Проект кабельной линии автоматики, телемеханики и связи на участке железной дороги Чита – Хилок (Забайкальская ж/д)

Расчетно-пояснительная записка К курсовому проекту Проект кабельной линии автоматики, телемеханики и связи на участке железной дороги Чита — Хилок (Забайкальская ж/д)

Реферат Курсовой проект содержит 42 страницы, 10 иллюстраций, 13 таблиц, 5 использованных источников, альбом чертежей.

ЛИНИЯ СВЯЗИ, МАГИСТРАЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ, ЧЕТВЕРКА, УПЛОТНЯЮЩАЯ АППАРАТУРА, УСИЛИТЕЛЬНЫЙ ПУНКТ, ТЯГОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ, РЕГЕНЕРАЦИОННЫЙ ПУНКТ, МОНТАЖНАЯ СХЕМА, МУФТА, ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ, ПЕРЕХОДНОЕ ЗАТУХАНИЕ, ФИЛЬТР, СИММЕТРИРОВАНИЕ, ЛЭП.

Пояснительная записка содержит описание проектируемого участка линии связи (физико-географические данные, сведения о сближении с железными дорогами и их характеристику); произведен выбор кабельной системы, типа кабеля; определено размещение оконечных и промежуточных усилительных пунктов; описан монтаж кабельной магистрали; произведен расчет взаимных влияний в цепях связи, описаны меры по снижению влияний; произведен расчет мешающих и опасных влияний контактной сети железной дороги на линию связи, рассмотрены и рассчитаны меры по снижению мешающих и опасных влияний, приведено описание мер по защите аппаратуры связи.

Альбом чертежей, прилагающийся к пояснительной записке, содержит план трассы линии связи, общий вид и сечение кабеля со спецификацией, схему организации связи, скелетную схему участка трассы, схемы защиты аппаратуры связи.

Содержание Введение

1. Описание проектируемого участка линии связи

1.1 Общая информация

1.2 Читинская область

1.2.1 Географическое положение

1.2.2 Климат

1.3 Карта проектируемого участка железной дороги

2. Выбор типов кабеля, систем передачи, размещение цепей по четверкам

2.1 Система передачи

2.2 Выбор кабеля и распределение систем по кабелям и четверкам

3. Размещение усилительных и регенерационных пунктов на трассе линии связи

4. Организация связи и цепей СЦБ по кабельной магистрали

5. Выбор арматуры для монтажа кабельной магистрали

6. Расчет влияний на кабель

6.1 Расчет влияний контактной сети постоянного тока

6.2 Расчет влияния ЛЭП с заземленной нейтралью

6.2.1 Расчет опасных влияний

6.2.2 Расчет мешающих влияний

6.3 Расчет взаимного влияния жил кабелей

6.3.1 Определение собственных параметров кабеля

6.3.2 Волновые параметры кабеля

6.3.3 Расчет переходных затуханий

7. Защита кабеля и аппаратуры связи от опасных и мешающих влияний

7.1 Защита кабеля от опасных влияний

7.1.1 Редукционные трансформаторы

7.1.2 Отсасывающие трансформаторы

7.2 Защита аппаратуры связи и автоматики от перенапряжений

8. Симметрирование кабелей

8.1 Теоретические сведения

8.1.1 Симметрирование низкочастотных цепей

8.1.2 Симметрирование высокочастотных цепей

9. Расчет параметров оптического тракта

9.1 Волоконно-оптическая система связи

9.2 Расчет числовой апертуры

9.3 Расчет числа мод

9.4 Определение длины регенерационного участка Заключение Список использованных источников

Введение

Главная задача, поставленная перед железнодорожным транспортом, обеспечение всевозрастающей потребности народного хозяйства в перевозках, повышение скоростей и безопасности движения поездов.

Железнодорожная сеть нашей страны представляет собой единую, работающую по общему плану систему, все части которой взаимодействуют друг с другом. Работа всех звеньев железнодорожной сети не может осуществляться без широкого использования разнообразных видов связей, организуемых по воздушным, кабельным и радиорелейным линиям.

Кабельные линии отличаются высокой эксплуатационной надежностью и дают возможность осуществления всех видов связи и каналов передачи информации, необходимых для управления перевозочным процессом железных дорог. Строительство магистральных кабельных линий позволяет резко увеличить количество каналов связи управлениями железных дорог, отделениями и станциями, дает возможность автоматизации телефонной и телеграфной связи. Кабельные линии связи строят: при электрификации железных дорог по системе тока в качестве основной меры защиты цепей связи, автоматики и телемеханики от влияния тяговой сети; взамен воздушной линии связи при строительстве автоматической блокировки и диспетчерской централизации; при электрификации железных дорог по системе постоянного тока и строительстве главных дополнительных путей, когда конструкция воздушной линии экономически нецелесообразна; на вновь строящихся железных дорогах магистрального значения; в районах, подверженных сильным гололедом; также в районах, намеченных к электрификации по системе переменного тока на ближайшие годы. В данном курсовом проекте разработана линия связи на участке железной дороги, которая в должной мере отвечает приведенным выше требованиям; определены влияния высоковольтных линий на цепи проводной связи.

1. Описание проектируемого участка линии связи

1.1 Общая информация Проектируемый участок линии связи между станциями Чита — Хилок имеет общую протяженность 264 км и содержит в себе 17 станции. Дорога проходит по территории Читинской области.

1.2 Читинская область

1.2.1 Географическое положение Читинская область и Агинский Бурятский автономный округ, расположенный внутри ее территории, в современных границах образованы 26 сентября 1937 года.

Они занимают юго-восток Восточной Сибири, который чаще именуют Забайкальем. Последнее простирается от озера Байкал на западе до границы с Китаем и Амурской областью на востоке, от Северо-Байкальского, Патомского и Олекмо-Чарского нагорий на севере до государственной границы России с Монголией и Китаем на юге. Западную часть Забайкалья занимает Республика Бурятия, а восточную — Читинская область и Агинский Бурятский автономный округ. Естественными рубежами между ними являются западная окраина Хэнтэй-Даурского нагорья — хребты Цаган-Хуртэй, Яблоновый — долина верхнего и среднего течения Витима.

В географическом положении имеется ряд особенностей:

— по ее территории проходит часть Мирового водораздела между Северным Ледовитым и Тихим океанами ;

— крайний юг региона относится к одной из бессточных областей материка (Торейский бессточный бассейн);

— юго-запад с речными системами Хилка и Чикоя — часть Байкальского бассейна, а озера Байкал относится к Участку Мирового Наследия;

— север — Становое нагорье — входит в Байкальскую рифтовую зону, где очень активны неотектонические движения, сопровождаемые землетрясениями разной силы вплоть до катастрофических;

— на данную территорию проникают воздушные массы атлантического, тихоокеанского и арктического происхождения разной степени трансформации и влияния на климат.

Площадь Читинской области и Агинского Бурятского автономного округа составляет 431,5 тыс. км2 (из них 19,5 тыс. км2 приходится на Агинский Бурятский автономный округ), что чуть меньше площади таких государств (в отдельности), как Швеция, Марокко, Узбекистан, но больше чем Япония, Италия или ФРГ. Область занимает внутриконтинентальное положение с неодинаковым удалением от океанов, неравнозначно влияющих на его климат. Ближайшими к Восточному Забайкалью являются Охотское и Желтое моря Тихого океана, расположенные на расстоянии соответственно 850 и 1000 км от его восточных и юго-восточных рубежей. Из морей Ледовитого океана ближе всего море Лаптевых, находящееся в 1700 км от крайних северных рубежей региона; наиболее удалены (около 5000 км), но, тем не менее, влияющие на климат Восточного Забайкалья, моря Атлантического океана: Балтийское, Азовское, Черное.

1.2.2 Климат Климат Забайкалья очень своеобразен. Несмотря на принадлежность большей части территории к зоне умеренных широт, вследствие расположения ее в глубине Азиатского материка, удаленности от океанов и морей, значительной приподнятости над уровнем моря, климат здесь суровый континентальный и резко континентальный. Континентальность климата Забайкалья выражена гораздо резче, чем на тех же широтах Западной Сибири и Дальнего Востока, не говоря о Воронежской области, на широте которой находится средняя часть Читинской области. По суровости и сухости зимы территория области близка к Якутии. Но сочетание суровости климата Забайкалья с бездонным голубым небом, неповторимыми ландшафтами заснеженных гольцов, горной тайги, широких полос лесостепей, межгорных впадин и всхолмленных высоких степных равнин, обилие чистых горных рек и ручьев, прорезывающих горную тайгу и образующих бассейн Верхнего Амура, системы крупных озер — все это создает необыкновенно привлекательную природную среду, завораживающую человека, впервые попадающего в этот край.

Своеобразие климата Забайкалья заключается в контрастности определяющих его факторов, к которым относятся большая продолжительность солнечного сияния и большое поступление солнечной энергии в сочетании с более низкой температурой воздуха, резкие различия в климате между долинами и котловинами, с одной стороны, и горными хребтами — с другой; господство в течение года сибирского антициклона и резкая смена синоптической ситуации, обусловленной атмосферной циркуляцией по сезонам, когда он заменяется азиатской депрессией; существование зимних климатических ярусов и преобладание в годовом выводе умеренного континентального воздуха, с которым связана максимальная зимняя континентальность. Все это определяет наибольшую суровость зимних погод и большие суточные и годовые перепады температуры воздуха. Для всей территории области климат характеризуется продолжительной, морозной, малооблачной, безветренной в отрицательных формах рельефа зимой и теплым на юге, умеренно теплым или даже прохладным на севере и в горных районах летом. Климат и его особенности определяются географической широтой, солнечной радиацией (энергией), характером подстилающей земной поверхности и атмосферной циркуляцией.

Большая приподнятость Восточного Забайкалья и интенсивное радиационное выхолаживание в холодный период определяют в сравнении с территориями аналогичных широт более низкую годовую температуру воздуха. Вся область характеризуется отрицательными ее значениями. Самая низкая средняя годовая температура наблюдается на севере и составляет — -11,30 °С (прииск им. XI лет Октября), максимальная — на юге (Курулга и Ново-Дурулгуй — -0,5 °С). В центральных районах она достигает нескольких градусов (Чита — -2,7 °С). Большое влияние на климат оказывает рельеф, что выражается через положительные (горные хребты) и отрицательные (долины, котловины) формы и их расположение. Хребты, являясь орографическими барьерами, вызывают по отношению к долинам и котловинам выпадение большего количества осадков при восходящем скольжении воздуха на наветренных склонах и создают дождевую тень на подветренных.

Несмотря на суровость климата и связанную с нею рискованность земледелия, агроклиматические ресурсы Читинской обл. позволяют развитие сельскохозяйственного производства, а сухой климат в сочетании с горно-таежным ландшафтом и минеральными водами обеспечивает широкие возможности для функционирования курортов и санаторных лечебниц.

1.3 Карта проектируемого участка железной дороги На рисунке 1.1 изображена карта Забайкальской железной дороги, содержащая проектируемый участок.

Рисунок 1.1 — Карта Забайкальской железной дороги

2. Выбор типов кабеля, систем передачи, размещения цепей по четвёркам

2.1 Система передачи Проектируемая линия связи состоит из 350 каналов магистральной связи и 140 каналов дорожной связи (в соответствии с заданием). Для ее организации используется аппаратура уплотнения ИКМ-120. Аппаратура типа ИКМ-120 является стодвадцатиканальной аппаратурой высокочастотного уплотнения. Предназначена для организации 120 двухсторонних телефонных каналов тональной частоты по двум однотипным симметричным кабелям. В системе связи ИКМ-120 группа каналов прямого и обратного направлений имеет одинаковую скорость передачи цифровой информации (8,448 Мбит/c).

Система ИКМ-120 является четырехпроводной, поэтому на каждую систему отводится две пары жил. Так как аппаратура уплотнения требует разнесения уплотняемых пар, то система будет двухкабельной.

Учитывая то, что в каждом кабеле необходимо иметь запас свободных жил на случай использования кабеля для других видов связи, распределим связи по четвёркам так, что в первом и во втором кабеле будет занята часть полных четверки для системы ИКМ-120 и часть четверок останется в резерве (требуемый уровень резерва — от занимаемых четвёрок).

Также требуется реализовать оперативно-технологическую связь (здесь и далее будет употребляться сокращение ОТС), для чего потребуется еще один кабель.

Выбор количества систем производится по формуле:

(1)

где — количество необходимых каналов (с учетом 20% резерва);

— количество каналов в одной системе (для ИКМ-120 — 120).

Тогда для магистральной и дорожной связи:

принимается

принимается

2.2 Выбор кабеля и распределение систем по кабелям и четверкам Для магистральной и дорожной связи будет использоваться кабель типа МКПАБ (магистральный кабель, полиэтиленовая изоляцией жил, алюминиевая оболочка, броня из плоских лент). На проектируемом участке реализуем двухкабельную систему. Количество четверок выбирается равным 14 и 7. Распределение пар магистральной и дорожной связи по кабелям и четверкам отражено в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Распределение магистральной, дорожной связи и ОТС (кабель № 1)

Таблица 2.1 — Распределение магистральной, дорожной связи и ОТС (кабель № 2)

3. Размещение усилительных и регенерационных пунктов на трассе линии связи По методу использования аппаратура телефонирования подразделяется на промежуточную и оконечную. Оконечная аппаратура содержит приборы и устройства, необходимые для передачи в линию модулированных сигналов высокой частоты и для выделения исходных сигналов тональной частоты из приходящих с линии модулированных сигналов высокой частоты. Промежуточная аппаратура представляет собой систему усилителей и фильтров.

Обслуживаемые усилительные пункты (ОУП) имеют электроустановку и обслуживающий персонал на крупных станциях. Необслуживаемые усилительные пункты (НУП) располагаются на трассе, то есть, у них нет электроустановок, и они не имеют постоянно находящегося обслуживающего персонала. Соседние НУП, а также НУП и ОУП располагаются на расстоянии друг от друга 25 — 30 км, а ОУП и ОУП располагаются на расстоянии друг от друга 150 км. Если указанные расстояния меньше нормы, то устанавливаются «искусственные линии» ИЛ-3,ИЛ-6, ИЛ-9.

При использовании высокочастотных систем ИКМ-30 и ИКМ-120 возникает задача восстановления сигналов (так как импульсы, проходя по каналу, теряют свою форму, сливаются и т. д.). Для восстановления формы сигнала используется специальная регенерационная аппаратура. Она размещается в обслуживаемых и необслуживаемых регенерационных пунктах (ОРП и НРП). Соседние НРП, а также НРП и ОРП располагаются на расстоянии друг от друга 5 — 8 км, а ОРП и ОРП располагаются на расстоянии друг от друга 180 км. Оконечное оборудование ИКМ-120 и ИКМ-30 располагается на крупных станциях и в отделениях дороги. Между оконечным оборудованием располагаются необслуживаемые регенерационные пункты (НРП), которые устраняют искажения цифровых сигналов. При этом восстанавливаются исходные амплитудные и временные соотношения передаваемого сигнала. Длина регенерационного участка определяется и зависит от величины, характера помех и энергетических потерь в линии и составляет 5 — 8 км.

Также на трассе размещают тяговые подстанции (ТП). Необходимо, чтобы расстояние между соседними ТП не превышало 30 км для системы постоянного тока и 50 — 60 км для системы переменного тока.

Таблица 3.1 — Размещение ОРП, ОУП, НРП, НУП и ТП на трассе линии связи

Таблица 3.1 — Размещение усилительных и регенерационных пунктов, тяговых подстанций на трассе линии связи (продолжение)

4. Организация связи и цепей СЦБ по кабельной магистрали Организация всех связей для обеспечения оперативной работы дороги по магистральным кабельным линиям отличает железнодорожные кабельные линии от подобных им линий Министерства связи. Это вызвано большим количеством низкочастотных технологических связей и необходимостью их выделения в ряде пунктов как на станциях, так и на перегонах. Наличие многих ответвлений от магистрального кабеля вызывает ряд затруднений при его монтаже и эксплуатации.

Главным недостатком кабельных линий связи в настоящее время является совместное прохождение путей связи и автоматики в одних кабелях, что вызывает влияние кодовых цепей на каналы связи, требует установки фильтров и т. д., а также вызывает необходимость большого количества ответвлений.

Ответвления от магистрального кабеля делают для ввода цепей в помещения постов ЭЦ и пассажирские здания, подвода цепей автоматики и перегонной связи к сигнальным точкам автоблокировки, для включения промежуточных пунктов линейно-путевой связи на перегонах, связи объектов электрификации (тяговых подстанций и др.), а также для некоторых других целей.

Ответвления с цепей осуществляется шлейфом или параллельно; цепи автоматики всегда ответвляют шлейфом. На станциях, где нет усилительных пунктов, все цепи отделенческой связи заводят в пассажирское здание с устройствами автоматики и пост ЭЦ шлейфом. На тех же станциях, где находятся усилительные пункты, ответвления от магистрального на пост ЭЦ или пассажирское здание, как правило, не делают, а необходимые цепи связи и автоматики передают от усилительного пункта кабелем вторичной коммутации. В тех случаях, когда объекты, к которым должно быть подано ответвление, находятся на расстоянии меньше 100 метров один от другого, применяют объединенные ответвления, заканчивающиеся на ближайшем из объектов. Основным документом для монтажа магистрального кабеля является монтажная схема кабеля (см. альбом чертежей). При определении необходимого количества кабеля учитывают запас в размере 2%: 1,6% на укладку кабеля в траншеях, котлованах и 0,4% на отходы при спаечных работах. При прокладке кабеля в грунт, подверженный смещению или выпучиванию, запас в траншее и котлованах увеличивают до 4%, при прокладке через водоемы принимают запас 14%. Для монтажа муфт и раскладки кабеля в котлованах концы строительных длин должны перекрывать друг друга. Кроме того, необходимо учитывать, что на ввод кабеля в ОУП требуется запас 20 м, в НУП — 10 м, в релейный шкаф сигнальной установки автоблокировки — 3 м. В помещении усилительного пункта кабель по скелетной схеме прокладывают от ввода до газонепроницаемой муфты, во всех остальных случаях — до бокса.

Ниже приведена таблица кабелей ответвлений и вторичной коммутации для участка железной дороги Чита — Черновская Таблица 4.1 — Таблица кабелей ответвлений и вторичной коммутации

5. Выбор арматуры для монтажа кабельной магистрали Для ответвления от магистрального кабеля применяют разветвительные муфты. Это сросток, в котором четверки и пары одного кабеля распределяются между двумя и более ответвляющимися кабелями разной емкости. Разветвительные муфты монтируют на речных переходах при распределении емкости магистрального кабеля между основным и резервным кабелями, на ответвлениях от магистрального кабеля к различным объектам на перегонах (а иногда и на станциях), в усилительных и оконечных пунктах в тех случаях, когда емкость магистрального кабеля превышает емкость оконечного кабельного оборудования. Следует стремиться к тому, чтобы место ответвления совпадало с прямой муфтой. Разветвительные муфты, устанавливаемые не на стыке строительных длин, называются врезными; их монтируют в том случае, когда место ответвления удалено более чем на 100 м от ближайшего стыка строительных длин магистрального кабеля. От механических повреждений прямые и разветвительные муфты защищают чугунными соединительными или тройниковыми муфтами.

Для герметизации кабеля при содержании его под постоянным избыточным давлением устанавливают газонепроницаемые муфты типа ГМС-4, ГМСМ-40 или ГМСМ-60 — перед оконечными вводными устройствами в усилительных пунктах и в начале каждого ответвления от магистрального кабеля. Эти муфты монтируют на 4—5-метровом отрезке кабеля той же марки, что и кабель ответвления. Для муфты ГМС от механических повреждений ее помещают в чугунную муфту и заливают битумной массой. Газонепроницаемые муфты, устанавливаемые в помещениях, естественно, в защите чугунными муфтами не нуждаются.

6. Расчет опасных и мешающих влияний на кабель

6.1 Расчет влияний контактной сети постоянного тока Контактные сети электрических железных дорог оказывают мешающие влияния на цепи связи вследствие искажения рабочего тока и напряжения в них дополнительных гармоник, которые появляются в процессе работы выпрямителей тяговых подстанций.

Результирующее псофометрическое напряжение на ближайшем конце усилительного участка двухпроводной телефонной цепи рассчитывается по следующей формуле:

(6.1)

где — значение мешающего напряжения, индуктированного в цепи связи в пределах i-ого участка тяговой сети.

(6.2)

где (рад/с) — угловая частота,

— коэффициент чувствительности телефонной цепи к помехам

(1/км) — коэффициент распространения ЛС [1]

— модуль взаимной индукции между однопроводными цепями на i-ом участке сближения

— коэффициент экранирующего действия

— при Cм/м для двухпутной ж.д.

— коэффициент экранирующего действия оболочек кабеля (f = 800 Гц)

В — мешающее напряжение на участке с двусторонним питанием, при и I фильтре.

В качестве примера рассмотрим расчет мешающего напряжения на первом усилительном участке Чита — Черновская, протяженностью 25 км.

Ом — входное сопротивление тяговой сети,

— длина усилительного участка связи, для которого производится расчет влияний

— длина сближения ЛС с влияющей линией в пределах расчетного усилительного участка

— расстояние от середины влияющего участка линии до конца расчетного усилительного участка ЛС

(6.3)

где (См/м) — проводимость земли (указана в задании) Следовательно, по формуле (6.3) найдем x:

Примем, а = 10 м, тогда (м). Теперь определим по номограмме коэффициент взаимной индукции, либо по формуле (6.4):

(6.4)

М=552,545 мкГн/км.

Рисунок 6.1 — График зависимости коэффициента взаимной индукции от ах Подставив значения в формулу (6.2), вычислим мешающее напряжение на первом усилительном участке (Чита — Черновская) при a = 10 м:

(В) Расчет на остальных усилительных участках проводится аналогичным образом; результаты расчета занесены в таблицу 6.1.

Таблица 6.1 — Результаты расчета наведенных опасных мешающих напряжений

Таблица 6.1 — Результаты расчета наведенных опасных мешающих напряжений (продолжение)

Т.к. значения псофометрического напряжения превышают норму (1 мВ) при любой допустимой ширине сближения, то необходимо предусмотреть меры по защите кабеля связи от мешающих напряжений. К таким мерам можно отнести применение более экономичных сглаживающих фильтров на тяговых подстанциях (обязательно), а так же применение отсасывающих трансформаторов с подвеской обратного провода. Всё же примем ширину сближения a = 45 м.

6.2 Расчет влияния ЛЭП с заземленной нейтралью ЛЭП с заземленной нейтралью оказывает опасные и мешающие влияния на линию связи. Разделяют 2 режима работы ЛЭП:

— нормальный режим (под влиянием ЛЭП в кабелях связи индуктируются мешающие ЭДС);

— режим короткого замыкания (ЛЭП оказывает опасные влияния).

6.2.1 Расчет опасных влияний Под влиянием ЛЭП в жилах кабеля наводится продольная ЭДС. ЛЭП переменного тока влияют в основном на частоте 50 Гц. Продольная ЭДС в проводе (жиле) связи зависит от влияющего участка ЛЭП, которая равна расстоянию от начала сближения ЛЭП и ЛС до места короткого замыкания фазового провода ЛЭП на землю (в пределах рассчитываемого усилительного участка).

Взаимное расположение усилительного участка и ЛЭП и диаграмма распределения токов короткого замыкания на усилительном участке изображены на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2 — Взаимное расположение усилительного участка и ЛЭП и диаграмма распределения токов короткого замыкания на усилительном участке При расчете используется метод проб, то есть последовательно определяются ЭДС при коротком замыкании фазового провода в разных местах трассы ЛЭП. Для расчета используем следующую формулу:

(6.5)

где — количество участков косого или параллельного сближения до предполагаемого места короткого замыкания;

— угловая частота, рад/с,

;

— ток короткого замыкания, определяемый по диаграмме в зависимости от места аварии, А;

— коэффициент взаимной индукцииго участка сближения, мкГн/м;

— коэффициент экранирующего действия рельсов (для кабельной линии связи),

;

— длинаго участка сближения линии связи с влияющей линией в пределах расчетного усилительного участка, км.

Расчет коэффициентов взаимной индукции ведется согласно следующей методике:

1) определяется ширина сближения а_э;

2) вычисляется вспомогательная величина х по формуле (6.3), где — частота влияющего тока (); - проводимость земли ();

3) находится произведение ах;

4) на одной из пяти шкал, расположенных по оси абсцисс графика на рисунке 6.1, находится точка, соответствующая значению ах и определяется соответствующее её значение коэффициента взаимной индукции М.

Расстояние от железной дороги до точки входа ЛЭП в ТП (h) выбираем в пределах станции (100 м): h = 95 м.

Рассчитаем значения по формуле (6.6):

(6.6)

где, а — ширина сближения ЛС и контактной сети, м;

.

Т.к. ЛЭП не параллельна ЛС, то этот участок косого сближения с целью упрощения заменяется на эквивалентные параллельные, ширина сближения которых вычисляется по формуле:

(6.7)

Результаты расчета сведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 — Расчет коэффициентов взаимной индукции

Производим расчет продольной ЭДС, индуктируемой в жиле по (6.5). Результаты расчета заносим в таблицу 6.3.

Таблица 6.3 — Продольная ЭДС, индуктируемая в жиле

В целях обеспечения безопасности ведения работ на линиях и использования устройств, а также необходимого качества связи установлены нормы опасных и мешающих влияний. Для междугородных кабельных линий связи без дистанционного питания усилителей допустимая индуктированная ЭДС от влияния ЛЭП с заземленной нейтралью равна Uисп. Uисп — испытательное напряжение изоляции жил кабеля по отношению к экрану или металлической оболочке кабеля строительной длины (для большинства магистральных железнодорожных кабелей — 1800 В). В нашем случае ни одно из полученных значений продольных ЭДС не превышают норму, следовательно, нет необходимости устанавливать бариевые разрядники, которые устанавливаются для снижения опасных влияний по концам сближения на ЛС.

6.2.2 Расчет мешающих влияний Напряжение шума для воздушных линий связи длиной до 80 км и кабельных до 40 км (для левого конца цепи связи), мВ

(6.8)

где — поправочный коэффициент, принимаемый в расчетах независимо от ширины сближения равным 0,23; 0,60; 0,55 для ЛЭП, питающих соответственно моторно-осветительную смешанную и выпрямительную нагрузки, в данном случае ;

— модуль взаимного сопротивления между однопроводными ЛЭП и ЛС для частоты f = 800 Гц (усредненное значение);

— коэффициент чувствительности телефонной цепи к помехам

— коэффициент экранирующего действия рельсов (для кабельной линии связи),

, ;

по заданию;

;

;

— среднее значение модуля взаимной индуктивности, Г/км.

(6.9)

где n — число участков сближения, n = 13;

— вычисляются по формуле (6.4). Значения a_i можно взять из таблицы 6.3.

.

.

.

Значение мешающего напряжения меньше нормы (1 мВ). Но мероприятия по защите кабеля связи должны быть проведены согласно расчетам в п. 6.1.

6.3 Расчет взаимного влияния

6.3.1 Определение собственных параметров кабеля Кабельную линию связи можно представить в виде четырёхполюсника, обладающего рядом параметров. Составляется расчётная схема замещения линии связи, на которой распределённые параметры заменены эквивалентными сосредоточенными. Номиналы расчётной схемы замещения получили название первичных параметров. К ним относят:

Rудельное сопротивление на единицу длинны [ Ом/км ];

Lудельная индуктивность [ Гн/км ];

G — проводимость изоляции [ См/км ];

С — удельная ёмкость [ Ф/км ];

Данные величины являются специфическими свойствами каждого отдельного типа кабеля, используемого для прокладки проектируемой линии связи, и определяются геометрическими размерами отдельных элементов кабеля, их электрическими свойствами, частотой сигнала. При расчёте первичных параметров необходимо учитывать влияние поверхностного эффекта и эффекта близости близко расположенных цепей.

Определим значения первичных параметров для кабеля МКПАБ. Существует множество методов проведения подобных расчётов. Большинство из них основано на использовании специальных вспомогательных функций, значения которых протабулированы с точностью, достаточной для инженерных расчётов. Воспользуемся данным способом расчёта. Зависимость специальных функций от частоты приведена в таблице 6.4.

Таблица 6.4 — Специальные вспомогательные функции.

Для расчёта первичных параметров можно воспользоваться следующими зависимостями:

Ом/км (6.10)

где R₀ — удельное сопротивление постоянному току [Ом/км], определяется площадью поперечного сечения жилы кабеля и материалом, из которого она была изготовлена. Для кабеля МКПАБ данная величина составляет 31,7 Ом/км;

Ркоэффициент, характеризующий близость с соседними жилами, в данном случае Р =5 («звёздная» скрутка жил);

d — диаметр жилы (1,05 мм);

а — расстояние между осями проводников (1,85 мм):

R — дополнительное сопротивление за счёт потерь энергии на вихревые токи. Данная величина является функцией частоты и зависит от материала оболочки кабеля.

Ом.(6.11)

Удельная индуктивность определяется по следующей зависимости:

Гн/км (6.12)

где _r — коэффициент магнитной проницаемости. Для алюминия: _r=1;

— коэффициент укрутки. Для кабеля МКПАБ = 1,016.

Ёмкость кабельной линии определяется по следующеё зависимости:

Ф/км (6.13)

где — коэффициент увеличения ёмкости за счёт эффекта близости. Для используемого кабеля = 0,644;

_р — диэлектрическая проницаемость изоляции. В данном случае _р= 1,4;

Проводимость изоляции, как правило, не велика. При её определении можно использовать следующее выражение:

Гн/км (6.14)

где tgp — результирующий тангенс угла потерь изоляции. Данная величина является функцией частоты.

Произведём расчёт первичных параметров для кабеля МКПАБ в спектре частот. Полученные данные занесём в таблицу 6.5

Таблица 6.5 — Частотная зависимость первичных параметров кабельной линии

Приведём пример расчёта на частоте f = 250 кГц. Используя формулы (6.10) — (6.14) произведем расчет первичных параметров:

Ом/км

мГн/км

нФ/км

мкСм/км Построим по полученным данным графики частотных зависимостей первичных параметров (рисунок 6.3).

Рисунок 6.3 — Функции частотных зависимостей первичных параметров а) сопротивления; б) индуктивности; в) емкости; г) проводимости

6.3.2 Волновые параметры кабеля Основной характеристикой любого кабеля являются его волновое сопротивление Z_В и коэффициент распространения. Данные параметры значительно более удобны для практических расчётов, чем первичные. Волновое сопротивление определяет собой отношение напряжения к току бегущей по цепи волны в любой точке кабеля. Коэффициент распространения — комплексная величина. Действительная составляющая — километрический коэффициент затухания () — показывает степень убывания амплитуды напряжения или тока бегущей волны на расстоянии 1 км. можно определить как:

связь кабельный регенерационный монтаж

где L — длина линии;

U_H и U_K — напряжения в начале и конце лини.

Мнимая составляющая — километрический коэффициент фазы () — представляет собой разность фаз векторов напряжений или токов в точках цепи, отстоящих одна от другой на расстояние 1 км. Коэффициент затухания определяет максимально возможную дальность передачи сигнала.

Волновые параметры непосредственно связаны с первичными следующими зависимостями:

Определим, используя выше приведённые зависимости волновые параметры кабеля МКПАБ. Полученные данные занесём в таблицу 6.6.

Таблица 6.6 — Волновые параметры кабеля МКПАБ

Приведём пример расчёта на частоте 50 кГц:

(Ом)

6.3.3 Расчет переходных затуханий Переходные затухания определяются в первую очередь параметрами электромагнитных связей. Определим частотную зависимость вектора комплексной электромагнитной связи.

Согласно заданию на курсовое проектирование: k₁₂ = 19 пФ/с.д. Величина g₁₂ задана через процентное отношение, то. Активная составляющая магнитной связи задана через соотношение, где .

Комплексные вектора электромагнитных связей можно определить по следующей формулам:

Произведём расчёт векторов комплексной электромагнитной связи на дальнем и ближнем конце. Полученные данные сведём в таблицу 6.7.

Приведем пример расчета на частоте 50 кГц:

(См);

(Гн/с.д.);

(Ом);

;

;

;

;

Таблица 6.7 — Вектора электромагнитной связи

Для определения переходных затуханий воспользуемся в данном курсовом проекте значениями векторов электромагнитных связей, рассчитанных выше. Найдём искомые величины на строительной длине — элементарного участка кабельной линии. Стандартная строительная длинна — 82 525 м. Примем для расчёта среднее значение 825 м (0,825 км). Переходные затухания на одну строительную длину можно определить по следующим зависимостям:

где А₀^СД — переходное затухание в начале строительной длины;

А_L^СД — переходное затухание в конце строительной длины;

А_З^СД — защищённость;

— километрический коэффициент затухания, ДБ;

S — строительная длина.

На основе полученных значений затуханий на одну строительную длину можно определить суммарное затухание на длине усилительного участка.

где n — количество строительных длин на усилительном участке.

Произведём расчёт переходных затуханий на усилительном участке Чита — Черновская, который содержит 30 строительных длин. Для расчета воспользуемся вышеприведёнными зависимостями. Полученные данные занесём в таблицу 6.8. Приведем пример расчета на частоте 50 кГц:

Определим переходные затухания на одну строительную длину:

.

На длине усилительного участка:

(дБ),

(дБ),

(дБ).

Таблица 6.8 — Величина рассчитанных переходных затуханий

Построим графики зависимостей переходных затуханий от частоты (рисунки 6.4, 6.5).

Рисунок 6.4 — Частотная зависимость затуханий на строительной длине кабеля Рисунок 6.5 — Частотная зависимость затуханий на строительной длине Сравним полученные результаты с нормами: А₀=60,8 дБ; А_З=73,8 дБ; А_L=73,8+l.

Рассчитанные результаты меньше нормы, следовательно, нужно проводить защитные мероприятия. К таким относят симметрирование кабельных четверок.

7. Защита кабеля и аппаратуры связи от опасных и мешающих влияний

7.1 Защита кабеля от опасных влияний

7.1.1 Редукционные трансформаторы Редукционные трансформаторы (РТ) являются эффективным средством защиты от влияний высоковольтных линий. Первичная I и вторичная II обмотки РТ имеют одинаковое число витков и намотаны на замкнутый железный сердечник. Первичная обмотка включается в разрез металлического покрова (оболочку, броню, экран) защищаемого кабеля, а вторичная — в разрез жил кабеля. Первичная обмотка РТ обычно выполняется из медного изолированного проводника, поперечное сечение которого не меньше общего эквивалентного поперечного сечения металлического покрова кабеля. Вторичная обмотка представляет собой пучок изолированных друг от друга жил, по конструкции одинаковых с жилами защищаемого кабеля.

РТ увеличивает магнитную связь между металлопокровами кабеля и сердечником и вызывает появление дополнительной ЭДС и компенсирующего тока.

РТ не оказывает заметного увеличения собственного затухания сигнала, так как используется сам кабель. РТ используется для защиты ВЧ каналов. РТ включается на длине усилительного участка в количестве до трёх штук.

Марка РТ — ОСГРГ — однофазный, сухой, герметизированный, редукционный.

РТ повышает экранирующее действие металлических покровов кабеля. При наличии других (третьих) цепей, например, рельсовой цепи, экранирующее действие которой повышается за счёт применения ОТ.

Экранирующий эффект (S) РТ зависит от их числа: при одном РТ S=0,3; при двух — 0,2; при трех — 0,15. Без РТ величина S составляет 0,8…0,9.

Отсюда следует, что наличие одного РТ дает снижение помех в 3 раза, а при трех РТ помехи снижаются в 6 раз. Дальнейшее увеличение РТ не дает существенной выгоды.

7.1.2 Отсасывающие трансформаторы Установка отсасывающих трансформаторов является эффективным методом снижения магнитного влияния контактной сети переменного тока на линии связи. Отсасывающие трансформаторы обычно имеют коэффициент трансформации от 0,8 до 1, мощность 800 кВ? А и более. Известны два способа включения отсасывающих трансформаторов:

1) с обратным проводом;

2) без обратного провода.

При установке отсасывающих трансформаторов с обратным проводом первичная обмотка трансформатора включается в контактный провод, а вторичная — в дополнительный провод, подвешенный на опорах контактной сети и периодически соединяемый с рельсами. При протекании тягового тока по первичным обмоткам трансформаторов во вторичных обмотках и обратном проводе будет протекать ток почти противоположного направления, что снижает напряженность влияющего магнитного поля. При включении вторичных обмоток в рельсы ток в них значительно увеличивается, что улучшает экранирующее действие рельсов.

Количество устанавливаемых отсасывающих трансформаторов определяется расчетами. Их защитное действие зависит от расстояний между ними, взаимного расположения линии, подверженной влиянию, и тяговой сети, сопротивления рельсов относительно земли и т. Д. Коэффициент защитного действия при включении в провод обратного тока может иметь значения 0,25.0,5, а при включении в рельсы — 0,25.0,7.

Использование отсасывающих трансформаторов в качестве меры защиты от опасных и мешающих влияний удорожает строительство тяговой сети, усложняет эксплуатацию и увеличивает потери электроэнергии, но при необходимости защиты дорогостоящих действующих сооружений (магистральных кабелей, кабельных сетей местной связи и т. д.) их применение может быть оправдано.

7.2 Защита аппаратуры связи и автоматики от перенапряжений Разработка схем защиты зависит от следующих факторов:

1)Элементная база аппаратуры (реле, полупроводники);

2)Вид передаваемой информации — аналоговая, цифровая, уплотнённые (неуплотнённые) цепи;

3)Разновидность линейного сооружения — воздушные линии, симметричный кабель, высокочастотный кабель, коаксиальная линия, волновод.

Схема защиты состоит из совокупности разрядников, плавких вставок (предохранитель), нелинейных сопротивлений, полупроводниковых элементов и заземлителей.

Рассмотрим пример схем защиты и принцип действия.

Схема защиты состоит из разрядника Р-35, сопротивления заземления, плавких вставок и линейного трансформатора.

Работа схемы: в связи с различным временем срабатывания Р-35 разрядных промежутков Р₁ и Р₂ вначале пробивается (срабатывает) один из них, например Р₁. Через Р₁ будет проходить ток, затем сработает Р₂.

Недостаток этой схемы — не одновременность срабатывания Р₁ Р₂ приводит к появлению опасных волн перенапряжения в двухпроводных цепях, которые трансформируются линейным трансформатором и поступают на вход аппаратуры. Эти волны будут вызывать импульсы перенапряжений. Для устранения этого недостатка применяют дренажные и запирающие катушки. Рассмотрим такую схему (см. чертеж схем защиты).

Дренажная катушка — устраняет не одновременность срабатывания Запирающая катушка — препятствует проникновению в двухпроводную цепь мешающих напряжений.

Недостатки этой схемы:

1) используется дренажная и запирающая катушки для защиты высокочастотной аппаратуры приводит к изменению ёмкостной и индуктивной составляющих нагрузок кабельной линии, особенно на ВЧ;

2) применение одного газонаполненного разрядника Р35 приводит к значительному времени запаздывания срабатывания разрядника, а это сказывается при использовании в схемных решениях автоматики и связи полупроводников и, особенно, микросхем.

Из-за этих недостатков приведённая схема используется для аппаратуры, работающей в тональном диапазоне частот.

При использовании ВЧ аппаратуры автоматики и связи в состав схем защиты должны входить полупроводниковые элементы: диодные ограничители, стабилитроны, динисторы, варисторы.

Эти элементы имеют нелинейную ВАХ и повышенное быстродействие. В качестве примера приведём схему защиты усилителя ВЧ связи с помощью динистора (т.е. динисторная защита).

Данный фрагмент схемы защиты аппаратуры позволяет обеспечить защиту ВЧ усилителя от импульсных напряжений, возникающих в двухпроводных кабельных цепях за счёт наличия газонаполненного разрядника Р-4 и встречно-параллельного включения динисторов КН102А.

Любая схема защиты должна иметь каскад, который бы защищал элементы аппаратуры от перенапряжений относительно земли.

Для этой цели используют вывод от средней точки линейного трансформатора служебной связи.

Разрядник Р-34, включается между средней точкой линейного трансформатора служебной связи и землёй. Данный разрядник одновременно защищает двухпроводную цепь, в которую включены ВЧ усилитель и аппаратуру служебной связи от перенапряжений.

В этой схеме имеются три каскада защиты:

Самый грубый: на разрядниках Р-34, для которого U_сраб=1 500 100 В; срабатывает относительно корпуса или заземлителя. Все потенциалы обнуляются при срабатывании, все опасные токи стекают в заземлитель.

Выполнен на разряднике Р-4, Uсраб=10 020 В. Разрядник устраняет перенапряжение между проводами («провод-провод»).

Чувствительный и быстродействующий — снижает перенапряжения до десятков вольт, в зависимости от типа используемых динисторов.

Такая схема может быть использована и применяется в эксплуатации в настоящее время для ограничения перенапряжений, возникающих в кабельных линиях при использовании аппаратуры ВЧ связи.

Недостаток схемы — ограниченная пропускная способность динисторов по току. Ведутся разработки по замене динисторов на варисторы.

8. Симметрирование кабелей

8.1 Теоретические сведения Кабельные цепи в строительных длинах одного и того же типа кабеля всегда имеют различные электрические характеристики (в пределах допустимых техническими условиями), и от того, как они будут соединены, зависит защищенность их от взаимных влияний и влияний внешних источников.

Поэтому при выполнении монтажных работ с симметричными кабелями проводят комплекс мероприятий, направленных на уменьшение влияний. Взаимные влияния возникают в результате наличия между цепями электромагнитных связей. При этом в кабелях низкочастотных (до 4 кГц) преобладают электрические (емкостные) связи, а в кабелях высокочастотных (до 252 кГц) — электромагнитные комплексные связи. Внешние влияния обусловлены связями, вызванными продольной асимметрией цепей, подверженных влиянию. Для снижения взаимных влияний уменьшают связи между цепями скрещиванием жил, включением между жилами цепей конденсаторов и контуров из последовательно соединенных резисторов с активным сопротивлением и конденсаторов. Эти контуры называют контурами противосвязи.

Сущность симметрирования скрещиванием заключается в компенсации электромагнитных связей между цепями на одном участке кабельной линии, связями другого участка, путем соединения жил без скрещивания или со скрещиванием. Компенсация объясняется тем, что при скрещивании связи изменяют свой знак.

При симметрировании конденсаторами последние устанавливают в промежуточной муфте, соединяющей два участка кабельной линии, и включается между жилами цепей.

Симметрирование контурами противосвязи заключается в том, что токи помех, вызываемые электромагнитными связями между цепями, компенсируются токами влияния противоположной фазы, создаваемыми с помощью контуров, включаемых между жилами цепей. Необходимо, чтобы контур противосвязи воспроизводил частотную зависимость естественной электромагнитной связи, которая носит комплексный характер.

На ближний конец токи влияния с различных участков приходят с разными фазами, и компенсировать их токами противосвязи сложно. Поэтому практически симметрирование контурами противосвязи применяют только для уменьшения влияний на дальний конец. Влияние на ближний конец уменьшают скрещиванием.

В низкочастотных кабелях преобладают емкостные связи и можно применять симметрирование скрещиванием, конденсаторами и контурами противосвязи; при симметрировании высокочастотных кабелей — скрещиванием и контурами противосвязи.

Применение одних конденсаторов нецелесообразно, поскольку при высоких частотах действуют электрические и магнитные связи, соизмеримые между собой. Внешние влияния уменьшают снижением продольной асимметрии путем включения конденсаторов между жилами и оболочкой (землей) и резисторов активного сопротивления в жилы кабелей.

Методика симметрирования высокочастотных и низкочастотных цепей различна. Объясняется это следующим. Высокочастотные цепи имеют большое затухание на высоких частотах и токи влияния на ближний конец с участков, расположенных на расстоянии, соответствующем затуханию 10−11 дБ (на верхних частотах передаваемого спектра), незначительны. Это позволяет производить симметрирование на всем усилительном участке.