Проект кабельной линии АТ и С на участке железной дороги Филоново–Иловля

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС) Кафедра «Системы передачи информации»

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ по дисциплине «ЛЖД А, Т и С»

Тема работы: «Проект кабельной линии АТ и С на участке железной дороги Филоново — Иловля»

Выполнил: студент гр. 23 А Борисов А.В.

Руководитель работы:

Юркив Р.Н.

Омск 2006

УДК 254:621.316.9

РЕФЕРАТ Пояснительная записка к курсовой работе на тему «Проект кабельной линии АТ и С на участке железной дороги» содержит: библиогр. назв. 5, таблиц 7, рисунков 8, 60 страниц печатного текста.

Кабельная система, тип кабеля, план трассы, скелетная схема, влияния контактной сети и ЛЭП, защита аппаратуры.

Целью выполнения курсового проекта является углубление знаний по курсу «Линии автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте», в частности, изучение вопросов, связанных с конструкцией кабельных линий, расчетами и мероприятиями по уменьшению влияний высоковольтных линий на цепи связи и т. д.

Введение 5

1. Описание проектируемого участка линии связи7

2. Выбор аппаратуры связи, системы кабельной магистрали и распределение цепей по четверкам 9

2.1 Характеристика цифровой аппаратуры уплотнения импульсно-кодовой модуляции (ИКМ)11

2.2 Выбор типов кабеля, систем передачи12

2.2.1 Выбор первого и второго кабеля 13

2.2.2 Выбор третьего кабеля 14

2.2.3 Выбор кабеля для организации ответвлений 15

3.1 Размещение усилительных пунктов 17

3.2 Размещение регенерационных пунктов 17

4. Расчет влияний тяговой сети постоянного тока на кабельную линию связи20

5. Влияние ЛЭП с заземленной нейтралью 23

6. Защита кабеля и аппаратуры связи от опасных и мешающих влияний28

6.1 Защита с помощью дренажных катушек 30

6.2 Защита с помощью медных тросов 31

6.3 Редукционные трансформаторы 31

7. Расчет взаимного влияния 33

7.1 Определение собственных параметров кабеля 33

7.2 Волновые параметры кабеля 37

7.3 Расчет переходных затуханий 39

7.4 Симметрирование кабелей 43

8. Монтаж кабельной магистрали и порядок счета, применяемый на кабельных магистралях 49

8.1 Монтаж кабельной магистрали 49

8.2 Порядок счета, принятый на кабельных магистралях 51

9. Содержание кабелей под избыточным давлением 53

10. Расчет длины регенерационного участка волокно-оптической линии связи 54

10.1 Теоретические сведения 54

10.2 Расчет длины регенерационного участка по затуханию 54

10.3 Расчет длины регенерационного участка по дисперсии 56

Заключение 58

Список использованной литературы 59

Введение

Железнодорожная сеть представляет собой единую, работающую по общему плану систему, части которой взаимодействуют друг с другом. Работа всех звеньев министерства путей сообщения (МПС) не может осуществляться без использования разнообразных видов связи, организуемых по воздушным, кабельным и радиолинейным линиям.

Развитие средств связи имеет большое значение для эффективного управления работой железнодорожного транспорта, управления хозяйством страны, обеспечения нужд населения. Современная электрическая связь в нашей стране, развиваясь на базе единой автоматизированной сети связи, позволяет передавать различные виды информации: телефонной, телеграфной, вещания, телевидения и т. п. Начиная с восьмидесятых годов, и по настоящее время сети связи переходят на использование оптического кабеля взамен медного. Использование оптического волокна в качестве направляющей системы позволяет значительно улучшить качество связи и увеличить число передаваемых каналов. Кроме всего прочего, оптические кабели обладают малым затуханием и не требуют для изготовления цветных металлов.

На фоне этих изменений, не потеряла своей значимости спутниковая связь. Спутниковые, кабельные, радиорелейные линии связи взаимно дополняют друг друга, обеспечивая передачу больших объёмов информации любого назначения. Кабельные линии связи, обладающие высокой защищённостью каналов связи от атмосферных влияний и различных помех, эксплуатационной надёжностью и долговечностью, являются основой сети связи страны; по кабельным сетям передаётся 75% всей информации.

Развитие техники современных кабелей дальней связи проходит в направлении расширения диапазона передаваемых частот, и соответственно увеличения каналов связи и максимальной автоматизации кабельных магистралей.

1. Описание проектируемого участка линии связи Физико-географические данные и административно-хозяйственная структура проектируемого железнодорожного участка линии связи Проектируемая кабальная линия связи Филоново — Иловля 1 находится на территории Волгоградской области и относится к Приволжской железной дороге.

На рисунке 1 представлена карта проектируемого участка Филоново — Иловля 1.

Физико-географические данные и природа проектируемого участка:

Волгоградская область расположена на юго-востоке — восточно-европейской равнины. Делится рекой волгой на 2 части: западную — правобережье и восточную — Заволжье (максимальная высота области достигает 358 м.). Область образована 5 декабря 1936 года, общая площадь достигает 114,1 тыс. км2. Делится на 32 района, имеет 18 городов и 24 поселка городского типа. Административный центр — город Волгоград. Проектируемый участок железной дороги расположен на северо-западе области.

Более 83% территории области расположено в степной зоне. Северо-западная часть ее занята черноземами, в остальной части распространены темно-каштановые, каштановые почвы. Степь преимущественно разнотравно-злаковая.

По речным долинам развиты пойменно-дерновые почвы с луговой и древесно-кустарниковой растительностью. Леса занимают 4% всей площади (дуб клен и др.).

Животный мир разнообразен. Повсеместно обитают грызуны, промысловые виды животных, птицы и пресмыкающихся. Волга и Дон богаты рабы (осетровыми, карповыми и др.). [1]

Климат проектируемого участка:

Проектируемая кабельная линия находится в умеренном климатическом поясе. Климат этого района континентальный, с холодной, малоснежной зимой и продолжительным, жарким, сухим летом. [2]

Средние температуры:

— 100 С — в январе

+220 С — в июле По Волгоградской области протекают такие реки как Волга и Дон с притоками. Густота речной сети и водность рек уменьшаются с северо-запада на юго-восток. Для рек характерны: весеннее половодье и летняя межень.

2. Выбор аппаратуры связи, системы кабельной магистрали и распределение цепей по четверкам Связь на железнодорожном транспорте построена по принципу четырехуровневой структуры управления технологическим процессом работы железных дорог всей сети. Первым, верхним уровнем управления является Министерство путей сообщения, вторым — Управление дороги, третьим — Отделение дороги и четвертым — станция. В соответствии с такой структурой железные дороги оснащены магистральной, дорожной, отделенческой и станционной связью.

Магистральными называют каналы связи между Министерством путей сообщения и управлениями дорог, а также между разными дорогами. К дорожным каналам относят каналы связи внутри одной дороги. Магистральную и дорожную связь организуют по двухкабельной и однокабельной системам. В двухкабельных системах используют однополосную аппаратуру уплотнения — каналы прямого и обратного направлений имеют одинаковый линейный спектр частот. Для обеспечения защищенности от переходных токов прокладывают два однотипных симметричных кабеля; передача прямого направления ведется в одном кабеле, обратного — в другом. Отделенческая связь предназначена для оперативной работы дороги и обеспечивает постоянную телефонную связь со всеми раздельными пунктами и жилыми зданиями линейных работников.

Виды связей на проектируемом участке:

Магистральная, дорожная, диспетчерская поездная (ПДС), энергодиспетчерская (ЭДС), постанционная (ПС), канал «Экспресс», вагонная диспетчерская (ВГС), межстанционная (МЖС), перегонная (ПГС), поездная радиосвязь (ПРС), линейно-путевая (ЛПС), связь электромехаников (СЭМ), телеуправление тяговыми подстанциями (ТУ), телесигнализация тяговых подстанций (ТС), диспетчерского контроля (ДК), СЦБ. Магистральная связь по заданию содержит 420 каналов, дорожная — 320; перегонная и поездная радиосвязь имеют по две пары жил в кабеле; СЦБ — 6 пар проводов; остальным видам связей требуется по одной кабельной паре.

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

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

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

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

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

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

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

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

Канал «Экспресс» — обеспечивает сведениями билетные кассы о наличии мест в поездах дальнего следования.

2.1 Характеристика цифровой аппаратуры уплотнения импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) Магистральную и дорожную связи уплотняем аппаратурой ИКМ-480. Аппаратура ИКМ — цифровая система передачи, предназначенная для передачи информации на местных и внутризоновых сетях по симметричным высокочастотным кабелям. Аппаратура ИКМ-480 обеспечивает организацию связи при скорости передачи 8440 Кбит/с. Максимальная дальность связи 600 км, номинальная длина регенерационного участка 3 — 4 км. Аппаратура ИКМ может работать по двухи трех кабельной системе. В нашем случае подходит трех кабельная система, так как она полностью обеспечивает все необходимые каналы, а также имеет хорошую устойчивость и маловосприимчива к переходным затуханиям между цепями.

Для уплотнения 420 каналов магистральной и 320 каналов дорожной связи возьмём один комплект уплотняющей аппаратуры ИКМ-480 и три комплекта уплотняющей аппаратуры ИКМ-120.

Связи ПДС, ЭДС, ПС, ВГС, «Экспресс», СЭМ, ЛПС уплотняются аппаратурой К-60П, имеющей скорость передачи 2,05 Мбит/с.

Таблица 2.1 — Распределение цепей по четверкам магистральных и дорожных кабелей

Таблица 2.2 — Распределение цепей по четверкам магистральных кабелей

2.2 Выбор типов кабеля, систем передачи Кабельная магистраль может быть организована по одно-, двух-, или трёхкабельной системе. При однокабельной системе все виды связи и цепи СЦБ организуются по одному кабелю. Однокабельная система наиболее дешёвая, однако, обладает ограниченной дальностью передачи (до 1500 км) и допускает относительно небольшое развитие числа телефонных каналов. Поэтому эта система рекомендуется для организации дорожной и отделенческой связи лишь на второстепенных участках железных дорог, не имеющих перспектив развития.

При двухкабельной системе для организации всех видов связи и СЦБ прокладывается два кабеля, при этом для цепей дальней связи (магистральной и дорожной) используются либо аппаратура К-60, либо цифровая система передачи, например ИКМ-120, со скоростью передачи информации 8448 Кбит/с.

Двухкабельная система по требуемому количеству каналов и двухпроводных цепей в большинстве случаев удовлетворяет требованиям, предъявляемым к магистральным линиям связи, и является в настоящее время основной системой кабельной магистрали. Однако объединение в одних кабелях всех видов связи, а также цепей СЦБ, требующих частых отпаев от магистрального кабеля к перегонным и станционным объектам, вызывает определённые трудности при монтаже и эксплуатации кабельной магистрали, снижает устойчивость и качество дальней связи, что является недостатком двухкабельной магистрали. В ответственных случаях применяют трёхкабельную систему. В этом случае прокладывается три кабеля, из которых первый используется для отделенческих связей и цепей СЦБ, а второй и третий для цепей дальней связи. Такая система соответствует требованиям для всех участков железных дорог, включая скоростные, однако, требует больших капитальных вложений и эксплуатационных расходов.

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 или по отдельной двухили четырёхпроводной цепи и осуществляется в спектре тональных частот, или с использованием системы передачи К-60Т, работающей в спектре частот 12−120 кГц. Эта система позволяет организовать до 60 каналов тональной частоты .

2.2.1 Выбор первого и второго кабеля Исходя из количества занятых четверок и частотных требований, выбираем четырех четверочный кабель типа МКПАБ 441,05+520,7+10,7. Предназначен для прокладки в земле, в грунтах, не отличающихся химической агрессивностью.

Сечение кабеля и разделка на конус отображены в альбоме, на листе 6. Спецификация кабеля МКПАБ 441,05+520,7+10, представлена в таблице 2.3.

Таблица 2.3 — Спецификация кабеля МКПАБ 441,05+520,7+10,7

2.2.2 Выбор третьего кабеля

Кабель МКПАБ 14×4×1.05 +5×2×0.7+1×0.7 имеет четыре ВЧ четверки, три НЧ четверки, пять сигнальных пар и одну контрольную жилу. Предназначен для прокладки в земле, в грунтах, не отличающихся химической агрессивностью.

Сечение кабеля отображены в альбоме, на листе 6.

2.2.3 Выбор кабеля для организации ответвлений Для организации ответвлений от основной кабельной магистрали выбираем телефонный зоновый кабель марки ТЗПАБ 7×4×1.2 +5×2×0.7+1×0.7. Чертеж сечения данного кабеля отражен в альбоме чертежей на листе 6.

Таблица 2.4 — Спецификация к чертежу кабеля ТЗПАБ 741,2+520.7+10.7

Размещение усилительных и регенерационных пунктов на трассе линии связи.

Размещение усилительных и регенерационных пунктов на проектируемой кабельной магистрали производиться в соответствии с номинальными длинами для соответствующего типа применяемой аппаратуры, а также с учетом поправки на местности, т. е. от условий прохождения трассы на местности и размещения тех или иных железнодорожных объектов, которые могут оказывать влияние. Размещение регенерационных и усилительных пунктов представлено на плане трассы, в альбоме лист 2.

3. Размещение усилительных пунктов

3.1 Размещение усилительных пунктов 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).

Оконечные УП размещаются на станциях, где расположены отделения или управления дорог. НУПы располагаются по трассе в зависимости от систем уплотнения.

Для системы уплотнения К-60 НУП ставятся через 25−30 км. Если расстояние меньше 25 км., то ставится специальное устройство — «искусственная линия», которая удлиняет линию связи (ИЛ-3, ИЛ-6; цифра обозначает количество километров, на которое увеличивается линия).

3.2 Размещение регенерационных пунктов Для восстановления формы, амплитуды и временных положений импульсов линейного сигнала используется регенератор. Регенераторы устанавливаются через определенные расстояния и в зависимости от пункта расположения подразделяются на необслуживаемые регенерационные пункты (НРП) и обслуживаемые регенерационные пункты (ОРП).

Расстояние между НРП зависит от типа и конструкции кабеля, а также от типа передающей системы. Так как не предполагается использование оптических кабелей, то расстояние между НРП составляет 3−5 км.

Размещение усилительных и регенерационных пунктов на трассе линии связи приведено в таблице 3.1.

Таблица 3.1 — Размещение усилительных и регенерационных пунктов на участке Филоново — Иловля 1

4. Расчет влияний тяговой сети постоянного тока на кабельную линию связи 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 [1]:

(4.1)

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

Псофометрическое напряжение — это характеристика помехи в линии связи, а мешающее напряжение — во влияющей линии

(4.2)

где

(рад/с) — угловая частота,

— коэффициент чувствительности телефонной цепи к помехам

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

— коэффициент экранирующего действия (4.3)

— коэффициент экранирующего действия оболочек кабеля Примем а=10 м, тогда (м).

Подставив значения в формулу (4.2), вычислим мешающее напряжение на первом усилительном участке при a = 10 м:

Расчет на остальных усилительных участках проводится аналогичным образом; результаты расчета занесены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 — Результаты расчета наведенных опасных мешающих напряжений

Подставим получившиеся значения Uш в формулу

Примем ширину сближения a = 20 м, так как при такой ширине сближения результирующее псофометрическое напряжение не превышает 1 мВ.

5. Влияние ЛЭП с заземленной нейтралью Основными факторами, определяющими степень влияния ЛЭП на ЛС, кроме влияющих напряжений и токов, являются ширина, длина и характер сближения этих линий, а также проводимость грунта и параметры цепей связи.

Ширина сближения — это кратчайшее расстояние между проводами этих линий. Для упрощения расчетов за ширину сближения принимают расстояние между вертикальными плоскостями, проходящими через ЛЭП и ЛС.

Длина сближения — это длина проекции линии связи на ЛЭП. Сближение может быть параллельным, косым и смешанным (сложным).

В данном курсовом проекте используем косое сближение. При расчетах участки косого сближения с целью упрощения заменяются эквивалентными параллельными (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 — Участок Гурово — Зеленовская

усилительный кабельная линия связь 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 участка). При расчете используем метод проб, то есть последовательно определяем ЭДС при коротком замыкании фазового провода в разных местах трассы ЛЭП [1]:

; (5.1)

где =2· ·50=314.16 1/с;

— ток к. з., определяемый по диаграмме, приведенной на рисунке 5.2, в зависимости от места аварии

S50 — коэффициент экранирующего действия, на частоте 50 Гц, определяемый по формуле:

S50= Sp50· Sоб50 (5.2)

Sp50=0,4 — коэффициент экранирующего действия рельсов при частоте наведенной ЭДС 50 Гц, определяем по [2, приложение 2];

Sоб50=0,077 — коэффициент экранирующего действия рельсов при частоте наведенной ЭДС 50 Гц, определяем по [2, приложение 2];

S50=0.4· 0.077=30,8·10−3;

Рисунок 5.2 — Диаграмма токов для участка Гурово — Зеленовская

i/ = 15 — количество участков косого или параллельного сближения для предполагаемого места к.з.

Lэi — длина i — го участка сближения:

Lэ1=2000 м — длинна каждого участка

М (1-А)i — коэффициент взаимной индукции между ЛЭП и кабельной линией. Определяется в 2, в зависимости от величины аэi· х, где х — вспомогательная величина определяемая из выражения;

(5.2.1)

По формуле (5.2.1) определим x:

= 60· 10−3 См/м — проводимость грунта по заданию;

f = 50 Гц — частота тока в ЛЭП;

;

aэi — ширина сближения i-го участка, для косого сближения определяется по формуле:

(5.3)

Если величины ai и ai-1 отличаются не более чем в три раза, в противном случае iый участок косого сближения придется дробить на более короткие участки.

Используя выражение (5.3) вычисляем аэ, результаты вычислений заносим в таблицу 5.1.

По номограмме определяем соответствующие коэффициенты взаимоиндукции и результаты заносим в таблицу 5.1.

Проведем контрольный расчет для первого участка, где м:

По номограмме определил М=482 мкГн/км.

Подставив известные значения в формулу (5.1), получаем, что

(В) Остальные расчеты проводятся аналогичным образом; результаты заносим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 — Результаты расчета влияния ЛЭП с заземленной нейтралью

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 превышает норму, следовательно нет необходимости устанавливать бариевые разрядники.

6. 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.

6.1 Защита с помощью дренажных катушек Дренажные катушки (ДК) предназначены для обеспечения одновременного срабатывания разрядников, включенных в провода телефонной цепи, снижения и уравнивания потенциалов проводов этой цепи и для создания при срабатывании разрядников большого сопротивления между проводами телефонной цепи рабочим токам передачи. В результате такого действия дренажные катушки снижают помехи во всех каналах системы передачи и в особенности в каналах тонального телеграфирования.

Рассмотрим защитное действие дренажных катушек с заземлённой средней точкой от опасных напряжений и помех, возникающих в двухпроводных цепях связи при магнитном и электрическом влияниях на них линий высокого напряжения.

Пусть имеем параллельное сближение высоковольтной линии с линией связи на длине l км. При коротком замыкании одного из фазных проводов линии на землю в проводах каждой телефонной цепи могут возникнуть продольные ЭДС опасных величин. При этом напряжения на концах сближения на каждом проводе телефонной цепи по отношению к земле приблизительно будут равны половине этой ЭДС. Включив между проводами двухпроводной цепи по концам сближения две дренажные катушки (альбом чертежей — лист 6) и заземлив их средние точки, можно снизить напряжения проводов цепи по отношению к земле, т. е. получить величину, не опасную ни для аппаратуры связи, ни для обслуживающего персонала.

6.2 Защита с помощью медных тросов Защиту кабелей от ударов молнии осуществляют с помощью медных, биметаллических или стальных тросов. Тросы прокладывают выше кабеля на глубине, равной половине глубины его залегания, но не менее 0,4 м (альбом чертежей, лист 6). Расстояние между тросами 0,4…1,2 м. Тросы по всей длине через определенные интервалы должны иметь заземления. Защитное действие проложенных проводов или тросов характеризуется коэффициентом тока, показывающим отношение тока молнии в оболочке кабеля при наличии троса к току при отсутствии троса. Число защитных проводов или тросов определяют расчетным путем.

6.3 Редукционные трансформаторы Редукционные трансформаторы (РТ) являются эффективным средством защиты от влияний высоковольтных линий (ЛЭП и эл.ж.д.). Первичная 1 и вторичная 11 обмотки РТ имеют одинаковое число витков и намотаны на замкнутый железный сердечник (альбом чертежей, лист 6). Первичная обмотка включается в разрез металлического покрова (оболочку, броню, экран) защищаемого кабеля 1−1, а вторичнаяв разрез жил кабеля 2−2. 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.

7. Расчет взаимного влияния

7.1 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 функций от частоты приведена в таблице 7.1.

Таблица 7.1 — Специальные вспомогательные функции.

Для расчёта первичных параметров можно воспользоваться следующими зависимостями:

Ом/км (7.1)

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. (7.2)

Удельная индуктивность определяется по следующей зависимости:

Гн/км (7.3)

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 (7.4)

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 (7.5)

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

Произведём расчёт первичных параметров для кабеля МКПАБ в спектре частот, используемом аппаратурой связи применённой в данном проекте. Полученные данные занесём в таблицу 7.2

Таблица 7.2 — Частотная зависимость первичных параметров кабельной линии

Приведём пример расчёта на частоте f = 250 кГц. Используя формулы (7.1) — (7.5) произведем расчет первичных параметров:

Ом/км

мГн/км

нФ/км

мкСм/км Построим по полученным данным графики частотных зависимостей первичных параметров (рисунок 7.1).

Рисунок 7.1 — Функции частотных зависимостей первичных параметров а) — сопротивления; б) индуктивности; в) емкости; г) проводимости

7.2 Волновые параметры кабеля Основной характеристикой любого кабеля являются его волновое сопротивление ZВ 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:

где L — длина линии;

UH и UK — 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 7.3.

Таблица 7.3 — Волновые параметры кабеля МКПАБ

Приведём пример расчёта на частоте 50 кГц:

(Ом)

7.3 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 = 32 пФ/сд. 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 7.4.

Приведем пример расчета на частоте 50 кГц:

(См)

(Гн/сд)

(Ом) Таблица 7.4 — 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. Переходные затухания на одну строительную длину можно определить по следующим зависимостям:

где А0СД — переходное затухание в начале строительной длины;

АLСД — переходное затухание в конце строительной длины;

АЗСД — 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 Гурово — Зеленовская, который содержит 35 строительных длин. Для расчета воспользуемся вышеприведёнными зависимостями. Полученные данные занесём в таблицу 7.5. Приведем пример расчета на частоте 50 кГц:

Таблица 7.5 — Величина рассчитанных переходных затуханий

Построим графики зависимостей переходных затуханий от частоты (рисунок 7.2, 7.3).

Рисунок 7.2 — Частотная зависимость затуханий на строительной длине кабеля Рисунок 7.3 — Частотная зависимость затуханий на строительной длине Сравним полученные результаты с нормами: А0=60,8 дБ; АЗ=73,8 дБ; АL=73,8+l.

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

7.4 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 симметрированный 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. Низкочастотные цепи имеют значительно меньшее затухание и, снижая влияние на дальний конец, можно увеличить влияние на ближний конец и наоборот. Поэтому симметрирование низкочастотных кабелей производят небольшими участками, называемыми шагами симметрирования.

Обычно длину шага симметрирования непупинизированных кабелей принимают равной 2 км, а пупинизированных 1.7 км.

В железнодорожных кабелях дальней связи имеются как высокочастотные, так и низкочастотные четверки и приходится при симметрировании таких кабелей применять оба метода.

1)Симметрирование низкочастотных цепей. В кабелях со звездной скруткой жил, наибольшие влияния имеют место между цепями внутри четверок. Влияние между цепями смежных четверок меньше вследствие различных шагов их скрутки. Однако при большой длине кабеля это влияние может превысить допустимое. Уменьшают его смешиванием четверок, которое заключается в том, что на протяжении кабельной линии четверки меняются местами, то удаляясь друг от друга, то сближаясь. 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.

Муфты, в которых производится симметрирование скрещиванием, называют симметрирующими; муфты, в которых производится симметрирование скрещиванием и конденсаторами, называют конденсаторными; муфты, в которых симметрирование не производится и жилы соединяются напрямую, называют прямыми муфтами.

Для удобства процедуры скрещивания (х) и прямого соединения (*) называют операторами.

При одноточечной схеме сначала монтируют прямые муфты, а затем конденсаторную. В случае трехточечной и семиточечной схемы вначале осуществляют монтаж прямых муфт, затем симметрирующих и только потом конденсаторных.

Схемы скрещивания жил при соединении четверок в симметрирующих муфтах выбирают по данным измерений емкостных связей и асимметрии. Выбирают ту схему, 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. Наращивание шагов производят последовательно, начиная от концов усилительного участка в его середине по измерениям переходного затухания на ближний и дальний концы, добиваясь наибольшего их значения. Одновременно выравнивают рабочие емкости и сопротивления жил основных цепей в шаге симметрирования так, чтобы асимметрия не превышала 0.1 Ом. Если это не удается, то ее уменьшают включением резисторов.

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.

2)Симметрирование высокочастотных цепей. Симметрирование ВЧ кабелей производится по результатам измерений годографа (частотной зависимости) комплексной электромагнитной связи взаимодействующих цепей. Эта связь может иметь произвольную величину и фазу в пределах от 0 до 360 градусов и вектор связи может находиться в любом из четырех квадрантов. 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. 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 Ао. Затем в оставшихся незамонтированных трех муфтах подбирают наилучшие операторы по результатам измерений защищенности цепей на дальнем конце Аз. Если с помощью скрещивания не удается получить требуемые значения Аз, то производят в тех же муфтах симметрирование контурами.

Измерения Ао, Аз производят на наибольшей передаваемой частоте, контролируя и на более низких частотах. В результате симметрирования Ао и Аз должны удовлетворять нормам.

Кроме приведенного 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. Получил распространение метод симметрирования участками большой протяженности (200 км и более) от одного обслуживаемого усилительного пункта до другого без симметрирования по отдельным усилительным участкам.

8. Монтаж кабельной магистрали и порядок счета, применяемый на кабельных магистралях

8.1 Монтаж кабельной магистрали Основным документом для монтажа магистрального кабеля является скелетная схема кабеля (альбом, лист 2). При определении необходимого количества кабеля учитывают запас в размере 2%: 1.6% на укладку кабеля в траншеях, котлованах и 0.6% 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%. В нашем случае грунт однородный, не подверженный смещениям. 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 .

Для надежной защиты цепей от взаимных внутрикабельных влияний, а также от внешних мешающих магнитных влияний его симметрируют. При этом выбирают лучшие операторы скрещивания четверок с подбором и включением при необходимости элементов противосвязи RC в ближайшей от ОУП или НУП муфте СМ-1 или СМ-5, а также в трех равномерно расположенных на участке муфтах СМ-2, СМ-3, СМ-4 с включением элемента RC в муфте СМ-3.