Проект кабельной линии связи на участке Пермь — Кузино железной дороги

Кафедра «Системы передачи информации»

ПРОЕКТ КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ НА УЧАСТКЕ ПЕРМЬ — КУЗИНО ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

«Линии автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте»

Реферат

Кабельная линия связи, система передачи, емкость кабеля, план трассы, скелетная схема, электромагнитные влияния, защита аппаратуры связи, волоконно-оптический кабель.

В курсовой работе проектируется кабельная линия связи на участке Пермь — Кузино железной дороги.

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 связи, определение электромагнитных влияний высоковольтных линий (контактных сетей электрических железных дорог, линий электропередач) на цепи проводной связи, рассмотрение различных вариантов защиты линий связи от влияния внешних электромагнитных полей и мер по уменьшению взаимного влияния цепей связи, а также изучение конструкции и методики проектирования оптических магистральных линий связи.

Введение

В курсовом проекте приведены технические решения по следующим вопросам: выбор системы организации кабельной магистрали; организация связи и цепей автоматики по кабельной магистрали; выбор типа и емкости магистральных кабелей, распределение цепей по четверкам; выбор трассы прокладки кабельной линии и устройство ее переходов через преграды; скелетная схема кабельной линии; расчет влияний тяговой сети переменного тока на кабельную линию связи; мероприятия по защите кабеля и аппаратуры связи от опасных, мешающих и переходных влияний; расчет параметров оптического тракта.

Главная задача, поставленная перед железнодорожным транспортом, — обеспечение все возрастающей 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 связи, организуемых по воздушным кабельным и радиорелейным линиям.

Кабельные линии отличаются высокой эксплутационной 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 дополнительных главных 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.

С начала работ по строительству магистральных кабельных линий прошло не более 40 лет. Проектными и строительными организациями накоплен большой опыт проектирования и строительства кабельных магистралей [4, 5].

В данном курсовом проекте будет исследован участок железнодорожной линии на цепи проводной связи «Пермь-Кузино».

1. Описание проектируемого участка линии связи При проектировании кабельной линии очень важно учесть все влияющие факторы природного и социального характера. Огромное значение имеют свойства почв, их проводимость, химическая активность, климат местности, где предполагается проложить линию связи. Без знания данных параметров невозможно правильно подобрать тип используемого кабеля и способы защитных мероприятий. Немаловажны и экономические перспективы развития данного региона, расположение крупных промышленных предприятий, автомобильных дорог, рек и прочих средств коммуникации. Точные данные о расположении рек и крупных автострад необходимы для организации пересечений проектируемой лини связи с данными препятствиями. Расположение лесных массивов оказывает существенное влияние на тип почв, их механические свойства.

1.1 Географическое положение Проектируемый участок линии связи находится между Пермской и Свердловской областях располагающийся на Среднем Урале. Участок простирается от станции Пермь до станции Кузино по электрифицированной магистрали. Длина рассматриваемого участка 293 километра.

Трасса проектируемой кабельной линии связи представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 — Участок Пермь — Кузино

1.2 Климат

Климат континентальный. Зима холодная, продолжительная. Средняя температура января от -20°С. Лето умеренно теплое, средняя температура июля 16 °C. Продолжительность вегетационного периода до 130 суток. Осадки до 500−600 мм. в год и более.

1.3 Реки и озера Главная река — Сылва. Река Сылва — правый приток Камы. Площадь бассейна 54.4 км2. Сплавная. Судоходна на 150 км от устья.

1.4 Природа Подзолистые почвы занимают 36.7% площади, подзолисто и торфяно-болотные и заболоченные почвы — 18.2%, дерново-подзолистые — 14.8%, серые лесные и дерново-луговые — 12.9%. Покрыто лесом 61% территории, в т. ч. хвойным — 2/3. Запасы древесины в лесах гослесфонда 1.4 млрд. м3 (из них сосны и ели — 0.9 млрд. м3). Значительны торфяные залежи с запасами 3.6 млрд. т воздушно-сухого торфа. Преобладает типично таёжная фауна.

1.5 Крупные города Свердловск — центр Свердловского района Ворошиловградской области УССР, в 5 км от железнодорожного узла Должанская. Основан в 1723 году. Добыча угля (10 шахт). Заводы: рудоремонтный, хозяйственных товаров, железобетонных изделий. Предприятия пищевой и легкой промышленности. Один из крупнейших центров машиностроения. Развито камнерезное производство. Уральский научный центр, 14 вузов, 5 театров, 6 музеев.

Кузиногород в Свердловской области. Расположен за 80 км от промышленного центра города Екатеринбурга. Заводы: металлургический, деревообрабатывающих станков.

1.6 Население Живут русские (88.9%, перепись 1970), татары (4.1%). украинцы (1.9%), белорусы (0.7%). Средняя плотность 22.5 человека на 1 км² (1975); на Юге до 30 человек и более, на Севере и Северо-Востоке до 1—2 человека и менее. Городское населения 84%. Города населением свыше 50 тыс. чел.: Свердловск, Алапаевск. Асбест, Ирбит, Каменск-Уральский, Краснотурьинск, Нижний. Тагил, Первоуральск, Полевской, Ревда, Серов; из них 9 расположены на Ю. и Ю.-В.

1.7 Описание трассы

Трасса кабельной магистрали выбирается по наиболее короткому пути с учетом выполнения минимального объема земляных работ с той стороны железнодорожного полотна, на которой размешено преобладающее число перегонных и станционных объектов связи. Трасса выбирается с таким расчетом, чтобы число переходов кабеля через железную дорогу было минимальным, а необходимые переходы устраивались в местах с наименьшим количеством путей.

На перегонах и в пределах небольших станций трасса кабельной магистрали прокладывается, как правило, в пределах полосы отвода железной дороги, ширина которой составляет по 60 м в обе стороны от головки рельса железнодорожного пути. Лишь на отдельных участках при соответствующем обосновании, в особенности на подходах к крупным станциям, трасса табеля может быть выбрана за пределами полосы отвода.

Во всех случаях на участках с электротягой переменного тока минимальное удаление кабеля от контактной сети определяется на основании расчетов опасных и мешающих влияний тягового тока на кабельные цепи связи (пункт 6.1), при этом минимальное расстояние трассы кабеля до опор контактной сети допускается не менее 3 м.

Если на участке имеется высоковольтная линия автоблокировки, то предпочтение обычно отдается варианту прокладки трассы кабельном линии вдали от высоковольтной линии, на противоположной стороне железной дороги. Схематический план трассы кабельной линии для заданного участка представлен на листе 1 в альбоме чертежей.

На схематическом плане указаны: граница полосы отвода железной дороги с ординатами привязки их к головке рельса главного пути участка, высоковольтная линия автоблокировки; расположение станций, усилительных пунктов ВЧ и НЧ связи, ответвления железнодорожных линий, пересекаемая трассой река.

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

2.1 Выбор системы организации кабельной магистрали

Кабельная магистраль может быть организована по одно-, двухили трехкабельной системе.

При однокабельной системе все виды связи и цепи СЦБ организуются по одному кабелю. Однокабельная система наиболее дешевая, 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. 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.

При трехкабельной системе 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.

В курсовом проекте для организации всех видов связи и СЦБ выбрана двухкабельная система, в которой используется однополосная аппаратура 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.

По заданию на курсовое проектирование следует организовать следующие виды связи:

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 (СТМ), телеуправление тяговыми подстанциями (ТУ), телесигнализация тяговых подстанций (ТС), диспетчерского контроля (СЦБ-ДК), связь дежурного по переезду, пять двухпроводных цепей СЦБ.

Магистральная связь — связь от министерства до управлений дорог и последних между собой.

Дорожная связь — связь от управлений дорог до подчиненных им отделений и последних между собой.

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

Энергодиспетчерская связь (ЭДС) — связь, которая обеспечивает оперативное руководство подачи электроэнергии в контактную сеть.

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

Служебная связь электромехаников (СТМ) — связь, которая обеспечивает оперативное руководство линейными работниками (электромонтеров) в дистанции сигнализации и связи.

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

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

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

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

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

Для организации цепей дальней связи (магистральной и дорожной) используем цифровую систему передачи ИКМ (импульсно-кодовая модуляция). Достоинством цифровой системы передачи являются: большая дальность связи; облегченные требования к защищенности цепей; возможность создания единой интегральной системы связи, простота технологии производства аппаратуры; автоматизация передачи данных.

Согласно заданию на курсовое проектирование, необходимо организовать 350 каналов магистральной связи, 210 каналов дорожной связи. При определении требуемого числа систем передачи необходимо руководствоваться следующим принципом: резерв по каналам связи должен составлять 15% - 20%.

Определим необходимое число систем передачи данных для обеспечения работы магистральной связи. Используем аппаратуру типа ИКМ-120, которая способна обеспечить работу 120 каналов связи. Необходимое число систем передачи определяем по формуле:

(2.1)

где N — требуемое число систем передачи;

— число каналов, которое необходимо организовать;

— число каналов, на которое рассчитана выбранная система связи.

Рассчитываем требуемое число систем передачи по формуле (2.1):

.

Четыре системы ИКМ-120 обеспечивают работу 480 каналов связи, 130 из которых являются резервными, что составляет 27% от заданного числа каналов.

Определим необходимое число систем передачи данных для обеспечения работы дорожной связи. Для уплотнения 210 каналов связи используем две системы ИКМ-120. Две системы ИКМ-120 обеспечивают работу 240 каналов, 30 из них резервные, что составляет 16% от заданного числа каналов.

2.2 Выбор типов кабелей Учитывая количество занятых четверок и частотные требования, а также характер почвы проектируемого участка, выбираем кабели типа МКПАБ 741.05+520.7+10.7. Это симметричный высокочастотный магистральный кабель дальней связи с медными жилами, кордельно-трубчатой полиэтиленовой изоляцией в алюминиевой оболочке, бронированный двумя стальными лентами, наложенными с перекрытием. Данный тип кабеля предназначен для прокладки в земле, в грунтах, не отличающихся химической агрессивностью.

Кабель имеет 7 четверок, шесть сигнальных пар и одну контрольную жилу. Медные жилы кабеля диаметром 1.05 мм с корделем или трубкой разного цвета скручены в звездную четверку вокруг полиэтиленового корделя. Сигнальные пары скручены из медных жил диаметром 0.7 мм со сплошной полиэтиленовой изоляцией различной расцветки. Контрольная жила — медная диаметром 0.7 мм с прерывистой полиэтиленовой изоляцией.

Сечение кабеля и разделка на конус представлены на листе 2 в альбоме чертежей.

2.3 Распределение цепей по четверкам По типовым схемам распределения четверок при двухкабельной системе рекомендуется для ВЧ связей использовать в 7-четверочном кабеле — пять четверок (первую, вторую, третью, четвертую и шестую).

В таблице 2.1 приведено распределение четверок в кабеле МКПАБ 741.05+520.7+10.7, при двухкабельной системе и использовании кабелей одинаковой емкости.

Таблица 2.1 — Распределение цепей по четверкам магистральных кабелей

3. Размещение усилительных, регенерационных пунктов и тяговых подстанций на трассе линии связи

Проектируемая связевая магистраль передает как высокочастотные, так и низкочастотные сигналы. По мере прохождения через канал связи они искажаются, затухают и смешиваются с помехами. Для восстановления сигналов используются усилительные и регенерационные устройства.

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. Промежуточная аппаратура представляет собой систему усилителей и фильтров.

Пункты, в которых устанавливается промежуточная аппаратура, называются усилительными (УП).

Дистанционное питание УП осуществляется из опорных или питающих обслуживаемых усилительных пунктов (ОУП), имеющих электроустановку и обслуживающий персонал. ОУП размещающихся по трассе через каждые 150 км.

Питаемые дистанционно УП, не имеющие энергоустановок и постоянно находящегося в них персонала, носят название необслуживаемых усилительных пунктов (НУП), которые размещающихся по трассе через каждые 25−30 км.

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

Если расстояние меньше нормы, то ставится специальное устройство — «искусственная линия», которая удлиняет линию связи (ИЛ-3, ИЛ-6, ИЛ-9; цифра обозначает количество километров, на которое увеличивается линия).

Для НЧ сигналов местной связи оконечная аппаратура устанавливается в местах назначения (релейные шкафы, посты централизации и т. д.).

3.2 Размещение регенерационных пунктов При использовании ВЧ системы ИКМ-120 возникает задача восстановления сигналов (импульсы, проходя по каналу, теряют свою форму, сливаются и т. Д.). Для восстановления формы сигнала используется специальная регенерационная аппаратура. Она размещается в обслуживаемых (ОРП) через 180 км и необслуживаемых регенерационных пунктах (НРП), размещающихся по трассе через каждые 5−8 км.

Тяговые подстанции размещаются по трассе через каждые 40−60 км.

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

Таблица 3.1 — Размещение оборудования на участке Пермь — Кузино

4. Разработка схемы связи согласно заданию и номеру варианта

При разработке схемы организации связи необходимо учитывать, что цепи дальней связи вводятся лишь в оконечные и усилительные пункты кабельной магистрали. В то же время цени отделенческой связи, используемые непосредственно для организации движения поездов и оперативного управления работой участка железной дороги, вводятся в многочисленные пункты, расположенные вдоль кабельной магистрали на перегонах и станциях.

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

В промежуточные пункты цепи отделенческих видов связи могут вводиться либо шлейфом (с разрезом линейных проводов), либо параллельно (параллельным подключением к линии установок связи). Ввод цепей шлейфом имеет эксплуатационные преимущества, поскольку позволяет устраивать замену поврежденных участков одних видов связи исправными цепями других, отключать поврежденные установки связи с сохранением нормальной работы остальных установок, организовывать необходимые виды связи с местами восстановительных работ и т. д. Поэтому цепи перегонной и межстанционной связи вводятся в линейные пункты только шлейфом.

Шлейфом вводятся также все виды связи в пассажирские здания или посты ЭЦ, если на этих станциях отсутствуют усилительные пункты, в том числе НУПы. При наличии усилительного пункта ответвления от магистрального кабеля на пост ЭЦ, в пассажирское здание и другие объекты, как правило, не делаются, а необходимые цепи связи и автоматики передаются от усилительного пункта кабелем вторичной коммутации.

Отдельные ответвления не делаются также в тех случаях, когда линейные объекты располагаются друг от друга на расстоянии менее 100 м. В этих случаях устраивается один общий отпай от магистрального кабеля и ответвление заканчивается на ближайшем из объектов. Для передачи требуемых цепей ко второму объекту прокладывается кабель вторичной коммутации.

Ответвления цепей СЦБ осуществляются всегда шлейфом, при этом цепь СЦБ-ДК заводится только на станции, остальные цепи СЦБ заводятся во все релейные шкафы светофоров и переездов на перегонах, что облегчает организацию двухстороннего движения поездов по одному из путей перегона при капитальном ремонте пути.

По заданию (вариант 2) на выбранном перегоне Пермь — Бахаревка следует разместить следующие объекты связи и СЦБ:

На расстоянии 1,5 км от станций размещены входные светофоры, в них шлейфом вводятся ПГС и цепи СЦБ, параллельно — поездная диспетчерская связь (ПДС). Расстояние между проходными сигналами автоблокировки по одну сторону кабельной магистрали составляет 2 — 3 км. В релейные шкафы проходных светофоров шлейфом заводятся следующие виды связи: ПГС, МЖС, СЦБ.

В НУП и НРП шлейфом заводится высокочастотная связь (ВЧ) (приложение 1 [1]).

Схема организации связи и цепей СЦБ показана на листе 3 в альбоме чертежей.

5. Разработка скелетной схемы участка. Выбор кабелей для ответвлений. Составление таблиц спецификации и расчета кабелей ответвлений.

5.1 Описание скелетной схемы

На скелетной схеме кабельной линии показываются расположение 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 на листе 4 в альбоме чертежей.

Для монтажа кабельной магистрали применяются следующие муфты: прямая соединительная муфта (МСП); газонепроницаемая муфта (ГМС); разветвительная тройниковая муфта (МСТ).

По существующей типовой нумерации, применяемой на кабельных магистралях, магистральный кабель, от которого делаются все основные ответвления на перегонах, обозначается К1, второй кабель — К2, кабели, ответвляющиеся от магистрального кабеля К1, имеют номера 3 и 5, от кабеля К2 — 4 и 6; 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 номером 82. Соединительные, газонепроницаемые и разветвительные муфты на кабелях ответвлений имеют двузначный помер, первая цифра которого соответствует номеру кабеля, а вторая — типу муфты: соединительной — 2, газонепроницаемой — 3, разветвительной — 4. Боксы, устанавливаемые в релейных шкафах или релейных помещениях, на скелетной схеме кабеля заштриховываются.

5.2 Расчет длины кабеля

Требуемая длина кабеля рассчитывается исходя из расстояния между объектами по трассе прокладки кабельной линии и учета дополнительного расхода кабеля на изгибы при укладке в траншеях и котлованах.

5.2.1 Расчет расстояния по трассе до объекта

Удаление объектов связи и СЦБ от ближайшего рельса железнодорожного пути находится в следующих пределах [1]:

пост ЭЦ, пассажирское здание, остановочный пункт, дежурный пост контактной сети — 35 м;

тяговая подстанция — 50 м;

будка дежурного по переезду, пост секционирования контактной сети — 5 м;

линейно-путевое здание, квартира электромеханика — 100 м;

релейный шкаф сигнальной точки автоблокировки или переездной сигнализации — 3 м;

здание обслуживаемого усилительного пункта (ОУП) кабельной магистрали — 125 м.

Расчетная формула расстояния по трассе для релейного шкафа, расположенного с левой стороны кабельной магистрали:

(5.1)

где — удаление кабеля от ближайшего рельса железнодорожного пути, ;

— расстояние по трассе до правой головки железной дороги:

(1520 мм — ширина железнодорожной колеи, 3000 мм — расстояние между путями);

— удаление объекта от ближайшего рельса железнодорожного пути, для релейного шкафа .

По формуле (5.1) рассчитываем расстояние по трассе до релейного шкафа:

.

Расчетная формула расстояния по трассе для релейного шкафа, расположенного с правой стороны кабельной магистрали:

(5.2)

.

Определим расстояния по трассе до объектов согласно заданию и номеру варианта.

Расчетная формула расстояния по трассе жилого или служебного здания службы пути, расположенной с левой стороны кабельной магистрали:

Расстояние по трассе до поста секционирования контактной цепи, расположенного с правой стороны кабельной магистрали рассчитываем по формуле (5.2):

.

Расстояние по трассе до поста ЭЦ, расположенного с правой стороны кабельной магистрали рассчитываем по формуле (5.2):

.

5.2.2 Расчет дополнительного расхода кабеля

Дополнительный расход кабеля при укладке принимается 2,2% от расстояния по трассе, из них 1,6% идет на изгибы при укладке в траншеях и котлованах, 0,6% на отходы при спаечных работах.

Кроме того, необходимо учитывать расход кабеля на устройство вводов, который для различных объектов связи принимается в следующих пределах: ОУП, пост ЭЦ, пассажирское здание или тяговая подстанция — 20 м; остановочный пункт, будка на переезде, линейно-путевое здание, квартира электромеханика, дежурный пост контактной сети — 5 м; релейный шкаф сигнальной установки автоблокировки или переездной сигнализации, пост секционирования контактной сети — 3 м.

Дополнительный расход кабеля () для релейного шкафа, расположенного с левой стороны кабельной магистрали:

.

Дополнительный расход кабеля для релейного шкафа, расположенного с правой стороны кабельной магистрали:

.

Дополнительный расход кабеля для жилого или служебного здания службы пути, расположенной с левой стороны кабельной магистрали:

.

Дополнительный расход кабеля для секционирования контактной цепи, расположенного с правой стороны кабельной магистрали:

.

Дополнительный расход кабеля для пассажирского поста ЭЦ, расположенного с правой стороны кабельной магистрали:

.

Общая длина кабеля складывается из расстояния по трассе до объекта и дополнительного расхода кабеля.

5.3 Выбор кабеля для ответвлений

Устройство ответвлений от магистрального кабеля рекомендуется выполнять посредством кабеля типа TЗПАБп. Кабели ТЗБ изготавливаются емкостью 3, 4, 7, 12, 14, 19, 27, 37, 52, 61, 80, 102 и 114 четверок.

Это симметричный низкочастотный телефонный зоновый кабель дальней связи с медными жилами, кордельно-бумажной изоляцией в свинцовой оболочке, бронированный двумя стальными лентами, наложенными с перекрытием.

Кабель типа ТЗ предназначен для монтажа телефонных и телеграфных узлов; для устройства кабельных вводов, вставок в воздушные линии, ответвлений от кабельных линий, содержащих цепи дорожных и отделенческих связей и линейные цепи автоматики; для прокладки соединительных линий между АТС, а также между АТС и МТС.

Кабель ТЗ изготавливают с медными жилами следующих диаметров: 0,8, 0,9 и 1,2 мм.

Поперечное сечение кабеля ТЗПАБп 12×4×1,2+5×2×0,7+1×0,7 и разделка на конус представлены на листе 2 в альбоме чертежей.

Рассчитанные значения емкости и длины кабелей ответвлений и вторичной коммутации приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 — Расчетная таблица кабелей ответвлений и вторичной коммутации

6. Расчет влияний контактной сети и ЛЭП на кабельные линии

На кабельные линии связи большое влияние оказывают атмосферное электричество, линии электропередач, контактные сети электрифицированных железных дорог постоянного и переменного токов.

Влияние это может быть опасным, мешающим или одновременно опасным и мешающим.

Опасным называется такое влияние, при котором напряжение и токи, возникающие в цепях линий связи, могут создавать:

— опасность для жизни обслуживающего персонала и абонентов линий связи;

— повреждения аппаратуры и приборов, включенных в цепи линий связи;

— ложные сигналы железнодорожной сигнализации и телемеханики, приводящие к авариям на железных дорогах.

Мешающим называется такое влияние, при котором в каналах связи, железнодорожной сигнализации и телемеханики и т. д. появляются помехи, нарушающие нормальное действие этих устройств.

При определении электромагнитных влияний учитывается раздельно электрическое и магнитное влияния. Величину магнитного влияния определяет влияющий ток, электрического — влияющее напряжение.

Контактные сети переменного тока оказывают значительное влияние на цепи связи. Опасные влияния обусловлены рабочими токами частотой 50 Гц, а мешающие — наличием дополнительных гармоник при работе выпрямителей электровозов, искрением пантографов и т. д. Следует различать три режима работы контактной сети:

Нормальный, если тяговые токи поступают в контактную сеть от всех подстанций участка в соответствии с принятой системой питания;

Вынужденный, когда одна из тяговых подстанций временной отключена и ее нагрузку воспринимают смежные с ней подстанции;

Режим короткого замыкания — аварийный режим, в этом случае контактный провод замыкается на рельсы или землю.

6.1 Расчет влияния контактной сети переменного тока в вынужденном режиме

Напряжение вынужденного режима провода относительно земли при заземлении противоположного конца рассчитывается по формуле:

(6.1)

В формуле приняты следующие обозначения:

— коэффициент формы кривой влияющего тока тяговой сети. Коэффициент характеризует увеличение индуктированного напряжения вследствие несинусоидальности тока тяговой сети, обусловленной характером работы выпрямительных устройств электровозов. При расчете влияний на кабельные жилы принимаем = 1;

— угловая частота, ,

при: ;

— эквивалентный влияющий ток при вынужденном режиме работы тяговой сети, А. Под эквивалентным током подразумевается ток в тяговой сети, одинаковый по всей длине сближения, который индуктирует в проводе (жиле) такое же опасное напряжение, какое возникает при действительном (ступенчатом) распределении токов.

Величина эквивалентного тока на длине сближения при вынужденном режиме работы, А:

(6.2)

где — результирующий нагрузочный ток расчетного плеча питания при вынужденном режиме работы тяговой сети, А. По заданию на курсовое проектирование ;

— коэффициент, характеризующий уменьшение эквивалентного тока по сравнению с нагрузочным током. Величина его зависит от количества поездов, одновременно находящихся в пределах расчетного плеча питания (при вынужденном режиме);

(6.3)

где т — количество поездов, одновременно находящихся в пределах плеча питания тяговой сети при вынужденном режиме (по заданию т = 4);

— длина плеча питания тяговой сети при вынужденном режиме работы, ;

— расстояние от места расположения тяговой подстанции до начала участка, подверженного влиянию, ;

— длина усилительного участка, .

Рассчитываем коэффициент по формуле (6.3):

тогда ток по формуле (6.2):

.

— коэффициент взаимной индуктивности между двумя однопроводными цепями на частоте 50 Гц, определяемый по графику, приведенном на рисунке 6.1 (приложение 1 [4]).

Рисунок 6.1 — График зависимости коэффициента взаимной индукции от ах

Для определения коэффициента взаимной индукции рассчитываем:

1) ширину сближения а:

(6.4)

где — удаление кабеля от ближайшего рельса железнодорожного пути, ;

— расстояние по трассе от левой головки до правой головки железной дороги, ;

— удаление воздушной высоковольтной линии автоблокировки от ближайшего рельса железнодорожного пути,, .

2) вспомогательную величину :

(6.5)

где — частота влияющего тока ();

— проводимость земли (по заданию);

.

Находим произведение ах:

.

По графику (рисунок 6.1) определяем :

.

— коэффициент экранирующего действия;

(6.6)

где — коэффициент экранирующего действия рельсов, выбирается из приложения 2 [4]; с учетом заданной проводимости земли коэффициент экранирования рельсов при двухпутной железной дороге выбираем, равным 0.50;

— коэффициент экранирующего действия оболочек кабелей, выбирается из приложения 2 [4]; для кабеля МКПАБ 7?4 при частоте 50 Гц .

Рассчитаем напряжение вынужденного режима провода относительно земли при заземлении противоположного конца по формуле (6.1):

.

Определим зависимость опасного напряжения от удаления в вынужденном режиме, результаты расчета приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 — Зависимость опасного напряжения от удаления в вынужденном режиме

Оптимальное удаление линии связи от контактной сети составляет 5 м.

6.2 Расчет мешающих влияний ЛЭП с изолированной нейтралью

Напряжение шума в приемнике двухпроводной телефонной цепи от влияния ЛЭП с изолированной нейтралью рассчитывается по формуле, мВ:

(6.7)

где и — составляющие напряжения шума, обусловленные магнитным и электрическим влиянием фазовых проводов.

(6.8)

где — эквивалентное значение фазового тока ЛЭП, по заданию ;

Z — усредненное значение модуля взаимного сопротивления между двухпроводной ЛС и симметричной трехфазной ЛЭП, Ом/км;

.

Для определения коэффициента взаимной индукции М используем рассчитанную ширину сближения, а (пункт 6.1) и находим вспомогательную величину х при частоте 800 Гц:

.

Находим произведение ах:

.

По графику (рисунок 6.1) определяем :

.

.

— поправочный коэффициент, для ЛЭП, питающей смешанную и выпрямительную нагрузки ;

— коэффициент чувствительности телефонной цепи к помехам, выбираем из приложения 3 [4]: ;

— расстояние от середины влияющего участка высоковольтной линии до конца расчетного усилительного участка цепи связи, ;

— длина сближения линии связи с влияющей линией в пределах расчетного усилительного участка, ;

— длина усилительного участка линии связи, ;

— длина усилительного участка ЛС до начала сближения с ЛЭП, ;

— коэффициент экранирования заземления проводов при электрическом влиянии ЛЭП, ;

— коэффициент экранирования сплошного ряда деревьев при электрическом влиянии ЛЭП, ;

— коэффициент экранирующего действия, рассчитываемый по формуле (6.6).

С учетом заданной проводимости земли коэффициент экранирования рельсов при двухпутной железной дороге выбираем, равным 0.50, коэффициент экранирующего действия оболочек кабелей для кабеля МКПАБ 7?4 при частоте 800 Гц равен 0.012.

.

Таким образом, составляющая напряжения шума, обусловленная магнитным влиянием фазовых проводов равна:

Вследствие того, что напряжение шума в приемнике двухпроводной телефонной цепи от влияния ЛЭП с изолированной нейтралью не превышает допустимое значения 1мВ, то ширина сближения, а выбрана верно.

В следствии чего мероприятия по защите от влияния шума производить не требуется.

7. Расчет переходных влияний между цепями кабельной линии связи

7.1 Определение собственных параметров кабеля 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. Эта величина принимается равной 12· 10−4

Произведём расчёт первичных параметров для кабеля МКПАБ в спектре частот от 50 до 550 кГц. Полученные данные занесём в таблицу 7.2.

Таблица 7.2

Частотная зависимость первичных параметров кабельной линии

Приведём пример расчёта на частоте f = 200 кГц. Используя формулы (7.1) — (7.5) произведем расчет первичных параметров:

Ом/км

мГн/км нФ/км

мкСм/км Ниже приведены зависимости первичных параметров от частоты.

Рисунок 7.1 — Зависимость удельного сопротивления от частоты Рисунок 7.2 — Зависимость удельной индуктивности от частоты Рисунок 7.3 — Зависимость удельной емкости от частоты Рисунок 7.4 — Зависимость проводимости изоляции от частоты

7.2 Расчет переходных затуханий Переходное затухание — это параметр, характеризующий взаимные влияния между цепями. Кабельные линии монтируют из отдельных отрезков кабеля (строительных длин). Взаимные влияния возникают в результате наличия между цепями электромагнитных связей.

Строительная длина (СД) — это элементарный участок кабельной линии. Стандартная СД равна. Примем для расчета значение равное 850 м.

При проведении расчетов удобно разделять действие магнитной и электрической связи. Вектора электрической связи и магнитной связи между влияющей цепью и цепью, подверженной влиянию, носят комплексный характер

(7.6)

(7.7)

где g12 — активная составляющая электрической связи, проводимость изоляции;

k12 — мнимая составляющая электрической связи, емкость между параллельными проводниками;

r12 — активная составляющая магнитной связи, взаимное сопротивление;

m12 — мнимая составляющая магнитной связи, взаимная индуктивность.

Согласно заданию на курсовое проектирование: k12=40пФ/с.д. Активная составляющая электрической связи g12 задана через процентное соотношение:

(7.8)

следовательно,

.

Активная составляющая магнитной связи задана через соотношение:

(7.9)

следовательно,

.

Величину m12 определим по следующей зависимости:

(7.10)

где — волновое сопротивление цепи, ;

.

Коэффициенты электромагнитной связи на ближнем конце и на дальнем конце можно определить по следующим формулам:

(7.11)

(7.12)

Рассчитаем коэффициенты электромагнитной связи на ближнем и дальнем концах на нескольких частотах. Пример расчета приведем для .

Из соотношения (7.3):

.

Из соотношения (7.4):

.

По формуле (7.2) определяем вектор электрической связи:

.

По формуле (7.2) определяем вектор магнитной связи:

.

По формуле (7.6) определяем коэффициент электромагнитной связи на ближнем конце:

.

По формуле (7.7) определяем коэффициент электромагнитной связи на дальнем конце:

.

Результаты расчета для остальных частот приведены в таблице 7.3.

Таблица 7.3 — Коэффициенты электромагнитной связи на ближнем и дальнем концах

Для определения переходных затуханий воспользуемся значениями коэффициентов электромагнитной связи на ближнем и дальнем концах, рассчитанных выше. Найдем искомые величины на строительной длине — элементарном участке кабельной линии. Стандартная строительная длинна — 85 010 м. Примем для расчета значение 850 м. Переходные затухания на одну строительную длину можно определить по следующим зависимостям:

(7.13)

(7.14)

(7.15)

где А0СД — переходное затухание в начале строительной длины, дБ;

АLСД — переходное затухание в конце строительной длины, дБ;

АЗСД — защищенность строительной длины, дБ;

— километрический коэффициент затухания, = 2 дБ;

S — строительная длина, км.

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

(7.16)

(7.17)

. (7.18)

где n — количество строительных длин на усилительном участке

(7.19)

где L — длина усилительного участка, км.

.

Используя вышеприведенные зависимости, а также рассчитанные коэффициенты электромагнитной связи на ближнем и дальнем концах, вычислим переходные затухания на строительной длине и усилительном участке. Приведем пример расчета на частоте 50 кГц.

Переходное затухание в начале строительной длины по формуле (7.13):

.

Переходное затухание в конце строительной длины по формуле (7.14):

.

Защищенность строительной длины по формуле (7.15):

.

Суммарные затухания на длине усилительного участка по формулам (7.16) — (7.18):

.

Таблица 7.4 — Величина рассчитанных переходных затуханий

Построим графики зависимостей переходных затуханий на строительной кабеля и строительной длине участка от частоты (рисунок 7.5, 7.6).

Рисунок 7.5 — Частотная зависимость затуханий на строительной длине кабеля Рисунок 7.6 — Частотная зависимость затуханий на строительной длине участка

8 Мероприятия по защите кабеля и аппаратуры от опасных и мешающих влияний

8.1 Принцип действия схемы защиты системы ИКМ-120

Схема защиты системы ИКМ-120 представлена на чертеже 5.

Используемые нелинейные элементы: диоды типа Д223А; стабилитрон Д810; разрядник газонаполненный Р- 2 М.

В нормальном режиме работы напряжение на входе НРП не превышает установленной нормы. Сопротивление разрядников типа Р-2М велико, ток через разрядники практически равен нулю. Диоды VD1-VD8 и стабилитрон VD9 закрыты. При поступлении фронта импульса, вызванного грозовой волной, потенциал «жила — земля» резко возрастает. Происходит пробой разрядника F2. Внутреннее сопротивление данного элемента падает, что создает для токов перенапряжения путь наименьшего сопротивления, замыкающийся на землю. При резком нарастании фронта импульса может произойти превышение допустимого напряжения между точками схемы 1−2, происходит пробой разрядника F2. Падение напряжения на данном элементе значительно уменьшается, что препятствует поступлению токов перенапряжения на вход аппаратуры со стороны цепи СС (прием). В случае если напряжение непосредственно на входе аппаратуры превысит допустимое для элементной базы значение, диоды VD1, VD2 при положительной полярности импульса и VD3, VD4 при отрицательной открываются. Создается путь наименьшего сопротивления для индуцированного разрядом тока. После прохождения основной фазы разряда напряжение спадает, цепочки диодов закрываются. Газонаполненные разрядники продолжают некоторое время «гореть» под действием токов наведенных в фазе послесвечения и токов дистанционного питания. Напряжение погасания разрядников должно обязательно быть больше напряжения дистанционного питания. В противном случае быстрое восстановление рабочего режима будет невозможно. После погасания разрядников схема приходит в исходное состояние. Схема защиты выходного напряжения НРП во многом аналогична. Различия заключаются в отсутствии каскада защиты «провод — земля» и устройстве третьего каскада. Вместо двух диодных цепочек применена мостовая схема, содержащая стабилитрон. При поступлении импульса положительной полярности образуется шунтирующая цепочка VD7-VD9-VD6, отрицательной полярности Ї DV8-VD9-VD6.

8.2 Принцип работы схемы включения редукционного трансформатора

Редукционные трансформаторы (РТ) являются эффективным средством защиты от влияния высоковольтных линий (ЛЭП и электрифицированных железных дорог). Первичная и вторичная обмотки РТ имеют одинаковое число витков и намотаны на замкнутый железный сердечник. Первичная обмотка включается в разрез металлического покрова (оболочку, броню, экран) защищаемого кабеля 1, a вторичная — в разрез жил кабеля 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.

Ток высоковольтной линии индуцирует ЭДС и токи в жилах кабеля и оболочке. Ток в оболочке в свою очередь через редукционный трансформатор наводит в жилах кабеля дополнительный ток, противоположно направленный по отношению к токам влияния в жилах кабеля. Таким образом, за счет РТ ток помех в кабеле снижается на величину тока трансформации.

Экранирующий эффект (S) редукционных трансформаторов 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 числа РТ не дает существенной выгоды.

Конструктивно редукционный трансформатор выполнен в виде металлического герметичного ящика и устанавливается в земле па глубине прокладки кабеля. Масса редукционного трансформатора 100 …500 кг.

Схема включения редукционного трансформатора представлена на чертеже 5

8.3 Принцип работы отсасывающих трансформаторов и контуров

Отсасывающие трансформаторы используются для уменьшения магнитного влияния контактной сети электрифицированной железной дороги переменного тока. Первичная обмотка трансформатора включается последовательно в контактный провод, вторичная обмотка — либо в отдельный, обратный провод, подвешиваемый на опорах контактном сети, либо последовательно в рельсы. Ток контактной сети, протекая по первичной обмотке, индуцирует во вторичной обмотке почти противоположно направленный ток. Благодаря этому ток, возникающий в обратном проводе, индуцирует в подверженных влиянию цепях связи токи противоположного знака и тем самым результирующее влияние снижается. При включении вторичной обмотки в рельсы ток значительно возрастает, что приводит к увеличению защитного действия рельсов.

Схема включения отсасывающего трансформатора представлена на чертеже 5

Для сглаживания пульсации напряжения на электрифицированные железные дороги постоянного тока используются реакторы с резонансными контактами, которые включаются на подстанциях.

Реактор состоит из соединенных последовательно витков медного провода, укрепленных в бетонных стойках. Активное сопротивление реактора во избежание больших потерь электрической энергии должно быть как можно меньше, индуктивное — больше.

Резонансные контуры настраиваются в резонанс на соответствующие гармоники пульсирующего напряжения и замыкают накоротко цепи прохождения токов этих гармоник.

9. Мероприятия по защите от переходных влияний

Основными мерами защиты от переходных влияний цепей симметричных кабелей являются скрутка жил в группу и симметрирование (комплекс мероприятий, направленных на уменьшение влияний в процессе выполнения монтажных работ на кабельной магистрали).

9.1 Скрутка кабельных жил

Для уменьшения взаимных и внешних влияний две и более изолированные жилы симметричных кабелей скручиваются в группы парной или четверочной (звездной) скруткой. При рассмотрении влияний между цепями симметричных кабелей различают внутригрупповые (между цепями одной и той же группы) и межгрупповые (между цепями различных групп) электромагнитные связи.

При парной скрутке необходимо учитывать только межгрупповые связи. При четверочной скрутке необходимо рассматривать оба вида связей.

Допустимых значений внутригрупповых связей (влияний) достигают за счет симметричного расположения одной цепи в группе относительно другой (по углам квадрата) и высоких требований к однородности материалов, используемых при изготовлении кабеля. В случае межгрупповых влияний допустимые значения последних, обеспечиваются за счет различных шагов скрутки четверок (в четверке все жилы имеют одинаковый шаг скрутки). Жилы пар, взятых из одной и той же четверки, на всей строительной длине параллельны друг другу. Действие скрутки аналогично скрещиванию проводов на воздушных линиях, и основные положения об электрических процессах, возникающих при скрещивании, справедливы и для скрутки. В настоящее время кроме классической (равномерной однонаправленной) скрутки жил используется скрутка с переменным случайным шагом и разнонаправленная скрутка (SZ-cкрутка). Разнонаправленная скрутка допускает совмещение операций, например, скрутку жил в пары и пар в элементарный пучок. Разнонаправленная скрутка бывает волновой, когда направление скрутки изменяется через 1 /2…3 / 4, или циклической, когда направление скрутки изменяется после цикла из нескольких витков.