Развитие телекоммуникационных сетей с использованием волоконно-оптических линий связи
Волоконно-оптический кабель (ВОК) с оптическими волокнами (ОВ) является основой для современных телекоммуникационных сетей. Он считается наиболее передовой системой для передачи данных как на магистральных линиях, так и в локальных сетях.
Преимущества волоконно-оптических линий связи
По сравнению с электрическими кабелями связи, ВОЛС обладает рядом преимуществ:
- Большая скорость передачи данных
- Более высокая надежность
- Меньший показатель затухания сигнала
- Меньше помех и перекрестных наводок
Текущее состояние развития сетей и будущие тенденции
Сегодня основные усилия в отрасли направлены на снижение стоимости оборудования и облегчение процесса монтажа ВОК. Специалисты считают, что будущее развитие волоконно-оптических технологий будет связано с улучшением производства и внедрением новых технологий, направленных на повышение эффективности передачи данных.
Применение ВОК в России
В России с 1996 года начался активный переход на использование ВОК в магистральных и локальных сетях. Компания Ростелеком одной из первых внедрила технологию ВОЛС для своих коммуникационных проектов. Сегодня российские предприятия смогли выйти на мировой уровень в производстве волоконно-оптической продукции.
Ключевые направления развития
Будущее ВОЛС связано с использованием новых материалов и технологий, стимулирующих рост скорости передачи данных, увеличение длины участков передачи и повышение надежности сетей. Важное значение будут иметь оптические усилители, методы мультиплексирования и использование новых диапазонов инфракрасного излучения.
Заключение
Развитие телекоммуникационных сетей с использованием волоконно-оптических линий связи продолжает активно развиваться. Россия не остается в стороне от этой тенденции и успешно внедряет новые технологии для обеспечения высокоскоростной и надежной передачи данных.
Важность оптических волокон связи
Сегодня и в ближайшей перспективе альтернативы ВОЛС нет.
Основной компонент ВОЛС
Среда с более высоким значением показателя преломления называется оптически более плотной средой. В волокне такой средой является сердцевина, выполняющая роль среды распространения света.
Показатель преломления оболочки, окружающей сердцевину, немного меньше, чем у сердцевины, и за счет этого на границе сердцевина-оболочка происходит отражение света. На этом эффекте основана передача информации по волокну.
Сердцевина ОВ — это центральная область ОВ, через которую передается основная часть оптической мощности сигнала. Диэлектрическим материалом для сердцевины и оболочки ОВ служит плавленый кварц (кварцевое стекло), чистый или с примесями химических элементов и их соединений, небольшие пропорции которых способствуют изменению оптических свойств плавленого кварца должным образом.
Плавленый кварц — это аморфное, прозрачное вещество с химической формулой двуокиси кремния SiO2. Если сердцевина служит для передачи электромагнитной энергии, то оболочка — для создания лучших условий отражения на границе раздела сердцевина-оболочка, защиты сердцевины волокна от механических повреждений, а также для защиты от излучений энергии в окружающее пространство и поглощения нежелательного излучения извне. Снаружи располагается защитное покрытие для предохранения волокна от механических воздействий и нанесения расцветки.
Подробно о различиях видов ОВ читайте в наших материалах.
Различия между MM и SM волокнами
Напомним, в чём состоит отличие SM и MM волокон.
На рис. 1 схематично показано строение MM-волокна и ход лучей в его сердцевине.
Рис. 1. Строение MM-волокна
Конструктивно такое волокно имеет сердцевину значительного диаметра (если сравнивать с оболочкой) — 50 мкм (первые марки MM-волокон имели диаметр сердцевины 62,5 мкм). Такая особенность обуславливает возбуждение в сердцевине целого набора световых пучков, так называемых мод излучения. Их большое количество приводит к появлению главного недостатка таких ОВ — межмодовой дисперсии сигнала, что ограничивает протяжённость линий связи, построенных на таких ОВ. Из-за дисперсии становится необходимым снижать частоту модулирующего излучения, что, в свою очередь, приводит к снижению скорости передачи сигнала.
Протяжённость ВОЛС на многомоде ограничена 2-мя километрами. Но большой диаметр сердцевины делает возможным применения поверхностных лазеров, работающих в диапазоне длин волн от 800 до 1300 нм. Это значительно снижает стоимость оборудования и делает выгодным использование ВОК на основе ММ-волокон, если длина линии будет не более 2-х км. Передача в таких ОВ ведется на двух длинах волн — 850 нм и 1300 нм.
На рис. 2 показана схема работы SM-волокна.
Рис. 2. Строение SM-волокна.
Преимущества одномодовых оптоволокон
Как видим, диаметр сердцевины выбран значительно меньшим. Обычно он составляет 8–10 мкм, что обеспечивает прохождение излучения в одномодовом режиме. Это позволяет добиться протяжённости линии связи до 1000 км и практически не влияет на ширину полосы передачи сигнала. А это в свою очередь делает возможной скорость передачи данных на одной несущей частоте до 10 Гбит/с.
Однако с такими одномодовыми оптоволокнами усложняется и схема согласования излучателя с торцом волокна — требуется более высокая точность изготовления согласующих элементов. Это, а также более высокая стоимость самих лазеров (с торцевым излучением), приводит к удорожанию приёмо-передающих систем, а также повышению требований к качеству монтажа. Но большим плюсом одномодовых оптоволокон является то, что передача сигналов в них ведётся при необходимости на любых длинах волн в очень широком диапазоне — от 1260 нм до 1675 нм.
Затухание и водяной пик в кварцевом оптоволокне
На рис. 3 показана диаграмма основной характеристики кварцевого оптоволокна — километрического затухания в зависимости от длины волны проходящего излучения.
Условно небольшие диапазоны, в которых экспериментально полученные значения затуханий имели минимальные значения стали называть окнами прозрачности (I, II и III). Стандартными длинами волн для работы одномодовых волокон стали 1310 нм и 1550 нм. Вторая из них является самой выгодной с точки зрения минимизации потерь. У современных одномодовых волокон типичным значением затухания на 1550 нм является α=0,2 дб/км.
Также на рис. 3 можно заметить локальное увеличение потерь между вторым и третьим окнами прозрачности (точнее, на λ=1383 нм). Этот всплеск называют водяным пиком. Его появление связано с попаданием воды в структуру оптоволокна при его производстве. Вытягиваемое из расплавленной части заготовки, оптоволокно требует охлаждения и наиболее эффективно этот процесс реализуется с применением водяного пара. Частицы пара проникают в незастывшее волокно и вызывают дополнительное поглощение оптической мощности. Надо сказать, что современные одномодовые волокна (конкретно оптоволокна соответствующие стандарту ITU-T Rec.652D) лишены этого недостатка, так как современные технологии позволяют избежать попадания частиц воды в оптоволокно (если быть точнее, то поглощение вызывают ионы водорода, содержащиеся в воде).
Принципы передачи сигнала в современных волоконно-оптических системах передачи (ВОСП)
Волоконно-оптической системой передачи (ВОСП) называется комплекс технических средств, обеспечивающий формирование каналов и трактов передачи с использованием в качестве направляющей среды оптического кабеля и передачей по нему оптических сигналов. Под оптическим сигналом понимается модулированное оптическое излучение определенной длины волны.
На рис. 4 показана обобщённая структурная схема волоконно-оптической системы передачи. Для простоты показана одно направление передачи данных. Встречная передача строится аналогично.
Технические комплексы ВОСП
Каналообразующее оборудование тракта передачи (КООпер)
КООпер обеспечивает формирование определенного числа каналов или групповых трактов со стандартной скоростью передачи.
Оборудование сопряжения тракта передачи (ОСпер)
ОСпер преобразует многоканальный сигнал на выходе КООпер в сигнал, пригодный для передачи по линейному тракту.
Оптический передатчик (ОПер)
ОПер преобразует электрический сигнал в оптический сигнал, совпадающий с одним из окон прозрачности оптического волокна.
- Источник оптического излучения
- Модулятор
- Согласующее устройство (ПОМ)
Оптический кабель (ОК)
ОК содержит оптические волокна (ОВ) для передачи оптического излучения.
Ретранслятор (Р)
Р компенсирует затухание сигнала при прохождении по волокну, корректирует искажения и обеспечивает помехозащищенность.
Оптический приемник (ОПр)
ОПр принимает оптическое излучение и преобразует его в электрический сигнал.
- Согласующее устройство
- Приемник оптического излучения (ПРОМ)
Оборудование сопряжения тракта приема (ОСпр)
ОСпр преобразует сигналы, обратные тем, что выполнялись в ОСпер.
Каналообразующее оборудование тракта приема (КООпр)
КООпр преобразует многоканальный сигнал с выхода ОСпр в сигналы отдельных каналов и трактов.
Для модуляции оптической несущей могут использоваться различные методы, такие как частотная, фазовая, амплитудная, поляризационная модуляции, модуляция по интенсивности и другие.
При модуляции интенсивности (МИ) именно величина P изменяется в соответствии с модулирующим сигналом. Обладая волновой природой, оптическое излучение в то же время является дискретным. Оно излучается и поглощается только в виде дискретных квантов — фотонов. Поэтому мощность оптического излучения P характеризуется интенсивностью потока фотонов (средним числом в единицу времени). Можно считать, что при модуляции интенсивности модулируется интенсивность потока фотонов.
Именно МИ нашла самое широкое применение при построении волоконно-оптических систем передачи, так как приводит к относительно простым техническим решениям при реализации устройств управления (модуляции) интенсивностью излучения полупроводниковых источников и обратного преобразования оптического сигнала в электрический, т. е. демодуляции.
Разумеется, показанная выше схема является очень общей, то есть, относится к любым ВОЛС с теми или иными различиями.
Задавшись целью классифицировать ВОСП, как и традиционные системы, работающие по электрическим кабелям связи, можно это сделать следующим образом.
В зависимости от каналообразующего оборудования:
Отметим, что на ранних этапах развития волоконно-оптической техники связи проводились научно-исследовательские работы по разработке аналоговых ВОСП, которые показали, что практическая реализация таких систем с большим числом каналов связана с непреодолимыми техническими трудностями.
Во-первых, это связано с высоким уровнем квантовых шумов и собственных шумов фотодиодов, используемых в приемниках оптического излучения. Уровень квантового шума в оптическом диапазоне значительно выше уровня собственной помехи. Для получения необходимого качества передачи сообщений в аналоговых системах требуются специальные методы приема и обработки аналоговых оптических сигналов, а при использовании цифровых системы то же качество передачи обеспечивается при снижении требований к отношению сигнал/шум на 30. . . 40 дБ. Поэтому реализация цифровых ВОСП намного проще по сравнению с аналоговыми ВОСП.
Во-вторых, источники оптического излучения имеют нелинейные модуляционные характеристики, что приводит к существенным трудностям в реализации требований к допустимым помехам нелинейного происхождения. При выполнении этих требований длина усилительного участка аналоговой ВОСП оказывается соизмеримой с длиной усилительного участка систем передачи по симметричным или коаксиальным кабелям. В связи с этим применение аналоговых ВОСП оказывается нецелесообразным по технико-экономическим показателям, особенно учитывая принятый мировым сообществом курс на «цифровизацию» телекоммуникаций.
В настоящее время все многоканальные телекоммуникационные системы передачи по оптическим кабелям являются цифровыми. Поэтому объектом дальнейшего рассмотрения являются исключительно цифровые ВОСП.
В зависимости от организации двусторонней связи ВОСП подразделяются на:
В зависимости от назначения и места в иерархии первичных сетей Единой сети электросвязи Российской Федерации (ЕСЭ РФ) ВОСП подразделяются:
Кроме того, цифровые ВОСП можно классифицировать по специфическим параметрам, характерным только для них. Например, в настоящее время очень широко применяется технология спектрального уплотнения каналов с разделением по длинам волн — WDM (Wavelength Division Multiplexing). Эта технология, имеющая несколько разновидностей, подразумевает передачу не одного, а нескольких сигналов по одному волокну линейной части ВОСП — при этом сигналы, чтобы оставаться независимыми, должны иметь различные длины волн. В частности, самым простым случаем уплотнения будет передача по ОВ двух сигналов с λ=1310 нм и λ=1550 нм. В этом случае получаем два канала связи (встречнонаправленные) в одной физической среде. Такие системы очень часто применяются в местных сетях.
Другой разновидностью является CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) — разреженное (или грубое) мультиплексирование. Тут используется весь рабочий диапазон кварцевых одномодовых волокон от 1260 нм до 1675 нм. Как правило, используются ВОК с волокнами стандарта G.652D. Передаются сигналы, модулированные излучением на длинах волн, имеющих шаг 20 нм. Например, 1270 нм, 1290 нм и т. д. Таким образом, по одному ОВ в линейной части могут сразу же передаваться до 16 отдельных потоков данных. Эти, достаточно простые для реализации, настройки и обслуживания системы очень популярны в городских и внутризоновых линиях связи.
И, наконец, самой производительной и сложной является разновидность DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) — плотное мультиплексирование с разделением по длинам волн. В этом случае разделение идёт с шагом менее 1 нм (в зависимости от подвида оборудования), что позволяет добиться реализации до 96 (!) каналов в одном волокне линейного тракта. Эту технологию широко применяют при строительстве магистральных линий связи, когда протяжённость участков регенерации составляет 100 и более км.
При описании принципиальных различий линий связи мы использовали термин волоконно-оптические системы передачи (ВОСП). Но в дальнейшем, и это будет случаться чаще, мы будем использовать термин волоконно-оптические линии связи, поскольку это понятие имеет более широкий смысл, включая в себя не только аппаратуру и среду для передачи сигнала, но и всё сопутствующее оборудование и приспособления, которые используются при строительстве — кроссы, станционные шкафы, сами помещения, опоры ВЛ и прочее. Таким образом, определение «ВОЛС» более полновесно и удобно.
Применение волоконно-оптического кабеля
Как уже знаем, основной характеристикой ВОЛС считается величина затухания мощности сигнала, который в ней передаётся. За затухание в ОВ отвечают два явления — рассеяние светового излучения и поглощение этого излучения материалом волокна. Суммарно они формируют определенное значение километрического затухания, характерного для любого SM-волокна. Т. е. изначально при проектировании ВОЛС мы уже знаем величину этого самого затухания, поскольку можем подсчитать, сколько децибел мощности потеряется в самом ОВ и на его соединениях. Однако, к сожалению, есть ещё одна причина увеличения потерь, которая может появиться в самый неподходящий момент — изгибные потери.
На рис. 5 схематично показано, как могут распространяться лучи света в изогнутой сердцевине.
Рис. 5. Появление оптических потерь на изгибе ОВ.
В месте изгиба часть светового потока будет падать на границу раздела сердцевины и оболочки под недопустимым углом, при котором не будет выполняться условие полного внутреннего отражения. Излучение частично будет переходить в оболочку, а это равносильно потере части полезного сигнала.
Различают понятия микроизгиб и макроизгиб. Микроизгиб относится к непрямолинейности формы ОВ внутри кабеля. ОВ находятся в модулях в свободном (извилистом) состоянии, а сами модули — в виде скрутки. Макроизгиб — это ОВ, изогнутое в виде дуги.
Потери на макроизгибах резко возрастают и становятся недопустимо большими, как только радиус изгиба уменьшается до критического значения, которое для типичных ОВ составляет несколько сантиметров. Конкретно, в «Правилах применения оптических кабелей связи, пассивных оптических устройств и устройств для сварки оптических волокон» утвержденных приказом Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации №47 от 19 апреля 2006 г. увидим следующее требование — допустимый радиус изгиба ОВ (любого типа) должен быть не менее 30 мм. Это требование нужно выполнять всегда, когда мы работаем с волокном, например, при его сварке.
Если же говорить о кабеле в целом, то здесь тоже необходимо придерживаться строгого правила по допустимому радиусу изгиба. В «Правилах применения оптических кабелей связи, пассивных оптических устройств и устройств для сварки оптических волокон» есть и это значение — радиус изгиба ВОК должен быть не менее 20 наружных диаметров этого кабеля. Для примера, внешний диаметр кабеля — 12 мм, минимальный радиус изгиба равен 240 мм. Делаем вывод, что минимальный радиус изгиба ОК зависит от его внешнего диаметра.
Это правило носит общий характер, для более точного ознакомления со всеми требованиями к конкретной разновидности кабеля при его монтаже и эксплуатации рекомендуем пользоваться инструкциями, разработанными производителем. Например, для продукции «Инкаб» смотрите инструкции по ссылке: https://incab.ru/useful-information/documents/#!instructions
Также при проектировании ВОЛС необходимо предусматривать конструктивные элементы, ограничивающие до необходимых пределов радиус изгиба.
Во избежание увеличения этих потерь необходимо правильно использовать ВОК, причём делать это необходимо ещё до начала прокладки.
Например, на рис. 6 видим, как нельзя хранить кабельные барабаны.
Рис. 6. Кабельный барабан, лежащий на «щеке».
Многие удивятся, почему такой способ размещения назван неправильным. Однако, есть множество подтверждений тому, что подобное положение барабана неизбежно приведёт к сползанию верхних и сдавливанию нижних колец ВОК, а это, в свою очередь, приведёт к сдавливанию ОВ. Причём, чем дольше так лежит барабан, тем заметнее и необратимее будет деформация кабеля. А на ОВ уже проложенного кабеля с такого барабана сможем обнаружить недопустимо возросшие километрические затухания.
При строительстве и эксплуатации оптических кабельных линий возможно появление так называемых эксплуатационных потерь. Прежде всего эти потери связаны с макроизгибами, которые неизбежно возникают при прокладке ОК. Другая причина — постепенное увеличение собственных потерь ОВ. Основной причиной постепенного увеличения собственных потерь ОВ является влага, проникающая в ВОК. Под ее действием, в случае замерзания, происходит образование микротрещин в структуре ОВ, которые визуально воспринимаются как помутнение стекла. Для защиты от влаги производители применяют влагозащитные оболочки и гидрофобное заполнение.
К сожалению, не всегда усилия производителя ВОК, направленные на защиту их продукции от воздействия окружающей среды гарантируют сохранность кабеля на протяжении всего срока эксплуатации. Иногда, и не так уж и редко, можно встретить нарушения технологии прокладки ВОК, которые приводят к появлению дополнительных потерь. Причём это могут быть как устранимые нарушения, так и необратимые — речь идёт о трещинах в ОВ, а их появление неизбежно приводит к самому критическому состоянию линии связи — к обрыву.
Как избежать подобных проблем? Перечислим требования к ВОК:
Классификация волоконно-оптических кабелей связи
Конструкции ВОК в основном определяется назначением и областью их применения. Они различаются видом защитных покровов ВОК, характером компоновки ОВ в составе кабельного сердечника, характером и способом упрочнения ВОК от продольных и радиальных воздействий.
По своему назначению ВОК подразделяются по месту в первичной сети ЕСЭ РФ на:
Магистральные и зоновые ВОК предназначаются для передачи информации на большие расстояния и организации большого числа каналов. Они содержат ОВ, обладающие большой широкополосностью, малыми затуханием и дисперсией.
Местные ВОК используются в качестве соединительных линий между городскими и районными АТС. Они рассчитаны на работу без промежуточных регенераторов, т. е. на сравнительно короткие расстояния (до нескольких десятков км) и относительно небольшое число каналов.
Объектовые ВОК служат для передачи различной информации на малые расстояния внутри объекта и содержат, как правило, большое число ОВ.
Монтажные ВОК предназначаются для внутри- и межблочного монтажа аппаратуры.
В зависимости условий прокладки и эксплуатации ВОК подразделяются на:
Кабели наружной прокладки применяются на любых (сельских, городских, зоновых и магистральных) линиях связи и по условию прокладки их можно разделить на подвесные, подземные, подводные.
Подвесные ВОК
Подвесные кабели подвешиваются на опорах различного типа и в свою очередь подразделяются на кабели:
Это, пожалуй, самая уязвимая разновидность прокладки, тут кабелю угрожает много разных внешних факторов.
Более подробно о разных нарушениях и их последствиях рассказано в статье, посвящённой подвесному кабелю: Особенности монтажа ОКСН
Для наглядности такой пример:
Рис. 7. Разрушение кабеля неправильно смонтированным гасителем вибрации.
Всевозможных ухудшений состояния ВОЛС, проложенной методом подвеса, можно избежать, если:
Грунтовые ВОК
Кабели подземной прокладки подразделяются:
Основными видами угроз в данном случае будут смещения грунтов различной природы (эрозия почвы, вымывание грунтовыми водами, вечномерзлотные процессы и т. п.). В случае непосредственного воздействия на кабель, грунт может создавать изгибную и раздавливающую нагрузку чрезвычайных значений и это необходимо учесть заранее — при выборе кабеля нужно руководствоваться рекомендованными значениями МДРН и допустимой раздавливающей нагрузки кабеля для каждого типа грунта (табличное значение). При прокладке кабеля в грунт необходимо формировать песчаную подушку, а сам кабель должен быть уложен в виде «змейки». Ну и наконец, стараться не повредить ВОК при прокладке. Как, например, на рис. 8.
Рис. 8. «Баран» на кабеле.
Подобное случается, если кабель затягивается (как правило, чаще это случается при прокладке в кабельной канализации) без разматывания бухты — иногда условия не позволяют этого сделать и кабель просто скидывается с бухты кольцами.
Подводные ВОК
Подводные кабели подразделяются:
В случае подводной прокладки необходимо знать глубину окончательного залегания ВОК и выбрать марку с соответствующими прочностными характеристиками.
Внутриобъектовые ВОК
Кабели внутренней прокладки используются внутрителефонных станций, офисов, зданий и помещений. По условиям прокладки эти кабели подразделяются:
Во избежание появления дополнительных потерь, необходимо правильно подобрать марку ВОК под соответствующие условия его прокладки. Нельзя, например, прокладывать кабель типа «riser» в горизонтальной плоскости — на поворотах трассы неизбежно появление заломов на его жёсткой оболочке. Кабель типа «distribution» не должен быть пережат или сдавлен. При коммутации оборудования оптическими шнурами не допускать ситуации, напоминающей изображённую на рис. 9.
Рис. 9. «Мочалка» из патч-кордов.
Таким образом, именно соблюдение инструкций по работе с ВОК, с оптическими муфтами и прочим монтажным оборудованием обеспечит выполнение требования к минимальному сроку службы проложенного ВОК, указанному в «ГОСТ Р 52266-2020. Кабели оптические. Общие технические условия», пункт 6.5 Требования надежности. Согласно этим требованиям срок службы оптоволоконного кабеля должен быть не менее 25 лет.
Фактор обслуживания в освещении
Коэффициенты технического обслуживания (MF) применяются к проектированию освещения, чтобы учесть снижение мощности светильников, используемых в любом осветительном приборе, и обеспечить правильный уровень освещенности в «конец срока службы». Расчет MF учитывает амортизацию светильника и влияние окружающей среды на установку, что также относится к светодиодному освещению. Метод расчета коэффициента обслуживания четко указан в спецификации освещения SLL. Поскольку структура и рабочие характеристики светодиодных ламп отличаются от характеристик традиционных ламп, стандарт ISO_CIE 22012-2019 «Свет и освещение. Определение коэффициента технического обслуживания» дает подробное введение в расчет коэффициента технического обслуживания светодиодных светильников и факторов, влияющих на них. расчет коэффициента обслуживания.
Этот документ призван помочь проектировщикам освещения применять разумные значения MF в процессе проектирования освещения, чтобы максимизировать производительность светодиодных светильников. Это гарантирует, что предоставленное решение по-прежнему будет обеспечивать правильный уровень освещения в конце срока службы. В то же время это также будет большим подспорьем для участников проекта и дизайнеров освещения, включая реализацию проектов освещения в разных местах, улучшение разработки освещения и получение ответов на сопутствующие вопросы, что будет способствовать энергичному развитию светодиодной промышленности.
Зачем нам нужно проверять коэффициент обслуживания?
Зачем нужен коэффициент обслуживания? Так как в процессе эксплуатации, из-за затухания источника света, снижения коэффициента пропускания света рефлектора/рефрактора/светоизлучающей поверхности светильника, загрязнения окружающей среды светильником и других факторов, световой поток лампы однозначно уменьшится, а результат освещения ухудшится. При этом мы можем знать, что коэффициент технического обслуживания находится в диапазоне 0-1, и при проектировании мы должны соответствующим образом увеличить расчетное значение (увеличить световой поток лампы), чтобы сбалансировать общее затухание света лампы в будущее, так что результат освещения может соответствовать стандартным требованиям. Поскольку в стандарте указывается стоимость обслуживания вместо начального значения (расчетная стоимость), нам необходимо заранее определить коэффициент обслуживания в соответствии с особенностями лампы, условиями использования, временем проекта и ежедневным обслуживанием и т. д. Коэффициент, по которому расчетное значение увеличивается обратно обратно коэффициенту обслуживания. Следовательно, коэффициент эксплуатации является экономическим показателем, и чем больше значение, тем лучше, так как при определенных технических условиях эффективность светильников (источников света) в целом близок, а определенное увеличение светового потока означает и определенное увеличение светового потока. инвестиционные затраты. Разумное определение коэффициента обслуживания имеет практическое значение для правильной реализации проекта и инвестиций в проект, поэтому мы должны серьезно относиться к фактору обслуживания светодиодной продукции в проекте.
Фактор обслуживания – цикл обслуживания
Как проверить коэффициент обслуживания для проектирования освещения?
Фактический коэффициент обслуживания ламп в моделировании освещения зависит от многих факторов, и его результат определяется коэффициентом поддержания светового потока лампы, коэффициентом долговечности лампы, коэффициентом обслуживания светильника и коэффициентом обслуживания поверхности помещения. Формула для расчета коэффициента обслуживания для проектирования внутреннего освещения выглядит следующим образом. Формула расчета для наружного освещения (кроме туннелей и подземных переходов) аналогична, за исключением того, что не учитывается коэффициент обслуживания поверхности помещения.
MF = LLMF (Коэффициент обслуживания светового потока лампы) x LSF (Коэффициент срока службы лампы) x LMF (Коэффициент обслуживания светильника) x RSMF (Коэффициент обслуживания поверхности помещения)
LLMF – Коэффициент поддержания светового потока лампы или коэффициент сохранения светового потока
Коэффициент сохранения светового потока лампы (LLMF) представляет собой уменьшение светового потока с течением времени из-за старения источника света или светильника в процессе нормальной эксплуатации (исключая внешние факторы). Это определяется как отношение затухающего светового потока к начальному световому потоку.
Для светильников со встроенными источниками света должен быть определен коэффициент сохранения светового потока LLMF для всего светильника. Для ламп с неинтегрированными источниками света коэффициент светового потока LLMF следует определять как коэффициент поддержания светового потока источника света (т. е. модуля LED). Коэффициент светового потока LLMF, определенный на уровне светильника, будет лучше отражать реальность, поскольку он включает все компоненты и условия эксплуатации. Таким образом, это метод по умолчанию для всех типов светильников. Для светодиодных светильников коэффициент светового потока LLMF должен быть подтвержден совместно в соответствии с интервалом замены источника света или светильника и стандартом IEC 62722-2-1 поставщика светильника.
Пример проверки коэффициента светового потока: Когда срок службы установки составляет 10 лет при 4 000 часов горения в год, это дает в общей сложности 40 000 часов горения для всего проекта. Поскольку в предоставленных спецификациях указана амортизация только за 50 000 часов, амортизация после 40 000 часов может быть рассчитана на основе приведенной ниже формулы. Используя справочную спецификацию L80 = 50 000 ч, расчетный коэффициент светового потока LLMF = 0,84.
Коэффициент светового потока, LLMF = 1 – 40000 / 50000 * (1-0.8) = 0.84
LSF – фактор выживания светильников
Коэффициент выживания (LSF), который представляет собой вероятность того, что источник света и/или светильник будут продолжать функционировать в заданное время. Этот коэффициент должен основываться на типе режима замены (режим точечной замены и режим групповой замены). На практике система замены точек является системой по умолчанию для обеспечения безопасности. Однако при точечной замене необходимо отслеживать каждый светильник в проекте, что неизбежно приведет к огромной трате ресурсов. Если это групповая замена, нам нужно разделить срок службы каждого компонента лампы, чтобы определить LSF. Из-за производительности светодиодов в некоторых проектах вероятность повреждения светодиодов будет низкой, поэтому по умолчанию этот коэффициент равен 1.
Пример проверки факторов выживания: когда в проекте используется групповая замена, необходимо проверять отдельные компоненты. В течение срока службы светильника интенсивность отказов источника света составляет 1 %, что соответствует 0,8 % в течение 40000 часов срока службы установки (вероятность отказа Pf = 0,8/100 = 0,008), что соответствует вероятности выживания Ps 0,992 (Ps = 1,0 – Pf = 100 – 0,008). Драйвер светодиодный имеет частоту отказов 1 % каждые 5000 часов, что соответствует общей частоте отказов 8 % за 40 000 часов (вероятность отказа Pf = 8/100 = 0,08). Это соответствует вероятности выживания Ps, равной 0,92 (Pa = 1,00–0,08) в течение всего срока службы установки. Поскольку у водителя самая низкая вероятность выживания, коэффициент выживания LSF = Ps = 0,92.
Интеллектуальное управление для сообщения о неисправном уличном освещении
LMF – коэффициент обслуживания светильника
Поскольку светодиоды обычно не имеют обращенных вверх поверхностей и обычно закрыты, это уменьшает площадь поверхности, на которой грязь может осаждаться на светодиодах. Например, Класс IP: IP66, Категория загрязнения: Низкая, Интервал очистки светильника: 3 года, сверившись с соответствующей таблицей, получаем, что коэффициент обслуживания лампы должен быть 0,9.
Коэффициент обслуживания светильника для наружного светильника
Коэффициент технического обслуживания светильника (LMF) выражает относительную выходную мощность светильника из-за отложений грязи на источнике света, оптике или других компонентах, влияющих на выходную мощность светильника. Коэффициент обслуживания светильника (LMF) должен определяться на основе трех основных факторов: степени защиты IP светильника, условий окружающей среды и интервалов очистки, как описано в CIE 097:2005 (светильники для внутреннего освещения) и CIE 154:2003 (светильники для наружного освещения). Здесь мы в основном обсуждаем, как подтвердить коэффициент обслуживания наружных светильников (светодиодные уличные фонари, прожекторы ) с помощью соответствующей таблицы. Структура и состав светодиодных ламп отличаются от стандартных ламп. Эффект грязевых отложений не так выражен, как при использовании обычных источников света.
RSMF –Коэффициент ухода за поверхностью помещения
Коэффициент обслуживания поверхности помещения (RLSM) учитывает уменьшение отражений от поверхности. Для внутренних помещений это относится ко всем соответствующим отражающим поверхностям, таким как стены и потолки, в то время как для наружных применений это относится только к туннелям и подземным переходам (данный документ не распространяется, дополнительную информацию о туннелях и подземных переходах можно найти в CIE 088:2004). . Для наружного освещения (кроме туннелей и подземных переходов) коэффициент обслуживания поверхности LSM устанавливается равным 1,00. Фактор обслуживания внутренней поверхности LSF должен быть подтвержден на основе принципов, описанных в CIE 097:2005. Этот коэффициент основан на распределении светильников, отражательной способности основных поверхностей (потолок/стены/пол), категории загрязнения окружающей среды и интервале очистки поверхности. Подтверждение коэффициента обслуживания можно найти в прилагаемой таблице CIE 097:2005, и мы не будем расширять ее здесь из-за нехватки места.
Примеры проверки коэффициента обслуживания для проектирования освещенияxa
Коэффициент технического обслуживания должен использоваться в дизайне освещения, чтобы гарантировать, что светильник будет соответствовать соответствующим требованиям к освещению в течение всего согласованного срока службы установки, когда установка обслуживается в соответствии с предписанным графиком технического обслуживания. В предыдущей главе мы подробно представили различные факторы, влияющие на коэффициент технического обслуживания. Здесь мы приведем пример определения коэффициента обслуживания в практических приложениях, надеясь углубить понимание расчета коэффициента обслуживания.
Таблицы для проверки каждого фактора относятся к фактору технического обслуживания
Таблицы C.1, C.2, C.3 и C.4 коэффициента обслуживания внутреннего светильника показаны ниже, а наружного освещения показаны в таблице 1. Коэффициент обслуживания внутренней поверхности см. CIE 097:2005 или свяжитесь с ZGSM для получения более подробной информации.
Различные световые решения ZGSM с различными коэффициентами обслуживания
Поскольку фактор технического обслуживания очень важен, ниже мы перечислили различные уличные фонари и светильники для высоких пролетов с разным MF в практическом применении, а также способы оптимального достижения требуемых результатов освещения с меньшим потреблением энергии или меньшим количеством ламп.
Для высокого эркерного освещения
Example 1 – Street light Example 2 – Street light
Dialux results: 50W street light, 1.07cd/m2, U0=0.40 Dialux results: 40W street light, 1.01cd/m2, U0=0.40
Здравствуйте, клиенты,
Меня зовут Тейлор Гонг, я менеджер по продукции ZGSM Tech. Я работаю в сфере светодиодных светильников более 13 лет. Хорошо разбирается в дизайне освещения, настройке системы уличного освещения и поддержке технологии торгов. Не стесняйтесь связаться с нами. Я рад предоставить вам лучший сервис и продукты.
Чтобы сделать комнату светлой и визуально приятной, нужно ответственно подойти к выбору источников освещения. Однако просто так оборудовать помещение без соответствующих расчетов не выйдет: большой риск или создать пересвет, или недостаточно осветить отдельные участки комнаты. В этой статье мы расскажем вам, как правильно рассчитать освещенность помещения и подобрать подходящие источники света, чтобы создать максимально гармоничную и приятную глазу картину.
Важность правильного освещения
Правильное расположение источников освещения в комнате – это важная часть дизайна любого помещения, которая поможет превратить даже заурядное, ничем не примечательное помещение в нечто необычное. Акцентирование освещения, расположение светильников, регулировка яркости, контрастности и цветовой гаммы, грамотное затенение – все эти приемы определяют дизайн освещения комнаты.
Безусловно, самая важная цель освещения – это хорошая видимость элементов комнаты, которая позволяет четко разглядеть всю обстановку без излишнего напряжения для глаз человека. Однако кастомизированное (измененное) освещение может использоваться для других целей: индивидуальный дизайн, настройка освещения для проведения фотосессии, съемки видеорепортажей, профессиональной фотографии и многого другого. В этой статье мы основательно разберем тему правильного освещения, математические расчеты, характеристики самых распространенных видов ламп и определим те нормы, которым должны соответствовать освещаемые помещения.