Диссертация (Исследование оптических кабелей в условиях тропического климата)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»»__________________________________________________________________На правах рукописиУДК 621.315.Маунг ЭйИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХТРОПИЧЕСКОГО КЛИМАТАСпециальность 05.09.02 — электротехнические материалы и изделияДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель: доктор технических наук,профессор М.А БоевМосква – 20162СодержаниеCтр.Введение ………………………………………………………………..

4Глава 1.Применение оптических кабелей в тропическом климатеРеспублики Союз Мьянма …………………………………..91.1.Тенденции в развитии связи в Республике Союз Мьянма …..1.2.Особенности применения оптических кабелей в тропическомклимате Республики Союза Мьянмы ………………………………….1.3.911Обзор результатов ранее проведенных исследований повлиянию повышенной температуры, влажности и солнечнойрадиациинасвойстваматериаловкабельныхизделий………………….…….…………………………………………………1.4.Современные конструкции подвесных и самонесущийоптических кабелей ……………………………………………………Глава 2.методовобработкиэкспериментальныхрезультатов …………………………………………………………….31Моделирование изменения механических свойств кабеля впроцессе длительной эксплуатации …………………………………..2.3.31Моделирование распределения механической нагрузки накабель в подвешенном состоянии …………………………………….2.2.20Разработка теоретических моделей исследования и выборматематических2.1.1433Математические методы, используемые для обработкиэкспериментальных результатов ……………………………………...372.3.1.Метод наименьших квадратов…………………………382.3.2.Определение коэффициента корреляций ……………392.3.3.Расчет доверительных границ …………………….….40Глава 3.

Экспериментальные исследования влияния механическихи климатических факторов на характеристики подвесных исамонесущих оптических кабелей …………………………….……..4333.1.Условия нсталяции кабелей………………………………….....433.2.Изменение стрелы провиса кабеля в процессе испытаний…..463.3.Статистическая обработка результатов экспериментальныхисследований ……………………………………………………..……Глава4.Прогнозированиедолговечностиподвесныхисамонесущий оптических кабелей …………………………………….4.1.Ускоренныеиспытаниянарастяжениеподвесных5058исамонесущий кабелей …………………………………………………58Установление предельного значения стрелы провиса ………644.2.4.3.Прогнозирование допустимого срока службы подвесных исамонесущий кабелей …………………………………………………67Заключение …………………………………………………………….69Список литературы ……………………………………………………71Приложения ……………………………………………………………824ВЕДЕНИЕАктуальность темы исследованияОсновными каналами передачи информации в настоящее времяявляются кабели связи. В последнее время созданы оптические кабели, вкоторых информация в виде инфракрасных импульсов передается постеклянным волокнам.

Возможность надежной длительной эксплуатацииоптических кабелей определяется как конструкцией кабеля, так и условиямиэксплуатации. Учитывая, что применение оптических кабелей в РеспубликеСоюз Мьянмы только начинается, исследование возможности длительнойэксплуатации оптических кабелей в тропическом климате являетсяактуальным.Косновнымклиматическимфакторамокружающейсредыотносится: температура, влажность и солнечная радиация.

В условияхтропическогоклиматауровеньвоздействияэтихфакторовзначительно отличается от умеренного климата, что приводит кускоренному, необратимому ухудшению эксплуатационных свойствкабельных изделий. Исследованию влияния климатических факторовтропического климата на электрические и механические свойствакабельных изделий посвящены работы российских ученых Яманова С.

А.,Сажина Б. С., Тареева Б. М., Ерухимовича С. З. и другими, надежностьработы оптических кабелей исследовали Гроднев И. И., Портнов Э. Л.,Ларин Ю. Т. и другие.Под воздействием окружающей среды протекает процесс старения,которому наиболее подвержены полимерные элементы кабелей ипроводов: особенно, наружная оболочка и другие защитные покрытия.В результате старения происходит изменение механических свойствполимеров, которые становятся жесткими и менее прочными. Потеряэластичности полимеров приводит к растрескиванию оболочки, в5результате появляются и растут трещины.

Ускорению процессастарения способствует повышение и резкие перепады температуры.Повышенная влажность окружающей среды так же способствуетстарению полимерныхматериалов.Крометого,сорбция водыматериалом изоляции и внешней оболочки приводит к проникновениювлаги во внутренний объем кабельного изделия. Проникающая внутрьвлага весьма отрицательно воздействует на оптическое волокно кабелейсвязи.Солнечной радиации является существенным фактором старения длякабелей, работающих на открытом воздухе. Под воздействием солнечнойрадиации ускоряется процесс старения полимерной оболочки кабеля, наповерхности кабелей в материале оболочки происходят структурныеизменения, приводящие к снижению механической прочности.Ранее проводимые исследования воздействия тропического климата насвойства кабельных изделий базировались, в основном, на результатахнатурных испытаниях.

Учитывая длительность и трудоемкость такихисследований, в данной работе натурные испытания использованы лишьдля подтверждения теоретических моделей и результатов ускоренныхиспытаний.Цель и задачи работыЦелью работы является исследование изменения свойств подвесных исамонесущих оптических кабелей, предназначенных для эксплуатации вусловиях тропического климата, путем проведения как ускоренных, так инатурных испытаний.Для достижения поставленной цели необходимо было решитьследующие задачи:1.Определить перспективу и основные типы применяемых в РеспубликеСоюз Мьянмы оптических кабелей.2.Выявить основные факторы, влияющие на свойства оптическихкабелей в процессе длительной эксплуатации.63.Моделировать процессы, протекающие при старении подвесных исамонесущих оптических кабелей.4.Провести экспериментальные исследования по подтверждениювыбранных моделей и определению численных значений параметров дляконкретных типов кабелей.5.Провести оценку срока службы оптических кабелей в условияхтропического климата.Научная новизна работыВпервые в процессе экспериментального исследования в натурныхусловиях подвесных и самонесущих оптических кабелей установлено, чтоосновным параметром, характеризующий динамику развития процессастарения кабеля является стрела провиса.Теоретический анализ кинетики изменения стрелы провиса позволилвпервые разработать две математические модели, описывающие влияниевремени старения и температуры.

Получены значения коэффициентоврегрессии для этих моделей применительно к конкретным типамоптических кабелей.Предложенметодускоренныхиспытанийдляопределениядолговечности подвесных и самонесущих оптических кабелей, основанныйна результатах механических испытаний кабелей. Сделана оценкадолговечности кабеля предложенным методом.Практическая значимость исследованияРезультаты диссертационной работы использованы в производствеподвесных и самонесущих оптических кабелей. Получаемые в ходеэкспериментальных и теоретических исследований данные проходилипроверку на вновь разрабатываемых и модернизируемых конструкцияхкабелей серийно изготавливаются на предприятии ООО "Еврокабель 1".Положительные результаты исследования внедрены в производство.7Методология и методы исследованияВ работе использован полученный автором опыт по конструированиюи расчету подвесных и самонесущих оптических кабелей.

В процессерешенияпоставленныхзадачвработеширокоиспользованыэкспериментальные и математические методы исследования компьютерныетехнологии и программные средства. Исследования осуществляли нареально сконструированных и изготовленных образцах кабелей. Проводилинатурные испытания кабелей на испытательной площадке предприятияООО "Еврокабель 1". Ускоренное старение под действием внешнихмеханическихвоздействийпроизводилиспомощьюспециальногоиспытательного оборудования.

При проведении расчетов использовалисовременный математический аппарат и программные комплексы MicrosoftExcel, Mathcad и другие.Научные положения, выносимые на защитуРезультаты исследования по влиянию длительной экспозиции и1.температуры на свойства подвесных и самонесущих оптических кабелей;Результаты исследования воздействия механической нагрузки2.на свойства подвесных и самонесущих оптических кабелей;Математические3.моделипроцессовизменения«стрелыпровиса» подвесных и самонесущих оптических кабелей в процесседлительной эксплуатации;Метод ускоренных испытаний для определения долговечности.4.Личный вклад автораАвтору диссертационной работы принадлежит анализ состояния иизучение тенденций в развитии применения оптических кабелей связи вРеспублике Союз Мьянмы.

Выбор объектов исследования и проведениеосновные испытания опытных образцов оптических кабелей. Результатыиспытаний,математическаяобработка,построениемоделейиформулирование методов, изложенные в диссертации, получены и сделанылично автором.8Таким образом, вклад автора является определяющим и заключается внепосредственном участии на всех этапах исследования: от постановкизадач, их экспериментальной, теоретической и практической реализации дообсуждения результатов в научных публикациях и докладах и их внедренияв производство.Степень достоверности и апробация результатов работыРезультатытеоретическихиэкспериментальныхисследованийполучены с использованием современного математического аппарата ивычислительнойтехники,атакженовейшегоиспытательногооборудования, проходящего поверку/аттестацию.Научные результаты и основные положения диссертационной работыдоложены и обсуждены на следующих конференциях: 20-я, 21-я и 22-яМеждународныхнаучно-техническихконференцияхстудентовиаспирантов.