Проект кабельной линии АТС на участке железной дороги

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Связь - это постоянно развивающаяся отрасль техники. Все более увеличивающееся информационное пространство человечества требует эффективных средств коммуникации, именно поэтому развитие связи и передачи информации в целом представляет собой крайне важную задачу для современного информационного общества.

Ситуация в отрасли железнодорожного транспорта во многом аналогична общемировым тенденциям. На текущем этапе развития перед железнодорожным транспортом стоят задачи по увеличению пропускной и перевозной способности, грузовых и пассажирских перевозок, уменьшению времени оборотов вагонов и повышению производительности труда. Эти задачи решаются по двум основным направлениям: техническим переоснащением систем отрасли и совершенствованием системы управления перевозочным процессом.

Система управления же во многом зависит от грамотной и, что не менее важно, скоординированной работы обслуживающего персонала. Модернизация приемников и передатчиков, каналов связи и систем связи вообще, увеличение помехоустойчивости аппаратуры и уменьшение помех в условиях повышенного фона электромагнитных полей - это один из важнейших действующих процессов в реконструкции современного железнодорожного транспорта. Именно поэтому изучение курса «линии железнодорожной автоматики, телемеханики и связи» - это так важно для квалифицированного инженера.

В данной работе поставлена цель спроектировать кабельную линию связи на участке Ершов - Деркул, выбрать оборудование, обеспечивающее ее работоспособность и помехозащищенность, составить планы расстановки необходимого оборудования, спроектировать выводы связи на перегоне, рассчитать и предупредить влияния высоковольтной линии и линии тяговой сети. Также предусматривается изучение содержания и функционирования кабельных линий, правил монтирования и сопутствующих механизмов и устройств, таких, как тяговые подстанции, различные муфты и т.п. В заключение предполагается провести расчет волоконно-оптической линии связи для использования ее параллельно спроектированной.

1 Описание проектируемого участка линии связи

1.1 Природа

Поверхность - всхолмленная равнина. Климат умеренно континентальный, влажный. Средняя температура января на Ю.-З. -5..-8, на С.-В. -7..-9 , июля соответственно - 17,3 и 18,3 . Осадков 550-700 мм в год. Преобладают дерево-подзолистые, торфяно-болтные и аллювиальные почвы. Леса сильно вырублены, ныне занимают 36,8% территории области, преобладают сосна и ель. Основные лесные массивы находятся в восточной части области, где лесистость составляет в отдельных районах 50-52%. Болотами занято 8% территории.

Животный мир: волк, лисица, лось, косуля, барсук, норка, заяц, белка, кабан, куница, горностай, енотовидная собака, встречаются медведь, лань, хомяк, крапчатый суслик и др. Из птиц наиболее распространены: тетерев, рябчик, серая куропатка, утки; из рыб - щука, окунь, карась, лещ, язь, угорь и др. На С.-В. Области расположена часть Березинского заповедника

1.2 Станции на рассматриваемом участке железной дороги

В таблицу 1.1 сведены названия станций, находящихся на заданном участке железной дороги и километраж.

кабельная линия связь сеть

Таблица 1.1 - Станции и километраж

№	Название станции	Расстояние между станциями	Расстояние по трассе
1	Ершов	-	0
2	раз. Орбита	10	10
3	Мавринка	9	19
4	раз. Транспортный	10	29
5	Алтата	12	41
6	раз. Новоросляевский	14	55
7	Демьяс	14	69
8	раз. Натальинский	14	83
9	Чалыкла	10	93
10	раз. Серебристый	8	101
11	раз. Полевой	8	109
12	раз. Лучший	6	115
13	Озинки	6	121
14	раз. 225 км	11	132
15	Семиглавый Мар	14	146
16	раз. 250 км	11	157
17	Шипово	12	169
18	раз. 276 км	14	183
19	Деркул	15	198

На рисунке 1.1 представлена карта местности.

Рисунок 1.1 - Карта участка.

2. Выбор типов кабеля, систем передачи, размещение цепей по четверкам

2.1 Система передачи

Проектируемая линия связи состоит из 200 каналов магистральной связи и 130 каналов дорожной связи (в соответствии с заданием). Для ее организации используется аппаратура уплотнения ИКМ-120, которая представляет собой четырехпроводной двухкабельный импульсно-кодовый модулятор на 120 каналов. Из этого вытекает то, что для организации магистральной и дорожной связи потребуется 2 кабеля.

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 (СТМ) - 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.

Канал «Экспресс» - обеспечивает сведениями билетные кассы о наличии мест в поездах дальнего следования.

2.2 Выбор кабеля и распределение систем по кабелям и четверкам

Для систем связи будет использоваться кабель типа МКПАБ (магистральный кабель, полиэтиленовая изоляцией жил, алюминиевая оболочка, броня из плоских лент). Количество четверок выбирается равным 7. Однако на перегонах, где кабельная линия подвержена агрессивным внешним воздействиям, необходимо использовать кабель с усиленным бронированием круглой проволокой (кабель типа МКПАК), причем в заболоченных районах и на пересечениях с реками кабель дополнительно снабжается антикоррозийным шлангом (кабель типа МКПАКП). При этом распределение связевых пар по четверкам намеренно не изменено для унификации монтажа. Распределение пар магистральной и дорожной связи по кабелям и четверкам отражено в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Распределение систем по кабелям и четверкам

1 кабель: МКПАБ 7х4х1,05+5х2х0,7+1х0,7	2 кабель: МКПАБ 7х4х1,05+5х2х0,7+1х0,7
№ четв.	№ пары	Система	№ четв.	№ пары	Система
1 ВЧ	1	ИКМ-120 (маг.прием)	1 ВЧ	1	ИКМ-120 (маг.передача)
	2	ИКМ-120(маг.прием)		2	ИКМ-120 (маг.передача)
2 ВЧ	1	ИКМ-30 (дор.прием)	2 ВЧ	1	ИКМ-30(дор.передача)
	2	ИКМ-120 (дор.прием)		2	ИКМ-120 (дор.передача)
3 НЧ	1	ПДС	3 НЧ	1	ПГС
	2	ЭДС		2	СЦБ-ДК
4 ВЧ	1	резерв	4 ВЧ	1	резерв
	2	резерв		2	резерв
5 НЧ	1	ПС	5 НЧ	1	ЛПС
	2	ВГС		2	СТМ
6 ВЧ	1	«Экспресс»	6 ВЧ	1	ТУ
	2	МЖС		2	ТС
7 НЧ	1	резерв	7 НЧ	1	ПРС
	2	Пр-зд.		2	ПРС
Сигн. пары	1	СЦБ
	2	СЦБ
	3	СЦБ
	4	СЦБ
	5	СЦБ

3. Размещение усилительных, регенерационных пунктов и тяговых подстанций на трассе линии связи

Для восстановления затухающего в линии сигнала используют обслуживаемые и необслуживаемые усилительные пункты (ОУП и НУП), которые устанавливаются через каждые 25-30 км кабельной магистрали. Аппаратура ИКМ-120 для восстановления затухающего сигнала использует обслуживаемые и необслуживаемые регенерационные пункты, которые монтируются через каждые 5-8 км, причем ОРП монтируется только на узловых станциях, а установка НРП допускается и на перегонах.

Результаты расстановки усилительного и регенерационного оборудования на проектируемом участке с учетом технических требований отражены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Размещение усилительного и регенерационного оборудования

Километр	Станция	Усилительные пункты	тяговые подстанции	Регенерационные пункты.
0	Ершов	ОУП	ТП	ОРП
8	-	-	-	НРП
10	раз. Орбита	-	-	-
16	-	-	-	НРП
19	Мавринка	-	-	-
24	-	НУП	-	НРП
29	раз. Транспортный	-	-	-
32	-	-	-	НРП
40	-	-	-	НРП
41	Алтата	-	-	-
48	-	НУП	-	НРП
55	раз. Новоросляевский	-	-	-
56	-	-	-	НРП
64	-	-	-	НРП
69	Демьяс	-	ТП	-
72	-	НУП	-	НРП
80	-	-	-	НРП
83	раз. Натальинский	-	-	-
88	-	-	-	НРП
93	Чалыкла	-	-	-
96	-	НУП	-	НРП
101	раз. Серебристый	-	-	-
104	-	-	-	НРП
109	раз. Полевой	-	-	-
112	-	-	-	НРП
115	раз. Лучший	-	-	-
121	Озинки	НУП	-	НРП
128	-	-	-	НРП
132	раз. 225 км	-	ТП	-
137	-	-	-	НРП
146	Семиглавый Мар	НУП	-	НРП
152				НРП
157	раз. 250 км	-	-	-
160	-	-	-	НРП
169	Шипово	НУП	-	НРП
177	-	-	-	НРП
183	раз. 276 км	-	-	-
185	-	-	-	НРП
192	-	-	-	НРП
198	Деркул	ОУП	ТП	ОРП

4. Разработка схемы связи

Монтажная схема используется для указания мест вывода кабелей для выделения необходимых видов связи. Ответвления от магистрального кабеля делают для ввода цепей в помещения постов ЭЦ, подвода цепей автоматики и связи к сигнальным точкам автоблокировки, связи на перегоне и т.п.

Существует 2 вида ответвления с цепей: шлейфом и 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.

5. Разработка скелетной схемы участка. Выбор кабеля для ответвления

5.1 Скелетная схема

Основным документом для монтажа магистрального кабеля является скелетная схема кабеля.

5.2 Выбор кабеля для ответвления

Для подвода связи от разветвительных муфт к релейным шкафам использование магистрального кабеля нецелесообразно, поэтому применяют телефонный зоновый кабель. Кабели ТЗБ изготавливаются емкостью 3, 4, 7, 12, 14, 19, 27, 37, 52, 51, 80, 102 и 114 четверок. Требуемая емкость и длина кабеля рассчитываются для каждого объекта в соответствии с числом ответвляющихся цепей и удаленностью объекта от трассы кабельной магистрали. Для монтажа кабельной магистрали применяется соответствующая кабельная арматура.

Распределение кабеля ответвлений по ординатам отображено в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Кабели вторичной коммутации

Ординаты объектов связи, м	Тип ответвления	Цепи ответвления, вводимые	Число требуемых пар кабелей	Емкость и марка выбранного кабеля	Расстояние до объекта, м	Дополни-тельный расход кабеля, м	Общая длина кабеля, м
		Шлейфом	Парал-лельно
19000	П	ТУ,ТС	ЭДС	5	ТЗБ 7х4	37	9	92
19850	РШ	ПГС, СЦБ	ПДС	13	ТЗБ 7х4	37	16,2	53,2
23250	РШ	МЖС, ПГС, СЦБ	-	14	ТЗБ 7х4	37	16,2	53,2
25800	РШ	МЖС, ПГС, СЦБ	-	14	ТЗБ 7х4	37	16,2	53,2
30050	ОП	МЖС, ПГС	ПС	13	ТЗБ 14х4	43,06	9,12	104,36
24100	РШ	ПГС, СЦБ	ПДС	13	ТЗБ 7х4	37	16,2	53,2
33450	РШ	МЖС, ПГС, СЦБ	-	14	ТЗБ 7х4	37	16,2	53,2
36850	РШ	МЖС, ПГС, СЦБ	-	14	ТЗБ 7х4	37	16,2	53,2
41100	ПЗ	ПДС, МЖС, ПС, ЭДС, Экспресс, ВГС, ПГС, ПРС, ЛПС, СТМ, ТУ, ТС, СЦБ-ДК, Пр-зд, СЦБ	-	20	ТЗБ 12*4	43,06	24,45	67,51

Таблица 5.2 - Спецификация арматуры кабельной магистрали

Ординаты мест установки арматуры, м	Тип кабельной арматуры
	44	43	42	41	31	32	33	34	Соед. муфта
19000				БМШ	БМШ
19850	-	-	-	-	БМШ
23250	-	-	-	-	БМШ
25800	-	-	-	-	БМШ
30050	-	-	-	-	БМШ
24100	-	-	-	-	БМШ
33450	-	-	-	-	БМШ
36850	-	-	-	-	БМШ
41100				БМШ	БМШ

6. Расчет влияний контактной сети и ЛЭП на кабельные линии

6.1 Режим короткого замыкания

Опасные влияния в режиме короткого замыкания рассчитывается на частоте 50 Гц. В данном проекте расчет производится на усилительном участке Мавринка - Алтата, находящемся между двумя тяговыми подстанциями. Схематический чертеж изображен на рисунке 6.1 (токи А , А и А взяты из задания).

Рисунок 6.1 - Диаграмма тока короткого замыкания в зависимости от места аварии

Напряжение на проводе относительно земли при заземлении противоположного конца вычисляется по формуле:

, (6.1)

где - ток короткого замыкания (определяется из рисунка 6.1);

- коэффициент экранирующего действия.

Для нахождения коэффициента взаимной индукции нам необходимо провести следующие расчеты:

1. Ширина сближения для одного участка:

2.Вычислим вспомогательную величину по формуле:

(6.2)

где - частота, Гц

-проводимость земли, См/м

3. Найдем произведение этих величин (пример расчета для одного значения):

С помощью графика приведенного в приложении 1 определяем коэффициент взаимной индукции.

Коэффициент экранирующего действия определяется по формуле:

(6.3)

где - коэффициент экранирующего действия рельсов.

- коэффициент экранирующего действия оболочек кабеля.

Напряжения для каждого участка при влиянии ТП1:

N	ai,м	xai	M,мкГн/км	S	lэ,км	IКЗ,А	U,В
1	47,5	75,05	680	0,0385	23	10300	194,7
2	45	71,1	690		28	10550	232,4
3	40	63,2	700		32	10700	289,7
4	40	63,2	700		37	11100	347,5
5	37,5	59,25	710		41	11450	402,9

Напряжения для каждого участка при влиянии ТП2:

N	ai,м	xai	M,мкГн/км	S	lэ,км	IКЗ,А	U,В
1	37,5	59,25	710	0,0385	32	10050	276
2	40	63,2	700		36	10150	309,2
3	40	63,2	700		41	10300	357,4
4	45	71,1	690		45	10450	392,3
5	47,5	75,05	680		50	10600	435,7

Полученные напряжения, в случае превышения допустимого значения (320 В), будут компенсироваться с помощью схем защиты.

6.2 Расчет опасных влияний

Вынужденный режим - это когда одна из тяговых подстанций временно отключена, и ее нагрузку воспринимают смежные с ней подстанции.

Напряжение вынужденного режима провода относительно земли при заземлении противоположного конца рассчитывается по формуле:

, (6.4)

где - коэффициент формы кривой влияющего тока тяговой сети (для расчета влияний на воздушные линии и оболочки кабелей берется , на жилы кабелей - );

- эквивалентный влияющий ток вынужденного режима работы тяговой сети.

Величина эквивалентного влияющего тока при вынужденном режиме работы тяговой сети на длине сближения рассчитывается по формуле:

, (6.5)

где - результирующий нагрузочный ток расчетного плеча питания;

- коэффициент, характеризующий уменьшение эквивалентного тока по сравнению с нагрузочным током .

Коэффициент, характеризующий уменьшение эквивалентного тока по сравнению с нагрузочным током , вычисляется по формуле:

, (6.6)

где - количество поездов, одновременно находящихся в пределах плеча питания тяговой сети;

- длина плеча питания тяговой сети;

- расстояние от места расположения тяговой подстанции до начала участка, подверженного влиянию.

Расчет проводится на заданной ширине сближения м:

по графику определяем Гн/км

Расчет для ТП 1:

А

В

Расчет для ТП 2:

А

В

Полученные напряжения не превышают допустимую норму.

6.3 Расчет влияния ЛЭП с изолированной нейтралью

Рисунок 6.2 - Влияния ЛЭП

Напряжение шума в приемнике двухпроводной телефонной цепи от влияния ЛЭП с изолированной нейтралью при нормальном режиме работы рассчитывается по формуле:

, (6.7)

где - поправочный коэффициент (0,85);

- модуль взаимного сопротивления;

Определим , для этого необходимо рассчитать частоту.

Гц

Из таблицы приложения выбираем значение .

Для расчета модуля взаимного сопротивления найдем ширину сближения:

м

Вспомогательный коэффициент будет равен

из графика находим

Г/км

Из рисунка определим необходимые длины:

мВ

Полученное напряжения превышает допустимую норму, нужно применить защиту.

мВ

Полученное напряжения не превышает допустимую норму.

7. Расчет переходных влияний между цепями кабельной линии связи

Рисунок 7.1 - Схема возникновения переходных влияний.

Согласно заданию на курсовое проектирование: k₁₂ = 34 пФ/сд. Величина g₁₂ задана через процентное отношение , то . Активная составляющая магнитной связи задана через соотношение

, где ,.

Комплексные вектора электромагнитных связей можно определить по следующей формулам:

(7.1)

(7.2)

(7.3)

(7.4)

Найдём искомые величины на строительной длине - элементарного участка кабельной линии. Стандартная строительная длинна - 850. Переходные затухания на одну строительную длину можно определить по следующим зависимостям:

(7.5)

(7.6)

(7.7)

где А₀^СД - переходное затухание в начале строительной длины;

А_L^СД - переходное затухание в конце строительной длины;

А_З^СД - защищённость;

- километрический коэффициент затухания, ДБ;

S - строительная длина;

-длина участка.

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

(7.8)

(7.9)

(7.10)

где n - количество строительных длин на усилительном участке, рассчитываемая по формуле

 (7.11)

Пример расчета на частоте 10кГц:

Данный расчет был произведен в вычислительной среде MathCad 14. Полученные расчеты сведены в таблицы 7.1 и 7.2.

Таблица 7.1 - Вектора электромагнитной связи

№	f, Гц
		Re	Im
1	50	0,0081	0,39	-0,019	0,21	0,075	0,21+j1,07	0,075+j0,36
2	400	0,64	3,15	-0,15	1,71	0,61	1,71+j8,55	0,61+j2,89
3	600	0,96	4,72	-0,24	2,56	0,91	2,56+j12,8	0,91+j4,34
4	1000	1,61	7,86	-0,39	4,27	1,52	4,27+j21,4	1,52+j7,23
5	3000	4,84	23,58	-1,18	12,82	4,56	12,82+j64,01	4,55+j22
6	5000	8,05	39,31	-1,97	21,36	7,59	21,36+j106,8	7,59+j36
7	7000	11,28	55,03	-2,75	29,91	11	29,91+j149,5	11+j51
8	10000	16,12	78,62	-3,93	42,73	15	42,73+j213,6	15+j72
9	25000	40,29	196,5	-9,83	106,8	38	106,8+j534,1	38+j181
10	50000	80,58	393,1	-19,65	213,6	76	213,6+j1068	76+j362
11	75000	120,9	586,6	-29,48	320,4	114	320,4+ j1602	114+j542
12	100000	161,2	789,6	-39,31	427,3	152	427,3+j2136	152+j723
13	150000	241	1200	-58,96	640,9	228	640,9+ j3204	228+j1085
14	200000	322	1600	-78,62	854,5	304	854,5+j4273	304+j1447
15	250000	402	2000	-98,27	1068	380	1068+j5341	380+j1808
16	300000	483	2400	-117,9	1282	456	1282+j6409	456+j2170
17	350000	564	2800	-137,6	1495	532	1495+j7477	532+j2531
18	400000	644	3100	-157,2	1709	608	1709+j8545	608+j2893
19	450000	725	3500	-176,9	1923	683	1923+j9613	683+j3255
20	500000	805	3900	-196,5	2136	759	2136+j11810	759+j3616

Таблица 7.2 - Величина рассчитанных переходных затуханий

f, Гц	А0сд ,дБ	Азсд,дБ	АLсд ,дБ	А0, дБ	Аз, дБ	АL, дБ
50	119,185	140,936	143,503	129,3	127,511	181,418
400	101,123	122,874	125,41	111,238	109,45	163,357
600	97,601	119,352	121,919	107,716	105,928	159,835
1000	93,16	114,92	117,48	103,28	101,49	155,39
3000	83,62	105,37	107,94	93,74	91,94	145,85
5000	79,19	100,94	103,5	89,3	87,51	141,42
7000	76,26	98,01	100,58	86,38	84,58	138,46
10000	73,16	94,92	97,48	83,27	81,49	135,39
25000	65,21	86,96	89,52	75,32	73,32	127,44
50000	59,19	80,93	83,5	69,3	67,51	121,42
75000	55,66	77,41	79,98	65,77	63,99	117,89
100000	53,16	74,91	77,48	63,28	61,49	115,39
150000	49,64	71,39	73,96	59,76	57,97	111,88
200000	47,14	68,89	71,46	57,26	55,47	109,38
250000	45,21	66,96	69,52	55,32	53,53	107,44
300000	43,62	65,37	67,94	53,74	51,95	105,86
350000	42,28	64,03	66,6	52,39	50,61	104,52
400000	41,12	62,87	65,44	51,24	49,45	103,36
450000	40,1	61,85	64,42	50,22	48,43	102,33
500000	39,19	60,94	63,5	49,3	47,51	101,42

Построим графики зависимостей переходных затуханий от частоты (рисунок 7.2).

Рисунок 7.2 - Графики зависимостей переходных затуханий от частоты.

Вывод: рассчитанные результаты больше нормы, следовательно, нужно проводить защитные мероприятия.

8. Мероприятия по защите кабеля и аппаратуры связи от опасных и мешающих влияний

8.1 Принцип действия схемы защиты системы ИКМ-120

Схема защиты системы ИКМ-120 представлена на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1 - Схема защиты системы ИКМ-120 от импульсных перенапряжений

Используемые нелинейные элементы: диоды типа Д223А; стабилитрон Д810; разрядник газонаполненный Р- 2М.

В нормальном режиме работы напряжение на входе НРП не превышает установленной нормы. Сопротивление разрядников типа Р-2М велико, ток через разрядники практически равен нулю. Диоды VD1-VD8 и стабилитрон VD9 закрыты. При поступлении фронта импульса, вызванного грозовой волной, потенциал «жила - земля» резко возрастает. Происходит пробой разрядника F2. Внутреннее сопротивление данного элемента падает, что создает для токов перенапряжения путь наименьшего сопротивления, замыкающийся на землю. При резком нарастании фронта импульса может произойти превышение допустимого напряжения между точками схемы 1-2, происходит пробой разрядника F2. Падение напряжения на данном элементе значительно уменьшается, что препятствует поступлению токов перенапряжения на вход аппаратуры со стороны цепи СС (прием). В случае если напряжение непосредственно на входе аппаратуры превысит допустимое для элементной базы значение, диоды VD1, VD2 при положительной полярности импульса и VD3, VD4 при отрицательной открываются. Создается путь наименьшего сопротивления для индуцированного разрядом тока. После прохождения основной фазы разряда напряжение спадает, цепочки диодов закрываются. Газонаполненные разрядники продолжают некоторое время «гореть» под действием токов наведенных в фазе послесвечения и токов дистанционного питания. Напряжение погасания разрядников должно обязательно быть больше напряжения дистанционного питания. В противном случае быстрое восстановление рабочего режима будет невозможно. После погасания разрядников схема приходит в исходное состояние. Схема защиты выходного напряжения НРП во многом аналогична. Различия заключаются в отсутствии каскада защиты «провод - земля» и устройстве третьего каскада. Вместо двух диодных цепочек применена мостовая схема, содержащая стабилитрон. При поступлении импульса положительной полярности образуется шунтирующая цепочка VD7-VD9-VD6, отрицательной полярности Ї DV8-VD9-VD6.

8.2 Принцип работы схемы включения редукционного трансформатора

Редукционные трансформаторы (РТ) являются эффективным средством защиты от влияния высоковольтных линий (ЛЭП и электрифицированных железных дорог). Первичная и вторичная обмотки РТ имеют одинаковое число витков и намотаны на замкнутый железный сердечник. Первичная обмотка включается в разрез металлического покрова (оболочку, броню, экран) защищаемого кабеля 1, a вторичная -- в разрез жил кабеля 2. 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.

Ток высоковольтной линии индуцирует ЭДС и токи в жилах кабеля и оболочке. Ток в оболочке в свою очередь через редукционный трансформатор наводит в жилах кабеля дополнительный ток, противоположно направленный по отношению к токам влияния в жилах кабеля. Таким образом, за счет РТ ток помех в кабеле снижается на величину тока трансформации.

Экранирующий эффект (S) редукционных трансформаторов 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 числа РТ не дает существенной выгоды.

Конструктивно редукционный трансформатор выполнен в виде металлического герметичного ящика и устанавливается в земле па глубине прокладки кабеля. Масса редукционного трансформатора 100 ...500 кг.

Схема включения редукционного трансформатора представлена на рисунке 8.2.

Рисунок 8.2 - Схема включения редукционного трансформатора

8.3 Принцип работы отсасывающих трансформаторов и контуров

Отсасывающие трансформаторы используются для уменьшения магнитного влияния контактной сети электрифицированной железной дороги переменного тока. Первичная обмотка трансформатора включается последовательно в контактный провод, вторичная обмотка - либо в отдельный, обратный провод, подвешиваемый на опорах контактном сети, либо последовательно в рельсы. Ток контактной сети, протекая по первичной обмотке, индуцирует во вторичной обмотке почти противоположно направленный ток. Благодаря этому ток, возникающий в обратном проводе, индуцирует в подверженных влиянию цепях связи токи противоположного знака и тем самым результирующее влияние снижается. При включении вторичной обмотки в рельсы ток значительно возрастает, что приводит к увеличению защитного действия рельсов.

Схема включения отсасывающего трансформатора представлена на рисунке 8.3.

Рисунок 8.3 - Схема включения отсасывающего трансформатора

а) с обратным проводом;

б) без обратного провода.

Для сглаживания пульсации напряжения на электрифицированные железные дороги постоянного тока используются реакторы с резонансными контактами, которые включаются на подстанциях. Реактор состоит из соединенных последовательно витков медного провода, укрепленных в бетонных стойках. Активное сопротивление реактора во избежание больших потерь электрической энергии должно быть как можно меньше, индуктивное - больше. Резонансные контуры настраиваются в резонанс на соответствующие гармоники пульсирующего напряжения и замыкают накоротко цепи прохождения токов этих гармоник [3].

9. Мероприятия по защите от переходных влияний

Основными мерами защиты от переходных влияний цепей симметричных кабелей являются скрутка жил в группу и симметрирование (комплекс мероприятий, направленных на уменьшение влияний в процессе выполнения монтажных работ на кабельной магистрали).

9.1 Скрутка кабельных жил

Для уменьшения взаимных и внешних влияний две и более изолированные жилы симметричных кабелей скручиваются в группы парной или четверочной (звездной) скруткой. При рассмотрении влияний между цепями симметричных кабелей различают внутригрупповые (между цепями одной и той же группы) и межгрупповые (между цепями различных групп) электромагнитные связи.

При парной скрутке необходимо учитывать только межгрупповые связи. При четверочной скрутке необходимо рассматривать оба вида связей.

Допустимых значений внутригрупповых связей (влияний) достигают за счет симметричного расположения одной цепи в группе относительно другой (по углам квадрата) и высоких требований к однородности материалов, используемых при изготовлении кабеля. В случае межгрупповых влияний допустимые значения последних, обеспечиваются за счет различных шагов скрутки четверок (в четверке все жилы имеют одинаковый шаг скрутки). Жилы пар, взятых из одной и той же четверки, на всей строительной длине параллельны друг другу. Действие скрутки аналогично скрещиванию проводов на воздушных линиях, и основные положения об электрических процессах, возникающих при скрещивании, справедливы и для скрутки. В настоящее время кроме классической (равномерной однонаправленной) скрутки жил используется скрутка с переменным случайным шагом и разнонаправленная скрутка (SZ-cкрутка). Разнонаправленная скрутка допускает совмещение операций, например, скрутку жил в пары и пар в элементарный пучок. Разнонаправленная скрутка бывает волновой, когда направление скрутки изменяется через 1 /2...3 / 4, или циклической, когда направление скрутки изменяется после цикла из нескольких витков.

Отличие скрутки от скрещивания заключается в том, что скрещивание устраивают в точках, и расстояния между соседними скрещиваниями могут быть различными (при схеме скрещивания по нескольким индексам), а классическая скрутка представляет собой равномерное, непрерывное вращение жил относительно оси с неизменным шагом по всей длине кабели. Шагом скрутки называют длину участка, на котором жилы группы совершают полный оборот вокруг оси скручивания.

Принятых мер по уменьшению влияний при изготовлении кабелей оказывается недостаточно для обеспечения требуемого качества каналов связи, поэтому во время монтажных работ выполняют симметрирование кабельной магистрали.

9.2 Симметрирование кабелей

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 симметрирование - комплекс мероприятий, направленных на уменьшение влияний.

Взаимные влияния возникают в результате наличия между цепями электромагнитных связей. При этом в кабелях низкочастотных (до 4 кГц) преобладают электрические связи, а в кабелях высокочастотных (до 252 кГц) - электромагнитные комплексные связи. Исходя из этого в НЧ-кабелях достаточно проводить симметрирование емкостных связей; в ВЧ-кабелях необходимо симметрировать все составляющие (активные и реактивные) электрических и магнитных связей. Для симметрирования НЧ-кабелей применяют метод скрещивания жил и конденсаторный метод. Симметрирование ВЧ-кабелей производят методами скрещивания жил и концентрированного симметрирования контурами противосвязи.

Сущность симметрирования скрещиванием заключается в компенсации электромагнитных связей между цепями на одном участке кабельной линии, связями другого участка, путем соединения жил без скрещивания или со скрещиванием. Компенсация объясняется тем, что при скрещивании связи изменяют свой знак.

При симметрировании конденсаторным методом последние устанавливают в промежуточной муфте, соединяющей два участка кабельной линии, и включается между жилами цепей.

Симметрирование контурами противосвязи заключается в том, что токи помех, вызываемые электромагнитными связями между цепями, компенсируются токами влияния противоположной фазы, создаваемыми с помощью контуров, включаемых между жилами цепей. Необходимо, чтобы контур противосвязи воспроизводил частотную зависимость естественной электромагнитной связи, которая носит комплексный характер.

На ближний конец токи влияния с различных участков приходят с разными фазами, и компенсировать их токами противосвязи сложно. Поэтому практически симметрирование контурами противосвязи применяют только для уменьшения влияний на дальний конец. Влияние на ближний конец уменьшают скрещиванием.

Применение одних конденсаторов нецелесообразно, поскольку при высоких частотах действуют электрические и магнитные связи, соизмеримые между собой.

Внешние влияния уменьшают снижением продольной асимметрии путем включения конденсаторов между жилами и оболочкой (землей) и резисторов активного сопротивления в жилы кабелей.

Методика симметрирования высокочастотных и низкочастотных цепей различна. Объясняется это следующим. Высокочастотные цепи имеют большое затухание на высоких частотах и токи влияния на ближний конец с участков, расположенных на расстоянии, соответствующем затуханию 10-11 дБ (на верхних частотах передаваемого спектра), незначительны. Это позволяет производить симметрирование на всем усилительном участке. Низкочастотные цепи имеют значительно меньшее затухание и, снижая влияние на дальний конец, можно увеличить влияние на ближний конец и наоборот. Поэтому симметрирование низкочастотных кабелей производят небольшими участками, называемыми шагами симметрирования.

Обычно длину шага симметрирования низкочастотных кабелей принимают равной 2 км.

В железнодорожных кабелях дальней связи имеются как высокочастотные, так и низкочастотные четверки и приходится при симметрировании таких кабелей применять оба метода.

1) Симметрирование низкочастотных цепей. В кабелях со звездной скруткой жил, наибольшие влияния имеют место между цепями внутри четверок. Влияние между цепями смежных четверок меньше вследствие различных шагов их скрутки. Однако при большой длине кабеля это влияние может превысить допустимое. Уменьшают его смешиванием четверок, которое заключается в том, что на протяжении кабельной линии четверки меняются местами, то удаляясь друг от друга, то сближаясь. Перед началом симметрирования все ответвления и вводы должны быть замонтированы. Для симметрирования четверок сначала измеряют емкостные связи в соединяемых строительных длинах кабеля. Затем производят симметрирование, которое осуществляют в три этапа: внутри шагов симметрирования, при соединении шагов и на смонтированном усилительном участке.

Симметрирование внутри шагов симметрирования (первый этап) может выполняться в одной, трех и семи точках, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга и от концов шага симметрирования.

Муфты, в которых производится симметрирование скрещиванием, называют симметрирующими; муфты, в которых производится симметрирование скрещиванием и конденсаторами, называют конденсаторными; муфты, в которых симметрирование не производится и жилы соединяются напрямую, называют прямыми муфтами.

Для удобства процедуры скрещивания и прямого соединения называют операторами.

При одноточечной схеме сначала монтируют прямые муфты, а затем конденсаторную. В случае трехточечной и семиточечной схемы вначале осуществляют монтаж прямых муфт, затем симметрирующих и только потом конденсаторных.

Схемы скрещивания жил при соединении четверок в симметрирующих муфтах выбирают по данным измерений емкостных связей и асимметрии. Выбирают ту схему, при которой связь и асимметрия имеют наименьшие значения. Когда нельзя одновременно уменьшить связи и асимметрию, оператор выбирают исходя из задачи уменьшения связей.

Если скрещиванием не удалось снизить связи и асимметрию до допустимых величин, то применяют симметрирование конденсаторами.

При соединении шагов между собой (второй этап) симметрирование выполняется способом скрещивания по результатам измерений переходного затухания между цепями на частоте 800 Гц. Выбирают операторы, которые дают наибольшее переходное затухание. Наращивание шагов производят последовательно, начиная от концов усилительного участка в его середине по измерениям переходного затухания на ближний и дальний концы, добиваясь наибольшего их значения. Одновременно выравнивают рабочие емкости и сопротивления жил основных цепей в шаге симметрирования так, чтобы асимметрия не превышала 0,1 Ом. Если это не удается, то ее уменьшают включением резисторов.

Симметрирование на смонтированном усилительном участке (третий этап) производят в муфте, расположенной в середине участка. В этой муфте определяют наилучший оператор по измерениям переходного затухания на дальнем конце. В четверках, не удовлетворяющих нормам, производят дополнительно симметрирование с помощью конденсаторов.

2) Симметрирование высокочастотных цепей. 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 градусов и вектор связи может находиться в любом из четырех квадрантов. Симметрирование выполняется в два этапа:

На первом этапе при соединении строительных длин кабеля в соединительных муфтах на всем усилительном участке для уменьшения влияния через третьи цепи высокочастотные четверки соединяют по оператору. Одновременно разделывают кабели на боксах и производят монтаж всех муфт, за исключением двух ближайших к усилительным пунктам и трех, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга и от усилительных пунктов.

На втором этапе в двух муфтах, ближайших к усилительным пунктам, выбирают наилучший оператор по измерениям переходного затухания на ближнем конце А₀. Затем в оставшихся незамонтированных трех муфтах подбирают наилучшие операторы по результатам измерений защищенности цепей на дальнем конце А_З. Если с помощью скрещивания не удается получить требуемые значения А_З, то производят в тех же муфтах симметрирование контурами.

Измерения А₀, А_З производят на наибольшей передаваемой частоте, контролируя и на более низких частотах. В результате симметрирования А₀ и А_З должны удовлетворять нормам.

Кроме приведенного метода симметрирования высокочастотных цепей (кабелей) с помощью контуров противосвязи, по измерениям переходного затухания и защищенности между цепями, существуют и другие. Для кабелей низкого качества применяют метод симметрирования по результатам измерений комплексных связей. Получил распространение метод симметрирования участками большой протяженности (200 км и более) от одного обслуживаемого усилительного пункта до другого без симметрирования по отдельным усилительным участкам [2].

10. Расчет параметров оптического тракта

Затухание поглощения определяется главным образом потерями на диэлектрическую поляризацию, то есть типом материала. Оно определяется по формуле:

(10.1)

где - тангенс угла диэлектрических потерь ().

где и - коэффициенты преломления сердцевины и оболочки оптоволокна соответственно (определяются по заданию).

- длина волны (по заданию мкм)

дБ/м

Релеевские потери на рассеивании появляются вследствие колебаний показателя преломления, возникающих из-за технологической неоднородности кварцевого световода, определяются по формуле:

, (10.2)

где - коэффициент рассеивания (для кварца )

Затухания в инфракрасной области (длина волны более 1,6 мкм) вычисляются по формуле:

, (10.3)

где и - расчетные коэффициенты (принимается, что , )

дБ/км

Волновое сопротивление имеет промежуточное значение:

, (10.4)

где =376,7 - волновое сопротивление идеальной среды.

Тогда численное значение волнового сопротивления лежит в пределах:

, или

Выберем значение =205 Ом

Световая апертура отражает светособирающие способности оптоволокна и рассчитывается по формуле:

, (10.5)

;

Число мод показывает способность световода принимать свет и определяется в соответствии с формулой:

, (10.6)

где - радиус сердечника одномодового диода (мкм для магистральных линий).

Общее число передаваемых мод в световодах может быть определено по формулам:

-для ступенчатого профиля

=338,93 (10.7)

-для градиентного профиля

(10.8)

Рассчитаем длину регенерационного участка по формуле:

, (10.9)

где a = 43 дБ - энергетический потенциал аппаратуры;

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

= 0,4 дБ/км - коэффициент затухания кабеля;

m=L/с.д.=198/4=50 - число некачественных стыков.

с.д. = 4 км - строительная длина;

Подставив все значения в формулу (9.1), получим длину регенерационного участка:

км.

Пропускная способность световода:

Мбит/с (10.10)

Требуемая пропускная способность системы ИКМ-120 составляет Мбит/с.

Построим зависимость (рисунок 10.1)

Рисунок 10.1 - Определение регенерационного участка



Рисунок 10.2 - Проверка правильности расчета регенерационного участка

Заключение

В данной работе была поставлена цель спроектировать кабельную линию связи на участке Ершов - Деркул, выбрать оборудование, обеспечивающее ее работоспособность и помехозащищенность, составить планы расстановки необходимого оборудования, спроектировать выводы связи на перегоне, рассчитать и предупредить влияния высоковольтной линии и линии тяговой сети. Также предусматривалось изучение содержания и функционирования кабельных линий, правил монтирования и сопутствующих механизмов и устройств, таких, как тяговые подстанции различные муфты и т.п. В заключение предполагалось провести расчет волоконно-оптической линии связи для использования ее параллельно спроектированной.

В соответствии с заданной целью была спроектирована кабельная линия связи на участке, выбрано и расставлено оборудование с учетом его технических требований. В качестве аппаратуры уплотнения была использована ИКМ-120 для обеспечения 200 каналов магистральной связи и 130 каналов дорожной связи.

Также были рассчитаны влияния на линию связи линии тяговой сети и линии электропередач с изолированной нейтралью и описаны методы защиты. Приведены схемы защиты линии.

При построении монтажной и скелетной схемы изучена общая информация об устройстве кабельной магистрали. Изучены типы муфт и устройств уплотнения, сечения кабелей и его устройство. Получены знания о размещении аппаратуры связи и о технической реализации магистрали в условиях агрессивной внешней среды и в местах пересечения с водоемами.

Также была рассчитана волоконно-оптическая линия связи.

Список литературы

1. Д.А. Бунин. Провода и кабели в СЦБ и связи. / Москва. «Транспорт». 1982. 287 с.

2. Защита кабельных линий связи от влияния внешних электромагнитных полей. / М.И. Михайлов, Л.Д. Разумов. Москва. «Связь». 1967. 342 с.

3. Линии связи. / И.И. Городнев, С.М. Верник. Москва. «Радио и связь». 1988. 540 с.

4. Магистральные кабельные линии связи на железных дорогах. / Д.А. Бунин, А.И. Яцкевич. Москва. «Транспорт». 1978. 288 с.

5. Электромагнитные влияния высоковольтных линий на цепи связи. / Е.Г. Требина, В.У. Костиков. Омск. Омский ин-т инж. ж.-д. транспорта. 1980. 32 с.

6. Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговой сети электрических железных дорог переменного тока. М., Транспорт, 1973.-95с.

7.Линии железнодорожной автоматики, телемеханики и связи/М.: «Маршрут»,2002.-416с.

Размещено на Allbest.ru