Проект кабельной линии АТ и С на участке железной дороги Екатеринбург — Муслюмово

Кафедра «Систем передачи информации»

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту Проект кабельной линии АТ и С на участке железной дороги Екатеринбург-Муслюмово

Реферат Курсовой проект содержит 37 страниц, 4 таблицы, 2 рисунка, 1 альбом чертежей, 5 библиографических источников.

Линия связи, кабель, аппаратура уплотнения, НУП (ОУП), НРП (ОРП), муфта, влияния контактной сети и линий электропередач (ЛЭП), оптоволокно

1. Описание проектируемого участка линии связи

1.1 Физико-географические данные и природа проектируемого участка

2. Выбор кабельной системы, характеристики аппаратуры уплотнения, типа кабеля и размещение цепей по четверкам

2.1 Характеристика цифровой аппаратуры уплотнения ИКМ-120

2.2 Транспортная аналоговая система передачи К-24Т

2.3 Распределение цепей по четверкам

2.4 Выбор типа и емкости магистральных кабелей

3. Размещение усилительных и регенерационных пунктов на трассе

3.1 Выбор трассы прокладки кабельной линии и устройство ее переходов через преграды

4. Расчет влияний контактной сети и ЛЭП на кабельные линии

4.1 Расчет влияния от контактной сети постоянного тока

4.2 Влияние ЛЭП с заземленной нейтралью

4.2.1 Опасные влияния

4.2.2 Мешающие влияния

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

6. Симметрирование кабелей

6.1 Симметрирование низкочастотных цепей

6.2 Симметрирование высокочастотных цепей

7. Содержание кабелей под избыточным давлением

8. Монтаж кабельной магистрали

8.2 Порядок счета, принятый на кабельных магистралях

8.3 Монтаж муфт и боксов

8.4 Применение чугунных муфт, монтаж и установка боксов

9. Волоконно-оптические системы связи

9.1 Выбор волоконно-оптического кабеля

9.1.1 Расчет длины регенерационного участка

9.1.2 Расчет затухания поглощения

9.1.3 Расчет затухания рассеивания

9.1.4 Расчет волнового сопротивления

9.1.5 Расчет числа мод

9.1.6 Расчет потерь на изгибы

10. Расчет переходных затуханий

Заключение

Приложение 1

Современное развитие устройств связи, автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте неразрывно связано с необходимостью широкого применения кабельных линий. Роль кабельных линий на транспорте особенно возросла в связи с внедрением электрической тяги однофазного переменного тока, так как замена воздушной линии кабельной является основным средством защиты устройств связи от опасных и мешающих влияний.

Кабельные линии связи вместе с воздушными и радиорелейными линиями связи и радиосвязи образуют единую систему, предназначенную для организации телефонно-телеграфной связи на ж.д. транспорте. Широкое распространение получили кабельные линии в устройствах, А и Т ж.д. транспорта для передачи сигналов ТУ и распределения электрической энергии, питающей эти устройства.

1. Описание проектируемого участка линии связи

Участок Екатеринбург-Муслюмово относится к Свердловской железной дороге.

1.1 Физико-географические данные и природа проектируемого участка

Прокладка кабеля проектируется вдоль железнодорожного полотна, соединяющего 22 населенных пунктов и протянувшегося 199 км. Трасса проходит через Свердловскую область. Около ј площади Свердловской области занято горными хребтами Урала. Средний Урал сильно сглажен, более возвышены Западные предгорья; на Востоке располагается холмистая полоса Зауральского пенеплена.

На территории этой области расположен проектируемый участок связи, включающий в себя Свердловскую железную дорогу.

Свердловская ж.д. объединяет сеть ж. дорог общего пользования по западным и восточным склонам Среднего и частично Северного Урала и прилегающих к ним территорий Предуралья и Зауралья. Эксплуатационная длина (1974) 5643 км, или 4,2% протяженности всей сети ж.д. России. Управление дороги в Свердловске. Граничит на Западе с Горьковской ж. д., на юге — с Южно — Уральской ж.д., на Востоке — с Западносибирской. Имеет 7 отделений: Пермское, Свердловское, Тюменское, Чусовское, Нижнетагильское, Серовское и Егошинское.

Первые участки дороги Пермь — Чусовская — Екатеринбург были построены в 1874 — 78 и в 1885 продлены до Тюмени. Они связывали старые промышленные районы Урала с судоходными реками. В1896 после постройки линии Екатеренбург — Челябинск Свердловская ж.д. была соединена со всей сетью. Наиболее важные ж. — д. Узлы: Свердловск, Пермь, Смычка (Нижн. Тагил), Серов, Тюмень, Войновка. Дорога взаимодействует с речным транспортом.

Грузооборот дороги составляет (1975) около 5% грузооборота всей сети. На долю каменного угля, минеральных, строительных материалов, лесных грузов и черных металлов приходится свыше 60% всего грузооборота дороги. Средняя грузонапряженность свыше 26 млн. т-км.

Климат умеренно континентальный, с умеренно холодной и продолжительной зимой и тёплым летом. Средняя температура января — 12^?С, — 13^?С, июля — 18^?С, 19^?С.

Годовое количество осадков от 450−500мм в Правобережье и до 550−600мм в Заволжье. В Правобережье нередки засухи.

В почвенном покрове преобладают дерново-подзолистые и подзолистые почвы (66? всей территории), серые лесные занимают16,3?. В Заволжье почвы подзолистые под таёжными лесами и дерново-подзолистые под смешанными. В Правобережьесерые лесные широколиственных лесов (дубрав) и выщелочные чернозёмы луговых земель.

2. Выбор кабельной системы, характеристики аппаратуры уплотнения, типа кабеля и размещение цепей по четверкам Выбор емкости кабеля зависит:

от заданного количества каналов магистральной, дорожной и оперативно-технологической (ОТС) связи;

от вида системы уплотнения;

от типа кабельной магистрали.

Согласно заданию на курсовое проектирование, нам необходимо обеспечить 190 каналов магистральной связи (каналы между МПС и дорожными управлениями), 110 каналов дорожной связи (каналы между дорожными управлениями и отделениями дорог) и все виды оперативно технологической связи (ОТС).

Передача организована по двухкабельной системе, для организации всех видов связи и цепей СЦБ прокладывается два кабеля, при этом для цепей дальней связи (магистральной и дорожной) будем использовать цифровую систему передачи ИКМ-120, с частотой передачи цифровой информации 8,448 Мбит/с.

Каждая из этих систем требует две кабельные пары, одна из которых в целях обеспечения защищенности от переходных токов располагается в первом, а другая — во втором кабеле.

Связь на участке Екатеринбург-Муслюмово — организована по трехкабельной системе.

При трехкабельной системе прокладывается три кабеля, из которых первый используется для отделенческих связей и цепей СЦБ, а второй и третий — для цепей дальней связи. Все ответвления на перегонах и станциях производятся только от первого кабеля. Система по количеству каналов дальней связи, количеству пар для отделенческих связей и числу цепей для СЦБ соответствует требованиям для всех участков железных дорог, включая участки со скоростным движением, обеспечивает высокое качество и надежность работы каналов дальней связи, однако требует больших капитальных затрат и эксплуатационных расходов. Поэтому эта система находит применение на участках железных дорог, где требуется организация мощных пучков каналов связи.

Отделенческая связь предназначена для оперативной работы дороги и обеспечивает постоянную телефонную связь со всеми раздельными пунктами и жилыми зданиями линейных работников.

Железнодорожные линии оснащены следующими видами отделенческой связи:

1) Поездная диспетчерская связь (ПДС) — служит для переговоров поездного диспетчера со всеми раздельными пунктами, входящими в обслуживаемый участок.

2) Энергодиспетчерская связь (ЭДС) — обеспечивает оперативное руководство подачей электроэнергии в контактную сеть.

3) Постанционная связь (ПС) — служит для переговоров работников раздельных пунктов между собой.

4) Билетная диспетчерская связь (ДБК) — обеспечивает сведениями билетные кассы о наличии мест в поездах дальнего следования.

5) Вагонно-диспетчерская связь (ВГС) — служит для служебных переговоров работников отделения дороги со станциями по вопросам состояния вагонного парка.

6) Межстанционная связь (МЖС) — обеспечивает переговоры дежурных смежных раздельных пунктов по вопросам движения поездов.

7) Перегонная связь (ПГС) — предназначена для переговоров линейных работников, находящихся на перегоне, с дежурным по станции, с энергои поездным диспетчером, а также с дистанцией сигнализации.

8) Поездная радиосвязь (ПРС) — для обеспечения каналов поездной радиосвязи.

9) Линейно-путевая связь (ЛПС) — осуществляет оперативное руководство линейными работниками на дистанции пути и переговоров линейных работников между собой.

10) Служебная связь электромехаников (СЭМ) — оперативное руководство линейными работниками (электромонтеров) в дистанции сигнализации и связи.

11) Телеуправления тяговыми подстанциями (ТУ) и телесигнализация тяговых подстанций (ТС).

12) Диспетчерского контроля (ДК).

2.1 Характеристика цифровой аппаратуры уплотнения ИКМ-120

Аппаратура обеспечивает организацию 120 каналов ТЧ и предназначена для работы по четырехпроводной схеме. Дальность связи 600 км, длина секций дистанционного питания не более 200 км, максимальное напряжение дистанционного питания 980 В.

В состав аппаратуры входят оконечная и промежуточная станции. Длина участка регенерации около 5 км (зависит от типа кабеля). Усилительная способность регенератора 55 дБ на полутактовой частоте 4424 МГц.

Скорость передачи по линейному тракту 8848 кбит/с.Образование линейного сигнала осуществляется по принципу группообразования с синхронным или асинхронным посимвольным объединением цифровых сигналов четырех цифровых первичных каналов со скоростью 2048 кбит/с.

Регенерационные пункты системы ИКМ-120 бывают обслуживаемые (ОРП) и необслуживаемые (НРП).

НРП состоит из контейнера в исполнениях: подземной, настенной или опорной (на столбах) установки. На контейнере имеются выводы для служебной связи и телеконтроля. Основу НРП составляет регенератор линейный (РЛ).

Назначение регенератора — восстановление сигнала по амплитуде, форме и времени. Состоит регенератор из трех основных функциональных узлов: двустороннего регенератора, состоящего из двух блоков регенераторов — РЛ1 и РЛ2; блока дистанционного питания ДП; блока служебной связи СС и телеконтроля ТК. Регенератор обеспечивает усиление на полутактовой частоте 55дБ.

2.2 Транспортная аналоговая система передачи К-24Т

Система передачи К-24Т двухкабельная однополосная, 24-канальная для технологических сетей связи с линейной структурой, дальность связи 500 км.

Аппаратура обеспечивает 12 прямых каналов ТЧ (1−12), организуемых между оконечными станциями в диапазоне линейного спектра 12−60 кГц и 12 групповых каналов ТЧ (13−24) (с многократным параллельным выделением) в диапазоне линейного спектра 60−108 кГц. Три канала (13−15) предназначены для подключения аппаратуры передачи дискретной информации.

В состав оконечной аппаратуры входят: стойка оконечная (СО), стойка вводно-кабельная (СВКО), стойка дистанционного питания (СДП). Промежуточная аппаратура размещается на стойке (СП К-24Т).

Образование линейного спектра осуществляется двумя ступенями из первичной 12-канальной группы с полосой 60−108 кГц преобразованием в промежуточный спектр 456−552 кГц несущими 444 и 564 кГц. Первичная группа образуется с помощью индивидуальных преобразований тонального спектра 0,3−3,4 кГц несущими частотами 64−108 кГц.

Промежуточная аппаратура обеспечивает выделение тонального спектра каждого канала второй первичной группы (13−24) из тракта приема и последующий ввод в соответствующий тракт передачи.

Для организации 250 каналов магистральной связи и 180 каналов дорожной связи выберем четыре комплекта уплотняющей аппаратуры ИКМ-120.

Связи ПДС, ЭДС, ПС, ВГС, ДБК, СЭМ, ЛПС, МЖС, ПГС, ПРС, ТУ и ТС, ДК уплотняются аппаратурой К-24Т.

2.3 Распределение цепей по четверкам

Распределение цепей по четверкам приведено в таблице 1.

Таблица 1 — Распределение цепей по четверкам

2.4 Выбор типа и емкости магистральных кабелей

Для кабельной магистрали, проложенной вдоль железной дороги, при прокладки в заболоченных местах используется кабель МКПАБ и для преодоления водных преград, используется кабель с повышенным защитным действием оболочек МКПАКшП.

Кабель МКПАБ имеет формулу и будет использоваться для обеспечения работы систем ИКМ-120.

Кабель МКПАКшП имеет формулу и будет использоваться для преодоления водных преград.

Кабель МКПАБ с формулой будет использоваться для организации ОТС.

Кабель МКПАКшП с формулой будет использоваться для преодоления водных преград (ОТС).

Кабель для организации ответвлений к объектам выберем марки ТЗПАБшП. Кабель ТЗПАБшП кабель с полиэтиленовой изоляцией в алюминиевой оболочке с полиэтиленовым шлангом поверх брони.

Сечение и спецификация выбранных кабелей представлены в альбоме чертежей на листе 5.

3. Размещение усилительных и регенерационных пунктов на трассе

По методу использования аппаратура ВЧ 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.

Пункты, в которых устанавливается промежуточная аппаратура, называются усилительными (УП). Дистанционное питание УП осуществляется из опорных или питающих УП (ОУП), имеющих электроустановку и обслуживающий персонал.

Питаемые дистанционно УП, не имеющие установок и постоянно находящегося в них персонала, носят название необслуживаемых (НУП), которые располагаются через 18 -21 км.

Между оконечным оборудованием располагаются необслуживаемые регенерационные пункты (НРП), которые устраняют искажения цифровых сигналов.

Длина регенерационного участка определяется и зависит от величины, характера помех и энергетических потерь в линии и составляет 4,5 — 5 км.

Оконечные УП размещаются на крупных станциях, НУПы располагаются по трассе в зависимости от систем уплотнения.

Участок линии связи Екатеринбург-Муллюмово имеет общую протяженность 199 км.

Размещение оконечных и промежуточных усилительных пунктов на трассе линии связи приведено в таблице 3.1

Также в таблицах покажем расположение тяговых подстанций.

Таблица 3.1 — Размещение оконечных и промежуточных усилительных пунктов на трассе линии связи (восточное направление)

3.1 Выбор трассы прокладки кабельной линии и устройство ее переходов через преграды

Трасса кабельной магистрали прокладывается по наиболее короткому пути. Трасса выбирается с учетом того, чтобы число переходов через железную дорогу было минимальным, а необходимые переходы устраивались в местах с меньшим количеством путей.

При переходе кабеля через реку учитываются особенности этой реки. Если река судоходна или ее ширина превышает 300 м, то предусматривается прокладка двух кабелей для каждого магистрального: одного по мосту, а другого — по дну реки на расстоянии 300 м от моста.

На перегонах трасса кабельной магистрали прокладывается в пределах полосы отвода железной дороги, ширина которой составляет по 60 м в обе стороны от головки рельса.

Если на участке имеется высоковольтная линия автоблокировки, то трасса кабельной линии располагаются вдали от высоковольтной линии, на противоположной стороне железной дороги.

Участок проектируемой железной дороги приведен в альбоме чертежей на листе 2.

4. Расчет влияний контактной сети и ЛЭП на кабельные линии Электрические железные дороги оказывают на линии проводной связи магнитное, гальваническое и электрическое влияния.

При расчете влияния электрических железных дорог на цепи связи следует учитывать только гальваническое и магнитное влияние.

Магнитные влияния обуславливаются прохождением по тяговой сети переменного электрического тока, вызываемого пульсирующими напряжениями на выходе ртутно-выпрямительных агрегатов на тяговых подстанциях и пульсацию противо-ЭДС тяговых электродвигателей. Магнитному влиянию подвержены как воздушные так и кабельные линии проводной связи.

Гальванические влияния обуславливаются протеканиями в земле тяговых токов. Гальваническому влиянию подвержены цепи, использующиеся в качестве обратного провода в землю.

По степени и характеру воздействия на устройства проводной связи электрические железные дороги оказывают как опасные, так и мешающие влияния.

Влияние называется опасным если напряжения и токи, возникающие в цепях проводной связи, могут создавать опасность для жизни обслуживающего персонала и абонентов, пользующихся связью, или могут повредить аппараты и приборов, включенные в эти цепи.

Влияние называется мешающим когда в телефонных цепях появляются напряжения, нарушающие нормальное действие связи, а в телеграфных цепях возникают токи, приводящие к искажению передачи.

Влияния тяговой сети на цепи связи зависит от схемы питания и нагрузочных режимов работы тяговой сети.

Следует различать две схемы питания:

1) схему одностороннего питания, при которой участок тяговой сети АБ длиной l_э (плечо питания) получает питание на всем протяжении с одной стороны от тяговой подстанции;

2) схему двустороннего питания при которой участок тяговой сети АБ длиной l_э нормально получает питание с двух сторон от тяговых подстанций, А и Б. При этой схеме питания нагрузочные токи I₁ и I₂, потребляемые электровозами, и влияющие переменные токи, циркулирующие в тяговой сети, оказываются пространственно сдвинутыми один по отношению к другому на 180^?.

4.1 Расчет влияния от контактной сети постоянного тока

Расчет производим по формуле для участка тяговой сети с двусторонним питанием:

(4.1)

где — угловая частота для гармоники 800Гц;

— модуль взаимной индукции между двумя однопроводными цепями на частоте 800 Гц;

— коэффициент чувствительности телефонной цепи к помехам на частоте 800Гц;

S_p — коэффициент экранирующего действия рельсов;

— коэффициент защитного действия оболочки кабеля на частоте 800 Гц;

— длина сближения линии связи с влияющей линией;

г₈₀₀ — коэффициент распространения однопроводной цепи связи на частоте 800Гц;

— расстояние от середины влияющего участка высоковольтной линии до конца расчётного участка цепи связи;

Z_ТС — входное сопротивление тяговой сети;

— длина участка линии связи, для которого производится расчёт влияний, км.

В соответствие с заданием, на участке Улан-Удэ — Петровский завод — Наушки кабельная магистраль подвержена влиянию тяговой сети постоянного тока.

Тяговые подстанции постоянного тока располагаются таким образом, чтобы, согласно нормам, длина тягового участка находилась в пределах от 40 до 60 км.

Определим М₈₀₀ по графику из [1]:

при =10м, =0.006 См/м и f=800Гц, 990•10^-6 Гн/км.

Коэффициент чувствительности линии к помехам =1,3•10^-3

Определим S_p, S_об, г₈₀₀, Z_ТС.

=0,45 — коэффициент экранирования рельсов из таблицы 4 источника [2];

=0,012 — коэффициент защитного действия оболочки кабеля на частоте 50 Гц;

=(41.7+j50.3)•10^-3 1/км.

U_экв является функцией угла коммутации и определяется по рисунке 7 источника [1], U_экв=2,2 В.

=40км., =20км., =18км.

По рисунку 10 источника определяем Z_ТС на частоте 800Гц, Z_ТС=96 Ом Таким образом, подставив все значения в формулу (4.1), получим:

U_Ш=0.043•е^j1.7 мВ.

Величина индуктированного напряжения U_Ш значительно меньше предельно допустимого значения U_шр=1мВ, следовательно, никаких дополнительных мероприятий по защите линий связи проводить не требуется.

4.2 Влияние ЛЭП с заземленной нейтралью

По заданию линия связи на участке Екатеринбург-Муслюмово подвержена влиянию линии электропередачи (ЛЭП) с заземленной нейтралью (95 кВ, Iкзн=800 А, Iкзк=600 А, I_{0 экв}=1,9 А).

4.2.1 Опасные влияния

Продольная ЭДС в проводе (жиле) связи зависит от длины 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). При расчете используется метод проб, т. е. последовательно определяются ЭДС при коротком замыкании фазового провода в разных местах трассы ЛЭП.

Т.к. питание ЛЭП двухстороннее, то вычисление опасных ЭДС производится отдельно — сначала от токов короткого замыкания с одного питающего конца, а затем — с другого.

Ширину эквивалентного сближения на i-ом участке рассчитаем по формуле (4.2):

(4.2)

Участок, для которого рассчитываются влияния представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 — Участок подверженный влиянию ЛЭП Величину наведенного напряжения рассчитаем по формуле (4.3):

(4.3)

где — частота влияющего тока,

— влияющий ток, определяемый по диаграмме,

— коэффициенты экранирования рельсов и защитного действия оболочки кабеля,

— расчетная длина сближения, М — модуль взаимной индукции между двумя однопроводными цепями из.

Таблица 4.1- Результаты вычислений

Эпюра токов короткого замыкания представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 — Эпюра токов короткого замыкания Пример расчета наведенной ЭДС на первом участке:

По формуле (4.2) рассчитаем a_э1:

Определим М по графику из при =10м,=0.006 См/м и f=50Гц: 465•10^-6 Гн/км.

По рисунку 3 определим ток к.з. в конце участка l₁: I_к.з.1 = 660 А По формуле (4.3) рассчитаем Е₁:

В Дальнейшие расчеты сведем в таблицу 4.2

Таблица 4.2- Результаты вычислений

Так как продольная ЭДС, индуцируемая в жилах кабеля превышает допустимое значение, то в качестве меры защиты от опасных влияний используем редукционные трансформаторы.

4.2.2 Мешающие влияния

Напряжение шума в приемнике двухпроводной телефонной цепи от влияния ЛЭП с заземленной нейтралью определяется по формуле (4.4):

(4.4)

где Z_(1-A)ср— модуль взаимного сопротивления между однопроводными ЛЭП и ЛС для частоты 800 Гц (усредненное значение),

— поправочный коэффициент, принимаемый в расчетах независимо от ширины сближения.

рассчитывается по формуле (4.5):

(4.5)

Подставим полученные значения в (4.5)

Гн/км

Подставим все полученные значения в (4.4):

мВ

Т.к. напряжение шума в приемнике двухпроводной телефонной цепи от влияния ЛЭП с заземленной нейтралью меньше предельно допустимого значения в 1мВ, то никаких дополнительных мероприятий по защите линии связи проводить не требуется.

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

Для полной уверенности в том, что проектируемая линия связи хорошо защищена от воздействий электромагнитного поля, будем использовать ряд мероприятий. В настоящее время с целью снижения в устройствах проводной связи опасных и мешающих влияний высоковольтных линий и электрифицированных ж.д. на стороне последних применяют: частичное заземление нейтралей и включение токоограничивающих устройств; включение на подстанциях быстродействующих автоматических выключателей при токах короткого замыкания; осуществление транспозиции проводов на трёхфазных линиях; подвеска на трёхфазных линиях заземлённых тросов; включение в трёхфазные линии сглаживающих устройств; включение отсасывающих трансформаторов в контактные сети электрифицированных ж.д. переменного тока; применение трехпроводной системы электрифицированных ж.д. 2×25 кВ с линейными автотрансформаторами.

В аппаратуре усилительных пунктов признано целесообразным предусматривать в каждой цепи кабеля определённый минимум защитных средств от опасных и мешающих напряжений и токов независимо от того, в каком районе будет прокладываться данная магистраль, имеются ли поблизости источники электромагнитных влияний или нет. Опыт показывает, что до 25% всей длины кабельных магистральных линий проложено вдоль высоковольтных линий и электрических ж.д. переменного тока и, следовательно, подвержено опасному и мешающему влиянию внешних электромагнитных полей от этих источников. Кроме того, почти на всей территории СНГ наблюдаются грозовые разряды, создающие опасность возникновения повреждений в линиях и аппаратуре НУП.

При конструировании НУП экономически оправдывается предусматривать включение в каждом НУП на входе и выходе усилителей и в схемах самих усилителей на переходах транзисторов тех или иных элементов защитного устройства в зависимости от системы уплотнения цепей.

Оборудование НУП различных систем передачи имеют отдельные узлы, испытательное напряжение которых колеблется от очень низких напряжений до нескольких тысяч вольт. Аппаратура не является равнопрочной в отношении крепости изоляции и поэтому может в той или иной части выходить из строя от возникающих на линии и проникающих в аппаратуру высоких напряжений как со стороны входа и выхода усилителя, так и со стороны блока дистанционного питания. Пока не существует таких защитных элементов, которые могли бы с одной стороны. Понизить напряжение до очень малых величин и, с другой, быть достаточно мощными, чтобы пропускать возникающий большой ток. Обычно защита всего оборудования от высоких напряжений импульсного и периодического переменного тока (50 Гц) организуется по каскадному принципу. Иными словами, применяется ступенчатый способ защиты, обычно с тремя ступенями.

Первая ступень или каскад обеспечивает грубую защиту, снижающую перенапряжения от нескольких киловольт до нескольких сотен или десятков вольт. Этот каскад осуществляется в большинстве случаев с помощью мощных газонаполненных или искровых разрядников с пробивным напряжением 300−3000 В.

Второй каскад защитных устройств обеспечивает дальнейшее снижение напряжения от сотен вольт до нескольких вольт. Этот каскад осуществляется с помощью разрядников с пробивным напряжением 70 — 100 В, а также с помощью фильтров, дросселей, корректирующих контуров, которые выполняют и другие функции, кроме защитных.

Третий каскад обеспечивает защиту в основном усилителей, построенных на полупроводниковых приборах. Эта защита осуществляется с помощью стабилитронов, в.ч. — диодов, соединенных по различным схемам. Они имеют напряжение срабатывания в пределах нескольких вольт и являются практически безынерционными.

Таким образом, назначение всех ступеней защиты — снизить амплитуды возникающих перенапряжений до значений, при которых обеспечивается нормальная работа пассивных и усилительных элементов оборудования НУП.

Различные схемы защиты представлены в альбоме чертежей на листе 6.

6. Симметрирование кабелей 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 симметрирование комплекс мероприятий, направленных на уменьшение влияний. В этот комплекс входят методы взаимной компенсации влияний с отдельных участков линии (метод скрещивания цепей) и метод ослабления влияния с помощью контуров из последовательно соединенных резисторов с активным сопротивлением и конденсаторов (контуров противосвязи).

6.1 Симметрирование низкочастотных цепей

Симметрирование кабельных цепей является основной мерой их защиты от внешних и взаимных помех. Оно состоит в компенсации действующих в кабеле электромагнитных связей с целью повышения защищённости цепей и переходного затухания. Симметрирование производится как в заводских условиях (скрутка жил), так и при строительстве в процессе монтажа кабельных линий.

Так как в кабелях низкой частоты преобладают ёмкостные связи, симметрирование их осуществляется скрещиванием и включением дополнительных конденсаторов.

В железнодорожных кабелях применяют преимущественно симметрирование внутри четверок. Перед началом симметрирования все ответвления и вводы должны быть замонтированы. Для симметрирования четверок сначала измеряют емкостные связи в соединяемых строительных длинах кабеля.

Затем производят симметрирование, которое осуществляют в три этапа: внутри шагов симметрирования, при соединении шагов и на смонтированном усилительном участке.

Симметрирование внутри шагов симметрирования (первый этап) может выполняться в одной, трех и семи точках, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга и от концов шага симметрирования.

При одноточечной схеме сначала монтируют прямые муфты, а затем конденсаторную. В случае трехточечной схемы вначале осуществляют монтаж прямых муфт, затем симметрирующих и только потом конденсаторных. При симметрировании по семиточечной схеме сначала монтируют симметрирующие муфты. Затем прямые муфты и последней — конденсаторные муфты.

Схемы скрещивания жил цепей при соединении четверок в симметрирующих муфтах выбирают по данным измерений емкостных связей и асимметрии.

Когда имеется искусственная цепь, число возможных вариантов скрещивания равно восьми.

При выполнении симметрирования скрещиванием пробуют все возможные схемы и выбирают, при которой связь и асимметрия имеют наименьшие значения. Когда нельзя одновременно уменьшить связи и асимметрию, оператор выбирают исходя из задачи уменьшения связей.

Если скрещиванием не удалось снизить связи и асимметрию до допустимых величин, то применяют симметрирование конденсаторами.

При соединении шагов между собой (второй этап) симметрирование выполняется способом скрещивания по результатам измерений переходного затухания между цепями на частоте 800 Гц. Выбирают операторы, которые дают наибольшее переходное затухание.

Симметрирование на смонтированном усилительном участке (третий этап) производят в муфте, расположенной в середине участка. В этой муфте определяют наилучший оператор по измерениям переходного затухания на дальнем конце. В четверках не удовлетворяющих нормам, производят дополнительно симметрирование с помощью конденсаторов.

В тех случаях, когда строительные длины кабелей имеют небольшие значения емкостных связей и асимметрии, симметрирование допустимо производить упрощенным методом в два этапа. В первом этапе во всех соединительных муфтах на усилительном участке четверки соединяют по оператору х-. Во втором этапе в трех муфтах, примерно равноотстоящих друг от друга и от концов усилительного участка, производят подбор операторов по результатам измерений переходного затухания при частоте 800 Гц на ближнем конце, защищенности на дальнем конце и асимметрии цепей относительно земли. Если подбором операторов не удается достичь установленных норм, применяют симметрирование конденсаторами.

6.2 Симметрирование высокочастотных цепей

Симметрирование выполняется в два этапа.

На первом этапе при соединении строительных длин кабеля в соединительных муфтах на всем усилительном участке для уменьшения влияния через третьи цепи высокочастотные четверки соединяют по оператору х—. Одновременно разделывают кабели на боксах и производят монтаж всех муфт, за исключением двух ближайших к усилительным пунктам и трех, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга и от усилительных пунктов.

На втором этапе в двух муфтах, ближайших к усилительным пунктам, выбирают наилучший оператор по измерениям переходного затухания на ближнем конце.

Затем в оставшихся не замонтированных трех муфтах подбирают наилучшие операторы по результатам измерений защищенности цепей на дальнем конце.

Если с помощью скрещивания не удается получить требуемые значения, то производят в тех же муфтах симметрирование контурами.

Кроме метода симметрирования высокочастотных цепей (кабелей) с помощью контуров противосвязи, по измерениям переходного затухания и защищенности между цепями, существуют и другие. Для кабелей низкого качества применяют метод симметрирования по результатам измерений комплексных связей.

7. Содержание кабелей под избыточным давлением

Содержание кабелей связи с металлическими оболочками под избыточным газовым давлением позволяет контролировать состояние оболочки кабеля и немедленно обнаружить возникшие повреждения оболочки, а также служит наиболее эффективным средством, обеспечивающих надежность и бесперебойность работы кабельных магистралей. При повреждении оболочки кабеля, находящегося под газовым давлением, поток газа, проходящего через место негерметичности, препятствует проникновению влаги в кабель. В качестве газа, накачиваемого в кабель используется сухой воздух и реже азот.

При содержании кабеля под избыточным давлением кабельную магистраль делят на герметизированные участки, называемые газовыми секциями, длина которых, как правило, равна усилительному участку ВЧ.

По концам газовой секции и на всех ответвлениях от кабеля ставят газонепроницаемые муфты. Внутри газовых секций создается избыточное газовое давление, которое превосходит атмосферное на 49•10³ Па. Участок кабеля считают герметичным, если установленное в кабеле избыточное давление не снижается в течение 10 суток более чем на 4,9•10³ Па (0,05 атм).

Применяются две системы: с периодическим пополнением газа и с автоматическим пополнением газа. Наибольшее распространение получила система с автоматическим пополнением кабелей газом. В этой системе по концам газовой секции в оконечном или усилительном пунктах устанавливаются автоматические контрольно-осушительные установки АКОУ, обеспечивающие постоянную подачу воздуха в кабель.

При повреждении оболочки утечка воздуха из кабеля будет компенсироваться подачей воздуха от установки АКОУ с обоих концов усилительного участка. Объем подаваемого в кабель воздуха будет зависеть от расстояния между каждой АКОУ и местом повреждения. Учет объема воздуха, поданный установками АКОУ на каждом из концов усилительного участка, позволяет определить место негерметичности оболочки кабеля с точностью до 500 м.

8. Монтаж кабельной магистрали Основным документом для монтажа магистрального кабеля является скелетная схема кабеля. 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, подверженной смещению или выпучиванию, запас в траншеи 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 помещении усилительного пункта кабель по скелетной схеме прокладывают от ввода до газонепроницаемой муфты, во всех остальных случаях — до бокса. Строительные длины кабеля соединяют в стыках симметрирующих и разветвительных муфт.

С учетом всех вышеописанных потерь строительная длина кабеля 830 м.

Счет обслуживаемых усилительных пунктов ОУП ведут в направлении счета километров на железной дороге.

Счет необслуживаемых усилительных пунктов НУП ведут внутри каждого усилительного участка ОУП — ОУП, начиная от ОУП низшего номера к ОУП высшего номера. В числителе пишут номер НУП, а в знаменателе — номер предыдущего ОУП.

8.2 Порядок счета, принятый на кабельных магистралях

Магистральные кабели при двухкабельной системе нумеруются следующим образом: кабель, от которого делаются все основные ответвления на перегонах, обозначается — К1, второй кабель — К2.

Кабели, ответвляющиеся от магистрального кабеля К1, получают номера 3. В том случае, когда от К1 ответвляется больше двух кабелей, их обозначают 3а, 3б. От кабеля К2 ответвляются кабели 4. Кабель вторичной коммутации обозначается номером 8.

Боксам присваиваются двузначные номера, при этом второй цифрой является 1, а первая соответствует номеру кабеля ответвления. Кабель 8 оканчивается муфтой или боксом, обозначаемым 82.

Муфты на кабелях ответвлений имеют двузначный номер, первая цифра соответствует номеру кабеля, а вторая — типу муфты: соединительной — 2, газонепроницаемой — 3, разветвительной — 4.

8.3 Монтаж муфт и боксов

На монтажной схеме кабельной линии показываются расположения всех объектов связи, а также устраиваемые к ним ответвления и соединения кабелей между собой. Скелетная схема является основным документом для монтажа магистрального кабеля. Она показана в альбоме чертежей (лист 4).

Для монтажа кабельной магистрали применяются следующие муфты: прямая соединительная муфта МСП-7; газонепроницаемые муфты ГМС-4, ГМС-7; разветвительные тройниковые муфты МСТ 777.

Соединительная, стыковая муфты — сросток двух секций высокочастотного кабеля симметричной конструкции, в которой производят концентрированное симметрирование кабеля на усилительном участке. В стыковой муфте соединение жил и пар производят в зависимости от результатов измерения переходного затухания между парами. При необходимости в стыковых муфтах включают контуры противосвязи.

Разветвительной муфтой называется сросток, в котором четверки и пары одного кабеля распределяются между двумя и более ответвляющихся кабелями разной емкости. Эти муфты монтируют также на речных переходах при распределении емкости магистрального кабеля между основными и резервными кабелями, на ответвлениях от магистрального кабеля к различным объектам на перегоне, в усилительных и оконечных пунктах в тех случаях, когда емкость магистрального кабеля превышает емкость оконечного кабельного оборудования.

Для обеспечения герметичности магистрального кабеля на кабеле ответвления устанавливают газонепроницаемую муфту, которую монтируют на 4 — 5 метровом отрезке кабеля той же марки, что и кабель ответвлений.

8.4 Применение чугунных муфт, монтаж и установка боксов

Для защиты муфт подземных кабелей от механических повреждений используют чугунные муфты.

На соединительные муфты типа МСП-7 устанавливают чугунную прямую муфту типа С-50.

На кабеле ответвления устанавливаются прямые муфты типа МС-40, им соответствуют чугунные муфты типа С-50 и МС-30 (С-35).

Газонепроницаемые муфты типа ГМСМ-60 укладывают в чугунные муфты типа С-55 и заливают битумной массой, а муфты ГМС-7 укладывают в С-50.

Разветвительным тройниковым свинцовым муфтам типа МСТ 7×7 соответствуют чугунные муфты типа Т — 50.

Кроме того, указывают назначение пары, что необходимо при последующем включении и для обслуживания сданного в эксплуатацию кабеля. Для проектируемого участка выбраны малогабаритные боксы БМШ-1 с одним флинтом, рассчитанные для установки в релейных шкафах автоблокировки и переездной сигнализации, а также междугородные боксы БМ1−1 и БМ1−2, служащих для оконечной разделки вводных кабелей в помещениях объектов связи.

9. Волоконно-оптические системы связи

9.1 Выбор волоконно-оптического кабеля

Строительная длина кабеля ОМЗКГ -10 равняется 4 км. Для соединения строительных длин используются соединительные муфты. Они будут располагаться каждые 4 км. Выберем оптический кабель ОПН-ДСП-04.

Сечение оптического кабеля приведено в альбоме чертежей на листе 5.

9.1.1 Расчет длины регенерационного участка

Длину регенерационного участка рассчитаем по следующей формуле:

(9.1)

где А=33 дБ — максимально допустимые потери на участке;

а_Р=0,5 дБ — затухание разъёмного соединителя;

n=2 — количество соединений;

А_З=7дБ — эксплутационный запас на затухание кабеля с учетом изменения будущих конфигураций;

а=0,3дБ — затухание кабеля на один километр;

Да=0,05дБ — увеличение затухания при понижении температуры (t<-40);

а_НР=0,1дБ — затухание не разъёмного соединения;

L_СД=4км — строительная длинна кабеля.

Подставим значения в выражение (9.1):

9.1.2 Расчет затухания поглощения

Затухание поглощения рассчитаем по приведенной ниже формуле:

(9.2)

где n₁=1,45 — коэффициент преломления волновода;

л=1,31мкм — длинна волны пучка света в световоде;

tg (ц)= - диэлектрические потери.

Подставим значения в выражение (9.2):

дБ.

9.1.3 Расчет затухания рассеивания

Затухание рассеивания рассчитаем по формуле приведенной ниже:

(9.3)

где =1,25 — коэффициент рассеивания для кварца.

Подставим значения в выражение (9.3):

дБ.

9.1.4 Расчет волнового сопротивления

Волновое сопротивление рассчитаем по приведенным ниже формулам:

(9.4)

(9.5)

где =376,7 Ом — коэффициент затухания для кварца;

=1,446 — коэффициент преломления оболочки.

Подставим значения в выражение (9.4), (9.5):

;

дБ.

9.1.5 Расчет числа мод

Расчет числовой апертуры произведем по ниже приведенным формулам:

(9.6)

Определим число мод по следующей формуле:

(9.7)

где R_C=8мкм — радиус сердечника.

Подставим значения в выражение (18), (19);

9.1.6 Расчет потерь на изгибы

Расчет потерь на изгибы произведем по ниже приведенным формулам:

(20)

где R_ИЗ — радиус изгиба,

— разность коэффициентов преломления,

Дn=0,004

Исходя из условия получаем, что не меньше 33,9 м

10. Расчет переходных затуханий

Определим переходные затухания, приходящиеся на одну строительную длину, дБ:

(10.1)

где N₁₂ — коэффициент электромагнитного влияния.

Коэффициент электромагнитного влияния определяется по формуле:

(10.2)

где К₁₂ — электрическая связь между цепями (К₁₂=1,3),

Z_в — волновое сопротивление кабеля МКПАБП на частоте 800 Гц (Z_в=480 Ом),

М₁₂ — магнитная связь между цепями (М₁₂=1,25).

Подставив значения в (10.2), получим:

.

По формуле (10.1) получим:

дБ.

Определим переходное затухание на дальнем конце по формуле (10.3):

(10.3)

где F₁₂ — коэффициент электромагнитного влияния,

S — строительная длина кабеля (S=850 м),

б — километрический коэффициент затухания (б=0,41 дБ/км).

Коэффициент электромагнитного влияния определим по формуле (10.4):

. (10.4)

Подставив значение в (10.4), получим:

По формуле (10.3) определим переходное затухание на дальнем конце:

дБ.

Определим защищенность по формуле (10.5):

(10.5)

Подставив значения в формулу (10.5), получим:

дБ.

Определим количество строительных длин по формуле (10.6):

(10.6)

где l_уу — длина усилительного участка (l_уу=18 км),

l_СД — строительная длина кабеля (l_СД=850 м).

По формуле (10.6) определим количество строительных длин:

.

Определим переходное затухание на ближнем конце для усилительного участка кабельной линии через характеристику строительной длинны по формуле (10.7):

. (10.7)

По формуле (10.7) получим:

дБ.

Определим переходное затухание на дальнем конце для усилительного участка кабельной линии через характеристику строительной длинны по формуле (10.8):

. (10.8)

По формуле (10.8) получим:

дБ.

Определим защищенность для усилительного участка кабельной линии через характеристику строительной длинны по формуле (10.9):

. (10.9)

По формуле (10.9) получим:

дБ.

Заключение

В результате проделанной работы по заданию на курсовой проект была спроектирована трехкабельная линия связи на участке железной дороги Екатеринбург-Муслюмово, на котором обеспечено 190 каналов магистральной связи, 110 каналов дорожной связи и различные виды отделенческой связи. При проектировании кабеля на заданном участке учитывались его физико-географические данные. Для прокладки был выбран кабель типа МКПАБ для основной магистрали и кабель типа МКПАКшП для преодоления водных преград, ТЗПАБшП — для создания ответвлений. А также в данном проекте описан выбор арматуры для монтажа кабельной магистрали, произведена разработка схемы связи с размещением оконечных и промежуточных усилительных пунктов. Были произведены расчеты мешающих и опасных влияний от контактной сети железных дорог постоянного тока и линии электропередачи с заземленной нейтралью. Приведены описания методов защиты от различных влияний, а также приведены схемы защиты аппаратуры связи. Описан принцип симметрирования, целью которого является уменьшение взаимных влияний.

1. Требина Е. Г., Костиков В.У." Электромагнитные влияния высоковольтных линий на цепи связи" Омск, 1980.

2. Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияний тяговой сети электрических железных дорог постоянного тока. М., Транспорт, 1969.

3. Марков М. В., Михайлов А. Ф. «Линейные сооружения железнодорожной АТ и С «Транспорт 1980.

4. Бунин Д. А. «Провода и кабели в СЦБ и связи» М., Транспорт, 1982.

5. Михайлов М. И., Разумов Л. Д. «Защита кабельных линий связи от внешних электромагнитных полей М.,"Связь», 1967

Приложение 1

кабельный линия связь волоконный оптический Расшифровка оболочек кабеля

1. Центрирующий полиэтиленовый кордель.

2. Токопроводящие жилы.

3. Полиэтиленовые кордель.

4. Сигнальная пара.

5. Изолированная жила четвёрки.

6. Поясная изоляция.

7. Алюминиевая оболочка.

8. Ленточная броня.

9. Джут.

10. Броня из стальных проволок.

11. Полиэтиленовая оболочка.

12. Промежуточная оболочка из полиэтилена.

13. Четвёрка.

14. Поясная изоляция.

15. Подушка из пропитанной кабельной бумаги.

16. Броня из двух стальных лент.

17. Центрирующий полиэтиленовый кордель.

18. Волокно.

19. Медные проволоки для дистанционного питания.

20. Силовой элемент.

21. Стальные бронепроволоки.

22. Внутренняя пластиковая оболочка.

23. Наружная пластиковая оболочка.

24. Пластмассовый уплотнитель.

25. Пластмассовый сердечник.