Проектирование кабельной линии АТ и С на участке железной дороги Армавир-Шедок

[Введите текст]

РЕФЕРАТ

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.

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

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

Кабельные линии отличаются высокой эксплуатационной надежностью и дают возможность осуществления всех видов связи и каналов передачи информации, необходимых для управления перевозочным процессом железных дорог. Строительство магистральных кабельных линий позволяет резко увеличить количество каналов связи управлениями железных дорог, отделениями и станциями, дает возможность автоматизации телефонной и телеграфной связи.

Кабельные линии связи строят: при электрификации железных дорог по системе тока в качестве основной меры защиты цепей связи, автоматики и телемеханики от влияния тяговой сети; взамен воздушной линии связи при строительстве автоматической блокировки и диспетчерской централизации; при электрификации железных дорог по системе постоянного тока и строительстве дополнительных главных путей, когда конструкция воздушной линии экономически нецелесообразна; на вновь строящихся железных дорогах магистрального значения; в районах, подверженных сильным гололёдам; также в районах, намеченных к электрификации по системе переменного тока на ближайшие годы.

1. ОПИСАНИЕ ПРОЕКТИРУЕМЫХ УЧАСТКОВ СВЯЗИ

В данной курсовой работе проектируются линии связи на двух участках железной дороги, географическое расположение которых — Северный Кавказ. Рассматриваемые участки расположены на территории Краснодарского края и республики Адыгея, и относятся к Северо-Кавказской железной дороги.

Приведем физико-географическую справку о данном регионе, которая получена из Большой Советской энциклопедии.

1.1 Северо-Кавказская железная дорога

Северо-Кавказская железная дорога, объединяет участки дорог в пределах Краснодарского и Ставропольского краев, Дагестанской республики, Чечено-Ингушской республики, Кабардино-Балкарской республики, Северо-Осетинской республики, Ростовской области и небольшие участки в пределах Калмыцкой, Астраханской и Волгоградской областей. Северо-Кавказская железная дорога (С.-К. ж.д.) связывает Северный Кавказ и республики Закавказья со всей сетью железных дорог СНГ. Эксплуатационная длина (1974) 5438 км, или 4% протяжённости всей сети ж.д. СНГ. Управление дороги — в Ростове-на-Дону. Граничит: с Приволжской ж.д. — станции Трусово (в районе Астрахани) и Котельниково: с Азербайджанской ж.д. — станция Самур; с Закавказской ж.д. — станция Весёлое; с Донецкой ж.д. — станции Марцево, Несветай и Зверево; с Юго-Восточной ж.д. — станции Зверево и Цимлянская.

В составе дороги 9 отделений: Ростовское, Кавказское, Минераловодское, Ставропольское, Грозненское, Махачкалинское, Краснодарское, Сальское и Туапсинское. Обслуживает сельскохозяйственные районы (Краснодарский, Ставропольский края и др.), районы нефтяной, газовой, каменноугольной (в восточном Донбассе), машиностроительной, цементной (заводы Новороссийска) промышленности, а также курорты союзного значения (Кавказские Минеральные Воды, Сочи и др.). Дорога взаимодействует с водным транспортом: по Чёрному морю (станции Новороссийск, Туапсе, Сочи); с Волгодонским речным пароходством (станции Ростов, Азов, Ейск, Усть-Донецкая, Волгодонская); с Азовским пароходством (станция Таганрог); с Каспийским пароходством (станция Махачкала 2-й порт), Керченская паромная переправа связывает С.-К. ж.д. (станция Кавказ) с Крымом.

Наиболее крупные ж.-д. узлы: Ростов (Батайск), Тихорецкая, Кавказская, Армавир, Краснодар, Минеральные Воды, Гудермес. В 1974 общий грузооборот дороги составил 117,5 млрд. т км, или 3,8% общесетевого. Около ¾ всего отправления грузов составляют нефтяные, каменный уголь, минерально-строительные материалы, хлебные грузы, кроме того, машины и оборудование, пищевые продукты. Средняя грузонапряженность свыше 21 млн. т км. Удельный вес транзитных перевозок невелик. Пассажирооборот дороги составил (1974) 14,3 млрд. пасс.-км. В отправлении преобладают пригородные пассажиры; в дальнем сообщении ежегодно перевозится большое число пассажиров в направлении Минеральные Воды — Сочи.

До Октябрьской революции 1917 С.-К. ж.д. была слабо технически оснащена, линии почти все однопутные с паровозной тягой и малой пропускной способностью. В современных условиях на всех главных направлениях дороги имеются вторые пути, широко применяется автоблокировка, диспетчерская централизация стрелок и сигналов, диспетчерское управление движением поездов. С 1936 началась электрификация С.-К. ж.д. К 1975 были переведены на электротягу все основные направления дороги: Марцево — Ростов — Армавир — Туапсе — Сочи — Весёлое и Лихая — Ростов — Прохладная — Дербент, а также ряд боковых линий (Минеральные Воды — Кисловодск и др.). В 1974 удельный вес тепловозной тяги в грузообороте дороги составил 51,2%, электрической — 48,4%. Награждена орденом Ленина (1971).

1.2 Краснодарский край

Краснодарский край, входит в состав России. Образован 13 сентября 1937. Площадь 83,6 тыс. км2. Население 4608 тыс. человек (1972). Делится на 39 районов, имеет 27 городов, 26 посёлков городского типа.

Центр — г. Краснодар. Край награжден двумя орденами Ленина (31 октября 1957 и 20 ноября 1970).

1.3 Природа

Краснодарский край (К. к.) расположен в западной части Кавказа, с юго-запада омывается Чёрным морем, с северо-запада — Азовским морем. Береговая линия Чёрного моря сравнительно ровная, лишь на севере. выделяются Геленджикская и Цемесская бухты и полуостров Абрау. Более изрезана береговая линия в Керченском проливе, где в Таманский полуостров вдаётся одноимённый залив, и у Азовского моря с лиманами Ейским, Бейсугским и др.

Рельеф. Территория К. к. состоит из горной (1/3) и равнинной частей. Горная часть относится к западной части Большого Кавказа. Её образуют сравнительно небольшой отрезок высокогорного Западного Кавказа с южными и северными склонами и предгорьями и средневысотные горы Черноморского Кавказа (северо-западная оконечность Большого Кавказа). Высокогорье тянется от верховья р. Мзымта до г. Фишт (2867 м). Здесь Главный хребет (г. Акарагварта, 3360 м, г. Псеашхо, 3256 м) имеет альпийский характер рельефа; севернее располагаются более низкие 988 массивы Бокового (Передового) хребта и передовые гряды типа куэст (Скалистый хребет и др.). От г. Фишт тянется на северо-запад система средневысотных складчатых хребтов Черноморского Кавказа. На известняковом массиве Фишт-Оштен и плато Лагонаки, в известняках и гипсах Скалистого хребта и на Ю.-В. в известняках бассейне р. Хоста и Мзымта развит карст; в верховьях р. Хоста — одна из глубочайших в СНГ (около 500 м) карстовая шахта Назаровская. Равнинная часть К. к. относится к Западному Предкавказью и образована Кубано-Приазовской низменности (высота до 120 м), Прикубанской наклонной равниной, дельтой Кубани и Таманским полуостровом с невысокими (до 164 м) складчатыми грядами и грязевыми вулканами. На востоке — край Ставропольской возвышенности.

На равнине климат умеренно континентальный, степной, в горах — более влажный и прохладный; в северной части Черноморского побережья носит средиземноморский характер (с засушливым летом и влажным холодным полугодием; характерен ветер бора), переходящий к юго-востоку. во влажный субтропический. Средняя температура января от -5 °С в Западном Предкавказье до 4 °C на севере Черноморского побережья и 5 °C на юге, температура июля 22−24 °С. В горах на высоте 2000 м средняя температура января -7, -8°С, августа 12−13°С. Годовое количество осадков от 400−600 мм в равнинной части до 3242 мм (хребет Ачишхо у Красной Поляны) и более в горной. Вегетационный период на равнинах Западного Предкавказья 220−240 суток. В высокогорье Западного Кавказа имеются ледники.

Реки. Главная река — Кубань, принимающая слева много притоков (Уруп, Лаба, Белая и др.), из рек Черноморского побережья наибольшая — Мзымта. Реки используются для гидроэнергетики, орошения рисовых полей (в низовье Кубани). Для регулирования стока Кубани сооружены водохранилища — Тщикское, Шапсугское и Краснодарское. В высокогорье Западного Кавказа озёра Кардывач и Абрау, много мелких каровых озёр. На Таманском полуострове и побережье Азовского моря — озёра-лиманы.

Почвы и растительность. На равнинах Западного Предкавказья преобладают чернозёмы, особенно карбонатные предкавказские, в горах — горно-лесные бурые и дерново-карбонатные почвы, в высокогорье — горно-луговые. На месте господствовавших прежде равнинных степей — культурная растительность. В горах — широколиственные (дубовые, буковые, в районе Туапсе — Сочи — смешанные колхидские) и темнохвойные (из кавказских пихты и ели) леса, выше — субальпийские и альпийские луга. Древесно-кустарниковая растительность северной части Черноморского побережья сходна с крымской и восточно-средиземноморской.

Природные районы: Западное Предкавказье — со степными земледельчески освоенными равнинами; Северо-Кавказский — с преобладанием горных лесов на хребтах Черноморского Кавказа и передовых куэстовых грядах; Западно-Кавказский высокогорный — с альпийским рельефом, горными лугами; Северо-Черноморский — с ландшафтами восточно-средиземноморского типа и виноградниками; Колхидский горный — с лесными ландшафтами влажных субтропиков и курортной зоной побережья.

1.4 Население

Около 90% населения составляют русские, живут также украинцы, армяне, адыгейцы и др. Средняя плотность 55,1 человек на 1 км² (1972). Наиболее плотно заселена равнинная часть бассейна среднего течения Кубани. В горных районах плотность падает до 9 — 10 человек на 1 км². Городское население — 48% (1972). За годы Советской власти образовано 17 новых городов (Кропоткин, Лабинск, Славянск-на-Кубани, Тихорецк и др.). Наиболее крупные города: Краснодар, Сочи, Армавир, Новороссийск, Майкоп. Для равнинных районов характерны крупные сельские населенные пункты — станицы.

1.5 Хозяйство

К. к. — район развитой промышленности, многоотраслевого сельского хозяйства и курортов международного значения.

Промышленность. За 1940;72 объём валовой продукции промышленности увеличился в 7,4 раза, за 1960;72 — более чем в 2 раза. Особенно быстрыми темпами развиваются машиностроение и металлообработка. Выросла доля лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, электроэнергетики, химической и нефтехимической промышленности и промышленности стройматериалов. Почти 50% промышленной продукции даёт пищевая промышленность, 16% - лёгкая и 12% - машиностроение и металлообработка.

Электроэнергию К. к. получает главным образом от тепловых станций, работающих на природном газе (Краснодарская, Новороссийская, Армавирская и др.), и ГЭС (Белореченская на р. Белая, Краснополянская на р. Мзымта и др.).

Значительно развито машиностроение. Наиболее крупные центры: Краснодар, Новороссийск, Армавир, Тихорецк, Туапсе, Майкоп, Ейск, Хадыженск. Топливная промышленность представлена добычей и переработкой нефти и газа (используются месторождения Прикубанской равнины). Основная часть добываемого газа направляется по газопроводу в др. районы страны. Газоконденсатное сырьё перерабатывается на Афипском газоперерабатывающем заводе. Нефтепереработка в Туапсе и Краснодаре. Крупное производство цемента сосредоточено в районе Новороссийска. В районе Шедока открыты богатые запасы каменной соли; в районе Туапсе — ртуть.

Лесной фонд 2085,2 тыс. га (1968). На долю дуба приходится 53,4% лесопокрытой площади, 20,5% занимает бук, 9% граб, 4% пихта, 2,4% каштан, около 8% ясень, тополь и белая акация. В 1971 вывезено 3,1 млн. плотных м3 древесины, в т. ч. 2,2 млн. м3 деловой; произведено 1,8 млн. м3 пиломатериалов, 47,2 тыс. м3 клеёной фанеры и 96.2 тыс. т картона. Производятся мебель, строительные детали, деревянная, бумажная и картонная тара. Важнейшие центры деревообработки: Майкоп, Краснодар, Новороссийск, Армавир и др.

Сельское хозяйство. К. к. — один из важнейших с.-х. районов СНГ. Ведущее место принадлежит производству пшеницы, риса, кукурузы на зерно, подсолнечника, сахарной свёклы, табака, клещевины, южной конопли на семена, винограда, мяса и молока. Большое значение имеет возделывание плодовых, чая, эфирномасличных культур.

В животноводстве преобладают молочно-мясное скотоводство и свиноводство. Поголовье на начало 1973 (тыс.): крупного рогатого скота 2016 (в т. ч. коров 690), свиней 3116, овец и коз 1205; на начало 1941 поголовье составляло (тыс.): крупного рогатого скота 996 (в т. ч. коров 438), свиней 794, овец и коз 973. Птицеводство: 20 178 тыс. голов (на начало 1973).

Транспорт. Все виды транспорта развиты в равнинной части К. к. Длина железных дорог превышает 2 тыс. км (1971). Основные линии Ростов-на-Дону — Баку и Волгоград — Новороссийск пересекают К. к. в узловой станции Тихорецкая. Важную роль играют перевальная дорога Армавир — Туапсе — Адлер (в состав которой входят рассматриваемые участки) и линии, связывающие Краснодар с гг. Приморско-Ахтарском и Ейском на берегу Азовского моря и станцию Кавказ на берегу Керченского пролива. Строится (1973) новая перевальная дорога Краснодар — Горячий Ключ — Туапсе. 738 км железных дорог электрифицировано, остальные переведены на тепловозную тягу. Протяжённость автомобильных дорог с твёрдым покрытием 10,9 тыс. км (1971). Развит морской и воздушный транспорт. Судоходны Кубань от Краснодара до устья и её рукав Протока от Славянска-на-Кубани до Ачуева.

Крупнейшие промышленные центры: Краснодар, Армавир, Кропоткин, Тихорецк, Ейск, Майкоп.

1.6 Крупные города на станциях рассматриваемых участков железной дороги

Курганинск город, центр Курганинского района Краснодарского края Россия. Расположен на правом берегу р. Лаба (приток Кубани), в 167 км к востоку от г. Краснодара. Ж.-д. станция Курганная на линии Армавир — Туапсе; от Курганинска ветка (84 км) на Шедок. 35 тыс. жителей (1970). Пищевая промышленность (сахарный, консервный, молочный заводы, птицекомбинат, пищекомбинат), пенькозавод, асфальтобетонный завод.

Лабинск (до 1947 — станица Лабинская), город в Краснодарском крае. Расположен на р. Лаба, при выходе её из предгорий на равнину. Ж.-д. станция Лабинская на ветке Курганная — Шедок. 53 тыс. жителей (1972). Один из центров пищевой промышленности края: консервный (преимущественно овощные и фруктовые консервы), маслоэкстракционный, пивоваренный, сахарный заводы, молочный, пищевой комбинаты. Машиностроительный (оборудование для животноводческих ферм), химический заводы, обувная и швейная фабрики, лесной комбинат, производство тары. Техникум механизации сельского хозяйства, медицинское училище. Основан в середине 19 в. как крепость.

Мостовской, посёлок городского типа в Лабинском районе Краснодарского края, на левом берегу р.Лаба. Ж.-д. станция на ветке Курганная — Шедок. 13 тыс. жителей (1973). Мебельно-деревообрабатывающая фирма «Юг», лесокомбинат. Плодосовхоз.

1.7 Реки, протекающие рядом с участками железных дорог

Кубань, река в Ставропольском и Краснодарском краях. Образуется слиянием рр. Уллукам и Учкулан, берущих начало на склонах Эльбруса, у края ледника Уллукам. Впадает в Темрюкский залив Азовского моря. Длина 870 км (от истока р. Уллукам 906 км), площадь бассейна 57 900 км².

Лаба, река в Краснодарском крае, левый приток р.Кубань. Образуется слиянием Большой Лабы и Малой Лабы, берущих начало из ледников на северном склоне Главного, или Водораздельного, хребта Б. Кавказа. Длина (вместе с Большой Лабой) 347 км, собственно Лаба — 214 км, площадь бассейна 12,5 тыс. км2. В верхнем течении — бурная река, текущая в глубоком ущелье, в нижнем — берега пологие, течение спокойное, в устье — плавни. Питание смешанное (снеговое, ледниковое и дождевое). Средний расход близ устья 95,7 м3/сек. Замерзает (не каждый год) в конце декабря, вскрывается в конце февраля — начале марта. Главные притоки: справа — Чамлык, слева — Фарс. Используется для орошения. Сплавная.

Пшиш, река в Краснодарском крае, левый приток р.Кубани. Длина 270 км (от истока р. Большой Пшиш), площадь бассейна 1850 км². Образуется слиянием рр. Большой и Малый Пшиш, берущих начало на северных склонах Большого Кавказа. В верховьях течёт в глубокой и узкой долине, по выходе из гор долина расширяется. Питание смешанное, с преобладанием дождевого. Паводки. Средний расход воды около 25 м3/сек, наибольший — около 1000 м3/сек. Ледовый режим неустойчив, в отдельные годы река не замерзает. Сплавная.

Белая, река в Краснодарском крае, левый приток Кубани (за устье принято место сброса в Тщикское водохранилище). Длина 273 км, площадь бассейна 5990 км². Берёт начало на Главном, или Водораздельном хребте Большого Кавказа, у вершин Фишт и Оштен. В нижнем течении имеет равнинный характер. Питание смешанное. Главные притоки: Пшеха, Курджипс.

1.8 Станции и расстояния между ними на рассматриваемых участках

Таблица 1.1 — Участок номер один «Армавир Рост. — Кривинковская»

Таблица 1.2 — Участок номер два «Курганная — Шедок»

2. Выбор типов кабеля, связевой аппаратуры, размещение цепей по четверкам

2.1 Выбор связевой аппаратуры

Согласно заданию на курсовое проектирование, нам необходимо обеспечить 180 каналов магистральной связи, 95 каналов дорожной связи и все виды оперативно технологической связи (ОТС). При определении требуемого числа систем передачи необходимо руководствоваться следующими принципами:

кабель должен использоваться наиболее эффективно, резерв по физическим цепям должен составлять примерно 10% - 15% (практически, это означает, что одна из четвёрок кабеля должна быть резервной);

резерв по каналам связи должен составлять не более 15% - 20%.

Определим необходимое число систем передачи данных для обеспечения работы магистральной связи. Используем аппаратуру типа ИКМ-120. Данная система способна обеспечить работу 120 каналов связи. Используем следующую зависимость:

где N — требуемое число систем передачи,

Nkчисло каналов, которое необходимо обеспечить,

Nc — число каналов, на которое рассчитана используемая система связи.

В данном случае:

для организации магистральной связи достаточно двух систем ИКМ-120. Определим число резервных каналов связи:

где R — резерв.

Принятое техническое решение по количеству резервных каналов превышает нормы на 5%. Превышение норм незначительно, а следствие лишь дополнительный резерв. Использование систем ИКМ-120 в данном случае наиболее рационально чем комбинирование систем ИКМ-30 и К-60.

Определим необходимое число систем передачи данных для обеспечения работы дорожной связи. Используем выше приведённый метод расчёта.

Необходимо использовать одну систему ИКМ-120.

Определим резерв по каналам:

Резерв укладывается в нормы.

При организации ОТС необходимо учесть, что некоторые виды связи, такие как перегонная и межстанционная не подлежат частотному или временному уплотнению и могут быть реализованы только по физическим цепям (обусловлено устройством оконечных абонентских аппаратов, назначением, соображениями безопасности и надёжности).

Организуем оперативно-технологическую связь по физическим цепям.

Данное техническое решение незначительно превышает нормы по числу резервных четверок, а следствием является дополнительный резерв, который может быть использован для дальнейшей модернизации связи.

Определим необходимое число физических цепей:

магистральная связь — по две пары на одно направление передачи;

дорожная связь — по одной паре на одно направление передачи;

ОТС — 16 пар.

Всего: не менее 22-х пар для двухсторонней связи. Число используемых пар будет уточнено в дальнейшем, после проведения распределения по физическим цепям.

2.2 Выбор типа и количества кабелей

линия связь усилительный оптический Кабельная магистраль может быть организована по одно-, двух-, или трех кабельной 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 двух кабельной системе для организации всех видов связи и СЦБ прокладывается два кабеля, при этом для цепей дальней связи (магистральной и дорожной) используется цифровая система передачи, например ИКМ-120, со скоростью передачи информации 8448 Кбит/с. Данная система требует две кабельные пары. Пары располагаются в разных кабелях в целях обеспечения защищённости от переходных токов.

Двух кабельная 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 двух кабельной магистрали. В ответственных случаях применяют трех кабельную систему. В этом случае прокладывается три кабеля, из которых первый используется для организации ОТС 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.

Исходя из вышеперечисленных достоинств и недостатков приведённых систем кабельной магистрали, а также с учётом требуемого числа физических цепей, выберем для реализации проектируемой линии двух кабельную систему. В связи с тем, что почвы на данном участке не относятся к агрессивным, выберем следующие типы кабелей:

МКПАБП — 741.05+520.7+10.7. — для прокладки в почве.

МКПАКП — 741.05+520.7+10.7. — для пересечения водных преград.

Чертеж кабеля показан в альбоме чертежей, где: 1 — полиэтиленовая оболочка; 2 — кругло проволочные стальные броне покровы; 3 — ленточные стальные броне покровы; 4 — вязкий подклеивающий битумный слой; 5 — алюминиевая оболочка; 6 — поясная бумажная изоляция; 7 — сердечник кабеля; 8 — кабельная четверка; 9 — жила четверки (медь); 10 — центрирующий полиэтиленовый кордель; 11 — сигнальная пара; 12 — контрольная жила; 13 — изоляция жил (полиэтилен); 14 — сигнальная жила (медь).

Емкость кабеля вторичной коммутации должна быть 3−4 четверки. Выбираем кабель: ТЗПАБП 440.9

Чертеж кабеля показан в альбоме чертежей, где: 1 — полиэтиленовый шланг; 2 — ленточная стальная броня в битумном слое; 3 — алюминиевая оболочка; 4 — поясная бумажная изоляция; 5 — сердечник кабеля; 6 — кабельная четверка; 7 — медная жила кабеля; 8 — полиэтиленовая изоляция жил.

2.3 Распределение цепей по четверкам симметричного кабеля

Прокладка кабельной линии связи невозможна без точных данных о использовании различных физических цепей кабеля. При распределении учтем проведенные ранее расчеты. Приведём таблицу распределения (таблица 2.1). Для уменьшения числа отпаек от второго кабеля, все сигнальные пары располагаем в первом кабеле. Сигнальные пары второго кабеля оставим в резерве.

Таблица 2.1 — Распределение цепей по четверкам кабеля

3. Размещение усилительных и регенерационных пунктов

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.

Питаемые дистанционно УП, не имеющие энергоустановок и постоянно находящегося в них персонала, носят название необслуживаемых усилительных пунктов (НУП).

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; 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.), а усилители располагаются через каждые 25ч30 км. Если расстояние меньше нормы, то также устанавливаются «искусственные линии».

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 и необслуживаемых регенерационных пунктах (ОРП, НРП). РП размещаются по трассе через каждые 5ч8 км.

3.3 Размещение аппаратуры по трассе

Размещение аппаратуры показано на схематическом плане участков, а также в таблице 3.1.

Таблица 3.1 — Размещение аппаратуры по трассе связи

4. Расчет влияний контактной сети и ЛЭП на линию связи

4.1 Расчет влияния ЛЭП на линию связи

По заданию линия связи на участке Армовир-Ростовский — Кривинковская подвержена влиянию линии электропередачи (ЛЭП) с заземленной нейтралью (220 кВ, Iкзн=900 А, Iкзк=400 А).

ЛЭП оказывает электрическое и магнитное воздействие на линейные сооружения. Так как проектируется кабельная линия, то воздействие будет только магнитным полем. В зависимости от режима работы ЛЭП может вызывать в кабельной линии опасные или мешающие напряжения. По заданию ЛЭП работает в аварийном режиме, и следовательно наводит в линии связи опасное напряжение. На крупных станциях рядом с связевыми сооружениями находятся тяговые подстанции (ТП). К ним подходит ЛЭП. Рассматривается косое сближение линии связи и ЛЭП.

Для расчета влияния построим следующую модель. Выбираем самое максимальное расстояние между ТП. Рассмотрим на этой дистанции усилительный участок низкой частоты равный 25 км. Примем угол сближения ЛЭП и линии связи равный 10 градусов. Разобьем участок на 12 частей. Ширину сближения на каждом итом участке рассчитаем по формуле (4.1). Расчетная модель показана на рисунке 4.1.

Величину наведенного напряжения рассчитаем по формуле (4.2).

где, — частота влияющего тока,

— влияющий ток,

— коэффициенты экранирования рельсов и защитного действия оболочки кабеля,

— расчетная длина сближения, взаимная индуктивность между ЛЭП и жилой кабеля,

— проводимость земли.

Далее находится суммарная ЭДС наводимая в линии и сравнивается с нормами.

Данные о зависимости ширины сближения ЛЭП и линии связи приведены в таблице 4.1.

Рисунок 4.1 — Расчетная модель Таблица 4.1 — Ширина сближения линии связи и ЛЭП

Приведем пример расчета:

м, Гн/км, В.

Таблица 4.2 — Результаты расчета наведенных напряжений

Суммарная наведенная ЭДС равна Е = 29,827 В. Эта величена не превышает нормы, а следовательно более эффективные средства защиты не нужны.

4.2 Расчет влияния контактной сети переменного тока

По заданию линия связи на участке Курганная — Шедок подвержена влиянию контактной сети переменного тока U = 25.7 кВ, Ik = 4.5 А, k = 20.

Расчет мешающих влияний на кабельные цепи связи производится при нормальном режиме работы тяговой сети переменного тока. Произведем расчет приближенным методом по одной гармонической составляющей переменного тока, которая наводит в цепях тональной частоты наибольшие мешающие напряжения. Пологая что усилительные участки умеют одну длину можно определить мешающее напряжение по следующей формуле.

где n — количество усилительных участков.

Напряжение шума наводимое в двухпроводной телефонной цепи определяется по формуле:

где — частота катой гармоники влияющего тока,

— ток катой гармоники,

— коэффициенты экранирования рельсов и защитного действия оболочки кабеля,

— расчетная длина сближения,

— коэффициент акустического воздействия катой гармоники,

— коэффициент чувствительности телефонной сети к помехам,

— взаимная индуктивность между контактной сетью и жилой кабеля,

— проводимость земли.

Приведем пример расчета:

а = 10 м.

Гн/км, мВ, мВ.

Таблица 4.3 — Результаты расчета влияний

Величина нормы равна 1 мВ. Рассчитанные значения превышают норму, следовательно нужно проводить защитные мероприятия (выбор другого кабеля, установка редукционных трансформаторов).

Формулы для расчетов в пунктах 4.1 и 4.2 взяты из.

4.3 Расчет редукционных трансформаторов

Редукционные трансформаторы (РТ) — предназначены для повышения эффективности работы защитных покровов кабеля, для снижения наведенных напряжений в кабеле. РТ состоит из первичной обмотки, которая включается в металлические покровы кабеля, и вторичной, которая представляет из себя сам сердечник кабеля. Выпускаются РТ не более чем на четыре четверки, и, следовательно, для защиты семи четверочного кабеля нужно использовать два РТ. При использовании РТ ширина сближения уменьшается до 10ч15 метров.

Формулы для расчета взяты из литературы.

Произведем расчет по приведенным формулам:

мГн, шт.

По результатам расчета получаем что необходимо установить один РТ. Установим его в центре участка.

Выбираем РТ марки ОСГРТ 44/8

Схема включения РТ показана в альбоме чертежей (лист 7).

5. Расчет взаимного влияния

5.1 Определение собственных параметров кабеля

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

Rудельное сопротивление на единицу длинны [Ом/км];

Lудельная индуктивность [Гн/км];

G — проводимость изоляции [См/км];

С — удельная ёмкость [Ф/км];

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

Определим значения первичных параметров для кабеля МКПАБ. Существует множество методов проведения подобных расчётов. Большинство из них основано на использовании специальных вспомогательных функций, значения которых протабулированы с точностью, достаточной для инженерных расчётов. Воспользуемся данным способом расчёта. Зависимость специальных функций от частоты приведена в таблице 5.1 (по данным [2]).

Таблица 5.1 — Специальные вспомогательные функции

Для расчёта первичных параметров можно воспользоваться следующими зависимостями:

Ом/км 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 (1,85мм):

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

Ом.

Удельная индуктивность определяется по следующей зависимости:

Гн/км 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 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 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 5.2

Таблица 5.2 — Частотная зависимость первичных параметров кабельной линии

Приведём пример расчёта на частоте f = 250 кГц. Используя выше поведенные выражения:

Ом/км

Гн/км

нФ/км

мкСм/км Построим по полученным данным графики частотных зависимостей первичных параметров (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 — Функции частотных зависимостей первичных параметров

5.2 Волновые параметры кабеля

Основной характеристикой любого кабеля являются его волновое сопротивление Zv 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 5.3.

Таблица 5.3 — Волновые параметры кабеля МКПАБ

Приведём пример расчёта на частоте 250 кГц:

5.3 Расчет переходных затуханий

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

Согласно заданию на курсовое проектирование: k12 = 19 Пф/сд. Величина g12 задана через процентное отношение, то. Активная составляющая магнитной связи задана через соотношение, то, или .

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 5.4.

Приведем пример расчета на частоте 250 кГц:

Таблица 5.4 — 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 длине самого протяжённого усилительного участка, который содержит 26 строительных длин. Для расчета воспользуемся вышеприведёнными зависимостями. Полученные данные занесём в таблицу 5.5. Приведем пример расчета на частоте 250 кГц:

Определим переходные затухания на одну строительную длину:

На длине усилительного участка:

Таблица 5.5 — Величина расчитаных переходных затуханий

Построим графики зависимостей переходных затуханий от частоты (рисунок 5.2, 5.3).

Рисунок 5.2 — Частотная зависимость затуханий на строительной длине кабеля Рисунок 5.3 — Частотная зависимость затуханий на строительной длине Сравним полученные результаты с нормами: А0=60,8 дБ; АЗ=73,8 дБ; АL=73,8+l.

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

5.4 Симметрирование кабелей

В случае, если переходные затухания не удовлетворяют нормам, необходимо применять специальные методы для их увеличения. Воспользуемся методом симметрирования при помощи контуров противосвязи. Принцип действия данных устройств основан на том, что они создают между влияющей и подверженной влиянию цепями активно-ёмкостную связь, вектор которой противоположен к вектору комплексной электромагнитной связи, обуславливающей взаимные влияния. Результирующие влияние в результате взаимной компенсации значительно уменьшается, что увеличивает переходные затухания. Для определения параметров контура противосвязи в данном курсовом проекте воспользуемся графоаналитическим методом: 1) строится график вектора комплексной электромагнитной связи — годограф. Математически, годограф представляет собой траекторию движения конца вектора электромагнитной связи на комплексной плоскости. Вид данной зависимости на дальнем и ближнем конце различен. Ввиду значительных сложностей, возникающих при определении параметров контура противосвязи на ближнем конце, как правило, рассматривается график переходного затухания на дальнем конце; 2) по виду зависимости определяется устройство контура противосвязи и жил кабеля, между которыми он будет включён; 3) на крайней частоте полосы пропускания определяются параметры элементов контура.

По данным таблицы 5.4 построим график вектора комплексной электромагнитной связи на дальнем конце F. На этой же координатной плоскости построим характеристику контура противосвязи Fk.

Рисунок 5.4 — График вектора комплексной электромагнитной связи Для создания данной формы вектора противосвязи, необходима схема показанная на рисунке в альбоме чертежей (лист 7).

Определим номиналы элементов, входящих в схему контура. Учтём, что по оси Х графика отложена действительная часть проводимости контура, а по оси Y — мнимая часть, обусловленная наличием в схеме ёмкостей. Определим значение вектора противосвязи на граничной частоте полосы пропускания. 550кГц: Х = 1,914 мкСм, Y = 6.015 мкСм.

Номинал сопротивления R1 определим по следующей формуле:

Выбираем по номинальному ряду Е24 R1=510 кОм.

Расчитаем емкость С1.

С1==1,74 пФ.

По номинальному ряду Е24 С1=1,8 пФ.

Ёмкость С2 можно принять равной ёмкости С1.

6. Скелетная схема кабельной линии

6.1 Содержание кабеля под избыточным давлением

Содержание кабеля под постоянным избыточным давлением, превышающем атмосферное на 49 103 Па (0,5 кгс/см2), предусматривается в настоящее время на всех магистральных кабельных линиях.

При использовании системы ИКМ-120 нагнетательные установки размещаются на станциях железной дороги через каждые 1520 км.

В эксплуатации свинцовые и алюминиевые оболочки кабелей связи подвергаются различным механическим и электрохимическим влияниям, которые могут вызвать их повреждение, в результате чего влага проникнет к токоведущим жилам, снизится их электрическая изоляция, и связь прекратится вообще, либо ухудшится ее качество.

Эффективным способом контролирования состояния кабеля является содержание его под избыточным постоянным газовым давлением. Этот способ позволяет обнаружить повреждение оболочки кабеля сразу, как только оно возникает, и при небольших отверстиях в оболочке предохраняет кабель от проникновения влаги, чем сохраняет его работоспособность. В тех случаях, когда повреждение нельзя быстро устранить (при разливе рек и т. д.), проникновение влаги в кабель можно предотвратить в течение довольно длительного времени покачиванием воздуха с одного или обоих концов поврежденного участка. Кроме того, содержание кабеля под постоянным давлением позволяет определить место повреждения при помощи радиоактивных изотопов и галоидных газов.

Таким образом, содержание кабеля под давлением увеличивает срок его службы, повышает надежность связи.

Применяются две системы:

а) с периодическим пополнением газа;

б) с автоматическим пополнением газа.

Газ, используемый для наполнения и создания избыточного внутреннего давления, должен быть:

а) инертен, т. е. не влиять на материалы, применяемые в кабеле: медь, свинец, алюминий, бумагу, стирофлекс, полиэтилен и др.;

б) сухим;

в) негорючим, взрывобезопасным и безвредным;

г) не должен снижать электрической прочности изоляции;

д) дешевым.

Наибольшее распространение получили азот и воздух, как наиболее полно удовлетворяющие указанным выше требованиям. Однако от применения азота в ряде случаев приходится отказываться из-за трудностей получения его в местах прохождения кабельных магистралей. Эксплуатационные расходы при использовании воздуха меньше. Поэтому выгоднее применять осушенный воздух, нагнетаемый в кабель при помощи компрессорных установок или из баллонов, в которых он находится в сжатом состоянии (до 150 атм.).

В качестве газонагнетательной можно использовать аппаратуру типа АКОУ.

6.2 Монтажная схема кабельной линии

На монтажной схеме кабельной линии показываются расположения всех объектов связи, а также устраиваемые к ним ответвления и соединения кабелей между собой. Скелетная схема является основным документом для монтажа магистрального кабеля. Она показана в альбоме чертежей (лист 5).

Ответвления на магистрали делаются к следующим объектам:

— релейные шкафы (РШ);

— усилительные пункты (УП);

— пост электрической централизации (ЭЦ);

— тяговые подстанции (ТП);

— пост секционирования канальных цепей (ПСКЦ);

— пассажирское здание (ПЗ);

— дежурный по станции (ШН);

— помещение для монтеров пути (П).

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

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

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

Для обеспечения герметичности магистрального кабеля на кабеле ответвления устанавливают газонепроницаемую муфту, которую монтируют на 4 — 5 метровом отрезке кабеля той же марки, что и кабель ответвлений Магистральные кабели при двухкабельной системе нумеруются следующим образом: кабель, от которого делаются все основные ответвления на перегонах, обозначается — К1, второй кабель — К2.

Кабели, ответвляющиеся от магистрального кабеля К1, получают номера 3 и 5. В том случае, когда от К1 ответвляется больше двух кабелей, их обозначают 3а, 5а, 3б, 5б.

От кабеля К2 ответвляются кабели 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 82.

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

В пояснении к скелетной схеме приведем расчетную таблицу кабелей ответвлений и вторичной коммутации (таблица 6.1).

Таблица 6.1 — Расчетная таблица кабелей ответвлений и вторичной коммутации