1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту

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

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 дополнительных главных путей, когда конструкция воздушной линии экономически нецелесообразна; на вновь строящихся железных дорогах магистрального значения; в районах, подверженных сильным гололёдам; также в районах, намеченных к электрификации по системе переменного тока на ближайшие годы.

В данном курсовом проекте разработана оптоволоконная линия связи на участках Забайкальской и Дальневосточной железных дорог, которая в должной мере отвечает приведенным выше требованиям; определены влияния высоковольтных линий на цепи проводной связи.

Все математические расчеты проведены в системе “Mathcad 2001 Professional”.

1. Описание проектируемого участка линии связи

1.1 Физико-географические данные

Для местности в которой расположены проектируемые участки характерно:

- среднегодовое количество осадков: от 250-300 мм до 700-900 мм;

- средняя температура: января ниже - 20°С (до -35 °С), июля от плюс от 10, до 20 °С;

- Преобладают таёжные леса из лиственницы даурской;

- почвы - специфичные для запада- горные мерзлотно-таёжные ожелезнённые, на востоке - с признаками оподзоливания.

1.2 Административно-хозяйственная структура

Нижнеудинск, Город областного подчинения, центр Нижнеудинского р-на Иркутской обл. Расположен на обоих берегах р. Уда (басе. Енисея). Ж.-д. станция на Транссибирской магистрали, в 508 км к С.-З. от Иркутска. 39,7 тыс. жит. (1970). Ф-ка по обработке слюды, пивоваренный, железобетонных изделий и кирпичный з-ды, маслозавод, кондитерская и мебельная ф-ки, мясокомбинат, предприятия ж.-д. транспорта и лесной пром-сти. Мед. училище. H. осн. в 1648, город с 1783.

ТАЙШЕТ, город обл. подчинения, центр Тайшетского р-на Иркутской обл. РСФСР. Ж.-д. узел (линии на Иркутск, Новосибирск, Абакан, Лену). 35 тыс. жит. (1974). Авторем., шпалопропиточный и гидролизный з-ды, слюдяная ф-ка, предприятия лесной и пищ. пром-сти. Мед. уч-ще.

1.3 Сведения о сближении с железными дорогами и высоковольтными линиями

Линия связи проходит вдоль Забайкальской железной дороги. На участке Тайшет - Саянская она подвержена влиянию ЛЭП с изолированной нейтралью ( U=500 кВ, I₀=3 А ). Линия связи на участке Решеты - Нижнеудинск подвержена влиянию контактной сети электротяги переменного тока ( U=24,5 кВ, I_рез.=410 А, m=3 ).

1.4 Дополнительные сведения об участках

Первый участок линии связи Тайшет - Саянская имеет общую протяженность 250 км. На участке имеется 26 станций. Данные о станциях приведены в таблице 1.1.

Второй участок линии связи Решеты - Нижнеудинск имеет общую протяженность 205 км. На участке имеется 20 станций. Данные о станциях приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.1 - Данные о станциях и усилительных пунктах на участке Тайшет - Саянская

Расстояние от станции Саянская	Наименование станции	Оборудование	ТП
0	Саянская	SMS-150, ССПС, ОГМ-30	ТП
16	Раз. Унерчик
26	Оп. Елисеевка
30	Оп. Козыла
43	Оп. Первое Мая
47	Ирбейская	SMS-150, ССПС, ОГМ-30	ТП
51	Оп. село Ирбейская
55	Оп. село Юдино
61	Раз. Корестелево
72	Оп. поселок Петропавловка
81	Раз. Агул
95	Оп. Береж	ОГМ-30	ТП
109	Раз. Абокумовка
116	Оп. 901 км
129	Ельник	SMS-150, ССПС, ОГМ-30	ТП
134	Оп. Тулиха
143	Раз. Харузовка
159	Раз. Кварцит
172	Раз. Тарбинский
187	Саранчет	SMS-150, ССПС, ОГМ-30	ТП
192	Оп. Кордон
204	Раз. Туманшет
211	Оп. Зыряновка
221	Раз. Запань
238	Тагул	ОГМ-30
250	Тайшет	SMS-150, ССПС, ОГМ-30	ТП

Таблица 1.2 - Данные о станциях и усилительных пунктах на участке Решеты - Нижнеудинск

Расстояние от станции Решеты	Наименование станции	Оборудование	ТП
0	Решеты	SMS-150, ССПС, ОГМ-30	ТП
8	Ключи	ОГМ-30
20	Оп. Урало - Ключи
31	Юрты	ОГМ-30
42	Тайшет	SMS-150, ССПС, ОГМ-30
51	Оп. Лаврентьево
64	Байроновка	ОГМ-30	ТП
73	Оп. Шелехово
82	Разгон	ОГМ-30
91	Облепиха	ОГМ-30
111	Алзамай	SMS-150, ССПС, ОГМ-30	ТП
123	Алгашет	ОГМ-30
135	Замзор
151	Оп. Болотный
156	Камышет	ОГМ-30	ТП
170	Оп. Хохлушка
176	Ук	ОГМ-30
188	Оп. Мара
195	Курят	ОГМ-30
205	Нижнеудинск	SMS-150, ССПС, ОГМ-30	ТП

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

2.1 Выбор кабельной системы, размещение цепей по четверкам

Выбор емкости кабеля зависит:

от заданного количества каналов магистральной, дорожной и оперативно-технологической (ОТС) связи;

от вида системы уплотнения;

от типа кабельной магистрали.

Необходимо обеспечить 270 каналов магистральной, 130 каналов дорожной и ОТС.

Для обеспечения магистральной, дорожной, диспечерской поездной, энергодиспечерской, постационной, билетной диспечерской, вагонно-распорядительной связей и служебной связи электромехаников будем использовать волоконно - оптический кабель. Для межстанционной, линейно - путевой, перегонной связей, цепи СЦБ и поездной радиосвязи будем использовать симметричный кабель. Составим таблицу распределения цепей по четверкам (таблица 2.1).

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.

Для этого воспользуемся системами мультиплексирования типа SMS - 150V для магистральной и дорожной связи; на ОТС - система ОГМ - 30.

Таблица 2.1 - Распределение цепей

Вид цепи связи и СЦБ
Кабель 1(волокно)	Кабель 2(симметр.)
Магистральная	Номер четверки	Пара
Дорожная	1	1	МЖС
ПДС		2
ЭДС	2	1	ПГС
ПС		2
ДБК	3	1	СЦБ
СЭМ		2	СЦБ
ВГС	4	1	СЦБ
		2	СЦБ
	5	1	ЛПС
		2
	6	1	ПРС
		2
	7 и сигнальные пары		резерв

Так как количество каналов равно 400, мы будем примеянть цифровую систему передачи (ЦСП). ЦСП могут быть использованы для организации каналов магистральной и дорожной связи. В качестве ЦСП возьмем систему мультиплексирования SMS-150V. Для организации ОТС будем использовать аппаратуру OGM-30.

Преимущество этой системы передачи заключается в том, что оптоволоконный кабель не подвержен внешним электромагнитным влияниям, и в нем не возникают переходные влияния. Все искажения сигнала определяются типом и конструкцией кабеля.

На основании изложенного выбираем оптоволоконную трехкабельную линию связи. Кабель (К1) марки МКПАБ 7х4х1,05+5х2х0,9+1х0,7, кабели (К2) - ОКБ-М8П-10-0,3-8.

2.2 Характеристики цифровой аппаратуры

2.2.1 Основные особенности мультиплексора SMS-150V

SMS-150V является мультиплексором Синхронной Цифровой Иерархии (SDH) второго поколения, разработанным в качестве составной части серии SDH изделий, выпускаемых NEC. В нем используются функции мультиплексора ввода-вывода (ADM) STM-1, что позволяет обеспечить большую универсальность в сетевых приложениях. Конкретные функции SMS-150V определяются выбором вставляемых блоков и их конфигурацией.

В дополнение ко всем SDH сигналам, вплоть до уровня STM-1, SMS-150V также мультиплексирует плезиохронные составляющие сигналы 2M и 34M в синхронный линейный сигнал STM-1.

В SMS-150V используется много новшеств, отражающих последние технологические достижения и разработки в области международных стандартов SDH и сетевых приложений. Оборудование характеризуется следующими характерными особенностями:

Гибкая архитектура изделия допускает взаимозаменяемость блоков составляющих сигналов (т. е. для блоков 2M и 34M могут использоваться одни и те же слоты полок)

Добавлена поддержка новых сетевых архитектур, включая линейный режим (местный кроссконнект)

Поддержка функции TSI на уровнях VC-12, VC-3

Поддержка максимального соотношения каналов ввода-вывода до 100%

Совместимость с новыми версиями SDH стандартов ITU-T (ранее CCIТT) и ETSI

Работа при смешанных составляющих сигналах

Поддержка устройств по эксплуатации, управлению, техобслуживанию и загрузке исходных данных (OAM&P)

Поддержка интерфейса управления F, Q

2.2.2 Режимы работы мультиплексора SMS-150V

SMS-150V может мультиплексировать составляющие сигналы 2М (2048 Кбит/с) и 34M (34368 Кбит/с) в синхронный магистральный сигнал STM-1 (155520 Кбит/с). Кроме мультиплексирования может производиться кроссконнект сигналов на уровнях VC-12 и VC-3.

SMS-150V поддерживает следующие режимы работы, которые иллюстрируются на Рисунке 2-1.

Линейный режим STM-1:

Оконечный режим:

Оконечный мультиплексор обеспечивает мультиплексирование и кроссконнект составляющих сигналов для формирования синхронного магистрального сигнала.

Режим ввода-вывода:

Мультиплексор ввода-вывода позволяет вводить составляющие сигналы в магистральный сигнал или выводить их оттуда.

Режим SNC-P STM-1 (Подсеть с резервированием пути)

SMS-150V поддерживает следующие самовосстанавливающиеся кольцевые архитектуры.

SNC-P:

В 2-волоконном однонаправленном пути переключаемого кольца трафик составляющего сигнала направляется по кольцу в обоих направлениях (по часовой стрелке и против часовой стрелки). Затем принимающий узел сравнивает сигналы и выбирает для приема сигнал с более высоким качеством. Этот режим также называют режимом однонаправленного переключаемого кольца. SNC-P поддерживает кольцевую работу STM-1.



Рисунок 2. 1 - Режимы работы SMS-150V

2M:Интерфейсный блок 2048 Кбит/с, 2М

34M:Интерфейсный блок 34368 Кбит/с, 34М

TSI 1:Блок 1 обмена временными интервалами

STM1e:Электрический интерфейсный блок STM-1

STM1o:Оптический интерфейсный блок STM-1

Примечание:В линейном режиме (оконечном режиме) STM-1е можно использовать как магистральную линию. В режиме SNC-P магистральная линия только для STM-1.

2.2.3 Основные особенности мультиплексора OGM-30

Многофункциональный мультиплексор OGM-30 с возможностью гибкого конфигурирования предназначен для формирования первичных цифровых потоков со скоростью передачи 2048 кбит/с. Первичные цифровые потоки формируются из:

Рисунок 2. 2 - Мультиплексор OGM-30

§ аналоговых речевых сигналов и сигналов управления и взаимодействия с батарейной сигнализацией (3-проводная, 4-проводная, 7-проводная) от аналоговых АТС;

§ аналоговых речевых сигналов и сигналов управления и взаимодействия с E&M сигнализацией от аналоговых АТС;

§ аналоговых речевых сигналов и сигналов управления и взаимодействия с шлейфной сигнализацией по двухпроводным соединительным линиям;

§ аналоговых речевых сигналов с управляющей информацией для подключения абонента к АТС;

§ аналоговых речевых сигналов и сигналов взаимодействия с одночастотной сигнализацией в частотном диапазоне телефонного канала от аналоговых АТС;

§ аналоговых речевых сигналов и сигналов взаимодействия с двухчастотной сигнализацией в частотном диапазоне телефонного канала ведомственных сетей (энергетики, нефтяники);

§ цифровых сигналов 1024 кбит/с аппаратуры ИКМ-15 в коде NRZ, HDB3, AMI;

§ двух первичных цифровых потоков 2048 кбит/с, преобразуемых по методу адаптивной дифференциальной ИКМ (АДИКМ);

§ цифровых сигналов сонаправленного стыка 64 кбит/с (рек. G.703 МСЭ-Т);

§ цифровых сигналов, соответствующих рекомендациям МСЭ V.24, V.35, V.36, X.21.

§ конструкция БНК-4, широко применяемая на телефонных сетях РФ и СНГ;

§ конструкция 19” ( еврокаркас);

§ легкий доступ к подводимым кабелям с лицевой стороны;

§ широкая номенклатура интерфейсных плат;

§ возможность организации до 4-х первичных сигналов 2048 кбит/с, соответствующих рекомендациям G.703, G.704 МСЭ-Т;

§ программная переконфигурация и установка параметров;

§ преобразование различных видов линейной и регистровой сигнализации: R2, E&M, R1,5 и частотной сигнализации 1VF;

§ АДИКМ-преобразование двух первичных цифровых потоков 2048 кбит/с;

§ наличие интерфейсов для передачи двух первичных цифровых потоков 2048 кбит/с по технологии HDSL;

§ применение процедуры CRC-4;

§ диагностика с использованием компьютера;

§ совместимость с универсальным сервисным оборудованием УСО-01, УСО-04;

§ мониторинг по протоколу SNMP.

2.2.4 Применение мультиплексора OGM-30

Аппаратура может применяться на сельских, городских, ведомственных, внутризоновых и магистральных сетях связи в качестве:

§ оконечного мультиплексора;

§ мультиплексора ввода/вывода;

§ кроссировочного мультиплексора.

Оконечный мультиплексор

В режиме оконечного мультиплексора OGM-30 обеспечивает мультиплексирование до 30 аналоговых каналов и каналов передачи данных или 31 канал передачи данных. Платы аналоговых канальных интерфейсов обеспечивают подключение абонентских телефонных аппаратов, телефонных каналов связи между АТС с различными типами линейной сигнализации. Скорость передачи данных от 0,6 кбит/с до nх64 кбит/с. Вариант включения OGM-30 показан на рис. Применение OGM-30 для организации соединительных линий между аналоговой АТС и цифровой АТС с преобразованием сигнализации.

Рисунок 2. 3 - Режим оконечного мультиплексирования

Мультиплексор ввода/вывода

В режиме работы мультиплексора ввода/вывода OGM-30 использует до 4 портов первичных цифровых потоков 2048 кбит/с. Мультиплексор имеет возможность ввести и вывести любые телефонные каналы в общем количестве до 30 с соответствующими сигнальными каналами или каналы передачи данных до 31 из любого первичного сигнала 2048 кбит/с. Присвоение номеров временным интервалам и назначение направления передачи осуществляется программным способом.

Рисунок 2. 4 - Режим вводы - вывода

Кроссировочный мультиплексор

Аппаратура OGM-30 осуществляет функции кроссировки каналов 64 кбит/с в пределах четырех первичных цифровых потоков 2048 кбит/с. Одновременно возможно кроссирование сигнальных каналов. Конфигурация кроссирования производится на программном уровне.

Рисунок 2. 5 - Кроссировочный режим

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

3.1 Размещение регенерационных пунктов

Для восстановления формы, амплитуды и временных положений импульсов линейного сигнала используется регенератор. Регенераторы устанавливаются через определенные расстояния на ВОЛС, и в зависимости от пункта расположения подразделяются на необслуживаемые регенерационные пункты (НРП), обслуживаемые регенерационные пункты (ОРП) и станционные регенераторы, размещаемые на оконечных станциях.

Расстояние между НРП зависит от типа и конструкции кабеля, а также от типа передающей системы. Так как предполагается использование оптических кабелей, то необходимо рассчитать расстояние между НРП. Из /1/ получаем:

Для системы SMS - 150V и кабеля ОКБ-М8П-10-0,3-8:

F_доп=8,5 Мбит/с - требуемая пропускная способность;

=0,3 дБ/км - коэффициент затухания;

=0,8 нс/км - дисперсия;

а=43 дБ - энергетический потенциал;

_ст=0,1 дБ/км - коэффициент затухания на стыке;

m=11 - число некачественных стыков.

Исходя из энергетического потенциала аппаратуры и коэффициента затухания кабеля, определяем допустимую длину регенерационного участка:

. (3.1)

Из (3.1) получаем: l_р.у.=30,7 км.

Исходя из пропускной способности и дисперсии, определяем величину регенерационного участка по следующей формуле:

(3.2)

Из (3.2) получаем: l_р.у.=25 км

Чтобы удовлетворить обоим требованиям, выбираем длину регенерационного участка не более 25 км.

3.2 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.

кабельный линия связь аппаратура

4. Монтаж кабельной магистрали

Основным документом для монтажа магистрального кабеля является скелетная схема кабеля. Схема показывается на одном определенном участке. В данном случае взят участок Замзор - Алгашет. На монтажной схеме указывают:

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

2). Устройства на ответвлениях:

- релейные шкафы (РШ); ставятся на магистрали через 1,5...2 км. Управляют светофором. В РШ заводятся цепи АТ и ПГС;

- усилительные пункты (УП); бывают обслуживаемые (ОУП) и необслуживаемые (НУП). В УП находятся специальные устройства содержания кабеля под давлением (УСКД). Для того чтобы подавать воздух существует редукционный и обратный клапан;

- пост электрической централизации (ЭЦ); располагают на крупных станциях. На него поступает связь электромехаников;

- тяговые подстанции (ТП); располагают на крупных станциях через 40...60 км;

- пост секционирования канальных цепей (ПСКЦ); ставится на перегоне;

- пассажирское здание (ПЗ). В него заводится несколько цепей, дежурный по станции (ШН);

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

Содержание кабелей связи под постоянным, избыточным газовым (воздушным) давлением позволяет не только контролировать герметичность оболочки, но и предотвращать проникновение влаги в кабель при ее незначительных повреждениях. Для избыточного давления в кабель постоянно подается осушенный воздух. Такое мероприятие является эффективным способом предупреждений повреждения кабелей с перерывами связи.

Непременное условие для постоянного содержания кабеля под давлением - предварительная герметизация оболочки на всем протяжении кабеля, а также на вводах в усилительные и оконечные пункты.

Герметизированный участок магистрального кабеля образует газовую секцию. Постоянное, избыточное давление в кабеле поддерживается оборудованием для автоматической подкачки воздуха.

До настоящего времени для содержания магистральных кабелей под постоянным, избыточным газовым давлением используется аппаратура типа АКОУ - автоматическая контроль - осушительная установка, предназначенная для обслуживания 4 кабелей.

Более совершенным типом аппаратуры для содержания кабеля под постоянным газовым давлением является аппаратура УСКД-1. Эта аппаратура позволяет осуществлять контроль избыточного давления газа, подаваемого в кабели, и в баллоне со сжатым газом, подавать сигналы о появлении негерметичности в кабелях и о снижении давления в баллоне до 30 кгс/см², содержать под давлением до 4 кабелей.

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 пневмопробойной 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

Расчёт параметров передачи симметричного кабеля будем производить при частоте f = 13000 Гц.

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

; (5.1)

где ч - коэффициент укрутки, ч = 1,01

R₀-сопртивление постоянному току:

; (5.2)

;

где d - диаметр провода, мм, d = 1,2; - удельное сопротивление, Ом м²/м.

F(x) = 0;

где х - величина для медных цепей определяется по формуле:

(5.3)

.

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

L = ; (5.4)

где ч - коэффициент укрутки, = 1,01;

а - расстояние между центрами проводов, мм, а = 2,15;

d - диаметр провода, мм, d = 1,2;

х - величина для медных цепей;

Q(x) = 1,0.

Подставим известные значения в выражение (5.4):

L = = 0,484,

Ёмкость кабеля C - аналогична ёмкости конденсатора. В кабеле роль обкладок играют поверхности проводов, а диэлектриком служит лежащий между ними изоляционный материал. Ёмкость кабельной цепи равна:

С = ; (5.5)

где х - коэффициент укрутки, х = 1,01; - эквивалентная диэлектрическая проницаемость комбинированной изоляции, = 1,9; а - расстояние между центрами проводов, мм, а = 2,15; d - диаметр проводов, мм, d = 1,2; - поправочный коэффициент, характеризующий близость проводов к заземлённой оболочке и другим проводам, = 0,588.

Подставим известные значения в выражение (5.5):

С = = 71,526 .

Проводимость изоляции G - это электрический параметр, характеризующий качество изоляции проводов кабеля. Как активное сопротивление характеризует потери в металлических частях кабеля, так параметр G характеризует потери энергии в изоляции проводов кабеля.

Проводимость изоляции обусловлена сопротивлением изоляции изолирующего материала и диэлектрическими потерями в кабеле и определяется по следующей формуле:

G = G₀ + G_f , (5.6)

где G₀ = - проводимость изоляции постоянному току, ; G_f = - проводимость изоляции, обусловленная диэлектрическими потерями при переменном токе, .

В кабелях связи величина G₀ существенно меньше G_f, и поэтому можно принять:

G = G_f = , (5.7)

где = 2f = 2 3,14 13000 = 81680с ^-1;

С - ёмкость кабеля, С = 71,516 нФ/км;

tg - тангенс угла диэлектрических потерь комбинированной изоляции, tg = 310^-4.

Подставим полученные значения в выражения (5.7):

G = 81680 71,516 10^-9 3 10^-4 =1,752,

Волновое сопротивление Z_В - это сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной цепи без отражения.

Это сопротивление свойственно данному типу кабеля и зависит лишь от первичных параметров и частоты передаваемого. Волновое сопротивление определяется по формуле:

Z_B = = Ом; (5.8)

Подставим в выражение (5.8) полученные значения R, L, C, G:

Z_B = = 94,738 e^{-j 20,52} Ом.

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

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

(5.9)

Подставим известные значения в выражение (5.9):

=

= 0,553е^{j 69,462} = 0,194 + j0,518

где = 0,194 , = 0,518

5.2 Расчет переходных влияний между цепями кабельной линии связи

Так как пары и четверки кабелей находятся близко друг к другу, то между ними возникают значительные электромагнитные поля и, как следствие, взаимные электромагнитные влияния.

По четверкам и парам кабеля работают высокочастотные системы передачи. Чем выше частота, тем больше наводятся токи и ЭДС влияния в соседних цепях.

Рассчитаем переходные затухания на ближнем и дальнем конце кабеля.

Электрическая связь:

(5.10)

Магнитная связь:

(5.11)

Электромагнитная связь на ближнем конце:

(5.12)

Электромагнитная связь на дальнем конце:

 (5.13)

Переходное затухание строительной длины кабеля на ближнем конце:

(5.14)

Защищенность на дальнем конце строительной длины кабеля:

(5.15)

Переходное затухание на дальнем конце строительной длины кабеля:

(5.16)

Число строительных длин кабеля на усилительном участке (УУ):

где - длина УУ;s - строительная длина.

Переходное затухание на ближнем конце УУ:

(5.17)

Защищенность на дальнем конце УУ:

 (5.18)

Переходное затухание на дальнем конце усилительного участка:

(5.19)

Выбираем усилительный участок максимально возможной длины для ВЧ сигнала (так как наибольшее электромагнитное влияние происходит на высоких частотах):

=12 км;s=0,800 км;n=15.

Используя:

(5.20)

и данные из задания к курсовому проекту:

(5.21) (5.22)

Параметры передачи и влияния для кабеля МКПАБ при f = 13 кГц

Проводим расчет переходных влияний на частотах 50 кГц, 150 кГц и 250 кГц. Результаты расчетов заносим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 - Результаты расчета переходных влияний для кабеля МКПАБ

f, кГц	50	150	250
а, дБ/км	1,163	1,606	2,535
ZВ, Ом	173,9	168,9	166,2
	0,67	9,894	16
	0,562	3	4,934
	69,499	46,113	41,816
	91,018	76,543	72,156
	92,365	77,738	74,184
	76,8	53,222	50,907
	77,039	62,474	58,177
	110,718	94,594	108,877

На рисунке 5.1 представлен график затухания УУ.

Полученные значения сравниваем с нормами:

А₀=60,8 дБ;

А_З=73,8 дБ;

А=73,8+а=104,2 дБ.

Наблюдается превышение норм, поэтому необходимы мероприятия по защите от взаимных влияний.

Рисунок 5. 1 - График затухания УУ

6. Мероприятия защиты от взаимных влияний

Кабельные цепи в строительных длинах одного и того же типа кабеля всегда имеют различные электрические характеристики (в пределах допустимых техническими условиями) и от того, как они будут соединены, зависит защищенность их от взаимных влияний и влияний внешних источников. Поэтому при выполнении монтажных работ с симметричными кабелями проводят симметрированный комплекс мероприятий, направленных на уменьшение влияний. В этот комплекс входят методы взаимной компенсации влияний отдельных участков линии (метод скрещивания цепей) и метод ослабления влияния с помощью контуров из последовательно соединенных резисторов с активным сопротивлением и конденсаторов (контуров противосвязи).

Симметрирование ВЧ кабелей производится по результатам измерений годографа (частотной зависимости) комплексной электромагнитной связи взаимодействующих цепей. Эта связь может иметь произвольную величину и фазу в пределах от 0 до 360^о и вектор связи может находиться в любом из четырех квадрантов.

Контур противосвязи рассчитываем на максимальной частоте (f=250 кГц), вектор связи на данной частоте показан на рисунке 6.1 (волновое сопротивление Z_в=166,2е^-j1,52 Ом).

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 6. 1 - Вектор электромагнитной связи на дальнем конце и вектор контура противосвязи.

F₁₂ = g_к + jс_к=А+jВ. (6.1)

F₁₂ = -1,17410^-4+i3,87610^-5.

В данном случае вектор электромагнитной связи на дальнем имеет отрицательное значение и лежит во втором октанте. Контур противосвязи включается между 1 и 3 или 2 и 4 жилами.

R_к=1/А;C_к=В/;R_к = 8,517 кОм; С_к=2,468 пФ.

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

7.1 Расчет влияний контактной сети электротяги переменного тока на участке Бурея - Известковая в вынужденном режиме

Контактные сети электрических железных дорог переменного тока оказывают значительно большие опасные и мешающие влияния на цепи связи. Опасные влияния обусловлены рабочими токами частотой f=50 Гц, а мешающие - наличием дополнительных гармоник при работе выпрямителей электровозов, искрением пантографов. Различают три режима работы контактной сети:

а) нормальный, если тяговые токи поступают в контактную сеть от всех подстанций участка;

б) вынужденный, когда одна из тяговых подстанций временно отключена, и ее нагрузку воспринимают смежные с ней подстанции;

в) режим короткого замыкания - аварийный режим, в этом случае контактный провод замыкается на рельсы или землю. Величины токов короткого замыкания зависят от места короткого замыкания и расстояния между подстанциями, а также параметров тяговых трансформаторов, контактной сети и питающей ЛЭП.

Тяговые подстанции (ТП) расположены на станциях Камышет, Алзамай, Байроновка.

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 МКПАБ. Составляем схему сближения при коротком замыкании на участке «Алзамай -Алгашет».

Для вынужденного режима опасное напряжение в цепях связи рассчитываем по формуле /2/:

; (7.1)

; (7.2)

; (7.3)

(7.4)

где к_ф - коэффициент формы кривой влияющего тока тяговой сети. При расчете влияний на кабельные жилы к_ф = 1, частота, М₅₀ - модуль взаимной индуктивности между двумя однопроводными цепями на частоте 50 Гц, I_э - эквивалентный влияющий ток, равный; S_к -коэффициент экранирующего действия оболочки кабеля, равный 0,13; S_р - коэффициент экранирующего действия рельсов, равный 0,4; l_к - расстояние от места расположения тяговой подстанции до конца участка, подверженного влиянию; l₀ - длина участка; l_т - длина плеча питания тяговой сети; l_н - расстояние от места расположения тяговой подстанции до начала участка, подверженного влиянию; I_рез - результирующий нагрузочный ток, равный 310 А; к_m - коэффициент, характеризующий уменьшение эквивалентного тока по сравнению с нагрузочным током, равный 15, m - количество поездов, находящихся в пределах плеча питания тяговой сети, а - расстояние между кабелем и контактной сетью;

а = 25 м;

- проводимость земли;

у = 1,33?10^-3 См/м;

Из (7.4) получаем

Г/км;

l_н = 0 км; l_к = 20 км; l_т = 98 км; l₀ = 20 км

Из (7.3) получаем:

к_m = ;

Из (7.2):

I_рас = 330,15 А.

Из (7.1):

U₂ = 84,677 В.

Полученное напряжение значительно превышает норму (U_н=36 В).

7.2 Расчет мешающего влияния шумов

Контактная сеть также создает мешающие влияния. Величина напряжения шума в двухпроводных телефонных цепях может быть вычислена по определяющей гармонике 350 Гц по формуле, мВ:

(7.5)

где I_k - влияющий ток, равный, согласно заданию, 20,5 А; p₇₅₀- коэффициент акустического воздействия, равный 0,955 на частоте 750 Гц; з₇₅₀- коэффициент чувствительности, равный 1,15•10-³; щ₇₅₀- круговая частота для влияющего тока, с-¹; S = 0,052.

Напряжение шума равно:

мВ.

7.3 Расчет влияния ЛЭП

Напряжения и токи, возникающие в цепях линии связи от влияния различных источников, в отличие 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=20ма_э12=

а₂=8?tg45+20=28ма_э23=31,7

а₃=36ма_э34=39,7

a₄=44ма_э45=47,8

а₅=52ма_э56=55,8

а₆=60ма_э67=63,8

а₇=68ма_э78=71,8

а₈=76ма_э89=79,8

а₉=84ма_э910=87,9

а₁₀=92ма₉₁₀=95,9

а₁₁=100м

По номограмме определим коэффициент взаимоиндукции между однопроводными цепями ВЛ и линии связи при частоте 800 Гц.

М₁=520мкГн/км

М₂=460мкГн/км

М₃=420мкГн/км

М₄=390мкГн/км

М₅=370мкГн/км

М₆=340мкГн/км

М₇=320мкГн/км

М₈=290мкГн/км

М₉=280мкГн/км

М₁₀=260мкГн/км

Опасное напряжение определяется по формуле:

(7.6)

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=6 кА:

На токе I_кзк=3,5кА

(7.7)

8. Расчёт параметров оптического волокна

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=1,605, n₂=1,560;

Числовая апертура;

(8.1)

Число мод определяет способность световода «принимать» свет. Для расчета числа мод необходимо рассчитать нормированную частоту.

 (8.2)

где r - радиус сердечника одномодового световода, мкм; r = 10; л - длина волны, мкм; л = 1,550; NA - числовая апертура.

V = = 5,756

Общее число передаваемых мод в световоде может быть определено по формуле:

(8.3)

Затухание поглощения (б_П) связанное с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растет с частотой и существенно зависит от свойства материала световода (tgд).

Расчет затухания поглощения производится по формуле:

; , (8.4)

где - показатель преломления сердечника, равный для одномодового световода - 1,46; л - длина волны, мкм; tgд - тангенс угла диэлектрических потерь в световоде, равный 10^-10.

= 3,27·10^-4.

Потери на рассеяние, возникающие в результате флуктуаций показателя преломления, называются рэлеевскими и определяется по формуле, дБ/км:

; (8.5)

где К_Р - коэфициент рассеяния, равный 1 - 1,5 (дБ/км)мкм⁴ для кварца;

л - длина волны, мкм.

= 0,26

Затухания в инфракрасной области, расположенной в диапазоне длин волн свыше 1,6 мкм, определяется по формуле, дБ/км:

; (8.6)

где р и k - коэфициенты, равные соответственно 1,2: (0,5 - 0,8)10^-6;

л - длина волны, мкм.

= 1,657.

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 ...