Волоконно-оптическая линия связи на участке железной дороги

Министерство образования Республики Беларусь Белорусский государственный университет транспорта Электротехнический факультет Кафедра автоматики и телемеханики КУРСОВОЙ Проект ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ НА участке ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГЕ Гомель 2013

Содержание Введение

1. Линии автоматики, телемеханики и связи на участке железной дороги

1.1 Исходные положения

1.2 Организация цепей электрической связи

1.3 Организация цепей автоматики и телемеханики

2. Электрическая линия связи

2.1 Трасса электрической линии связи

2.2 Тип электрического кабеля и распределение цепей

2.3 Волновые параметры передачи однородных цепей кабеля

2.4 Волновые параметры передачи групповых электрических цепей

3. Монтаж ответвлений от электрического кабеля

4. Волоконно-оптическая линия связи

4.1 Трасса оптической линии связи

4.2 Организация дорожной связи

4.3 Организация отделенческая связь

4.4 Организация общетехнологической телефонной связи

5. Выбор типа и емкости волоконно-оптического кабеля

6. Расчет длины элементарного участка

7. Подвеска ВОК на опорах контактной сети

8. Переходы и пересечения железных и автомобильных дорог

9. Расчет надежности оптической линии связи

10. Спецификация оборудования для строительства, эксплуатации и контроля оптической линии связи

Заключение

Список литературы

Приложение а. Состав механизмов и материалов, монтажного, сварочного и измерительного оборудования ВОЛС

Введение

В настоящее время железнодорожный транспорт оснащен совершенными устройствами автоматики, телемеханики и связи для планирования и оперативного руководства работой железных дорог, отделений железных дорог, станций и их подразделений. Четкое и бесперебойное функционирование этих устройств в значительной степени зависит от надежной работы кабельных линий и сетей связи.

Широкое внедрение совершенных устройств для увеличения пропускной способности железных дорогах, регулирования движения поездов и обеспечения безопасности движения (автоблокировка, электрическая и диспетчерская централизация, автоматическая локомотивная сигнализация и др.), а также устройств вычислительной техники вызывает непрерывный рост кабельных линий и сетей связи, автоматики и телемеханики.

В настоящее переходное время от электрических к волоконно-оптическим кабелям на железных дорогах начато внедрения волоконно-оптических линий связи и систем передачи, повышающих качество и надежность связи и дающих неограниченные возможности в увеличении количества каналов связи. Непрерывно развиваются также сети общеместной телефонной связи, которая, как правило, автоматизируется.

В курсовом проекте проектируется участок линии связи на железной дороге, с использованием электрического кабеля для электрической двухкабельной линии связи (каждое направление передачи занимает отдельный кабель) и оптической однокабельной линии связи с использованием волоконно-оптического кабеля (ВОК). Для организации передачи по ВОК с высоким качеством связи применяются цифровые волоконно-оптические системы передачи (ВОЛП), предназначенные для магистральной, дорожной, отделенческой оперативно-технологической (ОТС) и общеслужебной телефонной связи общего пользования (ОбТС).

Электрический симметричный кабель связи, помимо ОТС, предназначен для организации линейных цепей систем диспетчерской централизации (ДЦ), автоблокировки (АБ), а также для частичного резервирования каналов организованных по ВОК.

Кабельные линии связи обладают большой эксплуатационной надежностью, так как они меньше подвержены вредным воздействиям окружающей среды (атмосферные осадки, ветровые нагрузки и др.). Они экономичнее воздушных линий по затратам на строительство и эксплуатационным расходам.

1. Линии автоматики телемеханики и связи на участке железной дороги

1.1 Исходные положения На заданном участке железных дорогах функционируют две кабельные магистрали: с аналоговая телекоммуникационная сеть связи (АТКС) и вновь создаваемая цифровая телекоммуникационная сеть связи (ЦТКС). При этом обе сети организационно и технически жестко взаимоувязаны между собой и в совокупности представляют аналого-цифровую сеть связи железнодорожного транспорта (АЦСС ЖТ), которая будет существовать вплоть до полного прекращения эксплуатации АСП, работающих по электрическим цепям кабельных линий связи (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 — Организация связи на участке железной дороги с помощью АСП и ЦСП: СПУН промежуточный необслуживаемый усилитель АСП; STM — синхронный транспортный модуль ЦСП

По электрическому кабелю с помощью АСП типа К-60Т организована каналы связи магистральных и дорожных первичных сетей и линейный кабель вводится в оконечные обслуживаемые усилительные пункты (ОУП) и необслуживаемые (НУП) усилительные пункты. НУП устанавливаются примерно через 19 км и для усиления сигналов в них используются стойки усилителей СПУН многоканальной системы К-60Т.

По ВОК организована оптическая связь с помощью цифровых систем передачи — синхронных транспортных модулей STM.

Таким образом, для настоящего периода характерно одновременное функционирование АСП и ЦСП и оборудования оконечных пунктов (терминалов), работающих в тональном (низкочастотном) спектре частот по электрическим кабелям с медными жилами.

1.2 Организация цепей электрической связи

Цепи электрической связи, используемые непосредственно для организации движения поездов и оперативного управления работой участка железной дороги, вводятся в многочисленные пункты, расположенные вдоль КЛС на перегонах и станциях. Эти цепи, как правило, являются групповыми (коллективными), в которые включаются до 15−20 телефонных аппаратов (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 — Организация цепей автоматики, телемеханики и связи по электрическому кабелю

Виды отделенческой телефонной и поездной радиосвязи, которыми оснащаются железнодорожные линии, зависят от конкретных особенностей участка и определяются требованиями ПТЭ. Каждый из этих видов связи организуется по отдельной двухпроводной или четырехпроводной электрической цепи и осуществляется в спектре тональных частот (от 300 до 3400 Гц).

При разработке схемы организации связи было учтено, что по КЛС могут организовываться также низкочастотные цепи соединительных линий между железнодорожными автоматическим телефонными станциями (ЖАТС), связи охраняемых переездов с дежурными по станциям, а если предусмотрено телеуправление тяговыми подстанциями, — то и отдельные цепи ТУ, ТС.

Пункты, в которые заводятся все или отдельные виды связи, определяются характером размещаемых в них объектов. Например, в пассажирское здание или пост ЭЦ промежуточных станций, в которых размещаются обычно все служебные станционные помещения, заводятся все виды отделенческой связи. В релейные шкафы сигнальных точек автоблокировки или переезда заводится межстанционная связь, что позволяет при необходимости организовать на перегоне временный обслуживаемый разделительный пункт.

В промежуточные пункты цепи отделенческих видов связи могут вводиться либо шлейфом (с разрезом линейных проводов), либо параллельно (параллельным подключением к линии установок связи). Ввод цепей шлейфом имеет эксплуатационные преимущества, поскольку позволяет устраивать замену поврежденных участков одних видов связи исправными цепями других, отключать поврежденные установки связи с сохранением нормальной работы остальных установок, организовывать необходимые виды связи с местами восстановительных работ и т. д. Поэтому цепи перегонной и межстанционной связей вводятся к объектам только шлейфом. Шлейфом вводятся также все виды связей в пассажирские здания или посты ЭЦ, если на этих станциях отсутствуют усилительные пункты. На тех станциях, где находятся усилительные пункты, ответвления от магистрального кабеля на пост ЭЦ в пассажирское здание и другие объекты, как правило, не делаются, а необходимые цепи связи и автоматики передаются от усилительного пункта кабелем вторичной коммутации. Отдельные ответвления не делаются также в тех случаях, когда объекты располагаются друг от друга на расстоянии менее 100 м. В этих случаях устраивается один общий «отпай» от магистрального кабеля и ответвление заканчивается на ближайшем из объектов. Для передачи требуемых цепей ко второму объекту прокладывается кабель вторичной коммутации.

Ответвления цепей осуществляются шлейфом или параллельно; цепи автоматики всегда ответвляют шлейфом, при этом цепь ДК вводится только на станции. Остальные цепи автоматики и телемеханики (СЦБ), включая и цепь ЗС, заводятся во все релейные шкафы проходных светофоров и переездов на перегонах, что облегчает решение вопроса организации двустороннего движения поездов по одному из путей перегона при капитальном ремонте другого пути. На станциях, где нет усилительных пунктов (НУП, ОУП), все цепи отделенческой связи заводят в пассажирское здание с устройствами автоматики или пост электрической сигнализации (ЭЦ) шлейфом. На тех же станциях, где находятся ответвления от магистрального кабеля на пост ЭЦ или в пассажирское здание с устройствами автоматики, как правило, не делают, а необходимые цепи связи и автоматики передают от усилительного пункта кабелем вторичной коммутации.

На заданном участке железной дороги необходимы следующие виды отделенческой связи:

ПДС — поездная диспетчерская; для связи поездного диспетчера с дежурными по станциям диспетчерского круга для оперативного руководства движением поездов;

МЖС — поездная межстанционная; для переговоров дежурных по смежным станциям по вопросам движения поездов;

ПС — постанционная связь; для переговоров работников раздельных пунктов между собой;

ПГС — перегонная связь; для переговоров работников на перегоне с дежурным по ближайшей станции;

ОПГС — обходная ПГС; для выхода работников на перегонах и станциях на телефонный коммутатор участковой станции;

ЛПС — линейно-путевая связь работников дистанций пути;

ЭДС — энергодиспетчерская; для оперативного управления подачей энергии потребителям железнодорожного транспорта;

СЭМ — служебная связь электромехаников; дистанции сигнализации и связи;

ДБК — диспетчерская билетных касс; для централизованного распределения мест на пассажирские поезда;

ВГС — вагонно-диспетчерская связь; для оперативного распределения вагонного парка отделения железной дороги;

ПРС — поездная радиосвязь; для переговоров связи поездного диспетчера, дежурного по станции и энергодиспетчера с машинистами локомотивов;

ОПРС — обратная ПРС; то же;

ТУ-ТС — цепи телеуправления и телесигнализации Пр-Зд — связь охраняемого переезда с дежурным по станции и поездным диспетчером.

1.3 Организация цепей автоматики и телемеханики На рисунке 1.2 приведена также схема организации цепей автоматики и телемеханики на перегоне. На рисунке использованы следующие обозначения:

ЭЦ — пост ЭЦ;

ОУП — обслуживаемый усилительный пункт кабельной магистрали;

ШН — квартира электромеханика СЦБ или связи;

РШ-ВХ — релейный шкаф входного светофора;

П — жилое или служебное здание пути;

РШ — релейный шкаф сигнальной точки автоблокировки или переезда;

ОП — остановочный пункт пригородных поездов;

ПБ — будка дежурного по переезду (охраняемый переезд);

РШ-АПС — релейный шкаф неохраняемого переезда;

ТП — тяговая подстанция;

ПЗ — пассажирское здание.

Электрический кабель связи проложен на расстоянии 40 м от железнодорожных путей. Такое расстояние позволяет проложить кабель без обхода объектов, расположенных на протяжении всего перегона. Необходимо отметить, что трасса КЛС расположена с той же стороны, где находятся ОУП и ПЗ. Такой выбор обусловлен меньшим количеством объектов, расположенных с другой стороны железнодорожного пути.

Цепи ПГС и СЭМ в квартиру электромеханика, а также цепи ПГС и МЖС в релейный шкаф неохраняемого переезда заведены кабелем вторичной коммутации. Это обусловлено тем, что расстояние между релейным шкафом входного светофора и квартирой электромеханика, а также расстояние между будкой дежурного по переезду и релейным шкафом неохраняемого переезда составляет менее 100 м.

2. Электрическая линия связи

2.1 Трасса электрической линии связи Трасса для строительства КЛС, как правило, находиться как в полосе отвода железной дороги. В исключительных случаях она может находиться в пределах земляного полотна железной дороги. В этом случае должно производиться соответствующее технико-экономическое обоснование трассы и согласование с Управлением железной дороги.

Выбор трассы произведен с учетом максимального использования при выполнении строительно-монтажных работ машин и механизмов, обеспечения надежности работы кабельной линии и удобства ее эксплуатации.

Заданный участок соответствует топологи железной дороги и приводится к линейному изображению (рисунке 2.1).

Рисунок 2.1 Трасса участка железной дороги: а — железная дорога; б — электрический кабеля связи Первая станция заданного участка обозначается буквой, А (ст. А) и конечная станция — буквой К (ст. К). Число промежуточных станций должно составлять 6−8 (ст. Б, ст. В, ст. Г и т. д.).

Трасса кабельной магистрали располагается, как правило, со стороны пути свободной от опор контактной сети или ЛЭП, установленных в габарите опор контактной сети. При выборе трассы:

— определяют места пересечений и сближений ее с железнодорожными путями и автомобильными дорогами, наземными и подземными сооружениями и коммуникациями, естественными преградами;

— устанавливают участки, на которых необходимо выполнять защиту трубопроводов от тепловых и химических воздействий;

— принимаются решения о способах прокладки трубопроводов по искусственным сооружениям (мостам, путепроводам, тоннелям);

— определяются участки совместной прокладки трубопроводов для ВОК железнодорожной связи с трубопроводами и кабелями другого назначения (энергоснабжения, СЦБ и др.).

В пределах одного перегона или станции трасса строительства трубопровода, как правило, должна проходить, с одной стороны пути. Переход трассы трубопровода с земляного полотна в полосу отвода и под путями должен производиться под углом не менее 120 с учетом обеспечения прокладки в потоке воздуха строительной длины кабеля.

На участке, А — В прокладка кабеля типа ТЗПАШп ведется бестраншейным способом с помощью рельсового кабелеукладчика КБЖ-1 по правой стороне на расстоянии 2,5 м от ближайшего рельса На участке Б — В топкое болото (16 км), кабель укладывают в теле насыпи.

На станции В переход на левую сторону. На участке В — Ж кабель укладывается механизированной колонной на расстоянии 14 м от ближнего рельса.

На станции Ж переход на правую сторону и на участке Ж — З кабель укладывается с помощью КБЖ на расстоянии 2 м от ближнего рельса.

На станции З переход на левую сторону и на участке З — К укладка кабеля ведется механизированным способом на расстоянии 16 м от ближайшего рельса.

На станциях применяется механизированное рытье траншеи и ручная прокладка кабеля в канализации.

Указанный выбор трассы обеспечивает:

— надежность и удобство эксплуатации кабельной линии,

— возможность применения механизированных способов прокладки кабеля,

— минимальный расход кабеля,

— минимальный расход кабеля,

— минимальный объем подготовительных работ,

— минимальный экологический ущерб,

— трасса не проходит по местам нового строительства,

— минимально пересекает другие подземные сооружения.

2.2 Тип электрического кабеля и распределение цепей В качестве электрического кабеля связи используется специальный железнодорожный кабель типа ТЗПАШп (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 — Разрез электрического кабеля

Провода в кабеле заключены в отдельные модули по четыре жилы (четверки). Каждая четверка, а состоит из двух пар проводов, которые распределены по отдельным видам связи, ТУ, ТС и др. (таблица 2.1).

Таблица 2.1 — Распределение четверок (пар) НЧ кабеля связи типа ТЗПАШп

ПДС — поездная диспетчерская связь ПС — поездная постанционная связь ЭДС — энергодиспетчерская связь МЖС — поездная межстанционная связь ПГС — перегонная связь СДС — служебная диспетчерская связь (служебная связь электромехаников) ТУ — телеуправление ТС — телесигнализация БДС — диспетчерская связь по продаже билетов на пассажирские поезда Линейные цепи автоблокировки:

Н, ОН — смены направления движения;

К, ОК — контроль свободности перегона;

И, ОИ — извещения о приближении поезда к станциям и переездам;

ЗС, ОЗС — зеленого огня на предвходном светофоре;

ДСН, ОДСН — двойного снижения напряжения.

2.3 Волновые параметры передачи однородных цепей кабеля Волновые параметры электрических цепей: волновое сопротивление и коэффициент распространения волны — используются для оценки эксплуатационно-технических качеств линии связи. Поэтому при проектировании и эксплуатации КЛС нормируются и контролируются именно вторичные параметры линии.

Для случая однородных электрических цепей дорожной и отделенческой связи волновое сопротивление определяется по формуле:

Коэффициенты затухания и фазы определяются из формулы коэффициент распространения волны:

Таким образом, изменения волнового сопротивления, коэффициентов затухания и фазы в полосе частот 12−250 кГц АСП К-60Т приведены в рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 — Вторичные параметры электрических кабельных цепей

2.4 Волновые параметры передачи групповых электрических цепей

Групповыми, или многоточечными, называются электрические цепи с большим числом параллельно включенных в них приемников сигналов. (см. рисунок 2.4). Примерами таких цепей могут служить широко распространенные на железнодорожном транспорте различные системы связи (телефонная избирательная связь), телемеханики (диспетчерская централизация), многоточечной передач данных, работающие в тональном спектре частот 300 — 3400 Гц (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 — Групповая электрическая цепь При большом числе приемников, включенных параллельно в электрическую цепь, и эти приемники распределены по линии связи практически равномерно, можно приближенно определять параметры передачи групповой цепи как цепи с увеличенной утечкой тока. Допустим, что в цепь с равномерно распределенными параметрами, и равномерно включены и приемники с сопротивлением приемников на каждый 1 км длины цепи.

Расчет обычно производится для наихудшего случая передачи, когда все промежуточные пункты включены в цепь. Для упрощения расчетов принимаем, что промежуточные пункты распределены вдоль линии равномерно через расстояния, равные где l — общая длина линии;

n — число промежуточных пунктов.

Участок длиной 1 км характеризуется первичными параметрами однородной линии L; R; G; C, дополнительной проводимостью цепи G?, обусловленной параллельно включенными аппаратами (рисунок 2.5).

Далее, цепь с параллельно включенными в нее аппаратами заменим эквивалентной однородной электрической цепью, в которой входные сопротивления аппаратов при приеме будут равномерно распределены вдоль всей линии с волновыми параметрами г? и Z?_В.

Проводимость, созданная одним аппаратом, равна, а. Тогда вторичные параметры групповой цепи Учитывая, что

Где, получим:

.

Зависимости волнового сопротивления и постоянной распространения групповой цепи в полосе тональных частот 300 — 3400 Гц для наихудших условий передачи, когда все приемники включены в цепь (см. рисунок 2.9).

Промежуточные пункты расположены на расстоянии 2 км друг от друга. Входное сопротивление приемника Z_a равно 10 кОм, а аргумент 0,75 рад, т. е. Z_a = 8000 e^{j 0,75}. Первичные параметры примем равными:

R = 32 Ом/км;

C = 0,27•10^-7 См/км;

G = 0,54•10^-6 Гн/км;

L = 0,82•10^-3 Ф/км.

В результате расчета построим графики зависимостей коэффициента затухания и фазы (рисунок 2.5).

a) б) Рисунок 2.5 — Графики зависимостей коэффициента затухания (а) и коэфициента фазы (б) групповой цепи от частоты

3. Монтаж ответвлений от электрического кабеля Ответвления от электрического кабеля на станциях делают для ввода цепей оперативно-технологической связи и телемеханики в помещения постов ЭЦ, пассажирские и другие здания и др. На перегоне ответвления делают к сигнальным точкам автоблокировки устройствам перегонной и служебной связи электромехаников и др. На рисунках 3.1, 3.2 и 3.3 показаны монтажные схемы ответвлений к светофору, на тяговую подстанцию и здание службы пути.

Рисунок 3.1 — Монтажная схема ответвления от кабельной магистрали к релейным шкафам (РШ) проходного светофора Рисунок 3.2 — Монтажная схема ответвления от кабельной магистрали к тяговой подстанции Рисунок 3.3 — Монтажная схема ответвления от кабельной магистрали к зданию службы пути

4. Волоконно-оптическая линия связи

4.1 Трасса оптической линии связи

План трасса ВОЛС зависит в основном от принятого в проекте способа прокладки ВОК. На железнодорожном транспорте основным способом является прокладка ВОК по опорам контактной сети электрифицированных железных дорог или высоковольтным линиям АБ. Тогда участок трассы ВОК совпадает с трассой контактной сети железной дороги или автоблокировки (рисунке 4.1). В других случаях прокладку производят в грунт.

Рисунок 4.1 — Участок железной дороги и трасса волоконно-оптического кабеля По ВОК на участке железной дороги организуется магистральные (дорожные) и отделенческие виды связи, а также общетехнологическая телефонная связь.

4.2 Организация дорожная связь Определяем число комплектов аппаратуры для уплотнения ВОК, передачи сигналов со скоростью 140 Мбит/с и для организации 3200 каналов тональной частоты (ТЧ) магистральной и 6100 каналов ТЧ дорожной связи.

n = (3200 + 6100) / 1920 = 9300 / 1920 = 4,84 = 5 комплектов.

Рисунок 4.1. 1 канал — 64 Кбит/с

4.3 Организация отделенческая связь Аппаратура отделенческой связи позволяет выделять и вводить потоки сигналов на промежуточных станциях без потери временного интервала (сколько выделили, столько же ввели). Для организации связи необходимо два комплекта этой аппаратуры: основной и резервный.

Рисунок 4.2. 1 канал — 2 Мбит/с

4.4 Организация общетехнологической телефонной связи, А — а > 30 каналов (один 2 Мбит/с поток Е1)

А — в > 60 каналов, а — д > 90 каналов в — К > 90 каналов в — д > 120 каналов д — ж > 60 каналов Рисунок 4.3

5. Выбор типа и емкости волоконно-оптического кабеля

Выполненные на начальной стадии организации цифровых сетей связи железнодорожного транспорта технико-экономические исследования показали, что ВОК, используемые при строительстве ВОЛП на участках магистральной сети, должны иметь не менее 16 волокон, на участках для подключения удаленных от магистрали объектов не менее 8 волокон (с учетом обеспечения резервирования и защиты). На всех промежуточных станциях для организации связи технологического сегмента должно быть выделено не менее 4 темных волокон.

Диэлектрические самонесущие ВОК, выпускаемые ЗАО «ТрансВок», предназначены для подвески на опорах контактной сети и линий автоблокировки железных дорог, на опорах линий электропередачи до 110 кВ и воздушных линий связи и эксплуатируются при температуре окружающей среды от минус 60 ^°С до плюс 70 ^°С. Строительная длина кабелей — не менее 4 км.

Кабель содержит внешнюю оболочку из полиэтилена, защитные покровы из армидных нитей, внутреннюю оболочку из полиэтилена и центральный силовой элемент из стеклопластикового прутка и выдерживает механические нагрузки: длительно допустимое растягивающее усилие до10 кН, кратковременное допустимое растягивающее усилие до 12 кН и прочность на разрыв до 24 кН. Величина механической нагрузки определяется проектом и оговаривается при заказе кабеля.

ЗАО «ТрансВок» выпускает следующие типы волоконно-оптических кабелей по ТУ 3687−002−4 586 930 498: ОКМС оптический кабель магистральный самонесущий (рисунок 5.1) диэлектрический для прокладки на опорах контактной сети и высоковольтных линиях автоблокировки железных дорог; ОКМТ магистральный диэлектрический для прокладки в трубопроводах «Duraline»; ОКЗ внутризоновый с металлической ленточной броней для прокладки в городской телефонной канализации, блоках, коллекторах, трубах, шахтах и др.

Рисунок 5.1 Конструкция оптического кабеля марки ОКМС-А-6 (2,4) Сп-24 (2): 1 центральный силовой элемент (стеклопластик); 2 оптический модуль из полибутилентерефталата (ПБТ); 3 стандартное одномодовое окрашенное оптическое волокно; 4 внутримодульный гидрофобный заполнитель; 5 межмодульный гидрофобный заполнитель; 6 бандажная лента и нити; 7 внутренняя оболочка (полиэтилен ПА-12); 8 упрочняющие нити (арамид); 9 внешняя оболочка Все волоконно-оптические кабели производства ЗАО «ТрансВОК» имеют Сертификат соответствия Госкомсвязи России, а система качества производства ВОК соответствует требованиям международного стандарта ISO-9002. В качестве магистрального кабеля выбираем оптический самонесущий (диэлектрический) ВОК типа ОКСН (см. рисунок 5.1).

Технические характеристики ВОК для стандартного одномодового оптического волокна (ITU.T.6652) приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 — Оптические и технические характеристики ВОК

Расчет требуемого числа волокон:

1 для магистральной связи: m = n Ч 2; где n — число комплектов аппаратуры 140 Мбит/с, m = 5 • 2 = 10 волокон,

2 для отделенческой общетехнологической связи: m = n Ч 2; где n — число комплектов аппаратуры ОТГ — 32, m = 2 • 2 = 10 волокна,

3 для коммерческого сегмента требуется 4 волокна;

4 для производства оперативно-восстановительных работ требуется 4 волокна (резервных) Итого: требуется 10 + 4 + 4 + 4 = 22 оптических волокна с л = 1.55 мкм; а = 0.19 дБ/км; где л — длина волны; а — затухание (по рекомендации G.652).

Распределение модулей ВОК приведено на рисунке 5.2

Рисунок 5.2 — Распределение модулей оптического кабеля Таблица 5.2 — Распределение оптических волокон ВОК

Рисунок 5.3 — Распределение волокон оптического кабеля

6. Расчет длины элементарного участка Выбираем элементарный кабельный участок (ЭКУ) номинальной длины. В регионах с минимальной температурой ниже минус 50 С (для ВОЛП с кабелями, проложенными по опорам) проектируются ЭКУ с длиной, не превышающей номинальную. В регионах с минимальной температурой выше минус 50 С допускается проектирование ЭКУ максимальной длины (таблица 6.1).

Таблица 6.1 — Результаты расчета длины ЭКУ ВОЛП с кабелем ОКМС и системой передачи WaveStar ADM-16/1

Расчет длины ЭКУ по хроматической дисперсии, пс/нм, выполняется, исходя из максимально допустимой хроматической дисперсии, приведенной в технических условиях (технических спецификациях) на аппаратуру, и коэффициента хроматической дисперсии D (), пс/(нм· км), указанного в технических спецификациях на оптическое волокно.

7. Подвеска ВОК на опорах контактной сети При подвеске ВОК на опоры контактной сети, на которых размещено оборудование (разъединители, разрядники и др.), расстояние от этого оборудования до кабеля должно быть не менее 3 м. Не допускается подвеска ВОК на опорах с двумя секционными разъединителями. Для подвески в этих местах устанавливаются дополнительные опоры.

Железобетонные или металлические опоры контактной сети несущая способность этих опор достаточна для восприятия всех действующих и дополнительных нагрузок от подвешиваемого кабеля ВОК. В противном случае эти опоры должны быть заменены.

Рисунок 7.1 — Опоры контактной сети на участках постоянного тока при изолированных консолях с возможностью работы: а — вдали от напряжения; б — вблизи от напряжения; в — со снятием напряжения с контактной сети

Рисунок 7.2 — Опоры контактной сети на участках переменного тока при изолированных консолях с возможностью работы: а — вдали от напряжения; б — вблизи от напряжения; в — со снятием напряжения с контактной сети (ДПР — линия «два провода — рельс» напряжением 27,5 кВ) Расстояния от нижней точки ВОК при максимальной стреле провеса до поверхности земли или других сооружений, а также расстояние до проводов при их взаимном пересечении или сближении, до частей контактной сети или линий автоблокировки, находящихся под напряжением, должны быть не менее приведенных в «Правилах».

На неэлектрифицированных участках железных дорог подвеска ВОК осуществляется на опорах высоковольтных линий автоблокировки. Подвешенный на опоры линий автоблокировки ВОК не должен ухудшать условия электроснабжения устройств СЦБ и других нетяговых потребителей электроэнергии.

На опорах автоблокировки подвеска ВОК должна осуществляться преимущественно ниже высоковольтных проводов. При этом расстояния от нижней точки ВОК до земли и на пересечениях должны приниматься в соответствии с требованиями ПТЭ, но на менее:

— в ненаселенной местности — 5 м;

— в населенной местности — 6 м;

— на пересечениях с железнодорожными путями 7,5 м от нижней точки ВОК до головки рельса.

Допускается подвеска ВОК между проводами линии автоблокировки, если взаимное сближение кабеля и проводов при наиболее неблагоприятных температурных режимах и воздействиях нагрузок составляет менее 0,3 м.

Не допускается подвеска ВОК на опорах автоблокировки, на которых размещаются разъединители, трансформаторы и другое оборудование. Для подвески ВОК в этих местах должны использоваться дополнительно устанавливаемые опоры. Вновь устанавливаемые опоры должны обеспечивать растояние от крайнего ближайшего провода до ВОК не менее 1 м и должны быть смещены вдоль трассы на расстояние не менее 2 м.

8. Переходы и пересечения железных и автомобильных дорог Волоконно-оптический кабель прокладывается на кронштейнах по фермам моста. Резервирование не требуется, так как топология линейного тракта ВОЛС кольцевая.

Рисунок 8.1 — Прокладка ВОК по мосту

9. Расчет надежности оптической линии связи

Надежность ВОЛС является одними из основных технических и экономических показателей на данном этапе развития техники связи. В первую очередь это связано с тем, что сети связи являются составным элементом, обеспечивающим безопасность перевозки пассажиров и грузов на железнодорожном транспорте, во-вторых, по сетям связи обращаются огромные потоки сообщений, несущих информацию для управления железнодорожным транспортом на всем полигоне железных дорог. Потеря связи в этом случае означает потерю управления со всеми вытекающими отсюда последствиями. В-третьих, сети связи железных дорог обеспечивают связь коммерческого сегмента. Потеря связи в этом случае приводит к снижению качества обслуживания абонентов и конкурентоспособности и, самое главное, к потере прибыли.

Каналы и тракты систем передачи первичной сети характеризуются коэффициентами готовности и неготовности. Коэффициент готовности К определяется как отношение времени, в течение которого канал (тракт) находится в состоянии готовности, к общему времени наблюдения (не менее трех месяцев). Коэффициент неготовности К канала (тракта) определяется как отношение времени в течение которого канал находится в состоянии неготовности, к общему времени наблюдения. Обычно К и К соблюдается соотношение К + К = 1

В соответствии с Рекомендациями МСЭ-Т G.821, G.826, М.2100 и М.2120; состояния неготовности в свою очередь подразделяются на состояния сбоя и отказа. Основными показателями надежности каналов передачи и сетевых трактов систем передачи первичной сети являются:

— коэффициент готовности по сбоям (К);

— коэффициент готовности по отказам (К);

— среднее время между сбоями (Т);

— среднее время между отказами (Т);

— среднее время восстановления по сбоям (Т);

— среднее время восстановления по отказам (Т).

Критерием сбоя в канале ТЧ (независимо от типа системы передачи с помощью которой был образован канал) применяется перерыв в передаче сообщений длительностью более 0,30 мс. В качестве критерия отказа канала ТЧ применяется перерыв в передаче сообщений продолжительностью более 10 с. В цифровых системах передачи за критерий отказа ОКЦ принимается повышение коэффициента ошибок до 10 и более в секунду в течение десяти последовательных секунд, учитываемых по времени неготовности, а критерием восстановления — уменьшение коэффициента ошибок меньше величины 10 в секунду в течение десяти последовательных секунд, учитываемых во времени готовности.

Расчет показателей надежности ВОЛП ведется с учетом особенностей конфигурации сети и исходных данных о надежности составных элементов оборудования. Необходимо учитывать, что резервирование и кольцевой принцип построения сетевых структур на порядок и больше снижает вероятность отказов при повреждениях ВОК, ретрансляционных и усилительных устройств.

Применительно к ВОЛС показатели надежности и устойчивого функционирования, а также взаимосвязь между ними характеризуется коэффициентом готовности

где К_О коэффициент готовности оконечного оборудования;

К_ПВ коэффициент готовности пунктов выделения каналов;

К_ГЛ коэффициент готовности линейного тракта ВОЛП протяженностью 100 км;

N количество пунктов выделения каналов;

L общая протяженность волоконно-оптической линии, км.

Среднее время простоя (недоступности) в течение года определяется коэффициентом

К_П = 1 К_Г.

Степень готовности ремонтопригодной системы зависит от ее способности продолжать функционирование даже в случае отказа какого-либо волокна, узла или компонента в ее составе. Достигается это за счет реализации аппаратной избыточности (резервирования). Параллельное включение подсистем, узлов и компонентов оборудования значительно повышает общую готовность всей системы.

Результаты расчета коэффициента готовности системы от среднего времени простоя приведены в таблице 9.1.

На данном этапе допустимое время простоя ВОЛС принято T_п 0,175 ч/год, что соответствует коэффициенту простоя К_п 0,2 или коэффициенту готовности К_г > 0,99 998.

Таблица 9.1 — Время простоя системы в зависимости от коэффициента ее готовности

Приведенные параметры надежности установлены для начального этапа функционирования ВОЛС.

10. Спецификация оборудования для строительства, эксплуатации и контроля оптической линии связи

Спецификация составляется по соответствующим таблицам приложений.

Сметно-финансовый расчет

Сметная стоимость рассчитывается по укрупненным измерителям и включает в себя затраты на производство строительных (земляных) работ, расходы на монтаж кабелей и стоимость приобретаемого оборудования и материалов.

Расходы на строительные и монтажные работы, включая стоимость оборудования, материалов, затраты по эксплуатации машин и механизмов, относят к прямым затратам. В зависимости от их величины определяются суммы накладных расходов и плановых накоплений.

В сумму накладных расходов входят затраты, связанные с управлением, организацией и обслуживанием строительства, расходы на содержание технического и административно-хозяйственного персонала, отчисления на соцстрах и т. д. Плановые накопления вместе с той суммой, которая образуется от экономии при строительстве, составляют прибыль строительной организации.

Стоимость ВОК зависит от количества модулей (волокон). Поэтому первоначально следует подсчитать на основании разработанных планов кабельных сетей требуемую длину кабелей соответствующих емкостей и затем с учетом их оптовых цен определить общую стоимость кабелей.

Примерная смета на сооружение волоконно-оптической линии связи приведена в таблице 10.1.

Таблица 10.1 — Смета на сооружение оптической кабельной линии

Заключение

В курсовом проекте приведена организация оперативно технологической связи, автоматики и телемеханики на участке железной дороги по электрическому кабелю связи, а также разработана волоконно-оптическая линия связи для организации дорожной, отделенческой и общетехнологической телефонной связи по оптическому кабелю. Перспективность оптической связи по ВОК обусловлена:

— большой пропускной способностью оптических волокон;

— большой дальностью связи по сравнению с дальностью по электрическим кабелям;

— защищенностью от внешних электромагнитных полей, вследствие чего не требуется применять специальные меры по защите от мешающих и опасных влияний линий электропередачи и электрифицированных железных дорог;

— - возможность прокладки кабеля между точками с большой разностью потенциалов;

— высокой помехозащищенностью линейных трактов магистрали;

— малой металлоемкостью и отсутствием цветных металлов (медь, свинец) в кабеле;

— малым значением коэффициента затухания в широкой полосе частот, что обеспечивает большие длины регенерационных участков по сравнению с электрическими кабелями;

— небольшой массой и размерами кабеля.

В курсовом проекте произведен также спецификация оборудования ВОЛС, сметный расчет стоимости кабельной оптической линии связи.

дорога железный оптический кабель

1. Виноградов В. В., Кустышев С. Е., Прокофьев В. А. Линии автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте. — М.: Транспорт, 2002. — 213 с.

2. Здоровцов И. А., Семенюта Н. Ф. Системы оптической связи // Автомат

ика, телемеханика и связь. — 1982. — № 5. — С. 41−44.

3. Семенюта Н. Ф. Волоконно-оптические кабельные системы связи. — Гомель: БелИИЖТ, 1982. — 24 с.

4. Семенюта Н. Ф., Малявко В. Е., Смоленчук B.C. Волоконно-оптические линии связи. — Гомель: БелИИЖТ, 1989. 48 с.

5. Здоровцов И. А., Семенюта Н. Ф. Магистральные цифровые сети связи на железных дорогах.? Гомель: БелГУТ,? 2002.? 64 c.

6. Здоровцов И. А., Семенюта Н. Ф. Магистральная цифровая сеть связи российских железных дорог // Веснiк сувязi, № 5, 2003. — С. 45−49.

7. Семенюта Н. Ф., Здоровцов И. А. Новый этап развития магистральных цифровых сетей связи // Веснiк сувязi,? 2004.? № 1.? С. 32−34.

8. Семенюта Н. Ф., Котов А. А. Волоконно-оптические кабели // Автоматика, информатика и связь. — 1999. — № 5. — С. 12−16.

9. Здоровцов И. А., Семенюта Н. Ф. Проблемы надежности волоконно-оптических линий перелачи данных на железных дорогах // Комплексная эксплуатация видов транспорта: Международный сборник научных трудов. — Гомель: БелГУТ, 2004. — С. 63−71.

10. Здоровцов И. А., Королев. Основы теории надежности волоконно-оптических линий передачи железнодорожного транспорта. -М.: МАКС Пресс, 2004. — 308 с.

11. Виноградов В. В., Кузьмин В. И., Гончаров А. Я. Линии автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте. — М.: Транспорт. 1990. — 326 с.

12. Гроднев И. И. Волоконно-оптические линии связи. — М.: Радио и связь, 1990. — 340 с.

13. Асс Э. Е. и др. Комбинированный кабель для технологической связи и устройств СЦБ // Автоматика, связь, информатика. № 8, 2003. — С.7−11.

Приложение А

Состав механизмов и материалов, монтажного, сварочного и измерительного оборудования ВОЛС

Таблица А.1 — Воздушная подвеска ВОК

Таблица А.2 — Прокладка ВОК в грунте

Таблица А.3 — Прокладка ВОК в трубопроводе