СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СЕТЕВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПОВЕРХ ОПТОВОЛОКОННОГО КАБЕЛЯ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использована для электропитания телекоммуникационного и оконечного сетевого оборудования посредством оптоволоконного кабеля связи.
Известно устройство питания электротехнических устройств (патент РФ №2108649, МПК Н02J 3/00, опубл. 10.04.1998). Описываемая система содержит генератор переменного напряжения с перестраиваемой частотой, высокочастотный трансформатор Тесла, соединения одного из выводов высоковольтной обмотки с одной из входных клемм питаемого устройства и установления резонансных колебаний. Второй вывод трансформатора изолирован. Предлагаются различные варианты схемных решений генератора и приемника-преобразователя.
Недостатком данного технического решения является сложность конструкции, вызванная необходимостью создания специализированных высоковольтных линий передачи электроэнергии и необходимостью поддержания резонансных колебаний при меняющихся характеристиках линий в реальных погодных условиях эксплуатации. Также недостатком является высокие первоначальные затраты на создание специализированных линий электропередач.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является «Интегрирования система передачи электрической энергии и данных на основе оптоволоконного кабеля связи» (Патент на полезную модель РФ №114236, МПК H02J 3/00, опубл. 10.03.2012). Описываемая система содержит генератор переменного напряжения, приемники-преобразователи электрической энергии с высокочастотными трансформаторами, оптоволоконный кабель с металлическим компонентом, один вывод высокочастотного трансформатора подсоединен к металлическому компоненту оптоволоконного кабеля, второй вывод трансформатора заземлен, устройства-потребители подключены посредством приемников-преобразователей к проводникам, прибандажированным к оптоволоконному кабелю в местах установки оборудования.
Недостатком данного технического решения является ограниченность использования упомянутой системы передачи электрической энергии в целях электропитания телекоммуникационного оборудования, т.к. при ее использовании потребители электроэнергии должны быть расположены вдоль трассы прокладки единственного оптоволоконного кабеля. Построение территориально-распределенных древовидных сетей с централизованным электропитанием от единого источника электроэнергии приводит к усложнению конструкции.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является разработка конструкции для электропитания телекоммуникационного и оконечного сетевого оборудования, которая обеспечила возможность более широкого применения, в частности для электроснабжения удаленного оборудования, к которому нежелательно или невозможно провести отдельный от сети передачи данных кабель электропитания.
Решение этой задачи достигается тем, что в известной системе передачи энергии, содержащей генератор переменного напряжения, оптоволоконный кабель с металлическими компонентами, приемники-преобразователи электрической энергии с высокочастотными трансформаторами, изменена топологическая схема распределения электроэнергии. Оптоволоконный кабель состоит из множества сегментов, металлические компоненты которых стянуты в точку и подключены к единому генератору переменного напряжения по топологии «звезда», а входы множества приемников-преобразователей подключены к проводящим (металлическим) компонентам одного из сегментов кабеля. Металлические компоненты волоконно-оптических кабелей связи используются для электроснабжения удаленного оборудования, к которому нежелательно или невозможно провести отдельный кабель электропитания.
Сущность данного решения поясняется рисунком 1, на котором показана схема электропитания удаленных сетевых и оконечных устройств, осуществляемая поверх оптоволоконного кабеля связи.
Блокам системы присвоены следующие позиции:
1. Генератор переменного напряжения;
2. Приемник-преобразователь;
3. Проводящий (металлический) компонент оптоволоконного волоконного кабеля;
4. Коммутирующее оборудование с оптоволоконными портами ввода-вывода;
5. 0птический преобразователь;
6. Оптические волокна из состава кабеля;
7. Оптоволоконный кабель связи с силовыми проводящими компонентами;
8. Оконечное оборудование связи;
9. Источник электропитания;
10. Сеть передачи данных.
Электропитание сетевого оборудования реализуется следующим образом. Генератор электромагнитной волны (1), подключенный к металлическим компонентам (3) различных сегментов оптоволоконного кабеля (7), формирует высокочастотный высоковольтный синусоидальный сигнал и обеспечивает электропитание потребителей, подключенных ко всем сегментам оптоволоконного кабеля. Генератор электромагнитной волны (1) обеспечивает автоматизированную подстройку частоты сигнала с учетом распределенных характеристик емкости и индуктивности различных сегментов оптоволоконного кабеля. Приемник-преобразователь (2) энергии электромагнитной волны в постоянный электрический ток на приемной стороне оптоволоконного кабеля подключен к металлическому компоненту (3). Второй вывод приемника-преобразователя подключен к изолированному от внешней среды проводящему каркасу корпуса питаемого устройства или заземлен. Выход приемника-преобразователя формирует требуемое напряжение переменного или постоянного тока и обеспечивает необходимую мощность для электропитания нагрузки. Для повышения потребительских характеристик системы электропитания поверх оптоволоконного кабеля связи генератор (1) может быть автономным устройством. Другой вариант - генератор (1) может быть смонтирован в едином корпусе с коммутирующим оборудованием связи (4). Коммутирующее оборудование (4) обеспечивает связь сети передачи данных с удаленным оборудованием (8) посредством оптических преобразователей (5) и оптического волокна (6), входящего в состав оптоволоконного кабеля (7). Приемник-преобразователь (2) также может быть автономным устройством либо смонтированным в едином корпусе с питаемым удаленным оборудованием (8) и оптическим преобразователем (5). Электропитание телекоммуникационного и оконечного сетевого оборудования осуществляется поверх оптоволоконного кабеля связи (7), имеющего в своем составе металлические силовые компоненты - трос или проволоку для повышения механической прочности кабеля при воздушной подвеске на опорах и прокладке кабеля механизированным способом в кабельной канализации, металлическую ленточную оболочку защиты кабеля от порывов в процессе эксплуатации при проведении различных земляных, строительных или ремонтных работ, а также специализированное напыление на защитной изоляции кабеля.
Использование полезной модели позволяет:
- Обеспечивать электроснабжение удаленного оборудования, к которому затруднительно или невозможно провести отдельный от сети передачи данных кабель электропитания за счет трансляции электрической мощности в виде электромагнитного волны, распространяющейся вдоль металлического компонента оптоволоконного кабеля.
- Увеличивать строительные длины сегментов сетей с поддержкой электропитания поверх оптоволоконного кабеля связи за счет снижения потерь электрической мощности на нагрев проводников с током;
- Упростить конструкцию при централизованном электропитании удаленного телекоммуникационного и оконечного оборудования за счет оптимизации трасс прокладки кабеля;
- Повысить максимально допустимую мощность электропотребления удаленного сетевого и оконечного оборудования за счет существенного снижения значений активного тока, протекающего по металлическому компоненту кабеля.
Предлагаемая система электропитания сетевого оборудования поверх оптоволоконного кабеля связи может быть применена для обеспечения электропитания сетевых коммутаторов, маршрутизаторов, IР-телефонов, точек доступа беспроводных сетей Wi-Fi, IР-камер, базовых станций сотовой связи и других устройств.