CC BY
28
Выбор грозостойкого кабеля по экономическим критериям в условиях неопределенности
Ключевые слова: грозостойкость, вероятное количество повреждений, оптический кабель, капитальные затраты, чистая текущая стоимость.
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 повлиять 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. Длительность восстановительных работ велика и требует больших материальных затрат. Статья посвящена выбору типа кабеля в условиях повышенной грозовой активности. Сравниваются оптические кабели различных категорий грозостойкости в условиях прокладки в районе с повышенной грозовой активностью. В качестве критерия выбора кабеля используется показатель чистой текущей стоимости. Особое место в оценке занимает определение вероятности повреждений ОКЛ, что позволяет решить задачу оптимального выбора кабеля и экономии денежных средств при проектировании оптических кабельных магистралей. 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 С.А., кафедра Менеджмента, МТУСИ, доцент, доцент, к.т.н., [email protected]
Зубилевич А.Л., кафедра "Направляющие телекоммуникационные среды", МТУСИ, профессор, доцент, к.т.н., [email protected]
Царенко В.А., МТУСИ, кафедра Менеджмента, аспирант, [email protected]
Воздействие внешних факторов
на оптические кабельные линии
При проектировании оптических кабельных магистралей необходимо учитывать, что цепи и тракты линий связи постоянно находятся под воздействием сторонних факторов, влияющих на реализацию проекта. Одним из таких факторов является воздействие электромагнитных полей и токов на ОКЛ. 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 (J1C). 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.
Критерии оптимального выбора оптоволоконного кабели
В настоящее время волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) начинают широко проникать 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 обосновать правильность решения но 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. I.
Таблица I
Исходные данные
Фактор Ед. и 4M. 'Значение
Кабель категории IV (40 кА) тыс.руб./км 40 ООО
Кабель категории II (95 кЛ) ты е. руб./км 75 ООО
При проектировании линий связи в исследуемых районах выбор марок оптических кабелей связи осуществляется по результатам анализа данных инженерных изысканий трассы прокладки кабеля. При этом, 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 NPVQiet Present Value) [2, 31:
NPV = f {griЭр, ~4 -ш,\у-н„ )+А, ^ (1)
Ы\ (1 + d)
Л
где Д, - доходы, создаваемые ВОЛС в /-ом году; Эр, - расходы на производство н реализацию услуг (эксплуатационные расходы) в /-ом году (без амортизационных отчислений); Aj - амортизационные отчисления в /-ом году; Ш, - величина потерь в /-ом году, вызванная простоями ВОЛС из-за грозовых повреждений; Ни - величина налога па прибыль, выраженная в относительных единицах (Нц = 0,2); К(, - капитальные затраты на создание ВОЛС; d - дисконт-фактор.
Величина капитальных затрат в формуле (1) во многом определяется стоимостью выбранного ОК. Стоимость OK 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 но стойкости к ударам молнии
Категории кабели 1„ кА
I > 105
II 80...105
III 55...80
IV <55
Применяя к третьему слагаемому в выражении (4) формулу суммы членов убывающей геометрической прогрессии, мы получаем формулу для сравнения двух альтернативных проектов:
и Ш.-Ш- , ,
ANPV - I —i-f{\-Hny&K
t-
НПНА
1—
1
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 грозостой кости. Оптические кабели, выдерживающие ток молнии менее 55 кА, относятся к четвертой категории.
Выбор О К предлагается осуществлять путем сравнения кабелей разных категорий грозостой кости. Для этого случая, рассмотрим разность показателей МРУ 2-х различных кабелей:
д№У = ЫРУг-МРУ,, (2)
Где МРУ/ — чистая текущая стоимость при решении применять кабель меньшей грозостойкости; Д'РУ2 - чистая текущая стоимость при решении применять кабель большей грозостойкости.
С учетом равенства доходов и эксплуатационных расходов (без амортизационных отчислений) формула (2) примет вид:
„I (1+^7
где А, - амортизационные отчисления в ('-ом году для кабеля с большей грозостой костью, определяется как Л. —Ка-НА\ АI — амортизационные отчисления в /-ом году для кабеля с меньшей грозостой костью, определяется как а' = Ки ■ Нл; Кп - капитальные затраты на создание ВОЛС в случае использования кабеля меньшей грозостойкости; К„ — капитальные затраты на создание ВОЛС в случае использования кабеля большей грозостойкости, определяется как
После ряда преобразований и упрощений выражение (3) принимает вид:
тру = уШ,~ {]-Н„)-АК + ± ёлЕЖ (4)
Ъ (] + </)' Ь (1 + с!)
Где [Щ — величина потерь в случае использования кабеля меньшей грозостойкости в /-ом году; Ш, — величина потерь в случае использования кабеля большей грозостойкости в /-ом году; Нл — норма амортизационных отчислений (ИА = 0,04); АК - разница между стоимостью кабелей разной грозостойкости; Ш^Мр-Тсрс
где - количество повреждений за г од; Тср - среднее время простоя ВОЛС; с - потери за один час.
Особое место в оценке эффективности выбора типа ОК занимает определения ожидаемых параметров грозоповреж-даемости 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-К «Защита волоконно-оптических кабелей от ударов молнии», по формуле:
где км - 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 (> /„) - вероятность амплитуды тока молнии; 1а - ток повреждения в кА. соответствующий минимальной величине амплитуды тока молнии, вызывающего возникновение прямой дуги к кабелю и возникновение первичного повреждения.
Эффект от применения кабеля с повышенной грозостой-костью {АИРУ) 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 получит дополнительный чистый доход в размере 4 млн. руб.
Рис. 1. Величина эффекта от применения кабеля с более высокой грозостой костью (АИРУ)
Па рисунке 2 представлена оценка эффективности решения для кабелей с различными категориями грозостойкости. 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 дорог ого кабеля с большей защитой не всегда является обоснованным решением.
Ток повреждения/,,, [кА]
Рис. 2. Величина эффекта от применения кабелей с разной грозостой костью (¿],\!Р1'Г)
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 ОКЛ при грозовых разрядах, который способен существенно снизить доходы и прибыль телекоммуникационных компаний.
Предложенная в статье модель, в которой оценка проводится путем сравнения кабелей с разной категорией грозо-стойкости, 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 также приводит к значительному удорожанию линии связи. В этом случае модель позволяет принять наиболее эффективное решение.
Предложенная модель может быть рекомендована к практическому применению.
!. Колесников О.В. Особенности грозовых воздействии 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: 11ер. с англ.- 2-е изд. - М.: Дело, 2001, - 360 с.
3. Сиднее С.А., Зубилевич A.J1. Экономический показатель -основа выбора типа волокон для ВОЛС // КАБЕЛЬ - news, №2, 2012, -С.46-48.
4. Руководство по защите подземных кабелей связи от ударов молнии. - М.: Связь, 1975.-206с.
5. Руководство по защите оптических кабелей от ударов молнии,-М.;ЦНИИС, 1996.-278с.
Choice stormsteady cable according to economic criteria in conditions of uncertainty
Serge Sydney, associate Professor of the Management of MTUCI, [email protected] Alexander Zubilevich, Professor of the Department NTS MTUCI, [email protected] Vladimir Tsarenko, graduate student of chair of Management of MTUCI, [email protected]
Abstract
The present stage of development of a society characterized by high rates of growth of the transmitted information. Therefore more and more rigid requirements for their reliability and survvability are imposed lo again under construction lines and communication networks. At real design very seldom it is possible lo implement all recommendations connected with ensuring optimum design or finding of the best and most effective solutions of design tasks. In this regard the assessment of quality and efficiency of projects is, as a rule, carried out by comparing the main criteria of this project with average for similar or earlier completed projects. Performing calculations for several options of design decisions promotes acceptance optimum of possible decisions. When designing fiber optic cabling highways must take into account many factors that can affect the choice of cable. One such factor is storminjury optical cable communication line. Damage of underground optical cable lines when lightning discharges is one of the reasons for the dramatic decline of operational reliability of the network. As is known, storm, getting into the optical cable may cause damage, as with a break or without break ties. Damage to the cable sheath may reach hundreds of meters. The duration of the rehabilitation works great and is very expensive. Therefore, the question select the cable type with regard to its stormsteady. The paper is devoted to the selection of cables in a high storm activity. In work compares the cables of various categories of the stormsteady the conditions of the routing in an area with increased storm activity. As a selection criterion cable indicator used in the net present value (NPV). A special place in the evaluation is to determine the probability of damage to the optical cable line that allows will solve a problem of an optimal choice of a cable and economy of money at design of optical cable highways. The results of calculations, analysis of the results of the assessment, recommendations are given for choosing the type of optical cable for the newly planned construction of optical cable highways in areas with increased storm activity.
Keywords: stormsteady ,the likely amount of damage, optic cable, capital expenditures, net present value. References
1. Kolesnikov O.V. Peculiarities of lightning effects on the optical the cable line and measures for their protection in relation to areas of Extreme the North European part of Russia. Author's abstract on competition of a scientific the degree of candidate of technical Sciences. Moscow, 2006. 19 p.
2. Walsh K. Key management indicators: How to analyze, compare and control data defining the value of the company; TRANS. from English. 2nd ed. Moscow: Delo, 2001. 360 p.
3. Sydney SA, Zubilewich A.L. Economic indicator - the basis of select the type of fibers for fiber optic /CABLE - news, No. 2, 2012. Pp.46-48.
4. Guidance on the protection of underground communication cables from lightning strikes. Moscow: Communication, 1975. 206 p.
5. Guide for the protection of optical cables from lightning strikes. Moscow: ZNIIS, 1996. 278 p.
Л
Литература
