Проектирование кабельных сетей и устройств АТиС на перегоне и станции ЭМ-31-8

Жильность кабелей зависит от числа проводов электрических схем включения объектов ЭЦ. Число жил устанавливается таким, чтобы падение напряжения в цепи не превышало предельных допустимых значений. При наличии двух питающих проводов падение напряжения в питающих проводах можно рассчитать по формуле:

где: r — сопротивление 1 м жилы кабеля, r = 0.0235 Ом/м;

n_П и n_О — число жил в прямом и обратных проводах;

L_К — длина кабеля;

I_Р — расчетный ток в проводе, I_р = I_Ф = 3А.

Примем и рассчитаем длину кабеля для различных сочетаний n_П и n_О. Приведем пример расчета для одного прямого и одного обратного провода. Результаты расчета занесем в таблицу 10.

Таблица 10 — Критические длины кабеля

Так как мы получили больше, чем ордината входного светофора то расчет на этом прекращаем.

В некоторых случаях возникает необходимость дублирования жил цепей ЭПК и обогрева. Критерием дублирования является соответствие одной жилы определённого сечения такому сечению, которое необходимо для передачи требуемой мощности при установленной норме допустимых потерь напряжения в проводах. Число дублируемых жил определяется в каждом случае на основании расчётов. Количество запасных жил в кабелях принимается из расчета одна запасная жила на 10 действующих, но не более 3 жил.

Автоматическая очистка стрелок от снега с помощью сжатого воздуха осуществляется электропневматическим клапаном (ЭПК), управление которым может быть центральным и местным. При местном управлении уменьшается число жил в групповых кабелях, однако требуется установка дополнительного оборудования. При центральном управлении ЭПК каждому приводу от поста ЭЦ предусматривается два провода — прямой и обратный.

Целесообразность применения того или иного способа управления ЭПК зависит от длины кабеля, прокладываемого между ЭЦ и первой групповой муфтой и общего количества стрелок. Для выбора типа управления построим график экономической эффективности.

Исходя из графика, представленного ниже мы выбираем центральное управление.

Рисунок 4 — График экономической эффективности При центральном управлении ЭПК каждому приводу от поста ЭЦ предусматривается два провода — прямой и обратный. Обратные провода в проходных или групповых муфтах объединяются в один провод. При длине кабеля от поста ЭЦ до ЭПК менее 670 м прямые и обратные провода одножильные, от 670 до 950 м двужильным делается обратный провод, а от 950 до 1350 м двужильными делаются оба провода.

Длину магистральных и индивидуальных кабелей рекомендуется рассчитывать по следующей формуле:

где — расстояние от поста ЭЦ до групповой муфты или объекта централизации, определяемое по ординатам указанным на плане станции;

— количество пересекаемых кабелем путей (длина кабеля при пересечении одного пути и междупутья составляет 5.5 м);

— длина кабеля для ввода в здание поста ЭЦ (расстояние от кабельной трассы до места ввода в здание поста ЭЦ (25 м) на ввод в релейное помещение);

— длина кабеля, необходимая для подъема его со дна траншеи и разделки (принимается 1,5 м);

— запас кабеля у муфты на переразделку (принимается 1 м).

Коэффициентом 1.03 в этой формуле учитывается трехпроцентный расход кабеля на изгибы и повороты при прокладке (от общей длины кабеля).

Полученные результаты расчета округляются в большую сторону до числа, кратного 5.

Приведем пример расчета длин для нескольких кабелей:

Длина магистрального кабеля до муфты СТ3:

Длина индивидуального кабеля от муфты СТ3 до стрелки 16:

Длина индивидуального кабеля между стрелками 16 и 14:

Длина кабеля от поста ЭЦ до стрелки 19:

Приведем пример расчета жильности кабеля для 16и 14 стрелок. В общем виде запись возле кабеля выглядит так:

.

— длина кабеля между стрелками или между стрелкой и муфтой. Для стрелки 14, для стрелки 16 .

Длина цепей по кабелю от поста ЭЦ составит для стрелки 14 — 775 м. Поэтому в соответствии с расчетом критических длин, т. е каждый прямой провод должен содержать две жилы, и каждый обратный — две жилы.

Стрелки 16 и 14 спаренные, тогда к ближайшей к из ник к посту ЭЦ 16 стрелки от поста ЭЦ идет индивидуальная двухпроводная рабочая цепь, содержащая один прямой и один обратный провод. Тогда жильность двухпроводной цепи до 16 стрелки составит жилы. Поэтому для 16 стрелки. Между 16 и 14 стрелками рабочая цепь индивидуальная трехпроводная и содержит два прямых и один обратный провод. Тогда жильность рабочей цепи для этой стрелки составит: жил. Между этими стрелками имеется еще и контрольная цепь из двух проводов, которые не дублируются. Тогда общая жильность рабочей и контрольной цепей между стрелками составит жил.

Рассчитаем жильность цепи управления ЭПК. При центральном управлении ЭПК прямые провода индивидуальны для каждого ЭПК, а обратный провод общий для всех. В соответствии с рекомендациями методички прямой провод ЭПК 14 стрелки содержит 1 жилу, о обратный провод — 2 жилы. Тогда жильность цепи ЭПК к стрелке 14 составит жилы. Расстояние от ЭЦ до 16 стрелки составляет, что требует опять трех жил. Учитывая то, что обратные провода для цепей ЭПК общие, то в кабеле между СТ3 и 16 стрелкой проходят 2 общих обратный провода, 1 прямой для стрелки 14 и один прямой для стрелки 16. Итого получаем для стрелки 16: жилы.

Отрезки кабеля от ЭПК до электропривода всегда стандартны по всей горловине: длина 5 м, жильность 4 (одна в запасе).

Трансформатор обогрева электропереключателей электроприводов стрелок 16 и 14 установлен в путевом ящике у муфты СТ1. Первичная обмотка включена в магистраль 220 В, не требует дублирования жил. Электроприводы подключаются ко вторичным обмоткам индивидуальными двухпроводными цепями, содержащими один прямой и один обратный провода. По кабелю расстояние от 14 стрелки до трансформатора составляет 125 м, что меньше предельной длины цепи 390 м, поэтому дублирование жил не требуется. Жильность цепи обогрева 14 стрелки составляет: жилы. Через 16 стрелку проходит и цепь обогрева 14 стрелки, поэтому общая жильность обеих цепей управления составит: жилы.

Определяем количество рабочих жил трех цепей — рабочей, пневмообдувки и обогрева. Для этого суммируем числа D, E и F. Для 14 стрелки:, эксплуатационный запас жил должен быть 2 жилы. Поэтому потребная емкость составит жил. Ближайший по емкости кабель СУБ имеет 16 жил (). Поэтому фактический запас жил составит жилы. Аналогично подсчитываем для 16 стрелки:. Эксплуатационный запас — 2 жилы.. Фактический запас жилы.

В результате этих расчетов запись у 16 и 14 стрелок будет выглядеть следующим образом:

Расчет для других стрелок производим аналогично. Схема кабельной сети стрелок изображена на рисунке 5.

Рисунок 5 — Кабельная сеть стрелок

2.4 Кабельная сеть светофоров

Расчет критических длин кабелей выполняется так, как и для стрелок. Однако при этом необходимо использовать следующие исходные данные:

Количество жил в проводе рассчитывается по допустимому падению напряжения в кабеле.

При наличии двух питающих проводов падение напряжения в питающих проводах можно рассчитать по формуле:

где: где: r — сопротивление 1 м жилы кабеля, r = 0.0235 Ом/м;

Примем и рассчитаем длину кабеля для различных сочетаний n_П и n_О. Для :

Так как получилось больше, чем ордината входного светофора, то расчет на этом прекращаем.

В соответствии с электрическими схемами выходных и маневровых светофоров к каждой из лампочек подводится по одному прямому проводу. Обратные провода объединяются: у маневровых светофоров — обоих (белого и синего) огней, у выходных — отдельно для разрешающих (зеленого и желтого) и запрещающих проездных (красного и белого) показаний. Для каждой из ламп входного светофора подводится по одному прямому и обратному проводу, причём прямые и обратные провода не объединяются. Так как релейный шкаф и входной светофор находятся рядом, то дублирование жил кабеля на этом участке не требуется.

Что касается остальных цепей, входящих в цепи релейного шкафа входного светофора. То количество жил кабеля для их обвязки зависит от типа и вида рельсовых цепей перегона.

Расчёт жильности и длин кабелей производится аналогично расчёту для стрелок. Приведём несколько примеров.

Расчета длин кабеля:

Длины кабелей между остальными объектами рассчитываются аналогично.

Приведем пример расчета жильности кабелей для луча С3 — Н3 — Н5:

Кабельная сеть светофоров приведена на рисунке 6.

Рисунок 6 — Кабельная сеть светофоров

2.5 Кабельная сеть рельсовых цепей

Расчет критических длин кабелей выполняется так, как и для стрелок. Однако при этом необходимо использовать следующие исходные данные:

Количество жил в проводе рассчитывается по допустимому падению напряжения в кабеле.

При наличии двух питающих проводов падение напряжения в питающих проводах можно рассчитать по формуле:

где: где: r — сопротивление 1 м жилы кабеля, r = 0.0235 Ом/м;

Примем и рассчитаем длину кабеля для различных сочетаний n_П и n_О. Для :

Так как получилось больше, чем ордината входного светофора, то расчет на этом прекращаем.

Кабельные сети рельсовых цепей проектируются отдельно для питающих и релейных концов. Благодаря использованию различных кабелей для питающих и релейных концов исключается возможность воздействия на путевые реле токов посторонних цепей. Жильность кабелей определяется расчетами по падению напряжения на трансформаторах и реле. Исходные данные для расчета зависят от типа рельсовой цепи.

В заданной станции применяется рельсовая цепь переменного тока частотой 25 Гц с фазочувствительными реле ДСШ-13, преобразователями частоты ПЧ50/25 и путевыми реле, размещаемыми на посту ЭЦ.

Питающие и релейные трансформаторы располагаются в путевых ящиках непосредственно у рельсов.

Питание рельсовой цепи осуществляется по отдельным лучам напряжением 220 В. Питающие трансформаторы группируются в лучи так, чтобы нарушение питания одного луча выводило из строя как можно меньшее число маршрутов.

Релейные трансформаторы, устанавливаемые на ответвлениях в разветвлённых рельсовых цепях, обозначаются наименованием рельсовой цепи с добавлением буквы, А для ответвлений по плюсовому положению стрелки и букв Б и В — на других ответвлениях.

Число жил в кабелях берётся по два отдельных одножильных провода к каждому трансформатору.

Расчет длин кабелей для трансформаторов производится аналогично расчету для стрелок и светофоров.

Приведем пример расчет длин кабеля:

Длины остальных кабелей рассчитываются аналогично.

Рассчитаем жильность луча IIП-10CП для питающих трансформаторов:

следовательно, будем использовать кабель 3 (1).

Для луча Р3−4П-6П-20СП для релейных трансформаторов:

следовательно, будем использовать кабель 12 (2).

Кабельная сеть питающих трансформаторов приведена на рисунке 7, а кабельная сеть релейных трансформаторов приведена на рисунке 8.

Рисунок 7 — Кабельная сеть питающих трансформаторов

Рисунок 8 — Кабельная сеть релейных трансформаторов

3. Расчет влияния тяговой сети на перегонные кабельные сети

Кабельные линии АТиС располагают в непосредственной близости от тяговых сетей электрифицированных участков железных дорог. В связи с этим тяговая сеть переменного тока оказывает опасные магнитные влияния на кабельные сети, расположенные в зоне её действия. Опасные напряжения в жилах кабелей возникают при аварийном (замыкании тяговой сети на землю) и вынужденном (выключении одной из тяговых подстанций) режимах работы тяговой сети.

1) Режим короткого замыкания.

Величина опасного напряжения на изолированном конце жилы кабеля при заземлённом противрположном конце: где:

— круговая частота влияющего тока частотой 50 Гц;

М — взаимная индуктивность, Гн/км, между тяговой сетью и жилой кабеля.

.

а — ширина сближения, ;

— проводимость грунта,;

— ток короткого замыкания влияющей тяговой сети,

— коэффициент экранирования рельсов, ;

— коэффициент защитного действия оболочки кабеля, равный для выбранных кабелей КМАШ 4 и ТЗАП 12×4 — 0.3;

— длина сближения кабельной сети с тяговой,

Подставив численные значения всех описанных величин, получим:

2) Вынужденный режим.

Величина опасного напряжения на изолированном конце жилы кабеля при заземлённом противоположном конце: где

— эквивалентный влияющий ток, А, частотой 50 Гц, определяемый по максимальному падению напряжения в тяговой сети при вынужденном режиме работы:

Первый множитель — результирующий нагрузочный ток расчётного плеча питания при вынужденном режиме работы тяговой сети, А.

— максимальные потери напряжения в тяговой сети между подстанцией и максимально удаленным электровозом, т.к. заданная длина плеча питания

то ;

— длина плеча питания тяговой сети, ;

и — активное и реактивное сопротивления тяговой сети соответственно;

m — количество поездов, одновременно находящихся в пределах плеча питания тяговой сети при вынужденном режиме, примем m = 5;

— коэффициент мощности электровоза, .

Второй множитель — коэффициент, характеризующий уменьшение влияющего тока по сравнению с нагрузочным .

— расстояние от тяговой подстанции до начала цепи кабеля,

Подставим численные значения всех величин.

Для режима короткого замыкания установлена норма максимально допустимого напряжения, равная 1000 В. Так как), кабели выбранных марок КМАШ 4 и ТЗАП 12×4 пригодны для использования.

Для вынужденного режима работы контактной сети установлена норма опасного напряжения в проводах 250 В. Так как, кабели выбранных марок КМАШ 4 и ТЗАП 12×4 пригодны для использования.

4. Защита перегонных устройств АТиС от перенапряжений

Защита устройств автоматики и телемеханики от перенапряжений при грозовых разрядах и коротком замыкании тяговой сети обеспечивается установкой разрядника и устройством заземлений. Защита низковольтных устройств построена на использовании метода выравнивания потенциалов. Этот метод допускает появление высоких по абсолютной величине потенциалов, как на токоведущих, так и на заземленных частях конструкций. Путем электрического соединений этих частей добиваются того, чтобы разность их потенциалов не превышала электрической прочности изоляции низковольтных устройств автоматики. Важным фактором при этом является использование рельсовой колеи в качестве заземлителя.

Схема защиты устройств автоматики и телемеханики показана на рисунке 9.

Рисунок 9 — Схема защиты сигнальной установки автоблокировки на электрифицированных переменным током участках

5. Сметно-финансовый расчет

Сметная стоимость строительства кабельной сети составляется для всей станции, рассчитывается по укрупненным измерителям и включает в себя затраты на производство строительных (земляных) работ, расходы на монтаж кабелей и стоимость приобретаемого оборудования и материалов (кабеля).

Кроме перечисленных прямых расходов, связанных непосредственно с процессом строительства, сметой предусматриваются также плановые накопления и накладные расходы в размерах соответственно 5% и 8%.

При определении стоимости земляных работ следует исходить из предположения, что в среднем на 1 стрелку приходится разрабатывать по 0,3 км трассы кабеля, а стоимость разработки 1 км трассы механизированным способом составляет 438 у.е., вручную — 1524 у.е.

Для определения объема монтажных работ следует руководствоваться следующими усредненными данными расхода кабеля для устройства кабельных сетей: стрелок — 0,2 км кабеля на 1 стрелку, светофоров — 0,3 км кабеля на 1 светофор, рельсовых цепей — 0,4 км кабеля на 1 рельсовую цепь. Число стрелок и светофоров на станции определяется по схематическому плану. Стоимость монтажных работ 1 км длины кабеля составляет в среднем 512 у.е.

Стоимость кабелей зависит от их жильности. Поэтому первоначально следует подсчитать на основании разработанных планов кабельных сетей требуемую длину кабелей соответствующих емкостей и затем с учетом их оптовых цен определить общую стоимость кабелей.

Смета на производство представлена в таблице 10.

Таблица 10 — Смета на сооружение кабельных путей

Поскольку кабельные сети по заданию разрабатываются только для одной горловины станции, то для определения стоимости кабелей на всю станцию полученный результат необходимо удвоить (20 789 у.е.)

Заключение

В курсовом проекте рассчитана магистральная кабельная линия связи на заданном перегоне: выбраны система кабельной линии связи, аппаратура уплотнения, магистральные, ответвлений и вторичной коммутации кабели с расчётом их ёмкости, оборудование и аппаратура КМ. При расчёте кабельной сети автоматики на станции произведены выбор трассы кабелей, тип используемого кабеля, построены кабельные сети стрелок, светофоров и рельсовых цепей.

Также были рассчитаны электромагнитные влияния тяговой контактной сети на перегонные кабельные сети, рассмотрены способы защиты перегонных устройств от перенапряжений, определена сметная стоимость строительства кабельной сети ЭЦ для заданной станции.

1. Виноградов В. В. и др. Линии автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте: Учебник для вузов ж. д. транспорта.М. Транспорт, 1990.

2. Евсеев И. Г. Защита устройств связи и СЦБ.М. Траспорт, 1982

3. Бунин Д. А. Магистральные кабельные линии связи на железных дорогах. Изд.2-е, М. Транспорт, 1978.

4. Правила по прокладке и монтажу кабелей устройств СЦБ (РД РБ БЧ 19.036−98) / Бел. ж. д. Минск, 1999.

5. Кострома Т. В. Сатырев Ф.Е. Проектирование кабельных сетей путевых устройств СЦБ (методические указания к курсовому проекту) — Гомель:

БелГУТ, 1996.

6. Смоленчук B. C. Кострома Т. В. Проектирование кабельной и воздушной линии связи на участке железной дороги (методические указания к курсовому проекту) — Гомель: БелГУТ, 1988.

7. Автоматика, телемеханика и связь на транспорте: Пособие по оформлению дипломных проектов. /Бочков К. А и др. — Гомель: БелГУТ, 1988.

8. Бунин Д. А. Провода и кабели в СЦБ и связи. Москва «Транспорт» 1982.