Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

КАФЕДРА: «СВЯЗЬ»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

НА ТЕМУ: «ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИНИИ СВЯЗИ НА УЧАСТКЕ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ»

ЕКАТЕРИНБУРГ 2010

Содержание

Введение

1. Проектирование кабельной линии связи

1.1 Виды связи, назначение, принципы организации, количество цепей

1.2 Выбор системы связи по кабелю. Определение типа и ёмкости кабеля

1.3 Распределение видов связи по физическим цепям кабеля

1.4 Разработка схемы связи на перегоне

1.4.1 Описание схемы

1.4.2 Организация ответвлений от КЛ к объектам связи и СЦБ

1.5 Расчет внешних влияний на кабельную линию связи

1.5.1 Расчет опасных влияний

1.5.2 Расчёт мешающих влияний

1.6 Организация перехода КЛС через водную преграду

2. Проектирование волоконно-оптической линии связи

2.1 Выбор системы передачи

2.2 Выбор оптического кабеля

2.3 Определение параметров световодов

2.4 Определение длины регенерационного участка

Заключение

Список литературы

Введение

Железнодорожная сеть России представляет собой огромную единую систему, работающую по общему плану. Работа этой системы невозможна без широкого использования разнообразных видов связи, организуемых по воздушным, кабельным, радио- и радиорелейным линиям передачи. Под линией передачи понимается совокупность линейных трактов систем передачи и (или) типовых физических цепей, имеющих общие линейные сооружения, устройства их обслуживания и одну и ту же среду распространения в пределах действия устройств обслуживания. Под типовой физической цепью понимаются физические провода или оптические волокна, образующие направляющую среду для передачи сигналов электросвязи, параметры которых соответствуют принятым нормам.

На основе разнообразных линий передачи создана собственная обширная ведомственная сеть электросвязи МПС, предназначенная для оперативного руководства технологическим процессом работы ж.д.транспорта, удовлетворения производственных нужд различных его подразделений и организаций.

Разнообразные устройства автоматики и телемеханики, повышающие пропускную способность перегонов, станций и узлов и обеспечивающие безопасность движения поездов, размещены не только на станциях, но и на перегонах. Для их нормальной работы требуются различные линейные сооружения, по которым передастся разнообразная информация в виде сигналов телеуправления, телеконтроля и телесигнализации. Следует также учитывать, что электроснабжение перегонных устройств автоматики и телемеханики и других линейных потребителей на перегонах и малых станциях осуществляется с помощью специальных высоковольтных линий. На участках с электротягой над рельсами подвешивают тяговую сеть, питающую электровозы.

В настоящее время на железных дорогах Российской Федерации строится цифровая сеть связи, а существующая аналоговая сеть заменяется цифровой путем установки цифровых систем передачи на свободных парах симметричных кабелей и незадействованных стволах радиорелейных систем передачи.

В соответствии с «Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации» железнодорожная сеть связи в первую очередь должна обеспечивать необходимым объемом и качеством связей подразделения железнодорожного транспорта (технологический сегмент). Избыточная емкость сети используется для оказания телекоммуникационных услуг сторонним организациям на коммерческой основе (коммерческий сегмент). Это обеспечивается за счет преимущественного использования на железнодорожной сети волоконно-оптических кабелей и цифровых систем

передачи информации, каналы которых являются универсальными, способными передавать аналоговые (например, речевые) и кодированные дискретные сигналы. К концу 2001 г. протяженность волоконно-оптических линий связи составит около 48 000 км.

Сеть связи Министерства путей сообщения включает в себя первичную сеть связи, а также вторичные сети связи различных видов и назначений. Первичная сеть связи создает возможность взаимодействия МПС со всеми управлениями дорог, а через них -- с отделениями и важнейшими железнодорожными станциями. Первичную сеть строят с расчетом на бесперебойность связи, достигаемую наличием дублирующих обходных направлений, и на полную обеспеченность потребности к каналах связи различных видов и назначений. Первичная сеть связи входит в общегосударственную Взаимоувязанную сеть связи Российской Федерации.

К вторичным сетям относят сети телефонной и телеграфной связи, оперативно-технологической связи, сети передачи данных. Вторичные сети делятся на магистральные (от министерства до управлений дорог и последних между собой), дорожные (от управлений дорог до подчиненных им отделений и последних между собой) и отделенческие, соединяющие отделения дорог с входящими в них станциями и станции между собой.

На станциях, оборудованных электрической централизацией, стрелок и сигналов или другими устройствами автоматики и телемеханики, существует густая сеть кабелей, по которым осуществляется управление этими устройствами и их электроснабжение.

Дальнейший рост объема и скоростей перевозок, конкуренция с другими перевозчиками грузов способствуют масштабному внедрению информационных технологий на железнодорожном транспорте. Это потребовало построения структурированных кабельных систем в административных и служебно-технических зданиях для создания физической топологии сетей различного назначения, в том числе информационных вне зависимости от используемых приложений.

Продолжающийся рост протяженности железных дорог с электротягой на переменном токе, развитие железнодорожных линий автоблокировки, продольного электроснабжения линейных потребителей, высоковольтных линий электропередачи приводят к увеличению опасных и мешающих электромагнитных влияний на цепи и каналы железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и к необходимости разработок мер борьбы с этими явлениями.

В связи с необходимостью увеличения числа каналов и повышением их качества с особой остротой встают вопросы экономической целесообразности использования тех или иных направляющих систем при развитии сетей железнодорожной связи и автоматики для минимизации капитальных затрат на их строительство и расходов на эксплуатацию.

Таблица 1 Исходные данные

Требуемое число каналов дальней связи	Участок «А-К»	Магистральной «m»	280
		Дорожной «n»	90
Перегон, для которого разрабатывается схема организации цепей связи и СЦБ	А-Б
Вид тяги на участке «А-К»	~ U=27кВ
Расстояние между осями станций, км	А - Б	7
	Б - В	13
	В - Г	17
	Г - Д	12
	Д - Е	11
	Е - Ж	7
	Ж - З	13
	З - И	6
	И - К	11
	Д - Л	10
	Е - М	10
	М - Н	19
Ширина водной преграды, м	195
Тип водной преграды	Судоходная река глубиной 6 м.
Климатические условия в районе трассы	Умеренные, грунт мягкий

кабельный связь волоконный световод

1. Проектирование кабельной линии связи

1.1 Выбор системы организации кабельной магистрали

Выбор типа кабельной магистрали, типа и емкости кабеля для кабельной магистрали производится исходя из требуемого числа каналов для организации всех видов связи на участке железной дороги и выбранного типа аппаратуры уплотнения. В соответствии с заданием курсового проекта на участке А - К необходимо организовать 90 каналов дорожной дальней связи + резерв 30%, таким образом, общее количество составляет 117 каналов. Поэтому выбираем две системы типа К- 60 П. Система передачи двухкабельная однополосная, кабели К1 и К2 одинаковой емкости. Марка кабеля МКПАБ 7х4х1.05+5х2х0,7+1х0,7. Двухкабельная линия предусматривает прокладку двух параллельно расположенных кабелей вдоль полотна железной дороги. В одном кабеле размещаются физические цепи для организации ТЧ каналов прямого, а в другом - обратного направлений передачи информации.

Табл. 1.1 Технические характеристики систем передачи

Система передачи	Число каналов	Диапазон частот, кГц	Система связи	Тип кабеля линии	Допускаемая величина затухания участка, дБ
К-60П	60	12 - 252	двухкабельная	СК, МК	49

1.2 Организация связи и цепей автоматики по кабельной магистрали

Скелетная схема является основным документом для монтажа магистрального кабеля. На ней показывается взаимное расположение всех объектов связи и СЦБ, а также устраиваемые к ним ответвления с условным изображением необходимой кабельной арматуры.

Скелетная схема для заданного перегона строится на основе схемы организации связи и цепей СЦБ. В данном случае на этом перегоне имеются следующие объекты связи и СЦБ:

- обслуживаемый усилительный пункт (ОУП)

- релейный шкаф выходных светофоров станции (Рш - Вх);

- релейный шкаф проходного светофора (Рш - С);

- пост секционирования контактной цепи (ПСКЦ);

- остановочный пункт пригородных поездов (ОП);

- тяговая подстанция (ТП).

Таблица 1.2 Размещение объектов связи и СЦБ на перегоне А - Б

Ординаты	Объект
км	м
79	000	ОУП(л)
79	350	ТП(п)
80	500	РШ-Вх(л)
82	000	РШ-С(л)
82	800	ПСКЦ(п)
84	000	РШ-С(п)
84	000	ОП(л)
84	800	РШ-Вх(п)
86	000	ЭЦ(л)

Пункты, в которые заводятся все или отдельные виды связи, определяются характером размещаемых в них объектов. В пассажирское здание или пост ЭЦ, где размещаются обычно все служебные станционные помещения, а также в ОУП'ы и НУП'ы заводятся все виды связи. В релейные шкафы входных светофоров заводятся такие цепи, как ПГС и СЦБ (шлейфом) и ПДС (параллельно). В релейные шкафы проходных светофоров - ПГС, МЖС, СЦБ (шлейфом). В остановочный пункт - ПГС, МЖС (шлейфом), ПС (параллельно). В здание службы пути - ПГС (шлейфом), ЛПС (параллельно). В будку дежурного по переезду - ПГС, МЖС, СЦБ (шлейфом), ПДС, ЛПС (параллельно). В тяговую подстанцию - ТУ, ТС (шлейфом), ЭДС, ПС (параллельно). В пост секционирования контактной сети - ТУ, ТС (шлейфом), ЭДС (параллельно).

Ответвления цепей ОТС осуществляется шлейфом или параллельно; цепи автоматики всегда ответвляются шлейфом. При вводе шлейфом пара жил этой цепи в месте ответвления разрезается и выводится из кабеля к аппаратуре промпункта, а за тем снова возвращается в кабель. Сквозного пути по кабелю для разговорных или сигнальных токов, минуя аппаратуру промпункта, нет. При параллельном вводе от пары жил кабеля делается отпай к аппаратуре промпункта. Разговорные токи по цепи ОТС протекают прямо и с ответвлением к абоненту.

На тех же станциях, где находятся усилительные пункты, ответвления от магистрального кабеля на пост ЭЦ иди в пассажирское здание с устройствами автоматики, как правило, не делают, а необходимые цепи связи и автоматики передают от усилительного пункта кабелем вторичной коммутации. Аналогично поступают и в том случае, если линейные объекты располагаются друг от друга на расстояниях менее 100 метров. Ответвление делается лишь к ближайшему к кабельной магистрали объекту. Для передачи требуемых цепей к следующим объектам прокладывается кабель вторичной коммутации. Координаты размещения различных объектов заданы в задании и указываются на схеме для каждого объекта.

1.3 Распределение видов связи по физическим цепям кабеля

Табл. 1.3

Марка кабеля		Использование четвёрок, коаксиальных и сигнальных пар.
		Номера четвёрок, коаксиальных пар.
		1	2	3	4	5	6	7
МКПАБ 7х4х1,05+5х2х0,7+1х0,7	1	ПДС	К-60	МЖС	К-60	ВЦ	Рез.	ПГС
	2	ЛПС	Рез.	СДС	Рез.	ВДС	Рез.
МКПАБ 7х4х1,05+5х2х0,7+1х0,7	1	ТУ	К-60	ЭДС	К-60	ВЦ	Рез.	ОПГС
	2	ТС	Рез.	ПС	Рез.	БДС	Рез.	КЛ

Двухкабельная линия связи предусматривает прокладку двух параллельно расположенных кабелей вдоль полотна железной дороги.

Рис 1.1

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

Кабельный переход через реку в зависимости от способа прокладки кабеля подразделяется на два участка -- подводный и пойменный. Подводный участок расположен ниже горизонта воды, пойменный находится на обоих берегах реки и периодически оказывается ниже горизонта высоких вод. Земляные работы и укладку кабеля на этом участке перехода выполняют механизмами, используемыми на сухопутной трассе.

Длина кабельного перехода через водные препятствия, величина и способы заглубления кабеля, марка кабеля подводного перехода, берегоукрепительные и прочие виды работ зависят от конкретных местных гидрогеологических условий и основываются на тщательных инженерных изысканиях, при которых учитывают глубину, скорость течения реки в месте перехода, господствующие ветры, профиль дна и состав его грунта, химический состав воды и характер судоходства.

При пересечении магистральным кабелем реки шире 300 метров прокладываем два створа кабеля для каждого магистрального кабеля кроме СЦБ. В один створ включают жилы, обеспечивающие связь в одном направлении, в другой створ - в другом направлении. При этом один створ прокладывают по мосту (кабель СЦБ в любом случае прокладывают по мосту), а другой через реку с отнесением его по течению реки на расстояние 1000 м. При прокладке кабелей по двум створам расхождение в длинах трасс обоих створов должно быть как можно меньше. Разность затухания цепей в кабелях на наивысшей передаваемой частоте по обоим створам не должна превышать 1,7 дБ.

Также в нашем случае на каждом берегу ставят створы из двух сигнальных столбов высотой 7,5 и 12 м. В ночное время сигнальные столбы должны освещаться. На обоих берегах реки укладывают в грунт запас кабеля в котлован глубиной 1,2 м и диаметром не менее 1,0 м. После укладки запаса кабеля котлован зарывают и на расстоянии 1 м от него устанавливают железобетонный указательный столбик с соответствующими данными.

При разработке структурной схемы необходимо руководствоваться следующими основными положениями:

1. Требуемая длина кабеля рассчитывается исходя из расстояния между объектами плюс 2,2% от расстояния на изгибы кабеля при укладке и производство спаечных работ.

2. Для устройства ответвлений от магистрального кабеля рекомендуется использование низкочастотных кабелей дальней связи марок ТЗАБп, ТЗПАБп. Эти же кабели могут использоваться и в качестве кабелей вторичной коммутации.

Строительная длина кабелей указанных марок составляет 425 м.

Требуемая емкость и длина кабеля рассчитываются для каждого объекта в соответствии с числом ответвляющихся цепей и удаленностью объекта от трассы кабельной магистрали.

3. Для монтажа кабельной магистрали предусматривается применение следующей кабельной арматуры: прямых (соединительных) свинцовых муфт типа МСП-7 и МСП-14. рассчитанных на соединение строительных длин кабелей емкостью соответственно 7 и 14 четверок; газонепроницаемых свинцовых муфт ГМС-4, ГМС-7, ГМСМ-60 (последние рассчитаны на монтаж 14-четверочных кабелей), устанавливаемых на вводах кабелей ответвлений для предотвращения утечки воздуха из магистральных кабелей, находящихся под постоянным избыточным давлением; прямых (соединительных) свинцовых муфт типа МС-20, МС-25, МС-30, МС-40 с внутренним диаметром шейки муфты соответственно 20, 25, 30 и 40 мм, устанавливаемых на кабелях ответвлений и необходимых для монтажа газонепроницаемых муфт; разветвительных тройниковых свинцовых муфт типов МСТ 7x7, МСТ 7x7x7, МСТ 7x12, МСТ 14x7, МСТ 14x7x7, МСТ 14x7x12, МСТ 14x12, МСТ 14x14, устанавливаемых в местах ответвлений и рассчитанных на емкость магистрального кабеля 7 и 14 четверок и кабеля (кабелей) ответвлений соответственно на 7, 12 и 14 четверок; чугунных прямых (С-35, С-50, С-55, С-65) и тройниковых (Т-35. Т-50. Т-55, Т-65) муфт с внутренним диаметром горловин соответственно 35, 50, 55 и 65 мм, устанавливаемых на свинцовые прямые, газонепроницаемые и тройниковые муфты подземных кабелей для защиты их от механических повреждений. междугородных кабельных боксов БМ1-1, БМ1-2, НМ2-2, БМ2-3, служащих для оконечной разделки вводных кабелей в помещениях объектов связи и рассчитанных на ввод (разделку) одного или двух кабелей при количестве плинтов на боксах от одного до трех, при этом следует учитывать, что плинты типа ПН-10 рассчитаны для разделки 10 цепей; малогабаритных кабельных боксов БМШ-1 и БМШ-2 с одним или двумя плинтами, рассчитанных для установки в релейных шкафах автоблокировки или переездной сигнализации.

Кабельные боксы перечисленных выше типов применяются также для оконечной разделки кабелей вторичной коммутации, однако при малой емкости таких кабелей, когда в них заняты одна-две пары, могут применяться оконечные свинцовые муфты МСО-3, МСО-4, рассчитанные на емкость кабеля соответственно 3 и 4 четверки.

Установка прямых муфт при вводе кабелей в усилительные пункты (ОУП, НУП) объясняется технологией монтажа газонепроницаемых муфт, которые монтируются предварительно на небольших отрезках кабеля длиной 4-5 м, затем один конец кабеля посредством прямой муфты соединяется с магистральным кабелем, а другой разделывается на боксе. Прямая соединительная муфта в этом случае одновременно используется для подсоединения оборудования подкачки воздуха в кабели. Для этого в муфте просверливается отверстие и впаивается ниппель, к которому подводится трубопровод со сжатым воздухом.

В тех случаях, когда емкость оконечного магистрального кабеля превышает емкость оконечного кабельного оборудования, в качестве соединительных устанавливаются не прямые, а разветвительные свинцовые муфты (перчатки) типов МСР 7x4x4, МСР 12x7x7 и МСР 14x7x7, рассчитанные для разделения кабеля большой емкости на два кабеля меньшей емкости. Газонепроницаемые и соединительные муфты усилительных пунктов размещаются в помещениях непосредственно на вводных кабельных устройствах и поэтому в защите чугунными муфтами не нуждаются.

4. По существующей типовой нумерации, применяемой на кабельных магистралях, магистральный кабель, от которого делаются все основные ответвления на перегонах, обозначается К1; второй кабель - К2; кабели, ответвляющиеся от магистрального кабеля К1, имеют номера 3 и 5, от кабеля К2 - 4 и 6; кабель вторичной коммутации обозначается номером 8.

Боксам присваиваются двузначные номера, при этом второй цифрой является 1, а первая соответствует номеру кабеля ответвления. Кабель 8 оканчивается муфтой или боксом, обозначаемым номером 82. Соединительные, газонепроницаемые и разветвительные муфты на кабелях ответвлений имеют двузначный номер, первая цифра кабеля соответствует номеру кабеля, а вторая - типу муфты: соединительной - 2, газонепроницаемой - 3, разветвительной - 4. Боксы, устанавливаемые в релейных шкафах или релейных помещениях, на скелетной схеме кабеля заштриховываются.

5. С целью сокращения количества муфт следует стремиться к тому, чтобы место ответвления совпадало с прямой муфтой. В таком случае в качестве соединительной устанавливается разветвительная муфта. Место ответвления не совмещается с местом соединения строительных длин кабеля, если расстояние между ними превышает 100 м.

Выбранный кабель МКПАБ 7x4x1,05+5x2x0,7+1x0,7 имеет строительную длину 850 м, с учетом изгибов при укладке и производства спаечных работ длина кабеля -

Зная строительную длину с учетом поправок можно рассчитать ординаты сращивания строительных длин, т.е. места установки муфт.

Перегон начинается с ординаты 79 км 000 м, в начале перегона стоит ОУП, поэтому от отнимаем 20 м, на устройство ввода.

Ординаты размещения муфт, соединяющих строительные длины кабеля:

Из расчета видно - для организации КЛС потребуется 24 (так как система двухкабельная) строительных длин кабеля МКПАБ 7x4x1,05+5x2x0,7+1x0,7

Для ответвлений используется кабель ТЗПАБп 7x4x1,2.

Структурная схема КЛС перегона И - К представлена на рис. 1.2

Рис. 1.2 Структурная схема кабельной линии для участка И-К

1.5 Расчёт внешних влияний на кабельную линию связи

Кабельные линии связи подвергаются опасным и мешающим магнитным влияниям тяговой сети переменного тока. Цель расчета этих влияний заключается в определении такой ширины сближения кабельной линии с тяговой сетью, при которой опасное напряжение, индуцируемое в жилах кабеля, не превышало бы предельно допустимого значения 200 В, а результирующее напряжение шума - допустимого значения 0.9 мВ.

При определении значений опасного и мешающего влияний цепи проводной связи и проводного вещания разбиваются на расчетные участки. Расчетными являются гальванически неразделенные участки - участки между усилительными пунктами для цепей избирательной связи, размещенными на схеме трассы кабельной магистрали.

Гальванически неразделенным называют участок цепи, не содержащий усилителей, трансформаторов и других элементов, препятствующих прямому прохождению переменного тока в проводах.

Сближением между электрифицированной железной дорогой и линиями проводного вещания называют такое их взаимное расположение, при котором в цепях этих линий могут возникать опасные и мешающие напряжения и токи. В этом случае принято считать, что линии проводной связи и проводного вещания находятся в зоне влияния электрифицированной железной дороги.

Длиной сближения называют длину той части расчетного участка цепи связи или проводного вещания, которая находится в зоне влияния тяговой сети электрифицированных железных дорог, т.е. располагается параллельно соответствующему плечу питания тяговой сети.

1.5.1 Расчёт опасных влияний

Опасные напряжения в жилах кабеля могут возникать при аварийном (замыкании тяговой сети на землю или рельсы) и вынужденном (отключении от контактной сети одной из тяговых подстанций) режимах работы тяговой сети. Однако в целях сокращения расчетов в курсовом проекте разрешается произвести расчет опасных влияний лишь для вынужденного режима.

Питание тяговой сети может быть организовано по различным схемам. Для быстрого отключения любого поврежденного или ремонтируемого участка сети и сохранения действия цепи на всем остальном ее протяжении тяговую сеть делят на отдельные участки, имеющие на одном или обоих концах источники питания (тяговые подстанции (ТП)). Эти участки называются плечами питания. При использовании встречно-консольной схемы питания в случае выхода из строя одной из тяговых подстанций срабатывают устройства автоматического включения резерва (АВР), расположенные посередине участка между соседними ТП. Таким образом, в нормальном режиме каждая ТП питает одно или два плеча питания, ограниченных устройствами АВР. В вынужденном режиме за счет перераспределения тока в контактном проводе длины плеч питания ТП изменяются, и нагрузку отключенной ТП принимает на себя одна или две смежных ТП.

Значение опасного напряжения, индуцированного между проводами или жилами линии связи и землей за счет магнитного влияния, может быть определено по формуле:

, В(1.1)

где: (рад/с) - круговая частота влияющего тока;

I_экв - величина эквивалентного влияющего тока в тяговой сети, А;

М - коэффициент взаимной индукции на 1 км сближения между несимметричной частью влияющей линии и несимметричной частью линии связи, Гн/км;

l_p - длина участка сближения, км;

S_p = 0,45 - коэффициент экранирования рельс;

S_об - коэффициент защитного действия оболочки кабеля (для кабеля МКПАБ на частоте 50 Гц принимается равным 0,1).

S_Т - коэффициент экранирования от действия различных металлических предметов, S_Т = 0,1

В случае опасного магнитного влияния со стороны тяговой сети переменного тока М определяют по приближенной формуле:

, Гн/км,(1.2)

где а_э - эквивалентная ширина сближения, м;

?_з - проводимость почвы, См/м;

f_c - частота сети (принимается равной 50 Гц).

Значения величин Iэкв, ?з берем из задания (Iэкв = 500 А). Найдем значения коэффициента взаимной индукции М и опасного напряжения для четырех участков, приняв ширину сближения равной 10 метров. Опасное напряжение гальванически неразделенного участка цепи связи должно быть меньше 200 В. Схема для расчёта опасных влияний представлена на рис 1.4

Участок 1 - 2:

;;

;

;

Участок 2 - 3:

а) ; ; ;

;

б) ; ; ;

;

;

Участок 3 - 4:

а) ; ; ;

;

Участок 4 - 5:

; ;

Участок 5 - 6:

а) ; ;

б) ; ;

Участок 6 - 7:

; ;

Опасные влияния на участках не превышают нормы U_оп=200В. В результате никаких дополнительных мер по уменьшению опасных влияний не принимаем. Ширину сближения принимаем равной 10 м.



Рис. 1.3 Схема для расчета опасных влияний

1.5.2 Расчёт мешающих влияний

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

Величины мешающих напряжений и токов за счет внешних влияний определяются для неуплотненных цепей оперативно-технологических связей, поскольку спектральная плотность влияющих токов или напряжений - наибольшая в области тональных частот. Мешающее влияние оценивается псофометрическим средневзвешенным напряжением между проводами на конце усилительного участка телефонной цепи при нормальном режиме работы тяговой сети.

Напряжение шума рассчитывается отдельно для каждого расчетного участка цепи, а результирующее напряжение шума в начале цепи определяется путем сложения по квадратичному закону значений напряжений шума для всех расчетных участков.

Схема к расчету мешающих влияний представлена на рис. 1.6

Расчет выполнен для 19 гармоники тягового тока.

где: f_k - частота к-ой гармоники тягового тока;

f15 = 950 Гц;

Мк - взаимная индуктивность между контактным проводом и жилой кабеля для 19-ой гармоники, Гн/км;

I_k - ток 19-ой гармоники тягового тока, А; I₁₉ = 0,65 А;

Рк - коэффициент акустического воздействия к-ой гармоники; Р₁₉ = 1,109;

- коэффициент чувствительности цепи к помехам;

S_p - коэффициент экранирования рельс; Sp = 0,45;

S_об - коэффициент экранирования оболочки кабеля в тональном спектре; Sоб = 0,02

l_уч - длина усилительного участка, км.

Участок 1 - 2:

;;

Участок 2 - 3:

; ; ;

Участок 3 - 4:

; ;

Участок 4 - 5:

; ;

Расчет мешающих влияний в КЛС показал, что для каждого усилительного участка мешающее напряжение не превышает допустимой нормы - 0,9 вольт. Ширину участка сближения принимаем равной .

Рис. 1.4 Схема для расчета мешающих влияний

1.6 Организация перехода КЛС через водную преграду

Так как в данном курсовом проекте река судоходна и её ширина более 300 метров, то предусматривается прокладка двух кабелей, для каждого магистрального кабеля: одного по мосту, а другого по дну реки, с относом от моста на расстояние в 1000 метров.

При прокладке кабелей по двум створам расхождение в длинах трасс обоих створов должно быть как можно меньше. Разность затухания цепей в кабелях на наивысшей передаваемой частоте по обоим створам не должна превышать 1,7 дБ.

Количество и ёмкость кабелей, прокладываемых по обоим створам перехода, должны быть одинаковыми и равными количеству и емкостям кабелей магистрали до разветвления.

В каждый из кабелей разветвления должны быть включены цепи высокой частоты систем передачи и оперативно-технологических связей, предусмотренные проектом. Сигнальные цепи автоблокировки включаются только в кабели, прокладываемые по железнодорожному мосту.

Основными вопросами, подлежащими разрешению при устройстве переходов кабельных линий связи через реки, являются выбор типа защитных покровов и марки кабеля, глубина его заглубления в дно реки и другие мероприятия по защите подводных кабелей от повреждения.

Для данной реки применим кабели, бронированные с круглыми стальными проволоками в шланге из полиэтилена МКПАК_ПШ_П.

Основная защита подводного кабеля от повреждений - это углубление его в дно водного препятствия. При глубине более 8 метров (наименьший уровень воды) кабели прокладывают по дну реки, не заглубляя.

В прибрежных и на мелководных участках до 1 метра кабели следует заглублять в дно не менее, чем на 1 метр. В береговой части трассы, до места соединения с подземным кабелем, подводный кабель должен быть - заглублен также не менее, чем на 1 метр.

В местах выхода кабелей из воды рекомендуется укреплять берега бетонными плитами и камнем. Так как укрепление делается бетонными плитами, то их укладывают над кабелем на расстоянии 0,4 м. Укладку бетонных плит по дну оканчивают в месте, где глубина реки при её нормальном

уровне на 1 метр больше осадки самых глубоководных судов. Укрепление береговой линии приведено на рис.

Целесообразно укладывать кабель по прямой линии от одного берега до другого. Однако в случае пересечения рек с неустойчивым руслом и берегами, сложенными легко размываемыми грунтами, кабель необходимо прокладывать с выносом середины пролета вверх по течению на 25 метров от оси трассы

В конечных точках кабельного перехода строятся колодцы из бетона или кирпича, в которых размещают соединительные муфты. Располагают колодцы так, чтобы их не затопляло при максимально высоком уровне воды.

При соединении подземного и подводного кабелей используем муфты типа МСП-7. Эта муфта расшифровывается так: М - муфта; С - свинцовая; П- прямая; 7 - означает, что муфта рассчитана на соединение строительных длин кабеля емкостью 7 четверок.

рис 1.5

рис 1.6



Рис. 1.7

Рис. 1.8 План трассы кабельной линии связи

2. Проектирование волоконно-оптической линии связи

Разработка световодных систем и их опытная эксплуатация на железнодорожном транспорте началась в начале 80-х годов. В этих системах связи, сигналы, несущие информацию, передают по оптическим световодам. Последние представляют собой тонкие нити специальной конструкции, изготовленные из диэлектрического материала, прозрачного для применяемого излучения (кварцевое или многокомпонентное стекло, полимер, некоторые галоидные соединения). Волоконные световоды из особо чистого кварцевого стекла (ОСЧ-кварцевого стекла) называются оптическими волокнами и составляют основу оптических кабелей.

Перспективность волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП) обусловлена большой пропускной способностью волокна, защищенностью от внешних электромагнитных полей; высокой помехозащищенностью цифровых линейных трактов; малой металлоемкостью и отсутствием дефицитных цветных металлов (медь, свинец) в кабеле; малым значением коэффициента затухания в широкой полосе частот, что обеспечивает большие длины регенерационных участков по сравнению с электрическими кабелями (10--150 км вместо 2--6 км); небольшими размерами кабеля.

Для работы одной многоканальной системы связи требуются два оптических волокна (ОВ): по одному передаются сигналы в прямом направлении, по другому -- в обратном. В оконечных пунктах передающий оптоэлектронный модуль (ПОМ) предназначен для преобразования электрических сигналов в оптические. Приемный оптоэлектронный модуль (ПРОМ) предназначен для преобразования оптических сигналов в электрические.

Основными элементами приемопередающих модулей являются источник излучения с длиной волны, соответствующей одному из минимумов полных потерь в оптическом волокне, и приемник излучения. Оба модуля содержат электронные схемы для преобразования электрических сигналов и стабилизации режимов работы и разъемные соединители. Линейный тракт содержит оптический кабель (ОК), в который через примерно равные промежутки включены линейные регенераторы, а в случае использования волнового уплотнения оптических волокон -- оптические усилители.

Дальность непосредственной связи по ВОЛП, так же, как и длина регенерационного участка, зависит от параметров оптических волокон и энергетических характеристик приемопередающих устройств.

Источник оптического излучения. Основным элементом передающего оптоэлектронного модуля является источник оптического излучения. Работа различных источников оптического излучения основана на инверсной заселенности энергетических уровней. Создание инверсной заселенности уровней называется накачкой.

При переходе атома с более высокого энергетического уровня (Е₂) на более низкий (Е₁) происходит излучение на частоте со = (Е₂ - Е₁)h, где h = 1,05 ·10^-34 Дж*с -- постоянная Планка. Переходы с верхнего уровня на нижний могут быть спонтанными (самопроизвольными), что характерно для обычных светоизлучающих диодов (светодиодов), а также спонтанными и вынужденными (суперлюминесцентные светоизлучающие диоды) и только вынужденными (лазеры).

Излучение обычных светодиодов является некогерентным и слабонаправленным, ширина спектра излучения составляет (20--40) нм. Суперлюминесцентные светодиоды имеют более высокую яркость и малую излучающую поверхность по сравнению с обычными светодиодами. Длина волны светового излучения зависит от состава полупроводникового материала.

В качестве направленных источников излучения наибольшее применение получили полупроводниковые инжекционные лазеры. Они легко позволяют осуществить внутреннюю модуляцию оптического излучения по интенсивности. Ширина спектра излучения полупроводникового лазера менее 2 нм.

Выбор источника излучения определяется областью применения системы передачи. Светодиоды используют в системах, предназначенных для работы на сравнительно небольшую дальность (примерно 10 км) и скорость передачи до 200 Мбит/с. Светодиоды обладают лучшей линейностью характеристик, большим сроком службы, более слабой температурной зависимостью излучаемой мощности, чем лазеры. К недостаткам светодиодов следует отнести малую мощность излучения и невысокий к.п.д. согласования с оптическим волокном.

Лазерные источники излучения применяют преимущественно в системах передачи с большой дальностью и высокой скоростью передачи. Они обеспечивают высокий к.п.д. согласования с оптическим волокном.

Приемник оптических сигналов. Основным элементом приемного оптоэлектронного модуля является приемник оптических сигналов. В качестве приемника используют pin-фотодиоды и лавинные фотодиоды. Известно, что в р-п переходе, на который подано обратное смещение, существует зона, в кторой нет свободных носителей заряда (обедненная зона). Поглощение фотона в этой зоне сопровождается возникновением пары носителей зарядов -- электрона и дырки, которые под действием постоянного электрического поля, созданного внешним источником напряжения смещения, перемещаются к противоположным зажимам фотоприемника, образуя ток во внешней цепи. Этот ток и является сигналом на выходе фотодиода, его значение пропорционально мощности принимаемого светового излучения.

Когда световая мощность очень мала (нановатты), фототоки также малы (наноамперы), и в этом случае для уменьшения влияния шума (тепловые шумы, квантовые шумы) используют внутренее усиление в фотоприемнике (лавинный фотодиод) за счет эффекта лавинного умножения носителей заряда.

Лавинные фотодиоды усиливают первичный фототок прежде, чем на полезный сигнал накладываются шумы. Однако они требуют более высокого напряжения питания и его стабильности.

Таблица 2.1 Исходные данные

требуемое число каналов дальней связи	магистральной	280

2.1 Выбор системы передачи

При проектировании трактов оптической связи необходимо в первую очередь принять оптимальное решение по выбору волоконно-оптической системы передачи. В настоящее время в волоконно-оптических системах передачи общего пользования применяется унифицированная каналообразующая аппаратура цифровых систем передачи различных ступеней иерархии. Системы передачи с частотным разделением каналов связи по оптическим кабелям еще не нашли практического применения, что связано с определенными трудностями в обеспечении качественных показателей линейного тракта.

Для заданного числа каналов используем один комплект системы передачи Сопка-3. Характеристики выбранной волоконно-оптической системы передачи представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.2 Характеристики системы передачи сопка-3

Кол-во каналов	Скорость передачи, Мбит/с	Длина волны, мкм	Энергетический потенциал, дБ	Тип линейного кода	Дальность связи, км	Тип источника излучения	Тип приемника	Волокно
480	34	1,3	41	5B6B	600	ЛД	ЛФД	Многомодовое

2.2 Выбор оптического кабеля

Оптические кабели (ОК) содержат 4. 8 и 16 волокон. Волокна классифицируются на ступенчатые, градиентные и одномодовые и используются на длинах волн 0.85. 1,3 и 1.55 мкм. Кабели могут изготовляться с металлическими элементами (оболочки, оплетки, армирующие стержни) и без них. Достоинствами ОК без металлических элементов являются существенно меньшие габаритные размеры и масса.

Выбор ОК осуществляется на основе:

заданного числа каналов магистральной связи и типа аппаратуры связи; назначения кабеля.

В соответствии с заданным числом каналов магистральной связи и типом волоконно-оптической системы передачи следует определить число волокон ОК.

Исходя из типа системы передачи, типа оптического волокна и значения рабочей длины волны (, мкм), выбирается марка кабеля.

Для организации 280 двухсторонних каналов связи при использовании 480-канальной системы связи сопка-3, потребуется 2 волокна ОК: одно для организации связи в прямом, второе - в обратном направлении. Волокно должно быть многомодовым, со значением рабочей длины волны 1,3мкм.

Выбираем кабель марки ОКК-А-4/2(2,4)Сп-8(2)/8(5) (рис 2.1).

- Оптический кабель диэлектрический самонесущий

- Внешняя оболочка из полиэтилена

- Защитные покровы из арамидных нитей

- Внутренняя оболочка из полиэтилена

- Число оптических модулей - 4, число заполняющих модулей - 2.

- Номинальный внешний диаметр модулей - 2,4 мм

- Центральный силовой элемент - стеклопластиковый пруток

- 8 стандартных многомодовых волокон



рис 2.1. 1. Центральный силовой элемент; 2. Оптический модуль; 3. Оптическое волокно; 4. Гидрофобный заполнитель; 5. Бандажная лента; 6. Внутренняя оболочка; 7. Арамидные упрочняющие нити; 8. Внешняя оболочка.

Таблица 2.2

Геометрические характеристики
Диаметр отражающей оболочки, мкм	125 ± 1
Диаметр то защитному покрытию, мкм	250 ± 15
Передаточные характеристики
Рабочая длина волны, нм	850 и 1300
Коэффициент затухания на ОВ, дБ/км, не более, на длине волны, нм	850	2,4
	1300	0,7
Числовая апертура	0,200 ± 0,015
Ширина полосы пропускания, МГцЧкм, не менее, на длине волны, нм	850	400 ч 1000
	1300	600 ч 1500
Диаметр сердцевины, мкм	50
Профиль преломления	градиентный

2.3 Расчет параметров световодов

Необходимо рассчитать следующие параметры волоконного световода:

· числовую апертуру;

· число мод в световоде;

· затухание световода;.

· дисперсию световода.

Важной характеристикой световода является числовая апертура NA, представляющая собой синус максимального угла падения _пад лучей на торец световода, при котором в световоде луч на границу "сердцевина-оболочка" падает под критическим углом _кр. Если значение угла падения , то в световоде происходит полное, внутреннее отражение луча. Следовательно

;

- для многомодового волокна

Для выбранного типа оптического волокна числовая апертура:

;

Число мод определяет способность световода "принимать" свет. Чем больше мод, тем больше световой энергии можно ввести в световод от источника. С увеличением числа мод полоса передаваемых частот снижается. Чем меньше мод, тем лучше качество связи, и можно организовать большее число каналов.

Для расчета числа мод необходимо рассчитать нормированную частоту

;

где а - радиус сердечника световода, мкм;

- длина волны, мкм;

NА - числовая апертура.

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

 - для ступенчатого профиля;

- для градиентного профиля.

Для уменьшения числа мод следует уменьшить диаметр световода и разницу между показателями преломления сердцевины и оболочки. Геометрические размеры сердечника и оболочки являются важными параметрами световодов. У одномодового световода диаметр сердцевины задается таким, чтобы обеспечивались условия распространения только основной моды.

Для выбранного ОВ нормированная частота:

;

Общее число передаваемых мод, профиль - градиентный:

;

Важнейшим параметром световода является затухание передаваемой энергии. Потери наряду с дисперсией определяют длину ретрансляционного участка волоконно-оптической линии связи. Существуют две главные причины собственных потерь в световодах: поглощение и рассеяние энергии.

Затухание поглощения, _n связанное с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растет с частотой и существенно зависит от свойств материала световода tg().

Затухание поглощения, _n связанное с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растет с частотой и существенно зависит от свойств материала световода tg().

Расчет затухания поглощения, дБ/км:

;

где - длинна волны, м:

tg()=10^-11 - тангенс угла диэлектрических потерь в световоде.

Потери на рассеяние, возникающие в результате флуктуации показателя преломления, называются рэлеевскими и определяются по формуле, дБ/км.

;

где - длина волны, мкм;

Rр - коэффициент рассеяния, равный для кварца 1,5 дБ/км*мкм4 для многомодового световода;

Суммарное значение собственного затухания оптического волокна в общем случае

;

где пк - коэффициент затухания в инфракрасной области, расположенной в диапазоне длин волн свыше 1.6 мкм (для длины волны 1,3 мкм не рассчитывается);

пр - коэффициент, затухания из-за наличия в материале волоконного световом посторонних примесей, дБ/км (для многомодового световодов приблизительно равен на = 1.3 мкм - 0.1 дБ/км).

Из-за нелинейности потерь пр на заданных частотах за счет резонансных явлений возникают так называемые "окна прозрачности" световода, то есть существенное уменьшение собственного затухания оптического волокна при длинах волн 0.85, 1.3 и 1.55 мкм. Поэтому передача по ОК осуществляется именно на данных длинах волн.

Для выбранного типа ОВ:

;

;

;

;

Величина , полученная по расчетам, совпадает с указанной в характеристиках ОВ.

Кроме собственных потерь _с надлежит учитывать также дополнительные кабельные потери _к . Они связаны с непостоянством размеров поперечного сечения волокна, наличием макро- и микроизгибов из-за скрутки.

;

где _гв - дополнительное затухание за счет геометрии волокна, (в среднем 0.15 * _с ),дБ/км;

А_м - потери на стыке оптических волокон в муфте (0,3 - на стык, дБ);

C_стр - протяженность строительной длинны ОК, км.

;

Потери энергии на вводе, дБ.

;

Для расчетов могут быть приняты следующие данные: Sn - 3·50 мкм; Sc=·a2 мкм, где а - радиус сердцевины световода, мкм; m=10.

;

Учитывая дополнительные потери в разъемных и неразъемных соединениях на стыке аппаратуры и ОК торцевые потери

;

где q - поправочный коэффициент, равный 0,2 для многомодового световода

;

Расчет дисперсии световодов. В световоде при передаче импульсных сигналов (отличающихся друг от друга различной мощностью) после прохождения ими некоторого расстояния световые импульсы искажаются и расширяются во времени, т. е. время подачи одного импульса увеличивается. В результате наступает такой момент, когда соседние импульсы начинают перекрывать друг друга. Данное явление в теории световодов называют дисперсией.

;

Причем, значения tвых2 и tвх2 берутся на уровне половины амплитуды импульсов. Дисперсия возникает по двум причинам: некогерентность источников излучения и появление спектра , существование большого числа мод N.

;

;

2.4 Определение длины регенерационного участка

Длина регенерационного участка должна удовлетворять значениям, как затухания, так и дисперсии. Поэтому производится расчет длины регенерационного участка сначала исходя из допустимого значения по затуханию , затем исходя из требуемых значений дисперсии и пропускной способности .. Из полученных двух значений регенерационного участка выбирается наименьшее значение как отвечающее условиям затухания и дисперсии.

Допустимая длина регенерационного участка ВОЛС по затуханию

;

где А_з - энергетический запас системы (в среднем - 5 дБ), необходимый для компенсации эффекта старения аппаратуры и ОК.

;

Для расчета длины регенерационного участка по пропускной способности . определим расчетную пропускную способность световода на 1 км длины (Мбит·км/с)

;

где - дисперсия, нс/км

;

Длина регенерационного участка по пропускной способности определяется из выражения

;

где F - скорость передачи волоконно-оптической системы, Мбит/с

Из полученных значений длины регенерационного участка выбирается наименьшее, которое и будет являться значением длины регенерационного участка

Таким образом, можно сделать следующий вывод - длина регенерационного участка равна 15,2 км.

Заключение

В данном курсовом проекте рассчитана кабельная линия на перегоне и на всем участке железной дороги. Рассчитаны опасные и мешающие влияния на протяжении всей линии связи. Разработана схема прокладки кабеля на протяжении всего участка железной дороги, кроме того рассчитана линия связи с оптико-волоконным кабелем.

Цель данного проекта - узнать методы и способы прокладки кабельной линии связи в разных условиях с учетом мешающими факторов. Проведена прокладка кабельной линии через водную преграду, в почве с разными значениями проводимости и коррозийной активностью. Предусмотрена разбивка всего участка связи на усилительные, чтобы обеспечить хорошую и надежную передачу информации, и так чтобы не было сильных мешающих влияний.

Список литературы

Виноградов В.В., Кустышев С.Е., Прокофьев В.А. Линии железнодорожной автоматики, телемеханики и связи М.: «Маршрут» 2002. - 416с.

М.В. Марков А.Ф. Михайлов Линейные сооружения связи железнодорожной автоматики, телемеханики и связи Москва «Транспорт» 1980. - 360с.

А.В. Паршин Н.К. Велигжанин Методическое руководство к курсовому проекту по проектированию и строительству линии автоматики, телемеханики и связи на участке железной дороги по дисциплине "Линии автоматики телемеханик и связи ". Части I и II. Свердловск 1990.

Размещено на Allbest.ru