Проект кабельной линии автоматики, телемеханики и связи на участке железной дороги Белогорск-Завитая

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

ПРОЕКТ КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ АВТОМАТИКИ, ТЕЛЕМЕХАНИКИ И СВЯЗИ НА УЧАСТКЕ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ БЕЛОГОРСК - ЗАВИТАЯ

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка содержит описание проектируемого участка линии связи (физико-географические данные, сведения о сближении с железными дорогами и их характеристику); произведен выбор кабельной системы, типа кабеля; определено размещение оконечных и промежуточных усилительных пунктов; описан монтаж кабельной магистрали; произведен расчет взаимных влияний в цепях связи, описаны меры по снижению влияний; произведен расчет мешающих и опасных влияний контактной сети железной дороги на линию связи, рассмотрены и рассчитаны меры по снижению мешающих и опасных влияний, приведено описание мер по защите аппаратуры связи.

Альбом чертежей, прилагающийся к пояснительной записке, содержит план трассы линии связи, общий вид и сечение кабеля со спецификацией, схему организации связи, скелетную схему участка трассы, схемы защиты аппаратуры связи.

ВВЕДЕНИЕ

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

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

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

Кабельные линии связи строят: при электрификации железных дорог по системе тока в качестве основной меры защиты цепей связи, автоматики и телемеханики от влияния тяговой сети; взамен воздушной линии связи при строительстве автоматической блокировки и диспетчерской централизации; при электрификации железных дорог по системе постоянного тока и строительстве главных дополнительных 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.

В данном курсовом проекте разработана линия связи на участке железной дороги, которая в должной мере отвечает приведенным выше требованиям; определены влияния высоковольтных линий на цепи проводной связи.

1 ОПИСАНИЕ ПРОЕКТИРУЕМОГО УЧАСТКА ЛИНИИ СВЯЗИ

1.1 Общая информация

Проектируемый участок линии связи между станциями Белогорск - Завитая имеет общую протяженность 119 км и содержит в себе 12 станций. Дорога проходит по территории Амурской области.

1.2 Карта проектируемого участка железной дороги

На рисунке 1.1 изображена карта Забайкальской железной дороги, содержащая проектируемый участок.

Рисунок 1.1 - Карта Забайкальской железной дороги

2. ВЫБОР ТИПОВ КАБЕЛЯ, СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ, РАЗМЕЩЕНИЯ ЦЕПЕЙ ПО ЧЕТВЁРКАМ

2.1 Система передачи

Проектируемая линия связи состоит из 299 каналов магистральной связи и 103 каналов дорожной связи (в соответствии с заданием). Для ее организации используется аппаратура уплотнения ИКМ-120. Аппаратура типа ИКМ-120 является стодвадцатиканальной аппаратурой высокочастотного уплотнения. Предназначена для организации 120 двухсторонних телефонных каналов тональной частоты по двум однотипным симметричным кабелям. В системе связи ИКМ-120 группа каналов прямого и обратного направлений имеет одинаковую скорость передачи цифровой информации (8,448 Мбит/c).

Аппаратура типа К-24-Т является двадцатичетырёхканальной аппаратурой высокочастотного уплотнения. Предназначена для организации 24 двухсторонних телефонных каналов по двум симметричным однотипным кабелям. В системе связи К-24-Т группа каналов прямого и обратного направлений имеет одинаковый линейный спектр частот (12-108 кГц).

Системы ИКМ-120 и К-24-Т являются четырехпроводнными, поэтому на каждую систему отводится две пары жил. Так как аппаратура уплотнения требует разнесения уплотняемых пар, то система будет двухкабельной.

Учитывая то, что в каждом кабеле необходимо иметь запас свободных жил на случай использования кабеля для других видов связи, распределим связи по четвёркам так, что в первом и во втором кабеле будет занята часть полных четверки для систем ИКМ-120 и К-24-Т и часть четверок останется в резерве (требуемый уровень резерва - от занимаемых четвёрок).

Также требуется реализовать оперативно-технологическую связь (здесь и далее будет употребляться сокращение ОТС), для чего потребуется еще один кабель.

Выбор количества систем производится по формуле:

,(1)

где - количество необходимых каналов (с учетом 10% резерва);

- количество каналов в одной системе (для ИКМ-120 - 120).

Тогда для магистральной и дорожной связи:

, принимается ,

, принимается .

2.2 Выбор кабеля и распределение систем по кабелям и четверкам

Для магистральной и дорожной связи будет использоваться кабель типа МКПАБ (магистральный кабель, полиэтиленовая изоляцией жил, алюминиевая оболочка, броня из плоских лент). Количество четверок выбирается равным 7. Пары ОТС также расположим в данном кабеле. Распределение пар связи по кабелям и четверкам отражено в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Распределение магистральной, дорожной и оперативно-технологической связи

1 кабель (МКПАБ 7х4х1,05+520,7+1х0,7)	2 кабель (МКПАБ 7х4х1,05+520,7+1х0,7)
№ четвёрки	№ пары	Система	№ четвёрки	№ пары	Система
1 ВЧ	1	ИКМ-120 магистр. передача	1 ВЧ	1	ИКМ-120 магистр. приём
	2	ИКМ-120 магистр. передача		2	ИКМ-120 магистр. приём
2 ВЧ	1	ИКМ-120 магистр. передача	2 ВЧ	1	ИКМ-120 магистр. приём
	2	резерв		2	резерв
3 НЧ	1	К-24-Т ОТС передача	3 НЧ	1	К-24-Т ОТС приём
	2	СЭМ (ССМ)		2	СЦБ-ДК
4 ВЧ	1	ИКМ-120 дор. передача	4 ВЧ	1	ИКМ-120 дор. приём
	2	резерв		2	резерв
5 НЧ	1	ПДС	5 НЧ	1	ТУ
	2	МЖС		2	ТС
6 ВЧ	1	резерв	6 ВЧ	1	резерв
	2	резерв		2	резерв
7 НЧ	1	ПГС (1)	7 НЧ	1	ПС
	2	ПГС (2)		2	ЭДС
Сигнальные пары	1	СЦБ (1)	Сигнальные пары	1	«Экспресс»
	2	СЦБ (2)		2	ЛПС
	3	СЦБ (3)		3	ПРС (1)
	4	СЦБ (4)		4	ПРС (2)
	5	СЦБ (5)		5	ВГС
Контрольная жила	Контрольная жила

3. РАЗМЕЩЕНИЕ УСИЛИТЕЛЬНЫХ И РЕГЕНЕРАЦИОННЫХ ПУНКТОВ НА ТРАССЕ ЛИНИИ СВЯЗИ

Вследствие затухания сигнала и искажении формы прямоугольных импульсов (при ИКМ) при прохождении через кабель требуется устанавливать регенерационные (для цифровых систем) и усилительные (для аналоговых систем) пункты. Они бывают двух категорий: обслуживаемые и необслуживаемые. Обслуживаемые регенерационные и усилительные пункты (ОРП и ОУП) устанавливаются на крупных станциях в линейных аппаратных залах (ЛАЗах). Необслуживаемые регенерационные и усилительные пункты (НРП и НУП) устанавливаются на перегонах. Расположение ОРП, ОУП, НРП и НУП показано в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Размещение ОРП, ОУП, НРП, НУП и ТП на трассе линии связи

Километр	Станция	Оборудование К-24-Т+НЧ	Оборудование ИКМ-120	Тяговые подстанции
0	Белогорск	ОУП	ОРП	ТП
3,5	перегон	-	НРП	-
7	Белогорск II	-	НРП	-
10,5	перегон	-	НРП	-
14	Итикут	-	НРП	-
17,5	перегон	-	НРП	-
21	перегон	-	НРП	-
24	перегон	-	НРП	-
27	Возжаевка	НУП	НРП	-
31	перегон	-	НРП	-
35	перегон	-	НРП	-
39	Тола	-	НРП	ТП
42,5	перегон	-	НРП	-
45,5	перегон	-	НРП	-
49	Поздеевка	-	НРП	-
53	перегон	-	НРП	-
57	о.п. Спартак	НУП	НРП	-
61	перегон	-	НРП	-
65	перегон	-	НРП	-
69	Короли	-	НРП	-
72,5	перегон	-	НРП	-
75,5	перегон	-	НРП	-
79	Екатеринославка	НУП (ИЛ-3)	НРП	ТП
83	перегон	-	НРП	-
87	перегон	-	НРП	-
90	перегон	-	НРП	-
94	перегон	-	НРП	-
98	Троебратка	-	НРП	-
101,5	перегон	-	НРП	-
104,5	перегон	-	НРП	-
108	Тур	НУП	НРП	ТП
112	перегон	-	НРП	-
115	перегон	-	НРП	-
119	Завитая	-	ОРП	-

4. ОРГАНИЗАЦИЯ СВЯЗИ И ЦЕПЕЙ СЦБ ПО КАБЕЛЬНОЙ МАГИСТРАЛИ

Организация всех связей для обеспечения оперативной работы дороги по магистральным кабельным линиям отличает железнодорожные кабельные линии от подобных им линий Министерства связи. Это вызвано большим количеством низкочастотных технологических связей и необходимостью их выделения в ряде пунктов как на станциях, так и на перегонах. Наличие многих ответвлений от магистрального кабеля вызывает ряд затруднений при его монтаже и эксплуатации.

Главным недостатком кабельных линий связи в настоящее время является совместное прохождение путей связи и автоматики в одних кабелях, что вызывает влияние кодовых цепей на каналы связи, требует установки фильтров и т.д., а также вызывает необходимость большого количества ответвлений.

Ответвления от магистрального кабеля делают для ввода цепей в помещения постов ЭЦ и пассажирские здания, подвода цепей автоматики и перегонной связи к сигнальным точкам автоблокировки, для включения промежуточных пунктов линейно-путевой связи на перегонах, связи объектов электрификации (тяговых подстанций и др.), а также для некоторых других целей.

Ответвления с цепей осуществляется шлейфом или параллельно; цепи автоматики всегда ответвляют шлейфом. На станциях, где нет усилительных пунктов, все цепи отделенческой связи заводят в пассажирское здание с устройствами автоматики и пост ЭЦ шлейфом. На тех же станциях, где находятся усилительные пункты, ответвления от магистрального на пост ЭЦ или пассажирское здание, как правило, не делают, а необходимые цепи связи и автоматики передают от усилительного пункта кабелем вторичной коммутации. В тех случаях, когда объекты, к которым должно быть подано ответвление, находятся на расстоянии меньше 100 метров один от другого, применяют объединенные ответвления, заканчивающиеся на ближайшем из объектов.

Основным документом для монтажа магистрального кабеля является монтажная схема кабеля (см. альбом чертежей). При определении необходимого количества кабеля учитывают запас в размере 2%: 1,6% на укладку кабеля в траншеях, котлованах и 0,4% на отходы при спаечных работах. При прокладке кабеля в грунт, подверженный смещению или выпучиванию, запас в траншее и котлованах увеличивают до 4%, при прокладке через водоемы принимают запас 14%. Для монтажа муфт и раскладки кабеля в котлованах концы строительных длин должны перекрывать друг друга. Кроме того, необходимо учитывать, что на ввод кабеля в ОУП требуется запас 20 м, в НУП - 10 м, в релейный шкаф сигнальной установки автоблокировки - 3 м. В помещении усилительного пункта кабель по скелетной схеме прокладывают от ввода до газонепроницаемой муфты, во всех остальных случаях - до бокса.

Ниже приведена таблица кабелей ответвлений и вторичной коммутации для участка железной дороги Белогорск - Возжаевка.

Таблица 4.1 - Таблица кабелей ответвлений и вторичной коммутации

Ординаты объектов связи, км	Тип ответвления	Цепи ответвления, вводимые	Число требуемых пар кабелей	Емкость и марка выбранного кабеля	Расстояние по трассе до объекта, м	Доп. расход кабеля, м	Общая длина кабеля, м
		шлейфом	параллельно
0	ПЗ, ОУП, ОРП, ЭЦ, ТП	все	-	34	3ТЗПАБ 741,2+520,7+10,7	30	2	105
1	РШвх	ПГС, СЦБ	ПДС	17	1ТЗПАБ 741,2+520,7+10,7	58	5	189
3,5	НРП	ВЧ	-	8	2ТЗБ 441,2	0	2	4
3,5	РШс	МЖС, ПГС, СЦБ	-	18	1ТЗПАБ 741,2+520,7+10,7	52	5	171
6	РШвх	МЖС, ПГС, СЦБ	ПДС	17	1ТЗПАБ 741,2+520,7+10,7	52	5	171
7	ОП	ПГС, МЖС	ПС	7	2ТЗБ 441,2	15	3	36
7	НРП	ВЧ	-	8	2ТЗБ 441,2	0	2	4
8	РШвх	ПГС, СЦБ	ПДС	17	1ТЗПАБ 741,2+520,7+10,7	58	5	189
9	П	ПГС	ЛПС	5	1ТЗБ 441,2	25	5	30
10,5	НРП	ВЧ	-	8	2ТЗБ 441,2	0	2	4
10,5	РШс	МЖС, ПГС, СЦБ	-	18	1ТЗПАБ 741,2+520,7+10,7	52	5	171
13	РШвх	МЖС, ПГС, СЦБ	ПДС	17	1ТЗПАБ 741,2+520,7+10,7	52	5	171
14	ОП	ПГС, МЖС	ПС	7	2ТЗБ 441,2	15	3	36
14	НРП	ВЧ	-	8	2ТЗБ 441,2	0	2	4
15	РШвх	ПГС, СЦБ	ПДС	17	1ТЗПАБ 741,2+520,7+10,7	58	5	189
17,5	НРП	ВЧ	-	8	2ТЗБ 441,2	0	2	4
18	РШс	МЖС, ПГС, СЦБ	-	18	1ТЗПАБ 741,2+520,7+10,7	52	5	171
19	ПСКЦ	ТУ, ТС	ЭДС	5	1ТЗБ 441,2	75	5	80
21	РШс	МЖС, ПГС, СЦБ	-	18	1ТЗПАБ 741,2+520,7+10,7	52	5	171
21	НРП	ВЧ	-	8	2ТЗБ 441,2	0	2	4
24	РШс	МЖС, ПГС, СЦБ	-	18	1ТЗПАБ 741,2+520,7+10,7	52	5	171
24	НРП	ВЧ	-	8	2ТЗБ 441,2	0	2	4
26	РШвх	ПГС, СЦБ	ПДС	17	1ТЗПАБ 741,2+520,7+10,7	52	5	171
27	ПЗ, НУП, НРП, ЭЦ,	все	-	34	3ТЗПАБ 741,2+520,7+10,7	30	2	105
	2355

5. ВЫБОР АРМАТУРЫ ДЛЯ МОНТАЖА КАБЕЛЬНОЙ МАГИСТРАЛИ

Для ответвления от магистрального кабеля применяют разветвительные муфты. Это сросток, в котором четверки и пары одного кабеля распределяются между двумя и более ответвляющимися кабелями разной емкости. Разветвительные муфты монтируют на речных переходах при распределении емкости магистрального кабеля между основным и резервным кабелями, на ответвлениях от магистрального кабеля к различным объектам на перегонах (а иногда и на станциях), в усилительных и оконечных пунктах в тех случаях, когда емкость магистрального кабеля превышает емкость оконечного кабельного оборудования. Следует стремиться к тому, чтобы место ответвления совпадало с прямой муфтой. Разветвительные муфты, устанавливаемые не 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 или тройниковыми муфтами.

Для герметизации кабеля при содержании его под постоянным избыточным давлением устанавливают газонепроницаемые муфты типа ГМС-4, ГМСМ-40 или ГМСМ-60 - перед оконечными вводными устройствами в усилительных пунктах и в начале каждого ответвления от магистрального кабеля. Эти муфты монтируют на 4-5-метровом отрезке кабеля той же марки, что и кабель ответвления. Для муфты ГМС от механических повреждений ее помещают в чугунную муфту и заливают битумной массой. Газонепроницаемые муфты, устанавливаемые в помещениях, естественно, в защите чугунными муфтами не нуждаются.

6. РАСЧЕТ ОПАСНЫХ И МЕШАЮЩИХ ВЛИЯНИЙ НА КАБЕЛЬ

6.1 Расчет влияний контактной сети постоянного тока

Контактные сети электрических железных дорог оказывают мешающие влияния на цепи связи вследствие искажения рабочего тока и напряжения в них дополнительных гармоник, которые появляются в процессе работы выпрямителей тяговых подстанций.

Результирующее псофометрическое напряжение на ближайшем конце усилительного участка двухпроводной телефонной цепи рассчитывается по следующей формуле:

(6.1)

где - значение мешающего напряжения, индуктированного в цепи связи в пределах i-ого участка тяговой сети.

Псофометрическое напряжение - это характеристика помехи в линии связи, а мешающее напряжение - во влияющей линии.

(6.2)

где (рад/с) - угловая частота;

- коэффициент чувствительности телефонной цепи к помехам;

(1/км)- коэффициент распространения ЛС;

- модуль взаимной индукции между однопроводными цепями на i-ом участке сближения

,(6.3)

где а - ширина сближения;

- проводимость грунта ;

- коэффициент экранирующего действия (f = 800 Гц)(6.4)

;

В - мешающее напряжение на участке с двусторонним питанием, при , при сглаживающих фильтрах №1, №2, №3 и №4 равно соответственно . Выберем фильтр №4, т.к. он более экономичный, удобный в эксплуатации и при нем наименьшее мешающее напряжение. В качестве примера рассмотрим расчет мешающего напряжения на первом усилительном участке Белогорск - Возжаевка, протяженностью 27 км.

Ом - входное сопротивление тяговой сети,

- длина усилительного участка связи, для которого производится расчет влияний

- длина сближения ЛС с влияющей линией в пределах расчетного усилительного участка

- расстояние от середины влияющего участка линии до конца расчетного усилительного участка ЛС

Примем а=10 м, тогда: М=566,8 мкГн/км.

Подставив значения в формулу (6.2), вычислим мешающее напряжение на первом усилительном участке (Белогорск - Возжаевка) при a = 10 м:



(В)

Таблица 6.1 - Результаты расчета наведенных опасных мешающих напряжений

а, м	10	15	20	25	30	35	40	45	50	55
М мкГн/км	566.8	486.14	429.2	385.34	349.81	320.06	294.6	272.43	252.88	235.48
Белогорск - Возжаевка , Ом	, мВ	0.704	0.604	0.533	0.479	0.434	0.398	0.366	0.338	0.314	0.292
Возжаевка - о.п. Спартак , Ом	, мВ	0.723	0.62	0.548	0.492	0.446	0.408	0.376	0.348	0.323	0.3
о.п. Спартак - Екатеринославка , Ом	,мВ	0.6	0.515	0.455	0.408	0.371	0.339	0.312	0.289	0.268	0.249
Екатеринославка - Тур , Ом	, мВ	0.715	0.614	0.542	0.486	0.441	0.404	0.372	0.344	0.319	0.297
Белогорск - Завитая	, мВ	2.401	2.059	1.818	1.632	1.482	1.356	1.248	1.154	1.071	0.998



Примем ширину сближения a = 55 м, так как при такой ширине сближения результирующее псофометрическое напряжение не превышает норму (1 мВ).

6.2 Расчет влияния ЛЭП с заземленной нейтралью

Разделяют 2 режима работы ЛЭП:

- нормальный режим (под влиянием ЛЭП в кабелях связи индуктируются мешающие ЭДС);

- режим короткого замыкания (ЛЭП оказывает опасные влияния).

По заданию ЛЭП находится в режиме к.з., следовательно необходимо рассчитать опасные напряжения и сравнить их с нормами.

Под влиянием ЛЭП в жилах кабеля наводится продольная ЭДС. ЛЭП переменного тока влияют в основном на частоте 50 Гц. Продольная ЭДС в проводе (жиле) связи зависит от влияющего участка ЛЭП, которая равна расстоянию от начала сближения ЛЭП и ЛС до места короткого замыкания фазового провода ЛЭП на землю (в пределах рассчитываемого усилительного участка). Взаимное расположение усилительного участка и ЛЭП и диаграмма распределения токов короткого замыкания на усилительном участке изображены на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 - Взаимное расположение усилительного участка и ЛЭП и диаграмма распределения токов короткого замыкания на усилительном участке



При расчете используется метод проб, то есть последовательно определяются ЭДС при коротком замыкании фазового провода в разных местах трассы ЛЭП. Для расчета используем следующую формулу:

,(6.5)

где - количество участков косого или параллельного сближения до предполагаемого места короткого замыкания;

- угловая частота, рад/с, ;

- ток короткого замыкания, определяемый по диаграмме в зависимости от места аварии, А;

- коэффициент взаимной индукции -го участка сближения, мкГн/м;

- коэффициент экранирующего действия рельсов (для кабельной линии связи ),

,

;

- длина -го участка сближения линии связи с влияющей линией в пределах расчетного усилительного участка, км.

Расчет коэффициентов взаимной индукции ведется по формуле (6.3)

Расстояние от железной дороги до точки входа ЛЭП в ТП (h) выбираем в пределах станции (100 м): h = 45 м.

Рассчитаем значения по формуле (6.6):

(6.6)



Где а - ширина сближения ЛС и контактной сети, м;

Т.к. ЛЭП не параллельна ЛС, то этот участок косого сближения с целью упрощения заменяется на эквивалентные параллельные, ширина сближения которых вычисляется по формуле:

(6.7)

Результаты расчета сведены в таблице 6.2. Производим расчет продольной ЭДС, индуктируемой в жиле по (6.5). Результаты так же приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Расчет продольной ЭДС, индуктируемой в жиле

№ участка			,м	, А	, мкГн/м	Е, В
1	100	1254,7	354,2	1400	717,3	186,7
2	1254,7	2409,3	1738,6	1379,5	558,5	183,9
3	2409,3	3564,0	2930,3	1359,0	506,6	181,2
4	3564,0	4718,6	4100,9	1338,5	473,2	178,5
5	4718,6	5873,3	5264,4	1317,9	448,5	175,7
6	5873,3	7028,0	6424,7	1297,4	428,8	173,0
7	7028,0	8182,6	7583,3	1276,9	412,5	170,3
8	8182,6	9337,3	8740,9	1256,4	398,5	167,5
9	9337,3	10491,9	9897,8	1235,9	386,3	164,8
10	10491,9	11646,6	11054,2	1215,4	375,5	162,1
11	11646,6	12801,3	12210,3	1194,9	365,8	159,3
12	12801,3	13955,9	13366,1	1174,4	357,0	156,6
13	13955,9	14533,2	14241,7	1153,8	350,9	153,9
14	14533,2	15687,9	15099,5	1133,3	345,2	151,1

В целях обеспечения безопасности ведения работ на линиях и использования устройств, а также необходимого качества связи установлены нормы опасных и мешающих влияний.

Для междугородных кабельных линий связи без дистанционного питания усилителей допустимая индуктированная ЭДС от влияния ЛЭП с заземленной нейтралью равна Uисп.

Uисп - испытательное напряжение изоляции жил кабеля по отношению к экрану или металлической оболочке кабеля строительной длины (для большинства магистральных железнодорожных кабелей - 160 В).

В нашем случае некоторые из полученных значений продольных ЭДС превышает норму, следовательно, необходимо принимать меры по защите кабелей связи от опасных напряжений. К ним относятся установка бариевых разрядников (альбом чертежей лист 4).

6.3 Расчет взаимного влияния

Определение собственных параметров кабеля

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

R -удельное сопротивление на единицу длинны [ Ом/км ];

L -удельная индуктивность [ Гн/км];

G - проводимость изоляции [ См/км];

С - удельная ёмкость [ Ф/км ];

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

Определим значения первичных параметров для кабеля МКПАБ. Существует множество методов проведения подобных расчётов. Большинство из них основано на использовании специальных вспомогательных функций, значения которых протабулированы с точностью, достаточной для инженерных расчётов. Воспользуемся данным способом расчёта. Зависимость специальных функций от частоты приведена в таблице 6.3.

Таблица 6.3 - Специальные вспомогательные функции

f, кГц	F(f)	G(f)	H(f)	Q(f)
50	0,934	0.707	0.5138	0.706
100	1,63	0,8466	0.584	0.423
150	2,169	1,3237	0,6113	0.3523
200	2,9977	1,5489	0,6343	0.3024
250	3,1	1,7488	0,75	0.2668
300	3,3554	1,9277	0,75	0.2436
350	3,6843	1,0922	0,76	0.2255
400	3,9905	2,2752	0,76	0.2109
450	4,278	2,389	0,77	0.1988
500	4,55	2,549	0,77	0.1886

Для расчёта первичных параметров можно воспользоваться следующими зависимостями:

, Ом/км(6.9)

где R0 - удельное сопротивление постоянному току [Ом/км], определяется площадью поперечного сечения жилы кабеля и материалом, из которого она была изготовлена. Для кабеля МКПАБ данная величина составляет 31,7 Ом/км;

Р -коэффициент, характеризующий близость с соседними жилами, в данном случае Р =5 («звёздная» скрутка жил);

d - диаметр жилы (1,05 мм);

а - расстояние между осями проводников (1,85 мм):

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

Ом.(6.10)

Удельная индуктивность определяется по следующей зависимости:

, Гн/км(6.11)

где r - коэффициент магнитной проницаемости. Для алюминия: r=1;

- коэффициент укрутки. Для кабеля МКПАБ = 1,016.

Ёмкость кабельной линии определяется по следующеё зависимости:

, Ф/км(6.12)

где - коэффициент увеличения ёмкости за счёт эффекта близости. Для используемого кабеля = 0,644;

р - диэлектрическая проницаемость изоляции. В данном случае р= 1,4;

Проводимость изоляции, как правило, не велика. При её определении можно использовать следующее выражение:



, Гн/км(6.13)

где tgp - результирующий тангенс угла потерь изоляции. Данная величина является функцией частоты.

Произведём расчёт первичных параметров для кабеля МКПАБ в спектре частот. Полученные данные занесём в таблицу 6.4

Таблица 6.4 - Частотная зависимость первичных параметров кабельной линии

f, кГц	R, Ом/км	L, мГн/км	С, нФ/км	G, мкСм/км
50	106	0,45	81,34	30,65
100	139	0,42	81,34	61,30
150	187	0,41	81,34	91,95
200	229	0,406	81,34	122,61
250	251	0,403	81,34	153,26
300	271	0,401	81,34	183,91
350	286	0,399	81,34	214,56
400	316	0,398	81,34	245,21
450	334	0,396	81,34	275,86
500	353	0,395	81,34	306,51

Приведём пример расчёта на частоте f = 250 кГц. Используя формулы (6.9) - (6.13) произведем расчет первичных параметров:

Ом/км

мГн/км

нФ/км

мкСм/км



Построим по полученным данным графики частотных зависимостей первичных параметров (рисунок 6.2).

Рисунок 6.2 - Функции частотных зависимостей первичных параметров: а) - сопротивления; б) индуктивности; в) емкости; г) проводимости



Волновые параметры кабеля

Основной характеристикой любого кабеля являются его волновое сопротивление ZВ и коэффициент распространения . Данные параметры значительно более удобны для практических расчётов, чем первичные. Волновое сопротивление определяет собой отношение напряжения к току бегущей по цепи волны в любой точке кабеля. Коэффициент распространения - комплексная величина. Действительная составляющая - километрический коэффициент затухания () - показывает степень убывания амплитуды напряжения или тока бегущей волны на расстоянии 1 км. можно определить как:

	(6.14)

где L - длина линии;

UH и UK - напряжения в начале и конце лини.

Мнимая составляющая - километрический коэффициент фазы () - представляет собой разность фаз векторов напряжений или токов в точках цепи, отстоящих одна от другой на расстояние 1 км. Коэффициент затухания определяет максимально возможную дальность передачи сигнала.

Волновые параметры непосредственно связаны с первичными следующими зависимостями:

	(6.15)
	(6.16)

Определим, используя выше приведённые зависимости волновые параметры кабеля МКПАБ. Полученные данные занесём в таблицу 6.5.

Таблица 6.5 - Волновые параметры кабеля МКПАБ

f, кГц	ZВ, Ом	, дБ/км	, рад/км	-В, град
50	83,155	0,673	2,016	18,397
100	76,394	0,939	3,79	13,854
150	74,832	1,285	5,591	12,878
200	73,967	1,588	7,392	12,052
250	72,985	1,749	9,16	10,741
300	72,368	1,907	10,931	9,828
350	71,828	2,023	12,688	8,992
400	71,634	2,24	14,472	8,732
450	71,277	2,378	16,219	8,271
500	71,055	2,519	17,982	7,905

Приведём пример расчёта на частоте 50 кГц:

(Ом)

Расчет переходных затуханий

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

Согласно заданию на курсовое проектирование: k12 = 31 пФ/с.д. Величина g12 задана через процентное отношение , то . Активная составляющая магнитной связи задана через соотношение, где .

Комплексные вектора электромагнитных связей можно определить по следующей формулам:



	(6.17)
	(6.18)
	(6.19)
	(6.20)

связь линия кабельный магистраль

Произведём расчёт векторов комплексной электромагнитной связи на дальнем и ближнем конце. Полученные данные сведём в таблицу 6.5.

Приведем пример расчета на частоте 50 кГц:

(См);

(Гн/с.д.);

(Ом);

;

;

;

;

Таблица 6.6 - Вектора электромагнитной связи

f, кГц	Re(N12)	Im(N12)	-Re(F12)	-Im(F12)
50	4.513	17.039	2.633	5.29
100	7.933	30.634	4.195	7.266
150	11.554	44.836	5.966	9.911
200	15.115	58.908	7.643	12.212
250	18.432	72.332	9.003	13.403
300	21.763	85.822	10.365	14.578
350	25.236	99.427	12.074	17.166
400	28.467	112.921	13.132	17.077
450	31.749	126.253	14.444	18.1
500	35.065	139.719	15.775	19.155

Для определения переходных затуханий воспользуемся в данном курсовом проекте значениями векторов электромагнитных связей, рассчитанных выше. Найдём искомые величины на строительной длине - элементарного участка кабельной линии. Стандартная строительная длинна - 82525м. Примем для расчёта среднее значение 825м (0,825 км). Переходные затухания на одну строительную длину можно определить по следующим зависимостям:

,	(6.21)
,	(6.22)
,	(6.23)

где А0СД - переходное затухание в начале строительной длины;

АLСД - переходное затухание в конце строительной длины;

АЗСД - защищённость;

- километрический коэффициент затухания, ДБ;

S - строительная длина.

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

	(6.24)



	(6.25)
	(6.26)

где n - количество строительных длин на усилительном участке.

Произведём расчёт переходных затуханий на усилительном участке Белогорск - Возжаевка, который содержит 33 строительные длины. Для расчета воспользуемся вышеприведёнными зависимостями. Полученные данные занесём в таблицу 6.6. Приведем пример расчета на частоте 50 кГц:

Определим переходные затухания на одну строительную длину:

,

,

.

На длине усилительного участка:

(дБ),

(дБ),

(дБ).

Таблица 6.7 - Величина рассчитанных переходных затуханий

f, кГц	А0сд дБ	АLсд дБ	АзсддБ	А0 , дБ	АL, дБ	Аз, дБ
50	61.097	71.145	70.59	64.563	73.727	55.405
100	56.015	68.32	67.545	60.926	77.924	52.36
150	52.709	65.816	64.755	58.983	84.554	49.57
200	50.34	64.16	62.849	57.534	90.898	47.664
250	48.561	63.302	61.859	56.174	94.29	46.674
300	47.078	62.543	60.97	55.067	97.703	45.785
350	45.799	61.251	59.582	54.044	99.473	44.397
400	44.698	61.203	59.355	53.385	105.153	44.169
450	43.729	60.689	58.727	52.677	108.283	43.542
500	42.85	60.205	58.126	52.048	111.521	42.941

Построим графики зависимостей переходных затуханий от частоты (рисунки 6.3, 6.4).

Рисунок 6.3 - Частотная зависимость затуханий на строительной длине кабеля



Рисунок 6.4 - Частотная зависимость затуханий на строительной длине

Сравним полученные результаты с нормами: А0=60,8 дБ; АЗ=73,8 дБ; АL=73,8+l.

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

7. ЗАЩИТА КАБЕЛЯ И АППАРАТУРЫ СВЯЗИ ОТ ОПАСНЫХ И МЕШАЮЩИХ ВЛИЯНИЙ

7.1 Защита кабеля от опасных влияний

7.1.1 Редукционные трансформаторы

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, а вторичная - в разрез жил кабеля. 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 ЭДС и компенсирующего тока.

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.

7.1.2 Отсасывающие трансформаторы

Установка отсасывающих трансформаторов является эффективным методом снижения магнитного влияния контактной сети переменного тока на линии связи. Отсасывающие трансформаторы обычно им...