Расчет параметров передачи кабельных цепей

1. Выбор трассы кабельной линии связи

2. Выбор конструкции кабельной линии связи

2.1 Определение конструкции кабеля и способы организации связи

2.2 Уточнение конструктивных размеров симметричного ЭКС

3. Расчет параметров передачи кабельных цепей

3.1 Расчет первичных параметров передачи кабеля

3.2 Расчет вторичных параметров передачи кабеля

3.3 Размещение регенерационных пунктов по трассе кабельной линии

4. Расчет параметров взаимных влияний между цепями

4.1 Расчет первичных параметров влияния

4.2 Расчет вторичных параметров влияния

5. Защита электрических кабелей связи от влияния внешних полей

5.1 Расчет опасных магнитных влияний

5.2 Расчет и защита кабелей связи от ударов молнии

5.3 Расчет надежности проектируемой кабельной магистрали Заключение Список используемых источников

трасса кабельная линия связь Кабельные линии связи — линии связи, состоящие из направленных сред передачи (кабели), предназначенные совместно с проводными системами передач, для организации связи.

На работу кабельных линий не влияют такие неблагоприятные явления, как бури, гололед, дожди, туманы и т. п. Кабельные линии в меньшей степени, чем воздушные, подвержены опасным и мешающим электромагнитным влияниям, создаваемым в цепях связи, автоматики и телемеханики различными высоковольтными линиями электропередачи и контактными сетями электрических железных дорог, а также воздействиям атмосферных перенапряжений (грозовым разрядам).

Кабельные линии лучше обеспечивают бесперебойность, высокое качество и надежность действия устройств связи, автоматики и телемеханики, более долговечны и дешевле в эксплуатации, хотя строительство их обходится дороже, чем воздушных линий. Повреждения на кабельных линиях происходят значительно реже, чем на воздушных.

Имеются, однако, факторы, которые могут привести к нарушению работы кабельных линий или к сокращению их срока службы. Одним из таких факторов является разрушение металлической (свинцовой, алюминиевой) оболочки и стальной брони кабелей, обусловленное электрохимической (почвенной) коррозией или электрической коррозией. Электрохимическая коррозия возникает из-за наличия во влажной почве органических и неорганических кислот, щелочи, азотнокислых солей, хлористого натрия и т. п. Почва с большим содержанием известняка, каменноугольной золы и шлаков также сильно влияет на металлические оболочки кабелей и в короткий срок может привести кабель в негодность. Оболочки кабелей, проложенных вблизи электрифицированных железных дорог постоянного тока и трамвайных линий, использующих рельсы в качестве обратного провода, подвергаются коррозионному воздействию блуждающих в земле токов. Такой вид коррозии называют электрической коррозией.

Для обеспечения бесперебойности и надежности действия кабельных линий и их сохранности применяется ряд мер, к которым следует отнести: создание надежных конструкций кабелей, гарантирующих их достаточную механическую прочность и коррозионную стойкость; тщательный выбор трассы для прокладки кабелей; точное соблюдение правил по прокладке и монтажу кабелей, а также проведение необходимых мероприятий по защите кабелей от коррозии. Большое значение имеет также систематическое проведение осмотров кабельной трассы, периодическое измерение электрических характеристик кабельных цепей и соблюдение правил по техническому содержанию кабельных линий и сетей.

Содержание курсового проекта, представляет собой разработку и проектирование кабельной магистрали для организации связи различного назначения между городами Томск и Кемерово.

1. ВЫБОР ТРАСЫ КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ

Согласно варианту задания оконечными пунктами трассы магистрали являются города Томск и Кемерово.

При проектировании трасса прокладки кабеля определяется расположением оконечных пунктов. Все требования, учитываемые при выборе трассы можно свести к трём следующим: минимальные капитальные затраты на строительство, минимальные эксплуатационные расходы, удобство обслуживания.

Для обеспечения первого требования и учитывают протяженность трассы, количество пересечений рек, шоссейных и железных дорог, возможность применения механизированной прокладки, а так же возможность снижения затрат на защиту линии связи от опасных и мешающих влияний со стороны высоковольтных линий. Для обеспечения второго и третьего требований учитывают варианты прохождения трассы, возможность обеспечения хороших жилищно-бытовых условий для обслуживающего персонала.

Для соблюдения указанных требований трасса должна иметь наикратчайшее расстояние между заданными пунктами и наименьшее количество препятствий.

За пределами населенных пунктов трассу магистральных и внутризоновых кабелей обычно выбирают в полосе отвода автомобильных дорог. Допускается спрямление трассы кабеля, если прокладка вдоль автомобильной дороги значительно удлиняет трассу.

Для рассмотрения предлагаются три варианта трасс прокладки кабеля:

Вариант № 1. Томск — Зоновая станция — Коларово — Яр — Косогорово — Пашково — Ботьево — Дубровка — Яшкино — Нижнеяшкино — Колмогорово — Кемерово.

Продолжительность трассы — 181,81 км.

Вариант № 2. Томск — Зональная станция — Богашево — Овражное — Косогорово — Пашково — Дубровка — Яшкино — Нижнеяшкино — Усть — Стрелино — Кемерово.

Продолжительность трассы — 188,07 км.

Вариант № 3. Томск — Зональная станция — Коларово — Яр — Косогорово — Пашково — Ботьево — Дубровка — Яшкино — Нижнеяшкино — Усть-Стрелина — Подонино — ГлубокоеМозжука — Кемерово.

Продолжительность трассы — 179,77 км.

Рисунок 1.1 — Вариант № 1 прокладки кабеля Рисунок 1.2 — Вариант № 2 прокладки кабеля Рисунок 1.3 — Вариант № 3 прокладки кабеля Первый вариант трассы магистрали до поселка сельского типа Яр идет по автодороге с усовершенствованным покрытием и по шоссейной дороге, затем с поселка Яр до поселка Дубровка по автодороги без покрытия, остальная часть магистрали по шоссейной дороги Второй вариант трассы магистрали до поселка Овражное идет по автодороге с усовершенствованным покрытием и по шоссейной дороге, участок магистрали от поселка сельского типа Овражное до поселка городского типа Яшкино идет вдоль автодороги без покрытия, участок магистрали от Яшкино до Кемерово по шоссейной дороге.

Третий вариант трассы магистрали до поселка сельского типа Яр идет по автодороге с усовершенствованным покрытием, участок магистрали от Яра до поселка сельского типа Дубровки вдоль автодороги без покрытия, с поселка городского типа Яшкино до Усть-Стрелина по шоссейной дороги, с Усть-Стрелина до поселка Подонино по автодороги без покрытия и остальная часть магистрали по шоссейной дороги.

Первый и второй варианты трасс имеют большую протяженность, по сравнению с третьим вариантом и большее количество переходов через железные, шоссейные дороги, судоходные реки и через несудоходные реки.

Отсюда, можно сказать, что наиболее предпочтительным вариантом трассы магистрали является третий вариант, так как он значительную часть своего пути проходит через шоссейную дорогу и дорогу без покрытия В таблице 1.1 приведены характеристики вариантов трассы изображенных на рисунках 1.1 — 1.3.

Таблица 1.1

Характеристика вариантов трассы

2. ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ

2.1 Определение конструкции кабеля и способа организации связи

Конструкция кабеля определяется индивидуальным заданием, исходя из заданного числа каналов и задействованной системы передачи, типа кабеля, его емкости, диаметра проводников, материала и конструкции изоляции жил и оболочки кабеля.

Пользуясь справочными материалами [1], [2], определим марку кабеля и его конструктивные размеры (размеры поясной изоляции, оболочки и внешних покровов).

Под требования задания оптимально подходит семейство кабелей МКС 4×4×1,2 — симметричных междугородних высокочастотных кабелей. В зависимости от места прокладки (грунт, под водой, в канализацию) выбираем различные типы модификаций.

1. Для прокладки в кабельной канализации — кабель без брони.

Для прокладки в телефонных канализация, трубах, коллекторах, тоннелях при отсутствии внешних электромагнитных влияний и механических воздействий обычно применяется кабель МКСГ.

МКСГ 4×4×1,2 — симметричный высокочастотный кабель с кордельно-полистирольной (кордельно-стирофлексной) изоляцией, в свинцовой оболочке, без защитного покрова (рисунок 2.1).

2. Для прокладки в грунт — кабель с ленточной броней.

МКСБ 4×4×1,2 — симметричный высокочастотный кабель с кордельно-полистирольной (кордельно-стирофлексной) изоляцией, в свинцовой оболочке, с броней в виде стальных лент (рисунок 2.1). Броня необходима для защиты кабеля от механических повреждений при отсутствии растягивающих усилий.

3. Для прокладки под водой — кабель с круглопроволочной броней.

МКСК 4×4×1,2 — симметричный высокочастотный кабель с кордельно-полистирольной (кордельно-стирофлексной) изоляцией, в свинцовой оболочке, с броней в виде стальных проволок (рисунок 2.1). Броня в виде стальных проволок применяется для защиты от механического повреждения кабелей, растягивающихся в условиях эксплуатации.

Способ организации связи по симметричному кабелю — двухкабельный, то есть цепи прямой и обратной передачи расположены каждая в отдельном кабеле.

Рисунок 2.1 — Схема магистрального кабеля с кордельно-полистирольной изоляцией МКСБ и МКСК:

1 — токопроводящая жила — из медной проволоки; 2 — изоляцияжилы изолированы полистирольной нитью (корделем), наложенной открытой спиралью, и полистирольной лентой, наложенной с перекрытием в сторону, противоположную направлению наложения нити; 3 — поясная изоляция из кабельной бумаги; 4 — свинцовая оболочка, наложена поверх поясной изоляции и соответствует ГОСТ 24 641; 5 — подушка, из синтетических лент и битума; 6 — броня, из двух стальных лент (МКСБ); броня из круглых стальных проволок; 7 — наружный покров кабеля из стеклопряжи, битума и мелового раствора.

Рисунок 2.2 — Схема магистрального кабеля с кордельно-полистирольной изоляцией МКСГ:

1 — токопроводящая жила — из медной проволоки; 2 — изоляцияжилы изолированы полистирольной нитью (корделем), наложенной открытой спиралью, и полистирольной лентой, наложенной с перекрытием в сторону, противоположную направлению наложения нити; 3 — поясная изоляция из кабельной бумаги; 4 — свинцовая оболочка, наложена поверх поясной изоляции и соответствует ГОСТ 24 641; 5 — подушка, из синтетических лент и битума.

2.2 Уточнение конструктивных размеров симметричного ЭКС

По заданному значению диаметра внутреннего проводника и типу изоляции коаксиальной пары определяем внутренний диаметр внешнего проводника, исходя их нормируемого значения волнового сопротивления.

Диаметр изолированной жилы для кордильно — полистирольной изоляции определяется как

(2.1)

где d=1,21 мм, диаметр жилы, по заданию;

д=0,5 мм _ диаметр корделя, по заданию;

Д=0,1 мм _ толщина полистерольной ленты, по заданию.

Диаметр элементарной группы, скрученной в звездную четверку:

(2.2)

Диаметр центрирующего корделя:

(2.3)

где — расстояние между жилами.

Размеры сердечника зависят от числа четверок в кабеле. Заданием определен четырехчетверочный кабель:

(2.4)

Диаметр кабельного сердечника с поясной изоляцией (численно равен внутреннему диаметру свинцовой оболочки):

(2.5)

где — радиальная толщина поясной изоляции (4 слоя кабельной бумаги толщиной 0,8мм) Конечные диаметры будут различны для кабелей разных зон прокладки:

1. МКСГ 4×4×1,2 — небронированный кабель для прокладки в канализацию.

Диаметр кабеля с учетом свинцовой оболочки:

(2.6)

где — радиальная толщина свинцовой оболочки кабеля МКСГ

(2.7)

2. МКСБ 4×4×1,2 — бронированный стальными лентами кабель для прокладки в грунт:

(2.8)

где — радиальная толщина свинцовой оболочки кабеля МКСБ

(2.9)

где — радиальная ширина броневого покрова (0,5мм — ширина одной ленты)

3. МКСК 4×4×1,2 — бронированный стальными проволоками кабель для прокладки в воде:

(2.10)

где — радиальная толщина броневой оболочки кабеля МКСК

(2.11)

где — диаметр стальной проволоки

3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕДАЧИ КАБЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ

Параметры передачи кабельных цепей рассчитываются с целью оценки электрических свойств используемого в проекте кабеля, и для последующего размещения регенерационных пунктов по трассе кабельной линии.

Скорость передачи для системы ИКМ-480С — 34 000 кбит/с.

При расчете параметров для этой системы целесообразно принимать:

— за минимальную частоту

— за максимальную — полутактовую частоту, соответствующую половинному значению скорости передачи кбит/сек, то есть:

(3.1)

Таким образом, рабочий диапазон составляет от 10 кГц до 17 000 кГц. Параметры будут рассчитаны для следующих фиксированных частот: 10 КГц, 1,5 МГц,

3 МГц, 7 МГц, 10 МГц, 14 МГц, 17 МГц.

3.1 Расчет первичных параметров передачи кабеля

К первичным параметрам передачи относятся: активное сопротивление, индуктивность кабеля, емкость кабеля, проводимость изоляции.

Первичные параметры передачи не зависят от величины тока или напряжения, а определяются только конструкцией кабеля, используемыми материалами и частотой тока. Данные параметры полностью определяют электрические свойства кабелей связи и качество передачи.

Расчет сопротивления цепи Для расчета возьмем f = 17 000 кГц.

Активное сопротивление жилы определяется по формуле:

(3.2)

где — удельное электрическое сопротивление жилы,

Для медной жилы справедлива следующая формула:

(3.3)

где k — коэффициент вихревых токов;

r — радиус жилы =0,605 мм.

Дополнительное сопротивление, эквивалентное потерями в окружающих металлических элементах кабеля, зависит от местоположения рассматриваемой цепи, материала оболочек, частоты и определяется по формуле:

(3.4)

где RM200 =14[4]

Значения функций Бесселя[1].

Для высокочастотных симметричных кабелей связи активное сопротивление (Ом/км), рассчитывается по формуле:

(3.5)

где =1,05 — коэффициент укрутки[1];

R0 — сопротивление жилы постоянному току, Ом/км;

p =5 — поправочный коэффициент.

Рассчитанные значения сопротивления представлены в таблице 3.1, а его частотная зависимость изображена на рисунке 3.1.

Таблица 3.1

Значения сопротивлений от разных частот

Рисунок 3.1 — График частотной зависимости активного сопротивления цепи Расчет индуктивности кабеля Индуктивность кабеля (Гн/км), складывается из 2 составляющих: внутренней и межпроводниковой (внешней)

(3.6)

гдеотносительная магнитная проницаемость металла жилы[2]

Внешняя индуктивность имеет большое значение. Внутренняя индуктивность по абсолютной величине значительно меньше внешней и с ростом частоты существенно снижается.

Значение функции Бесселя для частоты 17 000 кГц.

Рассчитанные значения индуктивности представлены в таблице 3.2, а её частотная зависимость изображена на рисунке 3.2.

Таблица 3.2

Значения индуктивности для всего диапазона частот

Рисунок 3.2. График частотной зависимости индуктивности кабеля Определение емкости цепи Расчетная формула для определения коэффициента для скрутки звездной без экрана:

(3.7)

Для двухпроводной цепи расчетная формула рабочей емкости (Ф/км), с учетом влияния соседних цепей, оболочки и скрутки цепей имеет вид:

(3.8)

где — эффективная диэлектрическая проницаемость изоляции.

Емкость цепи не зависит от частоты, (что демонстрирует рисунок 3.3).

Рисунок 3.3 — График частотной зависимости емкости цепи Определение проводимости изоляции Проводимость изоляции на переменном токе обусловлена как током проводимости, так и активной составляющей тока абсорбции, причем роль последнего с повышением частоты заметно возрастает.

Рассчитаем проводимость для частоты 17 000 кГц.

при частоте 17 000 кГц Проводимость изоляции (См/км), определяется по формуле:

(3.9)

где =- циклическая частота;

— тангенс угла диэлектрических потерь[4].

Сведений о значениях tgд в более высоком диапазоне частот для симметричных кабелей в технической литературе не имеется, при расчете в более высоком диапазоне частот можно принимать равным его величине при f=550 кГц.

Рассчитанные значения проводимости представлены в таблице 3.4, а её частотная зависимость изображена на рисунке 3.4.

Таблица 3.4

Значения проводимостей для всего диапазона частот

Рисунок 3.4 — График частотной зависимости проводимости изоляции

3.2 Расчет вторичных параметров передачи кабеля

Вторичными параметрами кабельной цепи являются волновое сопротивление ZВ и коэффициент распространения .

Проведем расчет вторичных параметров передачи для частоты 17 000 кГц:

(3.11)

(3.13)

Рассчитанные вторичные параметры представлены в таблице 3.5,а их частотные зависимости изображены на рисунках 3.5- 3.8.

Таблица 3.5

Вторичные параметры для всего диапазона частот

Рисунок 3.5 — График частотной зависимости волнового сопротивления Рисунок 3.6 — График частотной зависимости коэффициента затухания Рисунок 3.7 — График частотной зависимости коэффициента фазы Рисунок 3.8 — График частотной зависимости скорости распространения

3.3 Размещение регенерационных пунктов по трассе кабельной линии

Размещение регенерационных пунктов производится исходя из допустимого затухания на элементарном кабельном участке (ЭКУ) или кабельной секции (КС). ЭКУ представляет собой участок кабельной линии совместно со смонтированными по концам кабельными оконечными устройствами. Кс представляет собой совокупность электрических цепей, соединенных последовательно на нескольких соседних ЭКУ для организации регенерационного участка одной или нескольких систем передачи с одинаковым расстоянием между регенераторами, больше, чем на ЭКУ данной линии. При применении на кабельной линии одних и тех же систем передачи на всех цепях длины ЭКУ и КС одинаковы.

Необслуживаемые регенерационные пункты (НРП) располагаются в незатопляемых водой местах с возможностью организации к ним подъездапри минимально наносимом ущербе лесному массиву, плодородных земель и т. д.

Определенные по расчетам параметры кабеля справедливы для температуры 20оС. При другой температуре коэффициент затухание кабельной цепи на наивысшей частоте при максимальной температуре грунта на глубине прокладки кабеля, дБ/км может быть определен по формуле:

(3.14)

где — коэффициент затухания, определенный расчетом на полутактовой частот е;

— температурный коэффициент затухания цепей кабеля на полутактовой частоте;

t = 10C — максимальная температура грунта на глубине прокладки кабеля.

Расположение НРП:

(3.15)

где = 85 — номинальное значение затухания регенерационного участка, дБ;

0,9- затухание оконечных устройств, дБ.

Определим количество НРП на проектируемой трассе:

(3.16)

Таким образом, расстояние между НРП составляет 1,85 км, а их количество 197. Расстояние между ОРП, исходя из таблицы 4.1, должно быть не более 200 км, но так как длина всей трассы всего 179,77 км, то достаточно 3 ОРП — в начале (Томск), в середине (Яшкино) и в конце (Кемерово) трассы.

По формуле (3.16) рассчитаем количество НРП в секции между ОРП:

Результаты расчетов преведены в виде схемы размещения регенерационных пунктов на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9 — Схема размещения регенерационных пунктов

4. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ВЗАИМНЫХ ВЛИЯНИЙ МЕЖДУ ЦЕПЯМИ

4.1 Расчет первичных параметров влияния Рассчитаем первичные параметры влияния между цепями симметричного кабеля для частоты 17 000 кГц.

Магнитная (индуктивная) связь:

(4.1)

где с12 = 50 пФ? емкостная связь Активная составляющая электрической связи:

(4.2)

Активная составляющая магнитной связи:

(4.3)

Результирующие электромагнитные связи:

(4.5)

где С12? электрическая связь, См/км;

М12? магнитная связь, Ом/км.

Рассчитанные результирующие электромагнитные связи представлены в таблице 4.2

Таблица 4.1

Первичные параметры влияния для всего диапазона частот

Таблица 4.2

Результирующие электромагнитные связи

4.2 Расчет вторичных параметров влияния

К вторичным параметрам влияния относятся переходные затухания на ближнем, дальнем концах и защищенность.

Обычно при расчете переходного затухания используют коэффициенты электромагнитной связи на ближнем () и на дальнем () конце.

Расчет переходных затуханий начинают с расчета для строительной длины, так как строительная длина является частью как усилительного участка, так и всей магистрали. Строительная длина определяется по справочнику.

Для строительной длины переходные затухания и защищенность вычисляются по формулам:

(4.6)

(4.7)

(4.8)

По справочнику для кабеля МКСА. Длина усилительного участка была рассчитана в пункте 3.4, она равна. Значения, , берем из таблиц 3.5 и 4.2.

Определяем число строительных длин:

(4.9)

Для усилительного участка переходные затухания и защищенность определяются из соотношений:

(4.10)

(4.11)

(4.12)

На всей магистрали:

(4.13)

(4.14)

(4.15)

где l = 179,77 км — длина всей магистрали.

Рассчитанные параметры взаимного влияния в кабеле представлены в таблице 4.3,а их частотные зависимости изображены на рисунках 4.1 — 4.5.

Таблица 4.3

Параметры взаимного влияния в кабеле

Рисунок 4.1 — Частотная зависимость переходных затуханий на ближнем и дальнем конце кабеля для строительной длины Рисунок 4.2 — Частотная зависимость защищенности для строительной длины Рисунок 4.3 — Частотная зависимость вторичных параметров влияния для регенерационного участка Рисунок 4.4- Частотная зависимость переходных затуханий цепи на ближнем конце и защищенности кабеля для магистрали Рисунок 4.5 — Частотная зависимость переходных затуханий цепи на дальнем конце для магистрали

5. ЗАЩИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ СВЯЗИ ОТ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

5.1 Расчет опасных магнитных влияний

Надежность линейных трактов и качество передаваемой информации в значительное степени зависят от влияний внешних электромагнитных полей на ЭКС. На линии связи оказывают опасное и мешающее влияние линии высокого напряжения (ЛВН) и электрифицированные железные дороги (ЭЖД) при их взаимном сближении. Схема сближения на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 — Схема сближения линии связи с высоковольтной линией Эквивалентная ширина сближения aэкв определяется соотношением:

(5.1)

Подставляя в формулу (5.1) значения из таблицы 5.1 получаем:

Таблица 5.1

Исходные данные для расчета параметров внешних влияний

Для нахождения коэффициентов взаимной индукции по номограмме необходимо вычислить проводимость земли. Нам дано удельное сопротивление грунта, поэтому мы можем найти проводимость земли как:

(5.2)

Рисунок 5.2? Номограмма для определения коэффициента взаимной индукции на частоте 50 Гц По номограмме на рисунке 5.2 находим:

m121=450мкГн/км; m122=350мкГн/км; m123=600мкГн/км;

Можно определить коэффициент взаимной индукции и по приближённой формуле, которая справедлива в диапазоне тональных частот, Гн/км:

(5.3)

где, а _ ширина сближения, м;

f _ частота влияющего тока, Гц;

уз=210−3См/м _ проводимость земли в районе трассы, См/м.

Результирующий коэффициент экранирования (на низких частотах его называют коэффициентом защитного действия) учитывает уменьшение наведенной ЭДС за счет защитного действия металлических экранов, размещенных между ДВН и линией связи. В общем виде коэффициентом защитного действия определяется из:

(5.4)

где — коэффициент защитного действия металлических покровов кабеля связи;

— коэффициент защитного действия заземленных тросов, подвешенных на опорах ЛЭП, выберем алюминиевый трос с сечением мм [3];

— коэффициент защитного действия рельсов ж/д путей, примем для двухпутной ж/д [3];

— коэффициент защитного действия металлических сооружений.

Определив коэффициент взаимной индукции m12 для каждого участка производят расчет продольной ЭДС, полагая, что Sоб=1:

=

12 900 В Рассчитав величину суммарной продольной ЭДС на участке сближения длиной, определяем продольную ЭДС на 1 км кабеля:

(5.6)

Исходя из расчета по в зависимости от марки кабеля связи (МКСГ/МКСБ/МКСК 4×4×1,2) определяем величину идеального коэффициента защитного действия металлических покровов кабеля. Получаем .

Окончательно величину наведенной продольной ЭДС в кабеле связи определяем по формуле:

(5.7)

Нормы опасного магнитного влияния Величины опасных напряжений и токов в цепях кабелей связи, обусловленные влиянием ЛВН, устанавливаются исходя из обеспечения безопасности обслуживающего персонала, работающего на стационарных и линейных сооружениях, а так же из условий предохранения этих сооружений от повреждений (пробои изоляции жил кабеля, повреждение аппаратуры).

Допустимые величины опасных напряжений и токов принимают такие значения, при которых не требуется специальных мер защиты. При этом принимается во внимание время и условие их воздействия на людей и сооружения связи.

Влияния при аварийных режимах бывают кратковременными 0,15−1,2 с, так как они исчезают с автоматическим выключением поврежденной линии. Кроме того аварии на ЛЭП сравнительно редки, поэтому для этого вида влияния приняты относительно высокие допустимые напряжения.

При нормальном и вынужденном режимах работы линий высокого напряжения опасные напряжения и токи действуют длительно, поэтому нормы для этих режимов работы существенно ниже.

Сравним уточненное значение Е' с допустимым Едоп.

Согласно условиям индивидуального задания, величина испытательного напряжения составляет Uисп=2,5 кВ. В системе ИКМ-480С Uдп = 24 В. Дистанционное питание НРП осуществляется по схеме «провод-провод».

Тогда, допустимое ЭДС при кратковременном влиянии вычисляется по формуле:

(5.8)

Т.е. наводящаяся на участке сближения с ЛВН продольная ЭДС больше предельно допустимого значения кратковременного влияния (). Т. е. необходимы дополнительные мероприятия по защите цепи от внешних воздействий. При прогнозируемом внешнем влиянии на конкретном участке трассы оправдано применения кабелей семейство МКС с алюминиевым экраном: например, МКСАШп 4×4×1,2.

5.2 Расчет и защита кабелей связи от ударов молнии

Плотность повреждений молнией кабеля связи с металлическими покровами без изолирующего шланга, проложенных по открытой местности (на 100 км кабеля длины в год), в зависимости от удельного сопротивления грунта и сопротивление защитных металлических покровов постоянному току Rнаходится по графику либо через соотношение:

(5.9)

где Uпр= 3800В — электрическая прочность изоляции жил кабелей;

T (продолжительность гроз в часах в год)=50;

nплотность повреждений кабеля при Т= 50 часов и Uпр=3800 В

Чтобы найти значение плотности повреждений нам необходимо найти сопротивление внешних защитных металлических покровов (оболочки) постоянному току.

Сопротивление ленточной брони из двух стальных лент (в которой кабель укладывается вдоль шоссейных автомобильных дорог) определяется по формуле:

(5.10)

где Dбр =16,34 мм — средний диаметр кабеля по броне;

а = 20 мм — ширина одной бронеленты (согласно ГОСТ 19 851–74).

b = 0,5 мм — толщина одной ленты.

Тогда:

Т.к. в выбранных марках кабеля (МКСГ/МКСБ/МКСК 4×4×1,2) алюминиевый либо другой экран или металлическая оболочка отсутствуют и линия связи двухпроводная, общее сопротивление внешних защитных покровов постоянному току R:

(5.11)

Зная R и воспользуемся графиками, представленными на рисунке 5.3. На основании графика, можно сделать вывод, что при Т=50часов и Uпр =3800 В плотность повреждения кабеля ударом молний на 100 км длины в течение года составляет: n= 1,7. Подставив полученные значения в (5.9).

Плотность повреждений, полученная из графика и через соотношение, относится к отрезку магистрали длиной 100 км. Для произвольной длины плотность повреждений:

Значение нормы — 0,2. Полученное значение значительно превышает норму, что говорит о необходимости применения грозозащитных тросов (2 и более).

Рисунок 5.3 — Плотность повреждений при Uпр=3000 В и Т=36 часов в год

5.3 Расчет надежности проектируемой кабельной магистрали

В курсовом проекте необходимо дать расчёт надёжности проектируемой кабельной магистрали. В задании даны длины кабеля, проложенного вне населённых пунктов — L1 (60 км), в населённых пунктах — L2(30 км), в телефонной канализации — L3(10 км) для общей длины 100 км кабельной магистрали, а в приведены среднестатистические значения интенсивности отказов на 1 км трассы лср· 10−7 и среднего времени восстановления связи tв в часах для различных типов кабелей в зависимости от зоны их прокладки.

Для заданной длины кабельной магистрали интенсивность потока отказов, 1/ч:

(5.13)

Выбираем районСибирь, симметричный, не бронированный в канализации: лср= 8,44· 10−7; tв=5,12 ч; симметричный бронированный в поле: лср= 2,09· 10−7; tв=6,60 ч; лср= 11,91· 10−7; tв=5,85 ч Среднее время между отказами (наработка на отказ), ч:

ч Коэффициент готовности:

Вероятность безотказной работы магистрали за время t = 8760 ч (за год):

Надежность магистрали:

Величина H (t)<0.9, что говорит о ненадежности магистрали. Для повышения надежности рекомендуется произвести резервирование линии в населенных пунктах, тем самым мы снизим интенсивность отказов и среднее время восстановления линии, проложенной в населенных пунктах в грунте и в канализации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте был решен комплекс вопросов проектирования кабельной магистрали между городами Томск и Кемерово.

Были изучены представление о существующих типах линии связи, о принципах их построения, взаимных и внешних влияний и способах защиты от них, о принципах монтажа линий связи. Определены основные характеристики и параметры кабеля марки МКСГ, МКСБ и МКСК по заданным техническим параметрам.

В курсовом проекте также были определены параметры взаимного влияния между цепями симметричного кабеля в пределах частотного диапазона системы передач ИКМ-480С. Анализ полученных данных и сравнение их с нормами показывают, что произведенный расчет верен.

Затем было осуществлено размещение усилительных пунктов по трассе. Так как протяженность трассы немного превышает длину участка ОРП-ОРП, то в промежутке между оконечными пунктами ставится один ОРП. Также было найдено необходимое количество НРП = 97.

Далее в курсовом проекте сделан расчет опасного магнитного влияния на цепи кабельной линии связи ЛЭП на примере трех участков косого сближения линии связи с ЛЭП. Так как влияние превышало нормы, то был сделан вывод о необходимости защиты кабеля.

Мероприятия по защите кабельной линии от влияния ЛЭП и ЭЖД, а также от ударов молнии также были описаны в проекте. Далее был проведен расчет надежности проектируемой кабельной магистрали, по результатам которого магистраль оказалась ненадежной, поэтому для повышения надежности рекомендуется произвести резервирование линии в населенных пунктах.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:

1. Гроднев И. И., Верник С. М. Линии связи. — М.: Радио и связь, 2004.

2. ГОСТ 7006–72 — Покровы защитные кабелей. Конструкция и типы, технические требования и методы испытаний (от 01.01.2004, с последним изменением от 12.09.2008).

3. Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник/ Н. И. Белоруссов, А. Е. Саакаян; Под ред. Н. И. Белоруссова. — 5 изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1988.

4. И. Г. Насникова. Проектирование кабельных линий связи. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Направляющие системы электросвязи» для студентов специальности 654 400 -Телекоммуникации. Иркутск.: НИ ИрГТУ, 2010. — 45 с.