eng
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
Выпуск #6/2015
И.Смирнов, Б.Фабер
Закрытые трассы: быть наполовину пустыми или наполовину заполненными?
Закрытые трассы: быть наполовину пустыми или наполовину заполненными?
Просмотры: 2433
Эта статья появилась как результат исследований, "спровоцированных" обсуждением в LinkedIn процентного заполнения закрытых кабельных трасс.
Теги: conduits structural cabling systems внутренние кабельные трассы структурированные кабельные системы
Что такое "закрытая трасса"?
По определению, "закрытая телекоммуникационная трасса" – это кабельная трасса, к содержимому которой можно получить доступ или с одного из концов, или путем снятия с нее крышки. Такие трассы полностью защищают со всех сторон кабели, помещенные в них. Опираясь на это определение, можно выделить два типа закрытых трасс.
Трассы без продольного доступа
Для краткости будем называть такие трассы в данной статье ТКД (трассы с концевым доступом). ТКД (например, трубопроводы) обычно формируются протяженной цельной полой конструкцией, которая может иметь различные формы поперечного сечения (круглые и прямоугольные являются самыми распространенными) и могут изготавливаться из различных материалов (наиболее популярны металлические и пластиковые). Внутреннее пространство конструкции используется для размещения телекоммуникационных кабелей. По причине цельной конструкции трассы, кабели могут быть добавлены или удалены из ТКД с помощью единственного метода – затяжки. Исключением, вероятно, являются вдуваемые оптические микрокабели, которые "проталкиваются" в трассу за счет создания избыточного давления воздуха на входе. Ниже приведены примеры ТКД:
трубопроводы круглого сечения:
металлические трубопроводы;
неметаллические трубопроводы;
гибкие металлические шланги;
каналы некруглого сечения;
подпольные трассы;
кабельные колонны.
Трассы с продольным доступом
Будем кратко называть такие трассы ТПД. Они оборудованы устройствами доступа в виде крышек, которые могут крепиться к основанию трассы с помощью петель или на разъемных фиксаторах. Чтобы добавить кабели или удалить их из ТПД, могут быть использованы два метода – укладка (загрузка) и затяжка кабеля (на практике последняя используется редко). Укладка кабеля в пространство трассы осуществляется после снятия/открывания крышки, после завершения процесса крышка возвращается на место и фиксируется.
Почему необходимо знать и соблюдать степень (коэффициент) заполнения трассы?
Как известно, в этом мире нет ничего совершенного – все, даже самые передовые технические решения не лишены недостатков и требуют определенных компромиссов при реализации. Симметричные кабели на основе витой пары проводников и оптические кабели во время монтажа и эксплуатации подвержены разнообразным механическим воздействиям, способным ухудшать механические и передаточные характеристики кабелей.
Оптимальность передачи данных в симметричных кабелях основана на так называемой "балансировке" электрического сигнала в линии передачи и в определенной степени зависит от правильно подобранной конструкции трассы (в том числе правильно рассчитанных коэффициентов ее заполнения) и правил монтажа (поддержание радиусов изгиба, силы натяжения кабелей и т.п.). Нарушение правил монтажа и использование трасс с некорректными характеристиками приводит к возникновению электрических аномалий в кабелях и, как правило, несоответствию рабочих характеристик передачи кабельной системы спецификациям стандартов.
Балансировка электрического сигнала достигается за счет приложения номинальных напряжений сигнала к двум проводникам витой пары с одинаковыми амплитудами, но разных по знаку. Так как оба проводника находятся в одинаковых условиях по отношению к уровню с общим потенциалом (потенциалу "земли"), в идеальной ситуации электромагнитные наводки между проводниками должны отсутствовать за счет взаимной компенсации электромагнитных полей (рис.1). Однако вследствие конечных размеров проводников, включая слой изоляции, и в результате этого ненулевого расстояния между проводниками в паре реальное распределение электромагнитных полей будет более похоже на изображенное на рис.2. Точки пространства, где суперпозиция двух электромагнитных полей создает ненулевой градиент, являются источниками потери (излучения) энергии в окружающее пространство, что с точки зрения передачи информации означает повышенное затухание и, как следствие, снижение предельного расстояния передачи.
Как было отмечено, когда два проводника, формирующие витую пару, находятся в равноценных условиях по отношению к плоскости с общим потенциалом, передача сигнала в них осуществляется в так называемом дифференциальном (разница напряжений сигнала на двух проводниках) режиме, при котором напряжение сигнала прикладывается к каждому проводнику с одинаковой амплитудой, но разной полярностью (токи в проводниках текут в противоположных направлениях в каждый данный момент времени), то есть и .
Для регистрации сигналов, передаваемых в дифференциальном режиме, используются дифференциальные приемники и усилители, которые вычитают величину (напряжение) одного принятого сигнала из величины второго: , где VS – напряжение передаваемого сигнала в любой точке линии передачи; VDS – напряжение принятого сигнала (рис.3).
Любое отклонение от равновесного (симметричного) отношения двух напряжений, вызванного искажениями в симметрии распределения электромагнитного поля, ведет к уменьшению уровня принимаемого сигнала.
Другое нежелательное явление, вызываемое нарушением симметрии пары и, как следствие, отклонением волнового сопротивления от нормы, – возвратные потери, когда электромагнитная волна сигнала, распространяющаяся по линии передачи, встречает энергетический барьер, созданный перепадом волнового сопротивления, и часть передаваемого сигнала отражается в обратном направлении. Такое явление вызывает одновременно потерю энергии сигнала (меньшее количество энергии продолжает движение в сторону приемника) и взаимодействие отраженной части сигнала с передаваемым и принимаемым (в случае двусторонней передачи) сигналом.
С другой стороны, все помеховые сигналы, наводимые на симметричную витую пару, появляются в так называемом прямом режиме на обоих проводниках, (т.е. VN). При регистрации дифференциальным приемником результирующее напряжение помехового сигнала в идеально симметричной паре проводников равно нулю: VDN = VN – VN = 0, где VN – напряжение наведенного шума в любой точке линии передачи; VDN – напряжение принятого помехового сигнала. Любое отклонение от симметрии пары, вызывающее искажение распределения электромагнитных полей, приводит к регистрации определенного количества шума, который создает помехи приему полезного сигнала.
Всего три характеристики симметричной витой пары определяют все электрические параметры, формирующие набор рабочих характеристик передачи – диэлектрическая проницаемость, материал проводника и пространственные размеры проводников и пары. Диэлектрическая проницаемость определяется свойствами материала изоляции проводников и окружающего их воздуха. Проcтранственные размеры включают в себя диаметр проводника (со слоем изоляции), его эллиптичность, или эксцентриситет (степень округлости) и концентричность, иногда также называемую в англоязычной литературе flattening – сплющенностью (соосность проводника и изоляции, или равномерность толщины изоляции). Материал проводника определяет его проводимость. Комбинация трех основных характеристик формирует первичные параметры линии передачи, такие как сопротивление, индуктивность, емкость и проводимость изоляции, которые, в свою очередь, определяют вторичные параметры симметричной витой пары – фундаментальные характеристики передачи, известные как волновое сопротивление и коэффициент распространения, от которых зависят все остальные рабочие характеристики передачи. Любое отклонение волнового сопротивления от номинального значения немедленно вызывает искажения в таких важных параметрах рабочих характеристик передачи как перекрестные наводки (переходное затухание), возвратные потери и вносимые потери (затухание).
Основной из основных задач производителей кабельной продукции на основе витой пары проводников является обеспечение стабильности волнового сопротивления в как можно более узком диапазоне значений, принимая во внимание неизбежные флуктуации диэлектрической проницаемости материала изоляции проводников (фактор материалов) и пространственных размеров витой пары (производственные допуски). Задачей монтажников является использование методов и способов монтажа СКС, снижающих вероятность нарушения пространственных размеров витой пары (к счастью, на стадии монтажа диэлектрическая проницаемость не подвержена отрицательному воздействию). Производители гарантируют качество кабелей за счет использования материалов со стабильными свойствами, высокоточного производственного оборудования и жесткого контроля параметров. В "полевых" условиях монтаж кабельной системы должен учитывать различные виды механических воздействий на кабель, которые практически неотвратимы, но могут быть значительно уменьшены за счет применения правильных методов и способов монтажа.
Оптические кабели по своей природе более устойчивы к механическим воздействиям по сравнению с медножильными. Кратковременные механические нагрузки могут не вызывать заметные изменения рабочих характеристик передачи оптических кабелей вплоть до момента разрушения оптического волокна вследствие перегрузки. Однако продолжительные постоянные механические нагрузки могут постепенно ухудшать свойства таких кабелей за счет возникновения и роста количества микродефектов структуры волокна.
Правила монтажа
Кабели на основе симметричной витой пары проводников и оптические кабели одинаково подвержены различным механическим нагрузкам в полевых условиях. К таким нагрузкам можно отнести чрезмерные изгибы, растяжение и давление. Здесь мы наконец подходим к ответу на вопрос почему необходимо знать и соблюдать коэффициент заполнения трассы. Монтаж кабелей и, в особенности, их затяжка, вызывают определенное механическое напряжение в кабеле, приводящее к натяжению витых пар и оптических волокон, которое может привести к необратимым изменениям в их структуре.
Запредельные изгибы кабелей приводят к искажению формы витых пар, вызывая отклонения в целом ряде рабочих характеристик передачи, и к высвечиванию световой энергии (увеличенное затухание) из оптических волокон вследствии эффекта макроизгиба. В дополнение к этому, кабели, плотно уложенные в закрытой трассе, могут испытывать значительное механическое давление со стороны соседних кабелей и стенок трассы. В ТПД основным фактором, отрицательно влияющим на рабочие характеристики кабельной системы, является механическое давление. С целью снижения или предотвращения механических нагрузок на кабели в закрытых трассах разработан набор простых правил, одним из которых является соблюдение коэффициента заполнения закрытой трассы.
Расчет коэффициента заполнения закрытой трассы
Показатель заполнения закрытой трассы – это величина, выражаемая в процентах или долях, используемая для характеристики степени заполнения трассы кабелями. При практическом расчете коэффициента не учитываются размеры свободного пространства между кабелями, а также тот факт, что кабели могут иметь довольно сложные траектории, отличные от прямой; оба фактора уже учтены в критерии предельно допустимого коэффициента заполнения (рис.4). Это предположение сделано для облегчения расчетов и установления однозначного и простого критерия.
Коэффициент заполнения трассы – это математическое соотношение интегральной площади поперечного сечения всех кабелей, находящихся в трассе, к площади поперечного сечения внутреннего пространства трассы, используемого для размещения кабелей:
, (1)
где F – коэффициент заполнения трассы, 0,0≤F≤1.0(0≤F≤100%);
AC – площадь поперечного сечения отдельного кабеля:
,
где DC – диаметр отдельного кабеля;
N – количество кабелей в трассе;
AР – площадь поперечного сечения внутреннего пространства трассы:
для трасс круглого сечения:
,
где DP – внутренний диаметр трассы;
DP > DC;
для трасс прямоугольного сечения:
AP = HW,
где Н – "высота" внутреннего пространства трассы;
W – "ширина" внутреннего пространства трассы;
H > DC;
W > DC.
Для прямоугольных трасс со сложным профилем внутреннее пространство может быть разбито на отдельные секции, для каждой секции расчитывается своя площадь, затем все результаты суммируются.
Наиболее распространена ситуация, когда внутри трассы находятся кабели одного типа и размера; в этом случае формула (1) может быть упрощена:
для трасс круглого сечения;
для трасс прямоугольного сечения.
При расчете коэффициента заполнения закрытой трассы следует принимать во внимание следующие допущения:
все допущения / исходные положения и критерии основаны на практическом опыте телекоммуникационной отрасли в монтаже закрытых трасс. Практически не существует теории (или ее ничтожно мало) в определении максимально допустимого коэффициента заполнения трассы. Коэффициенты заполнения трасс, приводимые в данной статье, могут отличаться от значений, принятых в других отраслях, странах и регионах;
при расчете коэффициента заполнения трассы должны использоваться только площади поперечного сечения кабелей и трассы. Пространство в трассе, не занятое кабелями и пространство, "виртуально" занимаемое кабелями с траекториями, отличными от прямой, приняты во внимание при определении стандартного критерия коэффициента заполнения.
Вследствие различных конфигураций пространственного распределения кабелей в зависимости от соотношения количества кабелей и размеров кабелей и трасс, отраслью установлены три предельно допустимых коэффициента заполнения в качестве стандарта де-факто:
53% – для одного кабеля;
31% – для двух кабелей;
40% – для трех и более кабелей.
Конфигурации пространственного распределения для количества кабелей свыше трех различаются несущественно и не требуют установления дополнительных критериев.
В реальной жизни определение количества кабелей, которое может быть безопасно помещено в закрытую трассу, представляет больший практический интерес по сравнению с определением собственно конкретного коэффициента заполнения трассы. В таких случаях коэффициент заполнения используется в качестве критерия заполнения при расчете максимально допустимого количества кабелей. Формулы, приведенные ранее, после простых преобразований могут быть использованы для практического расчета максимального количества кабелей, которое может быть помещено в закрытую трассу с заданным внутренним диаметром при требуемом коэффициенте заполнения (пример приведен для кабелей одного размера):
для трасс круглого сечения; (2)
для трасс прямоугольного сечения.
При округлении рассчитываемых величин N следует принимать во внимание, что при низких значениях N (до трех) округление может давать результаты с высокой степенью ошибки и в некоторых случаях неприемлемые. В таких случаях рекомендуется производить пересчет на основе уже округленных значений для проверки корелляции полученного значения с двумя остальными критериями коэффициента заполнения. Для всех N≥3,0 округление в сторону большего целого числа должно давать приемлемые результаты. Чем больше N, тем лучше корреляция полученных значений с целевым критерием коэффициента заполнения, тем не менее, округление в сторону меньшего целого также может использоваться, если принят консервативный подход.
В таблице продемонстрировано несколько примеров результатов расчета количества кабелей в закрытых трассах, таких как трубопроводы, при фиксированных коэффициентах заполнения.
Данные, приведенные в таблице были получены с помощью формулы (2). Округление проводилось в сторону большего и меньшего целого с выбором значения с лучшей корреляцией с одним из трех установленных критериев коэффициента заполнения. В случае отклонения от стандартного предела не более чем на +5% оба результата включались в таблицу. На рис.5 приведены формулы для практического применения.
При использовании приведенных выше формул ячейкам, содержащим величины в процентах, должны быть присвоены стили типа "%" для корректного представления результатов расчетов. С помощью увеличения или уменьшения количества десятичных знаков можно настроить желаемую точность представления результатов.
Периметральные трассы
При планировании периметральных трасс (например, настенные короба, плинтусы и каналы), исходный коэффициент заполнения должен быть 40%. Впоследствии допускается доведение степени заполнения трассы до 60% в случае незапланированного увеличения количества кабелей. Заполнение трассы расчитывается делением суммы поперечных сечений всех кабелей, находящихся в трассе, на площадь поперечного сечения трассы в самом узком ее месте. Расчет заполнения должен принимать во внимание эффективную площадь сечения пространства трассы в местах расположения розеток, установочных коробок (подрозетников), фитингов и поворотов трассы. Производители элементов периметральных трасс должны предоставлять информацию о внутренней площади поперечного сечения каждого элемента трассы.
По определению, "закрытая телекоммуникационная трасса" – это кабельная трасса, к содержимому которой можно получить доступ или с одного из концов, или путем снятия с нее крышки. Такие трассы полностью защищают со всех сторон кабели, помещенные в них. Опираясь на это определение, можно выделить два типа закрытых трасс.
Трассы без продольного доступа
Для краткости будем называть такие трассы в данной статье ТКД (трассы с концевым доступом). ТКД (например, трубопроводы) обычно формируются протяженной цельной полой конструкцией, которая может иметь различные формы поперечного сечения (круглые и прямоугольные являются самыми распространенными) и могут изготавливаться из различных материалов (наиболее популярны металлические и пластиковые). Внутреннее пространство конструкции используется для размещения телекоммуникационных кабелей. По причине цельной конструкции трассы, кабели могут быть добавлены или удалены из ТКД с помощью единственного метода – затяжки. Исключением, вероятно, являются вдуваемые оптические микрокабели, которые "проталкиваются" в трассу за счет создания избыточного давления воздуха на входе. Ниже приведены примеры ТКД:
трубопроводы круглого сечения:
металлические трубопроводы;
неметаллические трубопроводы;
гибкие металлические шланги;
каналы некруглого сечения;
подпольные трассы;
кабельные колонны.
Трассы с продольным доступом
Будем кратко называть такие трассы ТПД. Они оборудованы устройствами доступа в виде крышек, которые могут крепиться к основанию трассы с помощью петель или на разъемных фиксаторах. Чтобы добавить кабели или удалить их из ТПД, могут быть использованы два метода – укладка (загрузка) и затяжка кабеля (на практике последняя используется редко). Укладка кабеля в пространство трассы осуществляется после снятия/открывания крышки, после завершения процесса крышка возвращается на место и фиксируется.
Почему необходимо знать и соблюдать степень (коэффициент) заполнения трассы?
Как известно, в этом мире нет ничего совершенного – все, даже самые передовые технические решения не лишены недостатков и требуют определенных компромиссов при реализации. Симметричные кабели на основе витой пары проводников и оптические кабели во время монтажа и эксплуатации подвержены разнообразным механическим воздействиям, способным ухудшать механические и передаточные характеристики кабелей.
Оптимальность передачи данных в симметричных кабелях основана на так называемой "балансировке" электрического сигнала в линии передачи и в определенной степени зависит от правильно подобранной конструкции трассы (в том числе правильно рассчитанных коэффициентов ее заполнения) и правил монтажа (поддержание радиусов изгиба, силы натяжения кабелей и т.п.). Нарушение правил монтажа и использование трасс с некорректными характеристиками приводит к возникновению электрических аномалий в кабелях и, как правило, несоответствию рабочих характеристик передачи кабельной системы спецификациям стандартов.
Балансировка электрического сигнала достигается за счет приложения номинальных напряжений сигнала к двум проводникам витой пары с одинаковыми амплитудами, но разных по знаку. Так как оба проводника находятся в одинаковых условиях по отношению к уровню с общим потенциалом (потенциалу "земли"), в идеальной ситуации электромагнитные наводки между проводниками должны отсутствовать за счет взаимной компенсации электромагнитных полей (рис.1). Однако вследствие конечных размеров проводников, включая слой изоляции, и в результате этого ненулевого расстояния между проводниками в паре реальное распределение электромагнитных полей будет более похоже на изображенное на рис.2. Точки пространства, где суперпозиция двух электромагнитных полей создает ненулевой градиент, являются источниками потери (излучения) энергии в окружающее пространство, что с точки зрения передачи информации означает повышенное затухание и, как следствие, снижение предельного расстояния передачи.
Как было отмечено, когда два проводника, формирующие витую пару, находятся в равноценных условиях по отношению к плоскости с общим потенциалом, передача сигнала в них осуществляется в так называемом дифференциальном (разница напряжений сигнала на двух проводниках) режиме, при котором напряжение сигнала прикладывается к каждому проводнику с одинаковой амплитудой, но разной полярностью (токи в проводниках текут в противоположных направлениях в каждый данный момент времени), то есть и .
Для регистрации сигналов, передаваемых в дифференциальном режиме, используются дифференциальные приемники и усилители, которые вычитают величину (напряжение) одного принятого сигнала из величины второго: , где VS – напряжение передаваемого сигнала в любой точке линии передачи; VDS – напряжение принятого сигнала (рис.3).
Любое отклонение от равновесного (симметричного) отношения двух напряжений, вызванного искажениями в симметрии распределения электромагнитного поля, ведет к уменьшению уровня принимаемого сигнала.
Другое нежелательное явление, вызываемое нарушением симметрии пары и, как следствие, отклонением волнового сопротивления от нормы, – возвратные потери, когда электромагнитная волна сигнала, распространяющаяся по линии передачи, встречает энергетический барьер, созданный перепадом волнового сопротивления, и часть передаваемого сигнала отражается в обратном направлении. Такое явление вызывает одновременно потерю энергии сигнала (меньшее количество энергии продолжает движение в сторону приемника) и взаимодействие отраженной части сигнала с передаваемым и принимаемым (в случае двусторонней передачи) сигналом.
С другой стороны, все помеховые сигналы, наводимые на симметричную витую пару, появляются в так называемом прямом режиме на обоих проводниках, (т.е. VN). При регистрации дифференциальным приемником результирующее напряжение помехового сигнала в идеально симметричной паре проводников равно нулю: VDN = VN – VN = 0, где VN – напряжение наведенного шума в любой точке линии передачи; VDN – напряжение принятого помехового сигнала. Любое отклонение от симметрии пары, вызывающее искажение распределения электромагнитных полей, приводит к регистрации определенного количества шума, который создает помехи приему полезного сигнала.
Всего три характеристики симметричной витой пары определяют все электрические параметры, формирующие набор рабочих характеристик передачи – диэлектрическая проницаемость, материал проводника и пространственные размеры проводников и пары. Диэлектрическая проницаемость определяется свойствами материала изоляции проводников и окружающего их воздуха. Проcтранственные размеры включают в себя диаметр проводника (со слоем изоляции), его эллиптичность, или эксцентриситет (степень округлости) и концентричность, иногда также называемую в англоязычной литературе flattening – сплющенностью (соосность проводника и изоляции, или равномерность толщины изоляции). Материал проводника определяет его проводимость. Комбинация трех основных характеристик формирует первичные параметры линии передачи, такие как сопротивление, индуктивность, емкость и проводимость изоляции, которые, в свою очередь, определяют вторичные параметры симметричной витой пары – фундаментальные характеристики передачи, известные как волновое сопротивление и коэффициент распространения, от которых зависят все остальные рабочие характеристики передачи. Любое отклонение волнового сопротивления от номинального значения немедленно вызывает искажения в таких важных параметрах рабочих характеристик передачи как перекрестные наводки (переходное затухание), возвратные потери и вносимые потери (затухание).
Основной из основных задач производителей кабельной продукции на основе витой пары проводников является обеспечение стабильности волнового сопротивления в как можно более узком диапазоне значений, принимая во внимание неизбежные флуктуации диэлектрической проницаемости материала изоляции проводников (фактор материалов) и пространственных размеров витой пары (производственные допуски). Задачей монтажников является использование методов и способов монтажа СКС, снижающих вероятность нарушения пространственных размеров витой пары (к счастью, на стадии монтажа диэлектрическая проницаемость не подвержена отрицательному воздействию). Производители гарантируют качество кабелей за счет использования материалов со стабильными свойствами, высокоточного производственного оборудования и жесткого контроля параметров. В "полевых" условиях монтаж кабельной системы должен учитывать различные виды механических воздействий на кабель, которые практически неотвратимы, но могут быть значительно уменьшены за счет применения правильных методов и способов монтажа.
Оптические кабели по своей природе более устойчивы к механическим воздействиям по сравнению с медножильными. Кратковременные механические нагрузки могут не вызывать заметные изменения рабочих характеристик передачи оптических кабелей вплоть до момента разрушения оптического волокна вследствие перегрузки. Однако продолжительные постоянные механические нагрузки могут постепенно ухудшать свойства таких кабелей за счет возникновения и роста количества микродефектов структуры волокна.
Правила монтажа
Кабели на основе симметричной витой пары проводников и оптические кабели одинаково подвержены различным механическим нагрузкам в полевых условиях. К таким нагрузкам можно отнести чрезмерные изгибы, растяжение и давление. Здесь мы наконец подходим к ответу на вопрос почему необходимо знать и соблюдать коэффициент заполнения трассы. Монтаж кабелей и, в особенности, их затяжка, вызывают определенное механическое напряжение в кабеле, приводящее к натяжению витых пар и оптических волокон, которое может привести к необратимым изменениям в их структуре.
Запредельные изгибы кабелей приводят к искажению формы витых пар, вызывая отклонения в целом ряде рабочих характеристик передачи, и к высвечиванию световой энергии (увеличенное затухание) из оптических волокон вследствии эффекта макроизгиба. В дополнение к этому, кабели, плотно уложенные в закрытой трассе, могут испытывать значительное механическое давление со стороны соседних кабелей и стенок трассы. В ТПД основным фактором, отрицательно влияющим на рабочие характеристики кабельной системы, является механическое давление. С целью снижения или предотвращения механических нагрузок на кабели в закрытых трассах разработан набор простых правил, одним из которых является соблюдение коэффициента заполнения закрытой трассы.
Расчет коэффициента заполнения закрытой трассы
Показатель заполнения закрытой трассы – это величина, выражаемая в процентах или долях, используемая для характеристики степени заполнения трассы кабелями. При практическом расчете коэффициента не учитываются размеры свободного пространства между кабелями, а также тот факт, что кабели могут иметь довольно сложные траектории, отличные от прямой; оба фактора уже учтены в критерии предельно допустимого коэффициента заполнения (рис.4). Это предположение сделано для облегчения расчетов и установления однозначного и простого критерия.
Коэффициент заполнения трассы – это математическое соотношение интегральной площади поперечного сечения всех кабелей, находящихся в трассе, к площади поперечного сечения внутреннего пространства трассы, используемого для размещения кабелей:
, (1)
где F – коэффициент заполнения трассы, 0,0≤F≤1.0(0≤F≤100%);
AC – площадь поперечного сечения отдельного кабеля:
,
где DC – диаметр отдельного кабеля;
N – количество кабелей в трассе;
AР – площадь поперечного сечения внутреннего пространства трассы:
для трасс круглого сечения:
,
где DP – внутренний диаметр трассы;
DP > DC;
для трасс прямоугольного сечения:
AP = HW,
где Н – "высота" внутреннего пространства трассы;
W – "ширина" внутреннего пространства трассы;
H > DC;
W > DC.
Для прямоугольных трасс со сложным профилем внутреннее пространство может быть разбито на отдельные секции, для каждой секции расчитывается своя площадь, затем все результаты суммируются.
Наиболее распространена ситуация, когда внутри трассы находятся кабели одного типа и размера; в этом случае формула (1) может быть упрощена:
для трасс круглого сечения;
для трасс прямоугольного сечения.
При расчете коэффициента заполнения закрытой трассы следует принимать во внимание следующие допущения:
все допущения / исходные положения и критерии основаны на практическом опыте телекоммуникационной отрасли в монтаже закрытых трасс. Практически не существует теории (или ее ничтожно мало) в определении максимально допустимого коэффициента заполнения трассы. Коэффициенты заполнения трасс, приводимые в данной статье, могут отличаться от значений, принятых в других отраслях, странах и регионах;
при расчете коэффициента заполнения трассы должны использоваться только площади поперечного сечения кабелей и трассы. Пространство в трассе, не занятое кабелями и пространство, "виртуально" занимаемое кабелями с траекториями, отличными от прямой, приняты во внимание при определении стандартного критерия коэффициента заполнения.
Вследствие различных конфигураций пространственного распределения кабелей в зависимости от соотношения количества кабелей и размеров кабелей и трасс, отраслью установлены три предельно допустимых коэффициента заполнения в качестве стандарта де-факто:
53% – для одного кабеля;
31% – для двух кабелей;
40% – для трех и более кабелей.
Конфигурации пространственного распределения для количества кабелей свыше трех различаются несущественно и не требуют установления дополнительных критериев.
В реальной жизни определение количества кабелей, которое может быть безопасно помещено в закрытую трассу, представляет больший практический интерес по сравнению с определением собственно конкретного коэффициента заполнения трассы. В таких случаях коэффициент заполнения используется в качестве критерия заполнения при расчете максимально допустимого количества кабелей. Формулы, приведенные ранее, после простых преобразований могут быть использованы для практического расчета максимального количества кабелей, которое может быть помещено в закрытую трассу с заданным внутренним диаметром при требуемом коэффициенте заполнения (пример приведен для кабелей одного размера):
для трасс круглого сечения; (2)
для трасс прямоугольного сечения.
При округлении рассчитываемых величин N следует принимать во внимание, что при низких значениях N (до трех) округление может давать результаты с высокой степенью ошибки и в некоторых случаях неприемлемые. В таких случаях рекомендуется производить пересчет на основе уже округленных значений для проверки корелляции полученного значения с двумя остальными критериями коэффициента заполнения. Для всех N≥3,0 округление в сторону большего целого числа должно давать приемлемые результаты. Чем больше N, тем лучше корреляция полученных значений с целевым критерием коэффициента заполнения, тем не менее, округление в сторону меньшего целого также может использоваться, если принят консервативный подход.
В таблице продемонстрировано несколько примеров результатов расчета количества кабелей в закрытых трассах, таких как трубопроводы, при фиксированных коэффициентах заполнения.
Данные, приведенные в таблице были получены с помощью формулы (2). Округление проводилось в сторону большего и меньшего целого с выбором значения с лучшей корреляцией с одним из трех установленных критериев коэффициента заполнения. В случае отклонения от стандартного предела не более чем на +5% оба результата включались в таблицу. На рис.5 приведены формулы для практического применения.
При использовании приведенных выше формул ячейкам, содержащим величины в процентах, должны быть присвоены стили типа "%" для корректного представления результатов расчетов. С помощью увеличения или уменьшения количества десятичных знаков можно настроить желаемую точность представления результатов.
Периметральные трассы
При планировании периметральных трасс (например, настенные короба, плинтусы и каналы), исходный коэффициент заполнения должен быть 40%. Впоследствии допускается доведение степени заполнения трассы до 60% в случае незапланированного увеличения количества кабелей. Заполнение трассы расчитывается делением суммы поперечных сечений всех кабелей, находящихся в трассе, на площадь поперечного сечения трассы в самом узком ее месте. Расчет заполнения должен принимать во внимание эффективную площадь сечения пространства трассы в местах расположения розеток, установочных коробок (подрозетников), фитингов и поворотов трассы. Производители элементов периметральных трасс должны предоставлять информацию о внутренней площади поперечного сечения каждого элемента трассы.
Отзывы читателей
