆电阻表表4电缆的载流量4.2光电复合光缆传送距离假设远端设备功耗200W一套，光电复合光缆电缆内电流为1A，采用光电复合光缆(电缆导体为0.5mm2)传送距离为2km，局端电压输出为380V，来计算线路损耗。光电复合光缆电力缆电压损耗：U电缆压降=R×I=70.4×1=70.4(V)远端模块设备输入电压为：U远端=U局端-U电缆压降=380-70.4=309.6(V)从上面计算可知在远端设备功耗不变的情况下，传送距离越远，线路损耗越大；由于0.5的电缆截留量为12A，在达远端供电功率要求的情况下，电流为1A远小于电缆规定截流量标准，所以该电流量对光电复合光缆是安全的。光电复合光缆直流远供电源带载能力与传输距离见表5。目前常用接入设备的功耗基本在200W以内，常用接入设备功耗见表6。根据电缆的截流量、远端电源模块工作电压范围及光电复合光缆实际应用场合，电源经过线路远距离传输后，将线路电压降控制在100V以内，其上可承载功率在电力传送一定距离内可以满足实际需要。表5直流远供电源带载能力与光缆内不同规格电缆传输距离表6常用接入设备的功耗5光电复合光缆与传统建设方式的分析5.1建设方案分析传输光缆及市电引入目前有如下三种建设方式，ᑣো䗮ֵ䆒໛䋳䕑ܝ㓚ݙ⬉㓚㾘Ḑ:::::hPP䪰㢃⬉㓚NPNPNPNPNPhPP䪰㢃⬉㓚NPNPNPNPNPhPP䪰㢃⬉㓚NPNPNPNPNPNPhPP䪰㢃⬉㓚NPNPNPNP技术广角20110175其建设路由与其他建筑物的隔距需复合规范要求，其隔距要求见表7、表8、表9。1）直埋敷设：电力电缆与光缆平行距离为0.5m(电力电压35kv以下时)，交叉净距为0.5m。在工程建设中需同时开挖光电缆沟敷设光缆、电缆；工程实施时减少协调费用，能够保证光缆、电缆同步完成。2）管道敷设：敷设光缆在通信管道内正常施工，电力电缆一般不允许在通信管道内敷设，所以电力电缆需要新建电力通道，其建设施工周期长，并保持与通信管道的平行间距(电力电压25kv以下为0.5m)，交叉净距为0.5m。光缆与电力电缆敷设完成时间差别较大。3）杆路敷设：当光缆与电力电缆同杆路敷设时，需做好保护措施，当电力电缆电压在10kv以上时，光缆与其电力电缆间距需为2.5m。同杆路敷设光缆及电缆，施工周期短，能够保证光缆、电缆同步完成。光缆与电力电缆不同杆路敷设时，新建杆路需要倒杆距离，对地形要求较高。4）墙壁敷设：墙壁敷设对光缆与电力电缆间距要求较小，一般平行敷设时为0.2m。传输光缆及电力电缆建设方案可分为三种方案建设，建设方案见图4至图6。方案一：采用光电复合光缆方式，实现电力传送与传输信号同缆传输，节省了市电引入的投资，但目前关于光电复合光缆的相关标准没有出台，由于缺少相关国家标准依据，对于工程规范质量控制难度较大。方案二：采用光缆+电力电缆分别同路由敷设，光缆与电力电缆均有国家标准规范，工程实施质量可按相关规范要求控制，比单独引入市电减少部分投BroadAngleforTechnology表7杆路与其它设施的最小水平净距表表8架空电缆架设高度表表9直埋电缆与地下设施和树木、建筑物间的最小净距表ተㄟ⭥Ⓚ⁑ඇተㄟ䙊ؑ䇮༷䘌ㄟ⭥Ⓚ⁑ඇ৺䙊ؑ䇮༷䘌ㄟ⭥Ⓚ⁑ඇ৺䙊ؑ䇮༷䘌ㄟ⭥Ⓚ⁑ඇ৺䙊ؑ䇮༷䘌ㄟ⭥Ⓚ⁑ඇ৺䙊ؑ䇮༷䘌ㄟ⭥Ⓚ⁑ඇ৺䙊ؑ䇮༷䘌ㄟ⭥Ⓚ⁑ඇ৺䙊ؑ䇮༷䘌ㄟ⭥Ⓚ⁑ඇ৺䙊ؑ䇮༷䘌ㄟ⭥Ⓚ⁑ඇ৺䙊ؑ䇮༷ݹ⭥༽ਸݹ㔶޵ݹ㓔ݹ⭥༽ਸݹ㔶޵⭥㔶ݹ⭥༽ਸݹ㔶ᐲ⭥⭥࣋ᕅޕ⛩ተㄟ⭥Ⓚ䇮༷图4远程供电-光电复合光缆ተㄟ⭥Ⓚ⁑ඇተㄟ䙊ؑ䇮༷䘌ㄟ⭥Ⓚ⁑ඇ৺䙊ؑ䇮༷䘌ㄟ⭥Ⓚ⁑ඇ৺䙊ؑ䇮༷䘌ㄟ⭥Ⓚ⁑ඇ৺䙊ؑ䇮༷䘌ㄟ⭥Ⓚ⁑ඇ৺䙊ؑ䇮༷ݹ㔶⭥࣋⭥㔶ᐲ⭥⭥࣋ᕅޕ⛩ተㄟ⭥Ⓚ䇮༷图5远程供电-光缆电力电缆分别敷设信息通信技术76资。缺点是投资仍然比采用复合光缆高；同杆路敷设时电力电缆可与光缆保持规范要求间距，同一路由建设两个杆路对市政环境影响较大，部分地段达不到间距要求；通信管道内敷设电力电缆时不符规范要求。方案三：采用常规建设方式，每个站点采用市电分别引入，传输光缆分别建设。该方案工程建设投资最高，优点为光缆及电力电缆敷设均符合国家规范要求。5.2投资分析在通信系统建设过程中，传输光缆与电力的建设在投资占比中往往比较大，下面以新建微站及光纤直放站为例进行建设投资分析,如图7。新建光纤数字直放站时，传输光缆占34%左右。新建微站时，传输光缆占15%左右。从上分析可看出，无论在光纤直放站建设模式，还是在微站建设模式，虽然在建设直放站应用时总投资减小，但是传输光缆及市电引入投资却没有减小。采用光电复合光缆建设时，光纤直放站建设光电复合缆投资占56%，微站建设时，光电复合缆投资占21%。考虑到直放站设备功耗一般比较小，根据复合光电光缆的常用制造规格，采用光电复合光缆对多个光纤直放站等设备远程供电在技术上是可行的，且显著降低投资，如图7。以上投资分析建设规模按照每个站建设投资单价估列，数据为以往工程建设数据平均数值，光缆按照1.5km24芯光缆计列规模，投资单价见表10。表10投资单价预估表表11为采用光电复合光缆与普通光缆+电力电缆建设单位投资对比。表11光电复合光缆与普通光缆+电力电缆单位投资比较ተㄟ䙊ؑ䇮༷䘌ㄟ䙊ؑ䇮༷䘌ㄟ䙊ؑ䇮༷䘌ㄟ䙊ؑ䇮༷䘌ㄟ䙊ؑ䇮༷ݹ㔶⭥࣋⭥㔶ᐲ⭥⭥࣋ᕅޕ⛩ᐲ⭥⭥࣋ᕅޕ⛩ᐲ⭥⭥࣋ᕅޕ⛩ᐲ⭥⭥࣋ᕅޕ⛩ᐲ⭥⭥࣋ᕅޕ⛩ተㄟ⭥Ⓚ䇮༷䘌ㄟ⭥Ⓚ䇮༷䘌ㄟ⭥Ⓚ䇮༷䘌ㄟ⭥Ⓚ䇮༷䘌ㄟ⭥Ⓚ䇮༷图6市电引入ᯠᔪݹ㓔ᮠᆇⴤ᭮ㄉᣅ䍴∄ֻ࠶᷀ݹ㔶ᣅ䍴зݳᐲ⭥ᕅޕзݳᰐ㓯䇮༷ǃ⭥Ⓚ䝽྇ㅹзݳᯠᔪᗞㄉᔪ䇮ᣅ䍴∄ֻ࠶᷀ݹ㔶ᣅ䍴зݳՐ䗃䇮༷зݳᐲ⭥ᕅޕзݳᰐ㓯䇮༷ǃ⭥Ⓚ䝽྇ㅹзݳݹ㓔ⴤ᭮ㄉݹ⭥༽ਸ㔶ᔪ䇮ᣅ䍴ݹ⭥༽ਸ㔶зݳᰐ㓯䇮༷ǃ⭥Ⓚ䝽྇ㅹзݳᗞㄉݹ⭥༽ਸݹ㔶ᣅ䍴ݹ⭥༽ਸ㔶зݳՐ䗃䇮༷зݳᰐ㓯䇮༷ǃ⭥Ⓚ䝽྇ㅹзݳ图7投资比例分析ᓎ䆒ᮍᓣᑣোᇍ↨ݙᆍܝ⬉໡ড়ܝ㓚᱂䗮ܝ㓚⬉࡯⬉㓚໛⊼Ⳉඟᭋ䆒