Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту

По дисциплине «Линии автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте»

Реферат

Курсовой проект содержит: 47 страниц машинописного текста; 12 таблиц; 43 формул; 6 чертежей.

Ключевые слова: КАБЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, ТИП КАБЕЛЯ, ПЛАН ТРАССЫ, СКЕЛЕТНАЯ СХЕМА, ПЕРЕХОДНЫЕ ВЛИЯНИЯ, ВЛИЯНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ И ЛЭП, ЗАЩИТА АППАРАТУРЫ.

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

Содержание

Введение

1. Описание проектируемого участка линии связи

2. Выбор кабельной системы, типа кабеля и размещение цепей по четверкам

2.1 Выбор системы уплотнения

2.1.1 Характеристика цифровой аппаратуры уплотнения ИКМ-120

2.2 Выбор кабельной системы и типа кабеля

2.3 Размещение цепей по четверкам

3. Размещение оконечных и промежуточных усилительных пунктов на трассе линии связи

3.1 Выбор трассы прокладки кабельной линии и устройство ее переходов через преграды

4. Монтаж кабельной магистрали

4.1 Соединение строительных длин кабеля

4.2 Содержание кабеля под избыточным газовым давлением

4.3 Прокладка кабелей на пересечении с железной дорогой

5. Электрический расчет симметричного кабеля

5.1 Параметры передачи

5.2 Параметры влияния

5.3 Параметры передачи и влияния для кабеля МКПБ при f=15кГц

6. Мероприятия защиты от взаимных влияний

6.1 Симметрирование высокочастотных кабелей

6.2 Методика симметрирования

6.3 Расчёт контура противосвязи

7. Расчет влияний контактной сети и высоковольтных линий передачи на кабельные линии связи

7.1 Влияние контактной сети электротяги переменного тока

7.2 Расчет влияния ЛЭП

8. Расчёт параметров оптического волокна

9. Защита кабеля и аппаратуры связи от опасных и мешающих влияний

Заключение

Список используемой литературы

Введение

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

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

Кабельные линии отличаются высокой 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.

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

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

В данном курсовом проекте будет исследован участок Красноярской железной дороги Красноярск - Канск Енисейский.

1. Описание проектируемого участка линии связи

Проектируемый участок линии связи Красноярск - Канск Енисейский расположен на территории Красноярского края. Край простирается от берегов Северного Ледовитого океана до горных районов Южной Сибири почти на 3000 км, край отличается исключительным разнообразием и богатством природных ресурсов. Енисей протекающей почти через всю его территорию с юга на север, край делится на западную пониженную часть (окраина Зап.-Сибирской равнины) и восточную, занятую обширным Среднесибирским плоскогорьем (средняя высота 500-700 м). Климат резко континентальный, особенно суровый на севере. Зима продолжительная. Средняя температура января от -30 до -36 ⁰С. Лето в центре района умерено тёплое, на Юге теплое.

Красноярск - центр Красноярского края. Расположен на обоих берегах Енисея, при впадении реки Кача. Население 688 тыс. (1972 г). Красноярск основан в 1628 как военное укрепление (острог) Красный. В 1735 через Красноярск прошёл Московский тракт. В связи с развитием золотопромышленности и постройки Сибирской ж.д. (положена через Красноярск в 1895) город стал быстро расти.

Канск - город в Красноярском крае. Расположен на Юго-востоке края, на территории Каннской лесостепи, на реке Кан (приток Енисея). Ж.д. станция Канск Енисейский), в 247 км к востоку от Красноярска. Население 94 тысячи (1972). Имеет деревообрабатывающие комбинаты, предприятия Машиностроительные и металлообрабатывающие, биохимический завод, мясной комбинат и др.)

Данные о промежуточных станциях, находящихся на участке проектируемой линии связи Красноярск-Канск Енисейский, приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1

№	Название станции	Расстояние от станции Красноярск, км
1	Базаиха	5
2	Зыково	13
3	Маганская	32
4	Сорокино	43
5	о.п. Таежная	56
6	Камарчага	82
7	о.п. Пичино	92
8	Барай	107
9	Клюквенная	118
10	Громадская	132
11	о.п. Илиган	140
12	Заозерная	145
13	о.п. Ирша	159
14	Камала	174
15	Солянка	191
16	Башнякова	205
17	Канск Енисейский	221

2. Выбор кабельной системы, типа кабеля и размещение цепей по четверкам

2.1 Выбор системы уплотнения

Согласно заданию необходимо составить кабельную сеть для передачи 230 каналов магистральной и 150 каналов дорожной связи. Для этого используют аппаратуру организации связи в области высоких частот, которая называется аппаратурой уплотнения.

2.1.1 Характеристика цифровой аппаратуры уплотнения ИКМ-120

Аппаратура ИКМ - 120 цифровая система передачи, предназначена для передачи информации на местных и внутризоновых сетях по симметричным высокочастотным кабелям. В отдельных случаях ИКМ -120 может использоваться на магистральной первичной сети

Аппаратура обеспечивает организацию до 120 каналов связи при скорости передачи 8440 Кбит/с. Линейный тракт организован по двухкабельной схеме. Максимальная дальность связи 600 км, номинальная длина регенерационного участка 5 - 8 км.

Данную систему передачи можно отнести к категории среднеканальных систем. Аппаратура является двухполосной и может работать в обоих направлениях по одной паре.

Аппаратура ИКМ - 120 использует симметричный кабель. Имеет хорошую помехоустойчивость по сравнению с аналоговой системой К - 60п, а также имеет контроль работы оборудования.

Хорошая помехоустойчивость и качество передаваемых каналов делают систему ИКМ - 120 предпочтительней для проектирования, чем К - 60п, также её отличают более современная база, более широкий спектр используемых частот и хорошая помехозащищенность.

2.2 Выбор кабельной системы и типа кабеля

Кабельная система может быть организована по одно-, двух- или трехкабельной системе.

При однокабельной системе все виды связи и цепи СЦБ организуются по одному кабелю. Однокабельная система наиболее дешевая, но обладает ограниченной дальностью передачи и допускает относительно небольшое развитие количества телефонных каналов. Поэтому эта система рекомендуется для организации лишь дорожной и отделенческой связи на второстепенных участках железных дорог, не имеющих перспектив развития.

При двухкабельной системе для организации всех видов связи и цепей СЦБ прокладывается два кабеля, при этом для цепей дальней связи (магистральной и дорожной) используется либо аппаратура К-60п, работающая в спектре частот 12-250 КГц, либо цифровая система передачи ИКМ-120, с частотой передачи цифровой информации 8,448 Мбит/с.

Каждая из этих систем требует две кабельные пары, одна из которых в целях обеспечения защищенности от переходных токов располагается в первом, а другая - во втором кабеле.

Двухкабельная система по требуемому количеству каналов и двухпроводных цепей в большинстве случаев удовлетворяет требованиям, предъявляемым к магистральным линиям связи и является в настоящее время основной системой кабельной магистрали. Однако объединение в одних кабелях всех видов связи, а также цепей СЦБ, требующих частых отпаев от магистрального кабеля к перегонным и станционным объектам, вызывает определенные трудности при монтаже и эксплуатации магистрали, снижает устойчивость и качество дальней связи, что является недостатком двухкабельной магистрали.

При трехкабельной системе прокладывается три кабеля, из которых первый используется для отделенческих связей и цепей СЦБ, а второй и третий - для цепей дальней связи. Все ответвления на перегонах и станциях производятся только от первого кабеля. Система по количеству каналов дальней связи, количеству пар для отделенческих связей и числу цепей для СЦБ соответствует требованиям для всех участков железных дорог, включая участки со скоростным движением, обеспечивает высокое качество и надежность работы каналов дальней связи, однако требует больших капитальных затрат и эксплуатационных расходов. Поэтому эта система находит применение на участках железных дорог, где требуется организация мощных пучков каналов связи.

Аппаратура ИКМ - 120 может работать по двух- и трех кабельной системе. В нашем случае подходит двухкабельная система, так как она полностью обеспечивает все необходимые каналы, а также имеет хорошую устойчивость и маловосприимчива к переходным затуханиям между цепями. При прокладке двух кабелей капитальные вложения ниже по сравнению с прокладкой трех кабелей. Двухкабельная система является основным типом магистральной линии.

Недостатком кабельной системы является то, что она не терпит частых отпаев на аппаратуру автоблокировки и другие устройства, так как находится под избыточным давлением 0,4 - 0,6 атмосфер. Этот недостаток устраняется тем, что отпаи делаются в основном от одного кабеля, и также тем, что аппаратура ИКМ - 120 сама требует более частых отпаев на НРП, к которым можно подключить и устройства автоматики.

Для нашей кабельной магистрали, проложенной вдоль железной дороги, электрифицируются по системе постоянного тока, выбрали кабель МКПБ. Кабель МКПБ - в свинцовой оболочке, бронирован двумя стальными лентами. Кабель состоит из ВЧ четверок звёздной скрутки, пяти сигнальных пар и одной контрольной жилы.

Позиция	Обозначение
1	Центрирующий полиэтиленовый кордель
2	Полиэтиленовый кордель
3	Токопроводящая жила
4	Полиэтиленовый кордель
5	Токопроводящая жила
6	Полиэтиленовый кордель
7	Полиэтиленовая оболочка
8	Полиэтиленовая изоляция
9	Поясная изоляция
10	Алюминиевая оболочка
11	Броня из стальных проволок
12	Джут
13	Противокоррозийное покрытие
14	Спиральная обмотка хлопчатобумажной пряжей

2.3 Размещение цепей по четверкам

Согласно заданию необходимо спроектировать линию связи для передачи 230 каналов магистральной связи, 150 каналов дорожной связи, а также отделенческую и станционную связи.

Магистральную и дорожную связи организовываем с помощью высокочастотной системы ИКМ - 120, для передачи 380 каналов используется три системы ИКМ - 120. Система требует две кабельные пары, одна из которых в цепях обеспечения защищенности от переходных токов располагается в первом, а другая - во втором кабеле.

Отделенческая связь предназначена для оперативной работы дороги и обеспечивает постоянную телефонную связь со всеми раздельными пунктами и жилыми зданиями линейных работников.

Железнодорожные линии оснащены следующими видами отделенческой связи:

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

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

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

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

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

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

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

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

- Билетная диспетчерская связь (ДБК) - обеспечивает сведениями билетные кассы о наличии мест в поездах дальнего следования.

Связи МЖС, телеуправления тяговыми подстанциями (ТУ), телесигнализации тяговых подстанций (ТС), диспетчерского контроля (ДК) организуются по физическим линиям, двухпроводным цепям; ПГС и поездная радиосвязь (ПРС) - четырехпроводным цепям.

Таблица 2.1 Распределение цепей по четверкам магистральных кабелей

Номера четверок	Тип четверок	Аппаратура	Цепи связи и СЦБ
			Кабель1	Кабель2
1	ВЧ	ИКМ-120(2)	Магистральная	Магистральная
2	ВЧ	ИКМ-120	Дорожная	Дорожная
3	ВЧ		ПДС ЭДС	МЖС ПГС
4	ВЧ		ВГС ПС	ДБК ПРС
Сигнальные пары	СЦБ	СЦБ
	СЦБ	Резерв
	СЦБ	Резерв
	СЦБ	Резерв
	СЦБ	Резерв
Контрольная жила

3. Размещение оконечных и промежуточных усилительных пунктов на трассе линии связи

Для передачи магистральных и дорожных каналов используется система уплотнения ИКМ - 120. Оконечное оборудование ИКМ - 120 располагается на крупных станциях и в отделениях дороги, расстояние между которыми до 250 км. Между оконечным оборудованием располагаются необслуживаемые регенерационные пункты (НРП), которые устраняют искажения цифровых сигналов. При этом восстанавливаются исходные амплитудные и временные соотношения передаваемого сигнала. Длина регенерационного участка определяется и зависит от величины, характера помех и энергетических потерь в линии. Для системы ИКМ - 120 предъявляются также условия кратности с длиной усилительного участка: для ИКМ - 120 составляет 5 - 8 км.

Длина регенерационного участка для связей, которые организуются по физическим цепям, составляет 20 - 25 км.

Размещение оконечных и промежуточных усилительных пунктов на трассе линии связи представлено в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Наименование станции	км	Усилительные пункты	Тяговые подстанции
Красноярск	0	ОРП		ТП
Базаиха	5		НРП(8км)
Зыково	13		НРП(16,24км)
Маганская	32	ОРП	НРП(40км)	ТП
Сорокино	43		НРП(48км)
о.п. Таежная	56		НРП
Камарчага	82	ОРП	НРП(90км)	ТП
о.п. Пичино	92		НРП(98км)
Барай	107		НРП
Клюквенная	118	ОРП	НРП(115км)	ТП
Громадская	132		НРП
о.п. Илиган	140		НРП
Заозерная	145	ОРП	НРП(153км)	ТП
о.п. Ирша	159		НРП(167км)
Камала	174		НРП
Солянка	191	ОРП	НРП(182км)	ТП
Башнякова	205		НРП(213км)
Канск Енисейский	221	ОРП		ТП

3.1 Выбор трассы прокладки кабельной линии и устройство ее переходов через преграды

Трасса кабельной магистрали выбирается по наиболее короткому пути с учетом выполнения минимального объема земляных работ с той стороны железнодорожного полотна, на которой размещено преобладающее число перегонных и станционных объектов связи.

На перегонах и в пределах небольших станций трасса кабельной магистрали прокладывается в пределах полосы отвода железной дороги, ширина которой составляет по 60 м в обе стороны от головки рельса.

Линия электропередачи (ЛЭП) и трасса кабельной линии располагаются по разным сторонам железной дороги.

НУП размещаются на промежуточных станциях и, как исключение, на перегонах, при этом с целью удобств эксплуатации и снижения затрат на строительство НУП и НРП стремятся, поставить в одних и тех же пунктах.

Для пересечения кабельной магистралью железнодорожных путей предпочтение отдается местам с одинаковыми высотными отметками или небольшим насыпям, у которых ширина подошвы не превышает 35 м. В этом случае переходы могут быть выполнены методом горизонтального бурения. В просверленные под основанием насыпи отверстия вставляются асбоцементные трубы, через которые протягивают кабели.

Схематический план трассы кабельной линии для исследуемого участка магистрали приведен на чертеже.

Монтаж кабельной магистрали

Основным документом для монтажа магистрального кабеля является скелетная схема кабеля. Схема показывается на одном определенном участке. В данном случае взят участок Учум-Копьево. На схеме показаны все возможные варианты ответвления, соединения кабельной магистрали.

4.1 Соединение строительных длин кабеля

Строительной длиной является длина кабеля намотанного на барабан - 825±25 м. Для соединения отдельных строительных длин кабелей, имеющих свинцовую или алюминиевую оболочку, в местах ответвлений и для оконечной заделки применяют свинцовые муфты прямые (соединительные), разветвительные и оконечные. Симметрирующими и конденсаторными муфтами могут быть как прямые, так и разветвительные муфты в зависимости от их расположения на магистрали. Прямые (соединительные) и симметрирующие муфты обозначают МС - муфта свинцовая (прямая). Размеры муфт зависят от диаметра сращиваемого кабеля. В прямых муфтах соединение жил строительных длин осуществляют напрямую (цвет в цвет). Все прямые (соединительные) муфты на магистральном кабеле являются симметрирующими, так как в них жилы строительных длин соединяют по заранее выбранному оператору скрещивания. Для монтажа магистрального кабеля следует применять прямые муфты типов МСП - 7 (муфта свинцовая прямая для магистрального кабеля емкостью 7 х 4), состоящие из свинцового цилиндра и свинцовых конусов.

Разветвительные муфты применяются двух типов: тройниковые и разветвительные (перчатки). Первые используют для ответвлений от магистрального кабеля, вторые - для распайки в помещениях кабеля большей емкости на несколько кабелей меньшей емкости. Муфты тройникового типа с продольным швом обозначают МСТ - муфта свинцовая тройниковая. Разветвительные муфты, устанавливаемые на стыке строительных длин, называются врезными: их монтируют в том случае когда место ответвления удалено более чем на 100 м от ближайшего стыка строительных длин магистрального кабеля. От механических повреждений прямые и разветвительные муфты защищают чугунными соединительными муфтами.

4.2 Содержание кабеля под избыточным газовым давлением

Газонепроницаемые муфты устанавливают на вводах кабелей в оконечные и промежуточные усилительные пункты и в местах ответвления от магистрального кабеля для предотвращения утечки газа из него через распределительные кабели ЛАЗов, кабели ответвлений и боксы. Эти муфты рассчитаны на работу под избыточным постоянным давлением 0,5-0,6 кгс/смІ. Газонепроницаемая муфта состоит из свинцового цилиндра, залитого внутри эпоксидным компаундом, находящимся между двумя свинцовыми конусами, предназначенными для соединения цилиндра с оболочкой кабеля.

При двухкабельной системе кабель, от которого делаются все основные ответвления на перегонах, - К1, второй кабель - К2. Кабели, ответвляющиеся от магистрального кабеля К1, получают номера 3 и 5. От кабеля К2 ответвляются кабели 4 и 6.

Боксам, которыми заканчиваются кабели ответвлений, присваивают двузначные номера; первая цифра которых соответствует номеру кабеля ответвлений, а вторая - 1. Соединительные муфты на кабелях ответвлений имеют двузначный номер, первая цифра которого номер кабеля, а вторая - 2. Газонепроницаемые муфты нумеруются по такому же принципу первая цифра означает номер кабеля, а вторая - 3. Разветвительные муфты имеют вторую цифру - 4.

4.3 Прокладка кабелей на пересечении с железной дорогой

Проходя через магистральные железные дороги, как правило, выполняются способом горизонтального бурения. Через железные дороги местного значения переходы могут выполнятся открытым способом. Во всех случаях предварительно требуется получить дистанции службы пути железной дороги. Работы должны вестись в присутствии ответственного представителя этой организации с соблюдением всех норм по обеспечению движения поездов. На пересечении с электрифицированными железными дорогами кабель закладывают в асбестоцементные трубы, покрытые битумной массой. Трубы выводят по обе стороны от насыпи на расстоянии не менее 1м, а от кюветов - не менее 2м. При количестве труб до 3 прокладывают одну резервную трубу, от 3 до 8 - две резервные трубы. Концы резервных труб закрывают деревянной пробкой с уплотнением и заливают битумом. По требованию управления дороги переходы магистрального кабеля через железные дороги осуществляют методом горизонтального бурения. Этот способ требует разработки рабочих котлованов с обеих сторон проходки. Устройство скрытой (под насыпью) горизонтальной проходки осуществляется с помощью машины БГ - 3 или пневнопробойной П -4601. После бурения и соответствующего расширения отверстия, в него затягивают асбестоцементную трубу, а в трубу - кабель.

5. Электрический расчет симметричного кабеля

Электрические свойства кабелей связи полностью характеризуются параметрами передачи и параметрами влияния. Параметры передачи оценивают процессы распространения электромагнитной энергии вдоль кабельной цепи. Параметры влияния характеризуют явления перехода энергии с одной цепи на другую и степень защищенности от взаимных и внешних помех.

5.1 Параметры передачи

Активное сопротивление R- это сопротивление, которое испытывает переменный ток, проходя по цепи, и характеризует потери энергии в металлических частях кабеля на вихревые токи.

-коэффициент укрутки

R₀-сопртивление постоянному току

где d- диаметр провода, мм; - удельное сопротивление, Ом мм²/м.

Индуктивность цепи L состоит из наружной межпроводниковой индуктивности L_н и внутренней индуктивности каждого проводника L_в.

Ёмкость кабеля С - аналогична ёмкости конденсатора.

В кабеле роль обкладок играют поверхности проводов, а диэлектриком служит лежащий между ними изоляционный материал.

где -коэффициент укрутки, -эквивалентная диэлектрическая проницаемость комбинированной изоляции; -поправочный коэффициент, характеризующий близость проводов к заземлённой оболочке и другим проводам.

Проводимость изоляции G- это электрический параметр, характеризующий качество изоляции проводов кабеля.

где - эквивалентный угол диэлектрических потерь комбинированной изоляции.

Электромагнитная волна, распространяясь вдоль цепи, уменьшается по интенсивности и изменяется по фазе. Уменьшение энергии по длине цепи в 1 км учитывается через коэффициент затухания б, изменение фазы напряжения и фазы тока на каждом километре цепи - через коэффициент фазы в.

Коэффициент затухания и коэффициент фазы в общем виде определяются по формуле расчёта коэффициента распространения

Волновое сопротивление Z_в- это сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной цепи без отражения. Оно свойственно данному типу кабеля и зависит лишь от первичных параметров и частоты передаваемого тока.

5.2 Параметры влияния

Взаимные влияния между симметричными цепями обусловлены взаимодействием электромагнитных полей этих цепей, которое можно представить в виде суммарного воздействия электрического и магнитного полей. Влияние от электрического поля называют электрическим, а от магнитного поля магнитным. Значения электрического и магнитного влияний можно определить экспериментально и в некоторых случаях путем расчета.

Экспериментальные методы раздельного определения влияний основаны на измерении токов и напряжений во влияющей цепи и цепи, подверженной влиянию в режимах, когда между цепями существует в основном либо электрическое поле, либо магнитное. Эти условия создаются в коротких по сравнению с длиной волны сигнала л=х/f отрезках линий при режимах холостого хода (электрическое поле) и короткого замыкания (магнитное поле).

Отношение комплексных амплитуд тока помех I2П(щ), наведенного в цепи длиной l, подверженной влиянию, и напряжения U1(щ) во влияющей цепи, определенных в режимах холостого хода цепей, называют электрической связью между этими цепями, См:

где g12 - активная составляющая электрической связи; k1 - емкостная связь между цепями 1 и 2.

Магнитной связью между цепями 1 и 2 называют отношение комплексных амплитуд ЭДС, наведенной в цепи длинной l, подверженной влиянию Е2П(щ), и тока I1(щ) во влияющей цепи в режиме короткого замыкания и обеих цепях,

где r12 - активная составляющая связи; m1 - индуктивная составляющая связи между цепями 1 и 2.

При рассмотрении влияний между цепями связи различают два вида переходов энергии: на ближнем (передающем) и на дальнем (приемном) концах (рис.5.1).

Рис.5.1 Влияния между цепями

Влияние, проявляющееся на том конце, где расположен генератор первой цепи, называется переходным влиянием на ближнем конце А0. Влияние на противоположном конце цепи называется переходным влиянием на дальнем конце Аl. АЗ - защищенность от помех или просто защищенность, представляет собой разность уровней полезного сигнала и помех в рассматриваемой точке.

Для кабельных линий наиболее удобны формулы расчета переходных затуханий выразить через строительные длины кабеля. Для одной строительной длины кабеля:

где N12 - электромагнитная связь на ближнем конце, 1/с.д.;

F12 - электромагнитная связь на дальнем конце, 1/с.д.;

б - коэффициент затухания, дБ/км;

S - строительная длина кабеля.

где К12 - электрическая связь между цепями, См;

М12 - магнитная связь между цепями, Ом;

ZВ - волновое сопротивление, Ом.

Переходное затухание кабельной линии через характеристики строительной длины:

где n - число строительных длин кабеля;

L - длина усилительного участка, км;

S - строительная длина кабеля, км.

5.3 Параметры передачи и влияния для кабеля МКПБ при f=15кГц

где меди=0.017ом мм²/м

d=1.2мм

=1.01

F(x)=0.0258, где

где =1.2-диэлектрическая проницаемость для трубчато-полиэтиленовой изоляции, =0.588-для звёздной скрутки.

где =2.2?10^-4



Определим электромагнитные связи и переходное затухание между цепями симметричного кабеля на частоте 15кГц. Коэффициент затухания б=0,531 неп/км, волновое сопротивление Zв=44 Ом, строительная длина кабеля S=0,5 км, усилительный участок l=23 км., n=46. По действующим техническим условиям емкостная связь k12=0.58 пФ/с.д. - емкостная составляющая электрической связи между цепями.

Взаимная индукция между двумя цепями:

Активное сопротивление магнитной связи

Активная составляющая электрической связи, проводимость изоляции между цепями:

Отношение составляющих электрической связи активной и емкостной q/щk12 = 22.4%

Отношение составляющих магнитной связи активной к индуктивной r/щm12 = 34.1%

Проводимость земли G = 1.49 10^-3 См/м

6. Мероприятия защиты от взаимных влияний

Важнейшим условием осуществления многоканальной высокочастотной связи на большие расстояния является защита цепей от взаимных влияний.

6.1 Симметрирование высокочастотных кабелей

Помехозащищенность цепей является важнейшим условием обеспечения надежной работы устройств связи, автоматики и телемеханики. Воздушные и кабельные линии представляют собой много проводные системы, состоящие из близко расположенных друг к другу цепей и несущих сигналы, соизмеримые по мощности и спектру частот. Электромагнитные поля этих цепей накладываются друг на друга и проявляются в виде переходного разговора, шума, что снижает качество связи.

Для уменьшения взаимных влияний между цепями и помех от внешних источников производится симметрирование. Практически используются три метода симметрирования:

а) скрещиванием;

б) дополнительными конденсаторами;

в) контурами противосвязи.

Первый и третий методы снижают как электрические, так и магнитные влияния, а второй - только электрические.

Метод скрещивания состоит в компенсации электромагнитных связей одного участка кабеля связями другого путём прямого соединения жил или со скрещиванием.

Основной мерой уменьшения взаимных влияний в воздушных линиях связи является скрещивание, т.е. изменение места расположения проводов цепи через определенные промежутки по всей длине линии, что приводит к изменению направления тока помех на отдельных участках цепи. В результате токи помех с двух соседних участков одинаковой длины направлены друг другу, благодаря чему влияние уменьшается. При составлении схем скрещивания линию разбивают на четное число участков (элементов), так как только в этом случае происходит взаимная компенсация токов помех.

Особенность симметрирования высокочастотных кабелей обусловлена природой электромагнитного влияния между цепями в области высоких частот, поскольку в высокочастотных кабелях действуют комплексные электрические и магнитные связи, соизмеримые между собой.

В основе симметрирования контурами лежит компенсация токов помех токами влияния противоположной фазы, создаваемые при помощи специально включаемых между цепями элементов.

6.2 Методика симметрирования

Участок, подлежащий симметрированию, делим на четыре части, в каждой из которых помещаем три симметрирующие муфты. В этих муфтах необходимо выполнить соединение по оператору “X??”. Затем производится проверка правильности выбора оператора скрещивания. Если по результатам измерений окажется, что не удалось достичь минимума влияний, то можно изменить оператор на такой, при котором будет наименьшее влияние.

В середине участка устанавливается конденсаторная муфта, называемая также контуром противосвязи, элементы которой рассчитаны ниже. Такие же муфты устанавливаются по концам участка на входе в усилительные пункты.

6.3 Расчёт контура противосвязи

Таблица 6.1

F, кГц	50	150	250
б,дб/км	0.01	0.029	0.037
ZВ, Ом	170	162	160
N12
F12
A0,дб	41.367	34.9	31.53
АЗ, дБ	39.624	30.5	26.17
Аl, дБ	39.404	29.86	25.36

Из таблицы выбираем наихудший коэффициент результирующей связи (А_з на частоте 250 кГц), проводим расчет для данного коэффициента

Запишем уравнение для определения контура противосвязи:

Для нашего случая на частоте 250 кГц:

Приведем расчет элементов контура:

Контур противосвязи, состоящий из сопротивления, необходимо включить между числами 1-4 или 2-3.

Рис.6.1 Схема включения компенсирующего контура противосвязи

Данный контур противосвязи должен быть включен в жилы кабеля в конце усилительного участка.

7. Расчет влияний контактной сети и высоковольтных линий передачи на кабельные линии связи

7.1 Влияние контактной сети электротяги переменного тока

Контактные сети переменного тока оказывают значительное влияние на цепи связи. Опасные влияния обусловлены рабочими токами частотой 50 Гц. Следует различать три режима работы контактной сети:

Нормальный, если тяговые точки поступают в контактную сеть от всех подстанций участка;

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

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

Тяговые подстанции (ТП) расположены на станциях Красноярск, Базаиха, Зыково.

Так как согласно заданию контактная сеть может находиться в режиме в нормальном и вынужденном режиме, то влияния, которые она оказывает называются опасными. Для снижения влияний можно использовать кабель марки МКПБ. Составляем схему сближения при коротком замыкании на участке «Красноярск-Зыково».

Рис. 7.1

(7.1)

где Е - опасное напряжение, индуктируемое на изолированном конце жилы кабеля при заземленном противоположном конце, В;

- круговая частота для рабочего тока частотой f 50 Гц ;

- коэффициент отражения кабеля, равный 0,028;

- коэффициент отражения рельса, равный 0,4;

- длина участка, км;

- коэффициент взаимоиндукции, Г/км

(7.2)

=10- расстояние между кабелем и контактной сетью, м

у=1.4?10^-3

- эквивалентный влияющий ток, определяемый при вынужденном режиме работы тяговой сети по формуле, А:

I_вл=I_резK_m, (7.3)

I_рез=385А- результирующий нагрузочный ток расчетного плеча питания при вынужденном режиме работы, А;

К_m - коэффициент, характеризующий уменьшение влияющего тока по сравнению с нагрузочным I_рез,

(7.4)

m=4 - количество поездов, одновременно находящихся в пределах плеча.

Г/км

I_вл=I_резK_m=385?0.069=26.73 A

В

Контактная сеть также создает мешающие влияния. Величина напряжения шума в двухпроводных телефонных цепях может быть вычислена по определяющей гармонике 800 Гц по формуле, мВ:

(7.5)

где I_k - влияющий ток, равный, согласно заданию, 17.3 А;

p₈₀₀ - коэффициент акустического воздействия, равный 1.109 на частоте 800 Гц;

з₈₀₀ - коэффициент чувствительности, равный 2.13•10-³;

щ₈₀₀ - круговая частота для влияющего тока, с-¹.

S = 0.03

Напряжение шума равно:

В.

7.2 Расчет влияния ЛЭП

Напряжения и токи, возникающие в цепях линии связи от влияния различных источников, в отличии от полезных токов и напряжений, несущих информацию, называются посторонними. На кабельные сети большее влияние оказывают линии электропередачи (ЛЭП), контактные сети электрифицированных железных дорог постоянного и переменного токов. Эти влияния могут быть опасными, мешающими или одновременно опасными и мешающими.

Опасные - это токи влияния, при которых токи и напряжения, возникающие в цепях линии связи, могут создавать опасность для жизни обслуживающего персонала, повреждения аппаратуры и приборов, включенных в линию связи, ложные сигналы железнодорожной станции и т.д.

Мешающие - это такие величины, при которых в каналах связи появляются помехи, нарушающие информационную работу устройств связи и автоматики.

Высоковольтные линии и электрифицированные железные дороги могут оказывать влияния на цепи линий связи за счет электромагнитной индукции, гальванической связи и при случайном соприкосновении проводов.

а₁=20м а_э12=

а₂=8?tg45+20=28м а_э23=31.7

а₃=36м а_э34=39.7

a₄=44м а_э45=47.8

а₅=52м а_э56=55.8

а₆=60м а_э67=63.8

а₇=68м а_э78=71.8

а₈=76м а_э89=79.8

а₉=84м а_э910=87.9

а₁₀=92м а₉₁₀=95.9

а₁₁=100м

По номограмме определим коэффициент взаимоиндукции между однопроводными цепями ВЛ и линии связи при частоте 50 Гц.

М₁=930мкГн/км

М₂=880мкГн/км

М₃=820мкГн/км

М₄=810мкГн/км

М₅=780мкГн/км

М₆=760мкГн/км

М₇=740мкГн/км

М₈=720мкГн/км

М₉=700мкГн/км

М₁₀=680мкГн/км

Опасное напряжение определяется по формуле :

Где Si - коэффициент экранирующего действия для кабельной линии связи

Sоб - коэффициент экранирующего действия оболочки;

Sр - коэффициент экранирующего действия рельсов;

Iкз - ток короткого замыкания;

Lэi - длина отдельного участка сближения равный 8;

N - количество участков сближения;

Mi - коэффициент взаимной индукции для i-го участка сближения.

Произведем расчет величины опасного напряжения на токе I_кзн=4000А:

На токе I_кзк=1,5кА

8. Расчёт параметров оптического волокна

линия связь кабельный оптический

Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) - это вид системы передачи, при котором информация передаётся по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием «оптическое волокно». Волоконно-оптическая сеть - это информационная сеть, связующими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические линии связи.

Передача информации по ВОЛС имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю: широкая полоса пропускания, малое затухание светового сигнала в волокне, низкий уровень шумов в кабеле, высокая помехозащищённость, малый вес и объём, высокая защищённость от несанкционированного доступа, гальваническая развязка элементов сети, взрыво- и пожаробезопасность, экономичность ВОК, длительный срок эксплуатации, удалённое электропитание. Несмотря на многочисленные преимущества перед другими способами передачи информации волоконно-оптические системы имеют также недостатки, главным образом из-за дороговизны прецизионного монтажного оборудования и надёжности лазерных источников излучения: стоимость интерфейсного оборудования, монтаж и обслуживание оптических линий, требование специальной защиты волокна.

Согласно заданию показатели преломления n₁=1.615, n₂=1.565

Числовая апертура

где выбираем (по справочнику) k_p=1, л=1.3мкм, P=1.2, tgд=10^-10, r=10мкм, k=0.5мкм.

9. Защита кабеля и аппаратуры связи от опасных и мешающих влияний

Редукционные трансформаторы (РТ) являются эффективным средством защиты от влияний высоковольтных линий. Первичная I и вторичная II обмотки РТ имеют одинаковое число витков и намотаны на замкнутый железный сердечник. Первичная обмотка включается в разрез металлического покрова (оболочку, броню, экран) защищаемого кабеля 1-1, а вторичная - в разрез жил кабеля 2-2 (рис.8.1.) Первичная обмотка РТ обычно выполняется из медного изолированного проводника, поперечное сечение которого не меньше общего эквивалентного поперечного сечения металлического покрова кабеля. Вторичная обмотка представляет собой пучок изолированных друг от друга жил, по конструкции одинаковых с жилами защищаемого кабеля.

РТ увеличивает магнитную связь между металлопокровами кабеля и сердечником и вызывает появление дополнительной E₂^рт и компенсирующего тока I₂.

Рисунок 9.1 Схема включения РТ

РТ не оказывает заметного увеличения собственного затухания сигнала, так как используется сам кабель. РТ используется для защиты ВЧ каналов. РТ включается на длине усилительного участка в количестве до трёх штук.

Марка РТ - ОСГРГ - однофазный, сухой, герметизированный, редукционный.

РТ повышает экранирующее действие металлических покровов кабеля. При наличии других (третьих) цепей, например, рельсовой цепи, экранирующее действие которой повышается за счёт применения ОТ.

Экранирующий эффект (S) РТ зависит от их числа: при одном РТ S=0,3;, при двух - 0,2; при трех - 0,15. Без РТ величина S составляет 0,8…0,9.

Отсюда следует, что наличие одного РТ дает снижение помех в 3 раза, а при трех РТ помехи снижаются в 6 раз. Дальнейшее увеличение РТ не дает существенной выгоды.

Рисунок 9.2 Схема включения отсасывающего трансформатора (ОТ)

ОТ включается между влияющим проводом и рельсовой цепью. Принцип действия ОТ - он улучшает экранирующее действие рельсовой цепи за счёт увеличения магнитной связи между контактным проводом и рельсовой цепью.

Схемы защиты аппаратуры связи и автоматики от перенапряжений

Разработка схем защиты зависит от следующих факторов:

Элементная база аппаратуры (реле, полупроводники)

Вид передаваемой информации - аналоговая, цифровая, уплотнённые (неуплотнённые) цепи.

Разновидность линейного сооружения - воздушные линии, симметричный кабель, высокочастотный кабель, коаксиальная линия, волновод.

Схема защиты состоит из совокупности разрядников, плавких вставок (предохранитель), нелинейных сопротивлений, полупроводниковых элементов и заземлителей.

Рассмотрим пример схем защиты и принцип действия.

Схема защиты состоит из разрядника Р-35, сопротивления заземления, плавких вставок и линейного трансформатора.

Работа схемы: в связи с различным временем срабатывания Р-35 разрядных промежутков Р₁ и Р₂ вначале пробивается (срабатывает) один из них, например Р₁. Через Р₁ будет проходить ток, затем сработает Р₂.

Недостаток этой схемы - неодновременность срабатывания Р₁ Р₂ приводит к появлению опасных волн перенапряжения в двухпроводных цепях, которые трансформируются линейным трансформатором и поступают на вход аппаратуры. Эти волны будут вызывать импульсы перенапряжений. Для устранения этого недостатка применяют дренажные и запирающие катушки.



Дренажная катушка - устраняет не одновременность срабатывания

Запирающая катушка - препятствует проникновению в двухпроводную цепь мешающих напряжений.

Недостатки этой схемы:

- используется дренажная и запирающая катушки для защиты высокочастотной аппаратуры приводит к изменению ёмкостной и индуктивной составляющих нагрузок кабельной линии, особенно на ВЧ;

- применение одного газонаполненного разрядника Р35 приводит к значительному времени запаздывания срабатывания разрядника, а это сказывается при использовании в схемных решениях автоматики и связи полупроводников и, особенно, микросхем.

Из-за этих недостатков приведённая схема используется для аппаратуры, работающей в тональном диапазоне частот.

При использовании ВЧ аппаратуры автоматики и связи в состав схем защиты должны входить полупроводниковые элементы:

диодные ограничители,

стабилитроны,

динисторы,

варисторы.

Эти элементы имеют нелинейную ВАХ и повышенное быстродействие. В качестве примера приведём схему защиты усилителя ВЧ связи с помощью динистора (т.н. динисторная защита).



Данный фрагмент схемы защиты аппаратуры позволяет обеспечить защиту ВЧ усилителя от импульсных напряжений, возникающих в двухпроводных кабельных цепях за счёт наличия газонаполненного разрядника Р-4 и встречно-параллельного включения динисторов КН102А.

ВАХ динисторного блока

Защита от положительных и отрицательных волн перенапряжений.

Любая схема защиты должна иметь каскад, который бы защищал элементы аппаратуры от перенапряжений относительно земли.

Для этой цели используют вывод от средней точки линейного трансформатора служебной связи.

Разрядник Р-34, включается между средней точкой линейного трансформатора служебной связи и землёй. Данный разрядник одновременно защищает двухпроводную цепь, в которую включены ВЧ усилитель и аппаратуру служебной связи от перенапряжений.

В этой схеме имеются три каскада защиты:

Самый грубый: на разрядниках Р-34, для которого U_сраб=1500100 В; срабатывает относительно корпуса или заземлителя. Все потенциалы обнуляются при срабатывании, все опасные токи стекают в заземлитель.

Выполнен на разряднике Р-4, Uсраб=10020 В. Разрядник устраняет перенапряжение между проводами (“провод-провод”).

Чувствительный и быстродействующий - снижает перенапряжения до десятков вольт, в зависимости от типа используемых динисторов.

Такая схема может быть использована и применяется в эксплуатации в настоящее время для ограничения перенапряжений, возникающих в кабельных линиях при использовании аппаратуры ВЧ связи.

Недостаток схемы - ограниченная пропускная способность динисторов по току.

Сейчас ведутся разработки по замене динисторов на варисторы.

Заключение

В данном курсовом проекте было проведено проектирование линии связи на участке железной дороги Красноярск - Канск выбрана кабельная система ИКМ - 120 и типы кабелей МКПБ, МКПК. Так же произведен расчет опасных влияний между цепями кабельной лини связи, опасных и мешающих влияний контактной сети электротяги переменного тока и проведены мероприятия по защите данной линии связи.

При расчете воздействия контактной сети электротяги переменного тока выявилась необходимость защиты кабельной линии связи от опасного напряжения, которое составило 750В, что превышает допустимую норму 245 В. Для предотвращения от опасного напряжения необходимо было поставить один редукционный трансформатор (РТ).

Все чертежи представлены в «Альбоме чертежей к курсовому проекту по «Линии автоматики, телемеханики и связи на ж.д. транспорте»»

Список используемой литературы

1. Л.В. Козлов, В.И. Кузьмин. Линии автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт, 1981.-232 с.

2. Д.А. Бунин, А.И. Яцкевич. Магистральные кабельные линии связи на железных дорогах. - М.: Транспорт, 1978.- 288 с.

3. Е.Г. Требина, В.У. Костиков. Электромагнитные влияния высоковольтных линий на цепи связи- Методические указания к дипломному и курсовому проектированию. - Омск.: ОмИИТ, 1980, с 3-34.

4. Ф.В. Сулаков, О.В. Куйбышевская. Проектирование устройств проводной связи на железнодорожном транспорте. - Методические указания к курсовому проектированию. - Омск.: ОмИИТ. 1980, с. 3-42.

5. М.И. Михайлов, Л.Д. Разумов. Защита кабельных линий связи от влияния внешних электромагнитных полей - М.: Связь, 1967.-344 с.

6. Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговой сети электрических железных дорог переменного тока. - М.: Транспорт, 1973. - 96с.

Размещено на Allbest.ru

...