Проект кабельной линии на АТ и С на участке железной дороги Липецк-Сагуны

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Целью выполнения курсового проекта является углубление знаний по курсу “Линии автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте”, в частности, изучение вопросов, связанных с конструкцией кабельных линий, расчетами и мероприятиями по уменьшению влияний высоковольтных линий на цепи связи и т. д.



Введение

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 кабельным 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.

На каждом из участков сети предусматриваются следующие виды связи, в зависимости от рода передаваемой информации и назначения. Различают магистральную телефонную связь, телеграфную и связь передачи данных, телефонную связь совещаний и распорядительную связь (на главных направлениях). Дорожная связь существует, как телефонная и телеграфная связь управления дорого с отделениями, дорожная распорядительная связь, дорожная телефонная связь совещаний с отделениями, сортировочными, участковыми, грузовыми и пассажирскими станциями и местная телефонная связь. Отделенческая связь включает в себя телефонную и телеграфную связь отделения с участковыми сортировочными и некоторыми другими крупными станциями своего отделения, телефонную и телеграфную связь отделения со смежными отделениями дорог и все виды оперативно-технологической связи (поездную диспетчерскую, постанционную, энергодиспетчерскую, линейно-путевую, вагонную диспетчерскую, билетную диспетчерскую и другие).

Многоканальная связь на железных дорогах осуществляется по сетям каналов магистральной, дорожной и отделенческой телефонной и телеграфной связи. В соответствии с этим каналы магистральной, дорожной и отделенческой связи должны проектироваться в комплексе на общих линиях связи. Кроме того, при проектировании линии связи необходимо учитывать физико-географической положение участка, административно-хозяйственную структуру, взаимной влияние цепей линий связь друг на друга, влияний контактных сетей и линий электропередачи на линию связи; предусмотреть меры защиты линии связи и аппаратуры связи от опасных и мешающих влияний.

В данном курсовом проекте разработана линия связи на участке Октябрьской железной дороги, которая в должной мере отвечает приведенным выше требованиям.

Все математические расчеты проведены в системе “Microsoft Excel”



1. Задачи предварительного сбора информации

Прежде чем приступить к проектированию линии связи, необходимо задаться всей необходимой для этого информацией. Начальный и конечный пункты каждого участка оговорены в задании. Географическое положение данных станций, а также промежуточных пунктов определяется по специальной литературе (географические атласы и атлас железных дорог).

При проектировании кабельной линии очень важно учесть все влияющие факторы природного и социального характера. Огромное значение имеют свойства почв, их проводимость, химическая активность, климат местности, где предполагается проложить линию связи. Без знания данных параметров невозможно правильно подобрать тип используемого кабеля и способы защитных мероприятий. Немаловажны и экономические перспективы развития данного региона, расположение крупных промышленных предприятий, автомобильных дорог, рек и прочих средств коммуникации. Точные данные о расположении рек и крупных автострад необходимы для организации пересечений проектируемой лини связи с данными препятствиями. Расположение лесных массивов оказывает существенное влияние на тип почв, их механические свойства. Приведём краткое описание местности, где по заданию планируется проложить проектируемые линии связи.



2. Описание проектируемого участка линии связи

Государственное предприятие Юго-Восточная железная дорога - составная часть российских железных дорог. Общая эксплуатационная длина ее 4272,0 км. (2000 г.). Железная дорога пролегает по территории областей, расположенных в южной и юго-восточной части европейской России - Белгородской, Воронежской, Липецкой, Тамбовской, Курской, Рязанской, Волгоградской, Пензенской, Саратовской, Тульской, Ростовской.

Дорога граничит с рядом железных дорог: Московской (ст. Ряжск, Павелец, Елец, Ефремов, Волово, Касторная- Курская, Курск, Готня), Приволжской (ст. Дуплятка, Благодатка, Абадурово), Куйбышевской (ст.Кривозеровка ),Северо-Кавказской (ст. Чертково) и Южной дороги (ст. Выстрел, Соловей, Нежеголь, Красный Хутор, Казачок, Илег- Пеньковка). Дорога располагает преимущественно двухпутными линиями. В состав дороги входят отделения: Мичуринское, Елецкое, Ртищевское, (с 1985 г.), Лискинское, Белогородское (с1991 г.) и Воронежское (как филиал дороги с 2000 г.).

Основные станции и узлы: Богоявленск, Кочетовка, Елец, Казинка, Мичуринск, Лев Толстой, Тамбов, Грязи, Воронеж, Отрожка, Балашов, Поворино, Россошь, Валуйки, Старый Оскол, Белгород, Готня.

Юго-Восточная железная дорога связывает южные районы России с центрально-промышленным районом, Поволжьем и Уралом. Её недаром называют магистралью металла и хлеба. Она обеспечивает перевозки рудодобывающих предприятий Курской магнитной аномалии, Новолипецкого металлургического и Оскольского электрометаллургического комбинатов, предприятий химической и перерабатывающий промышленности, районы развитого сельского хозяйства.

В состав ЮВжд входят линии, построенные в основном во второй половине в. Первый участок дороги вступил с строй в 1866 году. Строилась дорога по инициативе земств на частный капитал. К началу века её общая протяженность составляла более 3 тысяч верст. Для обслуживания подвижного состава построены были мастерские, а затем паровозные и вагонные депо. В 1893 году было создано акционерное общество Юго- Восточных железных дорог, Воронежско- Ростовскую и Орлово- Грязи- Царицинскую дороги.

Техническая оснащенность дороги была низкой, подвижной состав отличался малой мощностью, низкой грузоподъёмностью; в путь были уложены рельсы разных типов.

1868 году на станции Елец было открыто одно из первых в России технических учебных заведений.

Большим разрушениям подвергалась дорога в годы первой мировой и гражданской войн. Было уничтожено до 70% паровозов, взорвано 78 крупных мостов, разрушено 67 депо и мастерских, сотни километров железнодорожных путей, более жилых и служебных зданий. Общая стоимость ущерба исчислялась в 170 млн. золотых рублей. В 1918 году железная дорога бала национализирована.

2.1 Краткое географическое описание проектируемого участка линии связи

Липецкая область:

Столица субъекта: город Липецк.

Почвы: преобладают чернозёмные.

Рельеф: расположена в центральной части Восточно-Европейской равнины. Большая часть территории занята Среднерусской возвышенностью - волнистой равниной, сильно расчленённой оврагами и балками. Высоты: в западной части - Донское правобережье-220-260 м, в восточной - Донско-Воронежское междуречье 170-230 м. Распространены карстовые воронки, пещеры, исчезающие речки, карстовые ключи.

Климат: умеренно континентальный. Средняя температура январь от -10 до -110С, июля 19-200С.Среднегодовалое количество осадков 450-500 мм (максимум в летний период).

Реки: относится к бассейну Дона. Река Воронеж протекает в непосредственной близости от города Воронеж.

Воронежская область:

Столица субъекта: город Воронеж, крупный промышленный центр.

Почвы: выщелочённые чернозёмы.

Рельеф: Воронежская область находится в центральной части Восточно-Европейской равнины. Западная часть области лежит на Среднерусской возвышенности, сильно расчленённой долинами рек, оврагами и балками (высота 220-260 м), восточная (Донское левобережье)- на плоской Окско-Донской равнине (высота 80-178 м) и Калачской возвышенности (выс. До 234 м) с орезко выраженным эрозионным рельефом.

Климат: умеренно континентальный. Среднегодовое количество осадков 550-560 мм на Северо-Западе и 425-435 мм на Юго-Востоке. Средняя температура января: -10,5 0С, июля 19,6 0С.

Реки: все реки принадлежат бассейну Дона. Важнейшие притоки Дона: справа- Ведуга, Девица, Потудань, Тихая сосна и Чёрная Калитва; слева - Воронеж, Битюг, Осередь. На реке Воронеж сооруженно Воронежское водохранилище.

Планируются пересечения - с крупной рекой: Дон и Воронеж.



3. Техническое описание условий работы проектируемой кабельной линии

кабельный линия высокочастотный цепь

Линию связи планируется полностью расположить в полосе отвода железной дороги, т.е. в зоне непосредственного действия контактной сети. На участке Воронеж-Сагуны применяется электрическая тяга на переменном токе. Участок Воронеж- Липецк электрифицирован на постоянном токе. Инфраструктура развита в основном возле крупных населённых пунктов. Параллельно проектируемой линии связи крупные ЛЭП не располагаются. Пересечения с автострадами общегосударственного назначения планируются только в пределах крупных станций.

Количество необходимых каналов связи (магистральной и дорожной) оговорено в задании на проектирование.



4. Выбор типов кабеля, систем передачи, размещение цепей по кабелю

4.1 Определение требуемого числа систем передачи

Согласно заданию на курсовое проектирование, нам необходимо обеспечить 315 каналов магистральной связи, 260 каналов дорожной связи и все виды оперативно технологической связи (ОТС). При определении требуемого числа систем передачи необходимо руководствоваться следующими принципами:

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

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

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

Используем следующую зависимость:

,	(1)

где N - требуемое число систем передачи (в одном направлении),

Nk- число каналов, которое необходимо обеспечить,

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



В данном случае:

.

Для организации магистральной связи достаточно трёх систем ИКМ-120, для работы в одном направлении. Определим число резервных каналов связи:

,	(2)

где R - резерв.

.

Принятое техническое решение по количеству резервных каналов в нормы укладывается.

Определим необходимое число систем передачи данных для обеспечения работы дорожной связи. Используем выше приведённый метод расчёта (см. формулу 1).

.

Необходимо использовать три системы ИКМ-120, однако, в данном случае резерв не значительно превысит норму, что допустимо.



Определим резерв по каналам:

.

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

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

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

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

Вагонная диспетчерская (ВГС) - предназначена для служебных переговоров работников отделения со станциями по вопросам состояния вагонного парка.

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

Перегонная (ПГС) - предназначена для переговоров линейных работников, находящихся на перегоне, со станцией.

Связь электромехаников (СЭМ) - обеспечивает оперативное руководство линейными работниками в дистанции сигнализации и связи.

Линейно-путевая (ЛПС) - осуществляет оперативное руководство линейными работниками на дистанции пути.

Связи ПДС, ЭДС, ПС, ДБК, ВГС, ЛПС, СЭМ организуются по четырехпроводной цепи с использованием системы передачи К - 24Т.

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.

Связи ПДС, ЭДС, ПС, ДБК, ВГС, ЛПС, СЭМ организуются по четырехпроводной цепи с использованием системы передачи К - 24Т.

4.2 Выбор системы передачи и типа магистрального кабеля

Кабельная магистраль может быть организована по одно-, двух- или трёхкабельной системе. При однокабельной системе все виды связи и цепи СЦБ организуются по одному кабелю. Однокабельная система наиболее дешёвая, однако, обладает ограниченной дальностью передачи (до 1500 км) и допускает относительно небольшое развитие числа телефонных каналов. Поэтому эта система рекомендуется для организации дорожной и отделенческой связи лишь на второстепенных участках железных дорог, не имеющих перспектив развития.

При двухкабельной системе для организации всех видов связи и СЦБ прокладывается два кабеля, при этом для цепей дальней связи (магистральной и дорожной) используется цифровая система передачи, например ИКМ-120, со скоростью передачи информации 8448 кбит/с. Данная система требует две кабельные пары. Пары располагаются в разных кабелях в целях обеспечения защищённости от переходных токов. 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 определённые трудности при монтаже и эксплуатации кабельной магистрали, снижает устойчивость и качество дальней связи, что является недостатком двухкабельной магистрали.

В ответственных случаях применяют трёхкабельную систему. В этом случае прокладывается три кабеля, из которых первый используется для организации ОТС и цепей СЦБ, а второй и третий для цепей дальней связи. Такая система соответствует требованиям для всех участков железных дорог, включая скоростные, однако, требует больших капитальных вложений и эксплуатационных расходов.

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

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

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

4.3 Размещение цепей по четверкам кабеля

Прокладка кабельной линии связи невозможна без точных данных об использовании различных физических цепей кабеля. Приведём таблицу распределения. Учтём данные расчётов пункта 4.1. Для организации магистральной и дорожной связи используются шесть системы ИКМ-120 на каждое направление передачи. Цепи прямой и обратной связи расположены в различных кабелях. Распределение физических цепей кабеля сведены в таблицу 4.1.



Таблица 4.1 - Распределение физических цепей кабеля

Номера четверок	Тип четверок	Номера пар	Цепи связи и СЦБ
			Кабель 1	Кабель 2
I	ВЧ	1	ИКМ - 120 I	ИКМ - 120 I
		2	ИКМ - 120 II	ИКМ - 120 II
II	ВЧ	1	ИКМ - 120 III	ИКМ - 120 III
		2	ИКМ - 120 IV	ИКМ - 120 IV
III	ВЧ	1	ПГС	ПРС
		2	ПГС	ПРС
IV	ВЧ	1	ИКМ - 120 V	ИКМ - 120 V
		2	ИКМ - 120 VI	ИКМ - 120 VI
V	ВЧ	1	МС	ТУ
		2	ДК	ТС
VI	ВЧ	1	К-24Т	К-24Т
		2	Резерв	Резерв
VII	НЧ	1	Резерв	Резерв
		2	Резерв	СЦБ - ДК
Сигнальные пары	1	СЦБ	Резерв
	2	СЦБ	Резерв
	3	СЦБ	Резерв
	4	СЦБ	Резерв
	5	СЦБ	Резерв
			контрольная	Жила



5. Монтаж кабельной магистрали

5.1 Техническая документация на прокладку кабеля (описание используемой кабельной арматуры).

Кабели вторичной коммутации; служат для соединения устройств автоматики, телемеханики и связи (АТ и С) на перегонах и станциях с магистралью.

Для цепей вторичной коммутации используем кабель типа ТЗАБП. Это - кабель с кордельно-бумажной изоляцией в алюминиевой оболочке с полиэтиленовым шлангом поверх брони. Приведём паспортные данные кабеля ТЗАБП, сведя их в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 - Характеристики кабеля вторичной коммутации

Характеристика	ТЗАБП
Сопротивление электрическое постоянному току, Ом/км, жилы диаметром мм, не менее: 1.2	15.9
Сопротивление изоляции МОмм, не менее: каждой жилы относительно всех других, соединённых с оболочкой……..	10000
полиэтиленового шланга, наложенного на алюминиевую оболочку……...	10
Испытательное напряжение изоляции, кВ, частотой 50 Гц в течение 2 мин. между: Всеми жилами, соединёнными в пучок, и заземлённой металлической оболочкой	1.8
Каждой жилой и остальными, соединёнными в пучок жилами диаметром, мм: 1.2	1,0
Ёмкость электрическая рабочая, нФ/км, на частоте 800 Гц:	33-39
Ёмкостная асимметрия, мФ, на частоте 800 Гц	1100
Коэффициент затухания на частоте 150 кГц цепей кабелей 441.2 и 741.2, дБ/км, не более	2.78
Волновое сопротивление, Ом, на частоте 150 кГц	130-150

Чертежи конструкции используемых кабелей приведены на рисунках в альбоме чертежей.

Кабели поступают с завода изготовителя в виде, так называемых, строительных длин (один барабан). Нормативная строительная длина кабеля составляет 82525 м.

Для состыковки строительных длин используются специальные соединительные муфты. Прямые (соединительные) и симметрирующие муфты обозначаются МС - муфта свинцовая (прямая). Размеры муфты зависят от типа сращиваемого кабеля. В данном случае для монтажа магистрального кабеля используем прямые муфты типа МСП-7. Предназначены для стыка двух секций ВЧ кабеля симметричной конструкции.

Разветвительные муфты представляют собой стык, в котором четверки и пары одного кабеля распределяются между двумя и более ответвляющимися кабелями разной емкости. Обозначаются МСТ - муфта свинцовая, тройниковая.

Проектируемую кабельную магистраль планируется содержать под давлением (смотри пункт *). Эти муфты. Для предотвращения утечки газа через распределительные кабели ЛАЗов, кабели ответвлений и боксы, на вводах кабелей в оконечных и промежуточных усилительных пунктах и в местах ответвлений от магистрального кабеля устанавливают специальные газонепроницаемые муфты. Обозначаются ГМС. Для кабеля с 7 четверками используют муфту типа ГМС-7.

Оконечные муфты применяются при монтаже кабелей вторичной коммутации, а в некоторых случаях и для оконечной заделки кабельных ответвлений. Обозначение: МСО. По современным нормам эксплуатации, кабели ответвлений должны заканчиваться боксами. Выпускаются боксы следующих типов: БМ1-1, БМ1-2, БМ2-2, БМ2-3. Боксы монтируются на вводно-кабельных стойках ЛАЗов, в помещении усилительных пунктов, на стойках типа КАСС, в помещении дежурного по станции.



5.2 Выбор трассы прокладки кабеля

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.

Высоковольтно-сигнальная линия автоблокировки и трасса кабельной линии располагаются по разным сторонам железной дороги. НУП желательно размещать на промежуточных станциях. Допускается установка на перегонах, но при условии, что нет другой возможности размещения. С целью удобств эксплуатации и снижения затрат на строительство НУП и НРП стремятся размещать 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.

5.3 Правила размещения усилительной аппаратуры

При прохождении сигнала по кабелю связи, его мощность падает (затухание сигнала). Для того чтобы обеспечить передачу сигнала на дальние расстояния, необходима установка усилительного оборудования. Кроме того, в данном проекте планируется использовать аппаратуру 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, восстанавливая исходные амплитудные и временные соотношения. Расстояние между пунктами регенерации для системы ИКМ-120 составляет 5 8 км.

Расстояние между усилительными пунктами цепей тональной (низкой) частоты составляет 25 км. Для высокочастотных цепей данное расстояние меньше 15 км, так как затухание сигнала возрастает с ростом частоты под действием поверхностного эффекта (для системы К-24Т).

Приведём таблицу размещения усилительного и регенерационного оборудования по трассе (таблица 5.2).

Таблица 5.2 - Размещение усилительных участков

Наименование станции	Км	Усилительные пункты	К24Т	ИКМ120
Липецк	144	ОУП	+	+
Чугун 1	137	НРП,НУП ВЧ,НУП НЧ	+	+
Чугун 2	130	НРП(131)		+
Казинка	126	НРП		+
О.п.297 км	119	НРП,НУП ВЧ	+	+
Грязи-Орл.	112	НРП(114)		+
П.П.474 км	109	НРП,НУП НЧ	+	+
Прибытково	101	НРП,НУП ВЧ(100)	+	+
Дрязги	86	НРП, НРП(93)		+
О.п. Ведринцево	79	НРП(80) , НУП ВЧ,НУП НЧ	+	+
О.п. Московка	75	НРП, НУП ВЧ	+	+
О.п. 517 км	68	НРП		+
Усмань	63	НРП		+
О.п. Подстанция	60	НРП(58),НУП ВЧ, НУП НЧ	+	+
О.п. Беляево	52	НРП(51)		+
Графская	41	НРП,НУП ВЧ(40)	+	+
О.п. Орлово	30	НУП НЧ, НРП(32)	+	+
Тресвятская	27	НРП		+
О.п. Шуберское	20	НПР, НУП ВЧ	+	+
Сомово	14	НРП		+
Осторожка	8	НРП		+
Воронеж	0	ОУП	+	+
Осторожка	8	НРП		+
О.п. 586 км	16	НРП,НУП ВЧ	+	+
Придача	18	НРП(20)		+
О.п. Машмет	23	НРП(25)		+
Масловка	27	НУП НЧ	+	+
О.п. 604 км	33	НРП,НУП ВЧ	+	+
О.п.Боево	38	НРП		+
О.п.613 км	41	НРП(43)		+
О.п. 618 км	46
Колодезная	51	НРП,НУП ВЧ	+	+
О.п.631 км	58	НРП,НУП НЧ	+	+
О.п. Аношкино	62
О.п. 640 км	67	НРП(66), НУП ВЧ	+	+
Давыдовка	74	НРП		+
О.п. 654 км	81	НРП		+
Бодеево	86	НРП,НУП ВЧ,НУП НЧ	+	+
Блочный завод	90	НРП(89)		+
Лиски	95	НРП		+
О.п. Мелогорье	103	НРП, НУП ВЧ	+	+
Пухово	113	НРП(112),НУП НЧ	+	+
О.п. 692 км	125	НРП(120),НРП		+
О.п.707 км	134	НРП(133),НУП ВЧ(133)	+	+
Евдаково	140	НРП,НУП НЧ	+	+
О.п. Сончино	150	НРП(148),НУП ВЧ	+	+
Сагуны	162	НРП(156),НРП,НУПВЧ(164)	+	+

5.4 План трассы и монтажная схема линии связи

При монтаже кабельной магистрали основным документом является монтажная схема кабеля. На данной схеме должны быть указаны:

выбранное количество магистральных кабелей;

места установки всех типов муфт;

места установки усилительной и регенерационной аппаратуры;

трассы кабелей вторичной коммутации.

План трассы кабеля с указанием мест установки усилительного оборудования приведен на рисунке в альбоме чертежей.

В качестве примера детальной монтажной схемы приведём один из её участков, протяженностью в один перегон (так называемую «скелетную схему»). Для того чтобы наиболее наглядно отобразить все специфические особенности монтажной схемы выберем самый длинный перегон . Смотри рисунок в альбоме.



6. Расчет опасного влияния контактной сети переменного тока на кабельную линию связи

6.1 Основные теоретические положения

Контактная сеть переменного тока является сильным источником магнитного влияния. Электрическим влиянием в данном случае можно пренебречь. Длина сближения контактной сети и кабельной линии достигает нескольких десятков километров, что значительно увеличивает магнитную связь, и, следовательно, величину наведённой ЭДС. Максимально допустимое значение последней равняется так называемому испытательному напряжению кабеля, которое для используемых в данном проекте магистральных кабелей составляет 1800 В. Естественно, реальное значение наведённой ЭДС должно быть значительно меньше. Примем в качестве ориентировочного допустимого значения 1200 В.

По задания на участке Воронеж-Липецк проектируемая линия связи подвержена влиянию ЛЭП-220 В с заземленной нейтралью. Исходные данные:

I0=7 А, Iкзн=4.3 кА, Iкзк =3.8 кА.

ЛЭП высокого напряжения 220кВ предназначена для питания тяговыхподстанций железнодорожного транспорта. ЛЭП находится за пределами полосы отвода и подходит к тяговой подстанции под некоторым углом . В результате этого возникает непараллельное (косое) сближение. Косое сближение характеризуется тем, что ширина сближения меняется.

Составим расчетную схему сближения. В качестве участка выберем самый протяженный усилительный участок (Воронеж-О.п. Орлово).

Расчетная схема сближения изображена на рисунке 6..



Рисунок 6.1 - Расчетная схема сближения

В данном случае разбивается усилительный участок длиной 30 км на 15 участков (длина каждого из них -2 км). Пусть под углом =50 проходит ЛЭП.

Наведенная ЭДС на всем усилительном участке:

,	(3)
,	(4)

где EОБЩ-наведенная ЭДС на всем участке, В;

Еi-наведенная ЭДС на каждом участке, В;

Iкзн-ток короткого замыкания в начале цепи по заданию 4300 А;

;

f=50 Гц;

Sp-коэффицент экранирования рельсов, принимаемый равным 0,5;

Sk-коэффицент защитного действия оболочки кабеля на частоте 50 Гц, составляющий 0,06;

Мi-взаимная индуктимвность Гн/км. Определяется по формуле:



,	(5)

аэкв-эквивалетная ширина сближения на каждом участке:

,	(6)

аi-ширина сближения i-того участка, м. Рассчитывается по формуле:

,	(7)

а1-ширина сближения первого участка, 10 м;

li-длина участка, на котором рассчитывается наведенная ЭДС, м; рассчитывается:

,	(8)

l-длина каждого участка, 2000 м.

Пример расчета для длинны участка равной 2000 м.

м,
м,
,Г/м
В.



Результаты расчета сведены в таблицу 6.1.

Таблица 6.1 - Результаты расчета ЛЭП на линию связи

Длина участка, li,м	Ширина сближения, аi, м	Взаимная индуктиность, MI, Г/м	Эквивалентная ширина сближения аiэкв, м	Наведенная ЭДС, Ei,В
0	10	---	---	---
2000	362,654	60,22076	0,000213359	17,29339
4000	715,3079	509,3223	9,90148.10-6	0,802546
6000	1067,962	874,0261	3,473.10-6	0,281527
8000	1420,616	1231,732	1,76399.10-6	0,142977
10000	1773,27	1587,178	1,06609.10-6	0,08641
12000	2125,924	1941,607	7,13659.10-7	0,057844
14000	2478,578	2295,488	5,11097.10-7	0,041426
16000	2831,232	2649,043	3,84018.10-7	0,031126
18000	3183,886	3002,385	2,99076.10-7	0,024241
20000	3536,54	3355,583	2,39501.10-7	0,019412
22000	3889,194	3708,677	1,9611.10-7	0,015895
24000	4241,848	4061,695	1,63529.10-7	0,013255
26000	4594,501	4414,655	1,38443.10-7	0,011221
28000	4947,155	4767,569	1,18717.10-7	0,009622
30000	5299,809	5120,447	1,02926.10-7	0,008342

Суммарная наведенная ЭДС на всех участках составляет 18,83924 В, что не превышает норму 160 В. Следовательно, установка специальных устройств защиты, таких как редукционный трансформатор не требуется.



7. Расчет мешающих влияний на кабельные цепи связи

Расчет мешающих влияний на кабельные цепи связи производится при нормальном режиме работы тяговой сети переменного тока.

Наиболее простым методом расчета мешающего напряжения является приближенный метод по одной (определяющей) гармонической составляющей переменного тягового тока, которая наводит в телефонных цепях тональной частоты наибольшие напряжение шума. Частота определяющей гармоники 1000 Гц и ее влияющий ток Ik=10 А, по заданию.

При наличии в цепи избирательной связи промежуточных усилителей напряжение шума в этой цепи рассчитывается отдельно для каждого усилительного участка, а результирующее напряжение шума Uшр в начале цепи определяется их квадратичным суммированием. Полагая, что усилительные участки цепей тональной частоты имеют примерно одинаковую длину, величину Uшр можно определить в мВ по следующей формуле:

	(8)

где Uш- напряжение шума, наводимое в цепи избирательной связи на од ном усилительном участке, мВ;

n-число усилительных участков цепи избирательной связи, равно 5.

Напряжение шума, наводимое в двухпроводной телефонной цепи на отдельном усилительном участке, если длина усилительного участка не превышает длины плеча питания тяговой сети (расстояние между соседними тяговыми подстанциями), определяется в мВ следующем соотношением:

,	(9)



где wk-круговая частота определяющей к-ой гармоники тягового тока, рад/с;

Мк - взаимная индуктивность между контактным проводом и жилой кабеля на частоте к-ой гармоники, Г/км, определяется по формуле (5), см. выше;

Рк - коэффициент акустического воздействия к-ой гармоники, равный 1,11;

к - коэффициент чувствительности телефонной цепи к помехам, равный 0,855.10-3;

Sобк - коэффициент экранирущего действия оболочки кабеля для к-ой гармоники тягового тока, составляющий 0,02;

Sp - коэффицент экранирования рельсов, принимаемый равным 0,5;

Lp - расчетная длина частоты с тяговой сетью, км (соответствует расстоянию от начала цепи до ближайшего промежуточного усилителя тональной частоты), равный 28 км.

Пример расчета на ширине сближения 10 м.

Г/м,
мВ,
мВ.

Таблица 7.1 - Расчет мешающих влияний на кабельные цепи связи

Ширина сближения, а м	Взаимная индуктиность, MI, Г/м	Напряжение шума, Uш , мВ	Результирующее напряжение шума, Uшр, мВ
10	8,805.10-4	7,351	18,005
15	7,994.10-4	6,674	16,348
20	7,419.10-4	6,194	15,172
30	6,609.10-4	5,517	13,515
40	6,035.10-4	5,038	12,34
50	5,59.10-4	4,66	11,43

Проанализируем полученный результат. На ширине сближения 10м величина суммарного напряжения значительно превышает допустимое значение. (1 мВ), следовательно, необходимо применять меры по уменьшению мешающего влияния, нужно рассчитывать редукционный трансформатор.



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

8.1 Выбор способа защиты

Самый простой способ - относ кабельной линии связи от железнодорожного полотна в данном случае не применим по причине значительного усложнения прокладки кабельной линии и её технического обслуживания. Прокладка в земле параллельно кабелю металлического троса, как правило, экономически невыгодна. Используем в данном проекте установку так называемых редукционных трансформаторов.

8.2 Редукционные трансформаторы

У некоторых кабелей, например семичетвёрочных типов МКПАБш и МКПАКш и др., коэффициент защитного действия металлических покровов имеет большую величину, что во многих случаях не позволяет снизить индуцируемые в жилах кабеля напряжения и токи в требуемое количество раз. Увеличение реального экранирующего действия металлических покровов таких кабелей для цепи «жила-земля» может быть достигнуто путём искусственного увеличения сопротивления связи между цепями «металлические покровы - земля» и «жила-земля». Осуществить это можно путём включения в разрез кабеля на длине сближения в одном или нескольких пунктах редукционных трансформаторов (РТ). Первичная обмотка РТ состоит из 30-60 витков медного изолированного провода, сечение которого не должно быть меньше сечения металлических покровов защищаемого кабеля. Вторичная обмотка трансформатора, имеющая такое же количество витков, что и первичная, выполняется таким же кабелем, как и защищаемый, но без металлических покровов. Обе обмотки РТ навиваются на замкнутый магнитопровод из трансформаторной стали. Редукционный трансформатор даёт наибольший защитный эффект при включении его в кабель, у которого металлические покровы изолированы от земли. Схема включения приведена в альбоме чертежей.

8.3 Определение числа редукционных трансформаторов

Каждый редукционный трансформатор увеличивает коэффициент защитного действия примерно в три раза. Установка более трёх РТ не рациональна, так как они сужают полосу пропускания линии связи и, следовательно, число каналов.

Определим требуемый коэффициент защитного действия:

,	(10)

где ЕДОП - величина допустимой наведённой ЭДС для данного типа связи;

.

Сопротивление металопокровов на частоте 50Гц для данного кабеля

R(50)= 0,19 Ом/Км.

Определим максимальный ток в металопокровах:

,	(11)



где L - длинна участка;

Rэ1, Rэ2 - сопротивления заземления. Среднее значение 4 Ом

Определим индуктивность оболочки кабеля:

,	(12)

где SОБ - идеальный коэффициент защитного действия, который находится по формуле:

,	(13)

.

Так как система связи двухкабельная, то необходимо определить взаимную индуктивность между металлическими покровами разных кабелей:

,	(14)

где 0 - магнитная проницаемость вакуума 0 = 410-7Гн/м;

- проводимость почвы;

a - расстояние между кабелями, 0,1 м.



Количество редукционных трансформатором можно определить по следующей зависимости.

,	(15)

где LОБТР - индуктивность первичной обмотки трансформатора, справочная величина.

Току IОБМАКМ = 0,07508 мА соответствует LОБТР =0,5.

Для того чтобы снизить уровень мешающего влияния до приемлемых значений, достаточно одной точки размещения редукционных трансформаторов на участке. Так как используемый кабель - семичетвёрочный, а промышленностью выпускаются редукционные трансформаторы с максимальным количеством четвёрок равным четырём, используем два редукционных трансформатора, работающих параллельно. Трансформаторы будем размещать в середине усилительного участка. Схема включения приведена на рисунке в альбоме чертежей.



9. Расчет взаимного влияния

9.1 Определение собственных параметров кабеля

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

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 МКПАБП.

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 9.1.



Таблица 9.1 - Специальные вспомогательные функции

Диапазон частот f, кГц	Круговая частота w, рад/с	Коэффициент укрутки	F()	G()	H()	Q()
50	314159,2654	2,465264945	0,173	0,29	0,26	0,9
100	628318,5307	3,48641112	0,49	0,497	0,41	0,763
150	942477,7961	4,269964139	0,723	0,623	0,5	0,652
200	1256637,061	4,93052989	1,042	0,755	0,53	0,556
250	1570796,327	5,5125	1,149	0,832	0,54	0,488
300	1884955,592	6,038641196	1,258	0,912	0,56	0,479
350	2199114,858	6,522477961	1,514	1,013	0,58	0,419
400	2513274,123	6,972822241	1,736	1,1047	0,59	0,402
450	2827433,388	7,395794836	1,8416	1,1717	0,6	0,379
500	3141592,654	7,795852263	2,019	1,25	0,61	0,359
550	3455751,919	8,176358832	2,152	1,3167	0,62	0,339

Для расчёта первичных параметров можно воспользоваться следующими зависимостями:

, Ом/км	(16)

где R0 - удельное сопротивление постоянному току [Ом/км], определяемое площадью поперечного сечения жилы кабеля и материалом, из которого она была изготовлена. Для кабеля МКПАБП данная величина составляет 40,513 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 (2,6мм).

Данная величина является функцией частоты и зависит от материала оболочки кабеля.



Удельная индуктивность определяется по следующей зависимости:

, Гн/км	(17)

где - коэффициент укрутки. Для кабеля МКПАБ = 1,01.

Ёмкость кабельной линии определяется по следующеё зависимости:

, Ф/км	(18)

где - коэффициент увеличения ёмкости за счёт эффекта близости. Для используемого кабеля = 0,5981 ( [ виногорадов] страница 37);

р - диэлектрическая проницаемость изоляции. В данном случае р= 2 ([ виногорадов] страница 38);

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

, Гн/км	(19)

где tgp - результирующий тангенс угла потерь изоляции.

Данная величина является функцией частоты. Её значения протабулированы для различных типов изоляции и сведены в специальные таблицы. Воспользуемся справочными данными из [ винигра] страница *.

Произведём расчёт первичных параметров для кабеля МКПАБП в спектре частот, используемом аппаратурой связи применённой в данном проекте. Полученные данные занесём в таблицу 6.



Таблица 9.2 - Частотная зависимость первичных параметров кабельной линии

Диапазон частот, f, кГц	Сопротивление кабельной цепи, R, Ом/км	Индуктивность кабельной цепи, L, Гн/км	Емкость кабельной цепи, С, нФ/км	Проводимость кабельной цепи, G, мкСм/км
50	60,40072507	0,000646125	60,9294 .10-9	5,74246 .10-6
100	81,8705155	0,000632288	60,9294 .10-9	2,29699.10-6
150	96,81053767	0,000621077	60,9294 .10-9	3,83022.10-6
200	115,530898	0,000611381	60,9294 .10-9	5,61996.10-6
250	123,085372	0,000604513	60,9294 .10-9	7,65662.10-6
300	130,891998	0,000603604	60,9294 .10-9	103,364.10-6
350	145,7447815	0,000597544	60,9294 .10-9	133,991.10-6
400	158,8132271	0,000595827	60,9294 .10-9	168,446.10-6
450	165,9461012	0,000593504	60,9294 .10-9	206,729.10-6
500	176,5651375	0,000591484	60,9294 .10-9	248,84.10-6
550	184,865155	0,000589464	60,9294 .10-9	294,78.10-6

Рисунок 9.1 - Зависимость сопротивления от частоты



Рисунок 9.2 - Зависимость индуктивности от частоты

Рисунок 9.3 - Зависимость емкости от частоты



Рисунок 9.4 - Зависимость проводимости от частоты

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

Ом/км

Гн/км

нФ/км

мкСм/км

9.2 Волновые параметры канала связи

Ос...