Проект кабельной линии АТ и С на участке железной дороги

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Проект кабельной линии АТ и С на участке железной дороги

Введение

Железнодорожная сеть страны представляет собой единую, работающую по общему плану систему, все части которой взаимодействуют друг с другом. Работа всех звеньев министерства путей и сообщений (МПС) не может осуществляться без широкого использования разнообразных видов связи, организуемых по воздушным, кабельным и радиорелейным линиям.

В настоящее время железнодорожный транспорт располагает большим количеством линий связи, обеспечивающих оперативное управление перевозками и действие различных устройств АТС. Вся система связи МПС РФ делится на магистральную, отделенческую и местную. Развитие техники связи идет по пути создания таких телефонных каналов, которые удовлетворяли бы высоким требованиям качества (минимум искажений и помех) и вместе с тем были бы универсальными. Они должны быть удобными к использованию не только телефонных переговоров, но и для передачи телеграмм, данных для вычислительных центров и т. д.

Развитие техники современных кабелей дальней связи проходит в направлении расширения диапазона передаваемых частот, и соответственно увеличения каналов связи и максимальной автоматизации кабельных магистралей.

1. Описание проектируемого участка линии связи

1.1 Физико-географические данные

Проектируемые участки линии связи расположен на территории Восточно-Европейской равнины на высоте 150 — 200 м. Для этого района характерен моренно — озерный рельеф. Умеренно континетальный климат с продолжительно холодной зимой и относительно коротким теплым летом является преобладающим для данной территории. Для этой местности характерно:

- среднегодовое количество осадков: 480−580 мм;

- средняя температура: января -11 С, июля +24 С;

- число дней в году со снежным покровом: 165−180;

- леса: широколиственно-хвойные;

- почвы: дерново-подзолистые.

1.2 Административно-хозяйственная структура

Крупные железнодорожные узлы:

Рыбинск — город областного подчинения. Лежит на реке Волга. Узел железнодорожных и шоссейных дорог.

Судиславль — город областного подчинения. Узел железнодорожных и шоссейных дорог.

Рязанцево — город областного подчинения. Узел железнодорожных и шоссейных дорог.

Данилов — город областного подчинения. Крупная железнодорожная станция.

1.3 Сведения о сближении с железными дорогами и высоковольтными линиями

Линии связи проходят вдоль Северной железной дороги. На участке Рыбинск — Судиславль она подвержена влиянию тяги постоянного тока (U=3 кВ, I=1 кА). Линия связи на участке Рязаново — Данилов подвержена влиянию контактной сети электротяги переменного тока (U=27 кВ, Iрез. =331 А).

1. 4 Выбор трассы

кабельный линия высоковольтный железный

Выбранная трасса прокладки магистрального кабеля должна отвечать следующим техническим условиям: трасса должна быть возможно короче; топографические и геологические условия должны обеспечивать наименьший объём земляных работ и максимальное применение строительных механизмов; порубки лесных и лесозащитных насаждений, а также потравы сельскохозяйственных культур должны быть минимальными. В лесистой местности вырубают просеки шириной 6 м, корчуют пни на всей ширине просеки и делают планировку площади на ширине 3 м.

Трассу выбирают с той стороны ж.д. полотна, на которой размещено преобладающее количество линейных объектов и пассажирских зданий. На перегонах и малых станциях трасса, как правило, должна проходить в пределах полосы отвода ж.д. На отдельных участках, в особенности на подходах к крупным станциям, трасса кабеля может быть выбрана за пределами полосы отвода, когда это технически и экономически оправдано.

В городах и посёлках трассу выбирают по тем улицам и площадям, которые наименее загружены различными подземными сооружениями, не имеют усовершенствованных покрытий и не подлежат реконструкции, наиболее целесообразно прокладывать кабель под тротуаром. В горных условиях необходимо избегать участков с крутыми склонами.

На неэлектрифицированных участках трассу выбирают с условием минимальных затрат на защиту кабеля от всех видов вредных влияний и коррозии, а на участках, электрифицируемых на переменном токе, — с учётом допустимого приближения к полотну ж.д., определяемого расчётом опасных влияний контактной цепи.

Укладка кабелей на склонах насыпей и выемок, как правило, не производится. В пределах выемок трассу выбирают за кавальерами. Укладка кабеля в полосе железнодорожного пути для обхода сильно заболоченных участков допускается в исключительных случаях только при отсутствии просадок в полотне. На горных участках допускается прокладка магистрального кабеля в полотне ж.д. и на склонах косогоров при отсутствии оползней. Если встречаются оползневые места, кабель прокладывают за их пределами.

При выборе трассы перехода кабеля через реки необходимо учитывать: интенсивность судоходства, наличие стоянок судов и лесосплавных участков, границы наибольшего весеннего разлива и наинизшего уровня реки; крутизну и характер грунта берегов; профиль реки и характер грунта на дне реки, скорость течения; толщину ледяного покрова, возможность образования донного льда и наличие искусственных сооружений (мостов, переездов и т. п.). На судоходных и сплавных реках запрещается прокладывать кабели в районах пристаней, стоянок судов, плотов и паромов, так как в этих местах кабель может быть повреждён якорями.

Для речного кабельного перехода главную роль играет профиль реки и характер грунта дна. Поэтому место перехода выбирают там, где река уже, а дно по возможности ровное, без уступов, покрытое песком, илом или гравием. Не допускается прокладка кабеля там, где река имеет каменистое дно, крутые повороты, отмели и перекаты и где она часто меняет своё русло. Толщину ледяного покрова и возможность образования донного льда выясняют на метеорологических станциях. Донный лёд опасен тем, что примерзает к кабелю и поднимает его на поверхность, где он может быть повреждён.

При наличии возле места перехода ж.д. или автомобильного моста прокладывают одну из кабельных линий по мосту. В этом случае, помимо трассы подводного перехода, выбирают трассу от разветвительных береговых муфт до моста — подходы к мосту.

2. Выбор кабельной системы, типа кабеля и 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 350 каналов магистральной, 180 каналов дорожной и ОТС. Для обеспечения такого количества каналов достаточно двухкабельного типа магистрали

В двухкабельной магистрали один кабель используется для передачи информации в прямом направлении, а другой — для передачи информации в обратном направлении. Составим таблицу распределения цепей по четверкам (таблица 2. 1).

Для этого воспользуемся системами уплотнения: на магистральную — система ИКМ-120 (3 системы); на дорожную — система ИКМ-120 (2 системы); на ОТС — система К-24т (за искл. ПГС и МЖС).

Таблица 2.1 - Распределение цепей по четверкам

Номера четверок и сигнальных пар

Тип четверок

Кабель 1

Кабель 2

ПАРА 1

ПАРА 2

ПАРА 1

ПАРА 2

Ч

Е

Т

В

Е

Р

К

И

1

НЧ

Резерв

Резерв

Резерв

Резерв

2

ВЧ

1 пр. маг.

2 пр. маг.

1 обр. маг.

2 обр. маг.

3

НЧ

СЦБ

Резерв

ПГС

Резерв

4

ВЧ

3 пр. маг.

Резерв

3 обр. маг.

Резерв

5

НЧ

МЖС

СЦБДК

ТУ

ТС

6

ВЧ

4 пр. дор.

5 пр. дор.

4 пр. дор.

5 пр. дор.

7

ВЧ

6 пр. ОТС.

Резерв

6 пр. ОТС.

Резерв

С

И

Г

Н П

А А

Л Р

Ь Ы

Н

Ы

Е

1

НЧ

СЦБ

Резерв

2

НЧ

СЦБ

Резерв

3

НЧ

СЦБ

Резерв

4

НЧ

СЦБ

Резерв

5

НЧ

СЦБ

Резерв

Таким образом, в итоге в обоих кабелях будет занято три полных четверки и три неполных.

Для обеспечения различных видов связи существует множество типов кабелей. Одним из них является магистральный кабель связи с кордельно-трубчатой полиэтиленовой изоляцией, в алюминиевой оболочке, с усиленной подушкой, бронированный стальными лентами, защищенными поливинилхлоридными лентами с наружным джутовым покровом (МКПАБ). Высокочастотные цепи этого кабеля уплотняются системами ИКМ-120 в диапазоне частот до 252 кГц. Цепи обеспечивают передач дистанционного питания промежуточной аппаратуры напряжением постоянного тока до 1000 В или переменного тока до 690 В. Эти кабели изготовляют с числом четверок 4, 7 и 14.

Исходя из количества занятых четверок и частотных требований, выбираем семи четверочный кабель типа МКПАБ 741. 05+520. 7+10.7. При проведении трассы через реку Волга будем использовать кабель типа МКПАК. Этот кабель имеет защитный покров в виде полиэтиленового шланга, бронирован круглыми стальными проволоками и предназначен для прокладывания под водой.

Общий вид и сечение кабеля отображены в альбоме, лист 4. Электрические характеристики кабеля представлены в табл. 2.2.

Таблица 2. 2. Электрические характеристики кабелей МКПАБ и МКПАК

Электрическое сопротивление постоянному току жилы диаметром, мм:

0. 7

1. 05

55 Ом/км

21.2 Ом/км

Электрическое сопротивление изоляции жилы

10 ГОм/км

Рабочая емкость пары жилы при частоте 800 Гц ВЧ-четверок

23.5 нФ/км

Коэффициент емкостной связи на строительную длину при частоте 800 Гц

950 пФ

Переходное затухание на ближнем конце между цепями ВЧ-четверок на строительную длину при частоте до 250 кГц

58.2 дБ/км

Коэффициент затухания для ВЧ-четверок на частоте 800 Гц

0.4 дБ/км

Испытательное переменное напряжение

2 кВ

Идеальный КЗД оболочки и брони при E = 30. 40 В/км и f = 800 Гц

0. 02

Строительная длина кабелей

85 010 м

Диаметр кабеля:

МКПАБ

МКПАК

41 мм

51 мм

Масса кабеля:

МКПАБ

МКПАК

2.4 т/км

5.4 т/км

Спецификация кабелей МКПАБ и МКПАК

1 — противокоррозийное покрытие;

2 - центрирующий полиэтиленовый кордель;

3 — джут;

4 — броня из стальных проволок;

5,7 — токопроводящие жилы;

6,8 — полиэтиленовый кордель;

9 — полиэтиленовая оболочка;

10 — полиэтиленовая изоляция;

11 — полиэтиленовая труба;

12 — поясная изоляция;

13 — алюминиевая оболочка;

14 — броня из стальных лент;

15 — спиральная оболочка из хлопчатобумажной ткани.

Спецификация кабеля ТЗБ

1 — четверка;

2 — поясная изоляция;

3 — свинцовая оболочка;

4 — подушка;

5 — броня из стальной ленты;

6 — наружный покров;

7 — броня из стальных проволок.

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

3.1 Размещение усилительных пунктов

По методу использования аппаратура ВЧ телефонирования подразделяется на промежуточную и оконечную. Оконечная аппаратура содержит приборы и устройства, необходимые для передачи в линию модулированных сигналов высокой частоты и для выделения исходных сигналов тональной частоты из приходящих с линии модулированных сигналов высокой частоты.

Пункты, в которых устанавливается промежуточная аппаратура, называются усилительными (УП).

Дистанционное питание УП осуществляется из опорных или питающих УП (ОУП), имеющих электроустановку и обслуживающий персонал.

Питаемые дистанционно УП, не имеющие установок и постоянно находящегося в них персонала, носят название необслуживаемых (НУП).

Оконечные УП размещаются на станциях, где расположены отделения или управления дорог. НУП располагаются по трассе в зависимости от систем уплотнения.

Для системы уплотнения К-24Т НУП ставятся через 18…25 км. Если расстояние меньше 18 км., то ставится специальное устройство — «искусственная линия», которая удлиняет линию связи (ИЛ-3, ИЛ-6; цифра обозначает количество километров, на которое увеличивается линия).

Для НЧ сигналов НУП ставятся через 25…30 км. Если расстояние меньше 25 км, то также устанавливаются ИЛ-3 или ИЛ-6.

3.2 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 не предполагается использование оптических кабелей, то расстояние между НРП составляет 5 — 8 км.

Размещение усилительных и регенерационных пунктов на трассах линии связи приведено в таблицах 3.1 и 3. 2

Таблица 3.1. Размещение усилительных и регенерационных пунктов

Название станции

Ордината, км

Расстояние между станциями, км

Размещение аппаратуры ВЧ-связи

Размещение аппаратуры НЧ-связи

Рыбинск

0

ОРП

ОУП

13

НРП

Торопово

13

НРП

15

НРП

Лом

28

НРП

НУП

14

НРП

Ваулово

42

НРП

12

НРП

Чебаково

54

НРП

НУП

11

НРП

Тенино

65

НРП

6

Молот

71

НРП

17

НРП

Ярославль

88

ОРП

ОУП

11

НРП

Телищево

99

НРП

24

НРП

НУП

Бурмакино

123

НРП

14

НРП

Нерехта

137

НРП

НУП

15

НРП

Косминино

152

НРП

25

НРП

НУП

Кострома

177

НРП

18

НРП

Дровинки

195

НРП

НУП

35

НРП

Судиславль

230

ОРП

ОУП

Таблица 3.2 — Размещение усилительных и регенерационных пунктов

Название станции

Ордината, км

Растояние между станциями

Размещение аппаратуры ВЧ-связи

Размещение аппаратуры НЧ-связи

Рязанцево

0

ОРП

ОУП

11

НРП

Беклемишево

11

НРП

15

НРП

Сильницы

26

НРП

НУП

19

НРП

Деболовская

45

НРП

29

НРП

НУП

Семибратово

74

НРП

23

НРП

НУП

Козьмодемьянск

97

НРП

16

НРП

Ярославль Гл.

113

ОРП

ОУП

11

НРП

Филино

124

НРП

20

НРП

Уткино

144

НРП

НУП

23

НРП

Путятино

167

НРП

НУП

21

НРП

Данилово

188

ОРП

ОУП

4. Монтаж кабельной магистрали и порядок счета, применяемых на кабельных магистралях

4.1 Монтаж кабельной магистрали

Основным документом для монтажа магистрального кабеля является скелетная схема кабеля (альбом, лист 3). При определении необходимого количества кабеля учитывают запас в размере 2%: 1. 6% на укладку кабеля в траншеях, котлованах и 0. 4% на отходы при спаечных работах. При прокладке кабеля в грунт, подверженный смещению или выпучиванию, запас в траншее и котлованах увеличивают до 4%, при прокладке через водоемы принимают запас 14%. В нашем случае грунт однородный, не подверженный смещениям. Для монтажа муфт и раскладки кабеля в котлованах концы строительных длин должны перекрывать друг друга. Кроме того, необходимо учитывать, что на ввод кабеля в ОУП требуется запас 20 м, в НУП — 10 м. В помещении усилительного пункта кабель по скелетной схеме прокладывают от ввода до газонепроницаемой муфты, во всех остальных случаях — до бокса. Строительные длины кабеля соединяют в стыках симметрирующих и разветвительных муфт.

Для надежной защиты цепей от взаимных внутрикабельных влияний, а также от внешних мешающих магнитных влияний его симметрируют. При этом выбирают лучшие операторы скрещивания четверок с подбором и включением при необходимости элементов противосвязи RC в ближайшей от ОУП или НУП муфте СМ-1 или СМ-5, а также в трех равномерно расположенных на участке муфтах СМ-2, СМ-3, СМ-4 с включением элемента RC в муфте СМ-3.

Муфты, в которые включаются элементы RC, называются конденсаторными, остальные — симметрирующими. Таким образом, усилительный участок всегда имеет три конденсаторные муфты. Количество симметрирующих муфт зависит от строительной длины прокладываемых кабелей, от длины усилительного участка. Свинцовую (или из другого материала) муфту помещают в чугунную и заливают массой. Чугунные муфты выбирают в зависимости от типа свинцовой муфты. Для данного случая (МКПАБ 7?1. 05) можно использовать прямую свинцовую муфту МСП-7 и чугунную С-50.

Для ответвления от магистрального кабеля применяют разветвительные муфты. Это сросток, в котором четверки и пары одного кабеля распределяются между двумя и более ответвляющимися кабелями разной емкости. Для ответвлений будем использовать кабель звездной скрутки с бумажной изоляцией типа ТЗБ 44… Разветвительные муфты монтируют на речных переходах при распределении емкости магистрального кабеля между основным и резервным кабелями, на ответвлениях от магистрального кабеля к различным объектам на перегонах (а иногда и на станциях), в усилительных и оконечных пунктах в тех случаях, когда емкость магистрального кабеля превышает емкость оконечного кабельного оборудования. Следует стремиться к тому, чтобы место ответвления совпадало с прямой муфтой. Разветвительные муфты, устанавливаемые не на стыке строительных длин, называются врезными; их монтируют в том случае, когда место ответвления удалено более чем на 100 м от ближайшего стыка строительных длин магистрального кабеля. От механических повреждений прямые и разветвительные муфты защищают чугунными соединительными или тройниковыми муфтами. В нашем случае используем разветвительные муфты МСР 744 совместно с чугунной С-50. Ответвления к линейным объектам, расположенным на расстоянии до 100 м, следует объединять.

Порядковую нумерацию муфт на стыках строительных длин ведут на участке между двумя ОУП по направлению счета километров главного железнодорожного пути. Разветвительные муфты, устанавливаемые на стыках строительных длин, имеют двойную нумерацию, например, 11-РМ4. Первое число обозначает порядковый номер муфты, а с буквами РМ — номер разветвительной муфты. Врезные муфты не входят в общую нумерацию и обозначаются буквами РМ и порядковым номером разветвительной муфты, например, РМ 16.

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

4.2 Порядок счета, принятый на кабельных магистралях

Магистральные кабели: При двух кабельной системе кабель, от которого делаются все основные ответвления на перегонах, получает наименование К1, второй кабель — К2.

Кабелей ответвлений: Кабели ответвляющиеся от магистрального кабеля К1, получают номера 3 и 5. В том, случае когда от кабеля К1 ответвляется больше двух кабелей, их обозначают 3а, 5а, 3б, 5б. От кабеля К2 ответвляющиеся кабели 4 и 6.

Боксы и оконечные муфты: Боксам, которыми заканчиваются кабели ответвлений, присваивают двузначные номера, первая цифра которых соответствует номеру кабеля ответвления, вторая — 1, например, 31, 41 и т. д.

Муфты на кабелях ответвлений: Соединительные муфты на кабелях ответвлений имеют двузначный номер, первая цифра которого являются номером кабеля, вторая — 2, например, 32, 42 и т. д.

Газонепроницаемые муфты нумеруют по такому же принципу — 33, 43 и т. д. Разветвительные муфты имеют номера 34 и 54 на ответвлении от кабеля К1, 44 и 64 на ответвлении от кабеля К2. В том случае, когда ответвление имеет более двух разветвительных муфт на одном кабеле, их нумеруют 34а, 34б, 54а (для К1) и т. д.

Нумерация четверок: Нумерация четверок кабеля ведется по часовой стрелке, начиная от центра сердечника кабеля и продолжая к периферии по порядку повивов. Счет повивов ведут от центрального повива к оболочке кабеля.

Усилительные пункты: Счет обслуживаемых усилительных пунктов ОУП ведут в направлении счета километров на железной дороге.

Счет необслуживаемых усилительных пунктов НУП ведут внутри каждого усилительного участка ОУП — ОУП, начиная от ОУП низшего номера к ОУП высшего номера. В числителе пишут номер НУП, а в знаменателе — номер предыдущего ОУП.

5. Содержание кабеля под избыточным 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/смІ, содержать под давлением до 4 кабелей.

6. 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 симметрированный 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 (емкостные) связи, а в кабелях высокочастотных (до 252 кГц) — электромагнитные комплексные связи. Внешние влияния обусловлены связями, вызванными продольной асимметрией цепей, подверженных влиянию. Для снижения взаимных влияний уменьшают связи между цепями скрещиванием жил, включением между жилами цепей конденсаторов и контуров из последовательно соединенных резисторов с активным сопротивлением и конденсаторов. Эти контуры называют 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 конденсаторами 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.

В низкочастотных кабелях преобладают емкостные связи и можно применять симметрирование скрещиванием, конденсаторами и контурами противосвязи; при симметрировании высокочастотных кабелей — скрещиванием и контурами противосвязи.

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 непупинизированных кабелей принимают равной 2 км, а пупинизированных 1.7 км.

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

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 (Ч) называют операторами.

При одноточечной схеме сначала монтируют прямые муфты, а затем конденсаторную. В случае трех точечной и семи точечной 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.

Симметрирование высокочастотных цепей. Симметрирование В Ч 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 Аз. Если с помощью скрещивания не удается получить требуемые значения Аз, то производят в тех же муфтах симметрирование контурами.

Измерения А0, Аз производят на наибольшей передаваемой частоте, контролируя и на более низких частотах. В результате симметрирования А0 и Аз 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.

6.1 Расчёт параметров передачи симметричного кабеля

Расчёт параметров передачи симметричного кабеля будем производить при частоте f = 15 000 Гц.

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

Активное сопротивление кабельной цепи переменному току определяется по формуле:

R = R0 + Rпэ + Rбл + Rм,, (6. 1)

где R0 — сопротивление постоянному току,, R0 = 31. 6;

Rпэ — сопротивление за счёт поверхностного эффекта,, Rпэ = 1,81;

Rбл — сопротивление за счёт эффекта близости,, Rбл = 1,735;

Rм — сопротивление за счёт потерь в металле (в соседних кабельных цепях и свинцовой оболочке),, Rм = 2,55.

Подставим известные значения сопротивлений в выражение (6. 1):

R = 31.6 + 1,81 + 1,735 + 2,55 = 37,7.

Индуктивность цепи L — состоит из наружной межпроводниковой индуктивности Lн и внутренней индуктивности каждого проводника Lв. Индуктивность двухпроводной кабельной цепи определяется по формуле:

L =, ,

где — 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 определяется по формуле:

х = = 0,0105 * 1,2 * 10-3 * = 1,543*10-3;

Q (x) = 1,0.

Подставим известные значения в выражение (6. 2):

L = = 0,516,

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 =; (6. 3)

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 (6. 3):

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 + Gf, (6. 4)

где G0 = - проводимость изоляции постоянному току,

Gf = - проводимость изоляции, обусловленная диэлектрическими потерями при переменном токе,

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

G = Gf =, (6. 5)

где = 2 * * f = 2 * 3,14 * 15 000 = 94 200 с -1;

С — ёмкость кабеля, С = 71,516 нФ/км;

tg — тангенс угла диэлектрических потерь комбинированной изоляции,

tg = 6*10-4.

Подставим полученные значения в выражения (6. 5):

G = 94 200 * 71. 516 * 10-9 * 6 * 10-4 = 4,042,

Волновое сопротивление ZВ — 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:

ZB = =, Ом (6. 6)

Подставим в выражение (6. 6) полученные значения R, L, C, G:

ZB = = 95,562 e -j 18,883 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:

(6. 7)

Подставим известные значения в выражение (6. 7):

= 0,643еj 71,083 = 0. 208 + j 0,608

где = 0,208

= 0,608

6.2 Расчёт переходных влияний между цепями кабельной линии связи

Переходное затухание по мощности А0 определяется по формуле:

, дБ, (6. 1)

где Р10 — мощность в начале влияющей цепи,

Р20 — мощность помехи в цепи.

Переходное затухание Аl также определяется по формуле (6. 1).

Защищённость от помех А3 может быть выражена следующим образом:

, дБ, (6. 2)

где Рс — мощность полезного сигнала,

Рп — мощность помехи.

Для кабельной линии связи наиболее удобны формулы расчёта переходного затухания, выраженные через строительные длины кабеля. Для одной строительной длины кабеля расчётные формулы будут иметь вид:

, (6. 3)

, (6. 4)

, (6. 5)

где , — коэффициенты электромагнитной связи на ближнем и дальнем концах кабеля. (6. 6)

,

К12 - коэффициент электрической связи,

М12 — коэффициент магнитной связи,

ZB — волновое сопротивление кабеля,

— километрический коэффициент затухания,

S — строительная длина кабеля, S = 0. 825 км.

Вторичные коэффициенты влияния К12 и М12 можно определить через первичные параметры:

К12 = g + jk12, (6. 7)

где k12 - коэффициент ёмкости между цепями, k12 = 59, = 11,3%, g — активное сопротивление электрической связи, проводимость изоляции между цепями.

M12= r + jm12, (6. 8)

где m12 - взаимная индукция между двумя цепями, = 23,4%,

r — активное сопротивление магнитной связи, потери в металле.

Между индуктивными ёмкостными связями в кабеле существует соотношение:

, Гн. (6. 9)

Расчёт будем вести для частоты f = 15 000 Гц, ZB = 95,562 e —j18,883, = 0,208:

= 2*3,14*15 000*59*10-12*(0,113+j) = 6,28*10-7 + j5,557*10-6

= 5,592*10-6 e j83,552,

m12 =59*10-12 * (95,562)2 = 5,388 *10-7,

= 2*3. 14*15 000*5,388*10-7*(0. 234+j) = 0. 0118 + j0. 051

= 0. 0523 ej 76,973.

Подставим полученные значения в выражение (6. 6) и получим:

= 5,592*10-6 еj 83,552 * 95,562 e -j 18,883 + = 1,0365*10-3 e j81. 466,

= 5. 592*10-6 ej 83. 552 * 95. 562 e -j 18. 883 — = 3. 091*10-4 e -j 11. 005.

Подставим полученные значения и в выражения (6. 3), (6. 4), (6. 5):

, дБ,

, дБ,

, дБ.

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

Для полной уверенности в том, что проектируемая линия связи хорошо защищена от воздействий электромагнитного поля будем использовать ряд мероприятий. В настоящее время с целью снижения в устройствах проводной связи опасных и мешающих влияний высоковольтных линий и электрифицированных ж.д. на стороне последних применяют:

— частичное разземление нейтралей и включение токоограничивающих устройств.

— включение на подстанциях быстродействующих автоматических выключателей при токах короткого замыкания.

— осуществление транспозиции проводов на трёхфазных линиях.

— подвеска на трёхфазных линиях заземлённых тросов.

— включение в трёхфазные линии сглаживающих устройств.

— включение отсасывающих трансформаторов в контактные сети электрифицированных ж.д. переменного тока.

— применение трех проводной системы электрифицированных ж.д. 2×25 кВ с линейными автотрансформаторами.

В аппаратуре усилительных пунктов признано целесообразным предусматривать в каждой цепи кабеля определённый минимум защитных средств от опасных и мешающих напряжений и токов независимо от того, в каком районе будет прокладываться данная магистраль, имеются ли поблизости источники электромагнитных влияний или нет. Опыт показывает, что до 25% всей длины кабельных магистральных линий проложено вдоль высоковольтных линий и электрических ж.д. переменного тока и, следовательно, подвержено опасному и мешающему влиянию внешних электромагнитных полей от этих источников. Кроме того, почти на всей территории СНГ наблюдаются грозовые разряды, создающие опасность возникновения повреждений в линиях и аппаратуре НУП.

При конструировании НУП экономически оправдывается предусматривать включение в каждом НУП на входе и выходе усилителей и в схемах самих усилителей на переходах транзисторов тех или иных элементов защитного устройства в зависимости от системы уплотнения цепей.

Оборудование НУП различных систем передачи имеют отдельные узлы, испытательное напряжение которых колеблется от очень низких напряжений до нескольких тысяч вольт. Аппаратура не является равнопрочной в отношении крепости изоляции и поэтому может в той или иной части выходить из строя от возникающих на линии и проникающих в аппаратуру высоких напряжений как со стороны входа и выхода усилителя, так и со стороны блока дистанционного питания. Пока не существует таких защитных элементов, которые могли бы с одной стороны. Понизить напряжение до очень малых величин и, с другой, быть достаточно мощными, чтобы пропускать возникающий большой ток. Обычно защита всего оборудования от высоких напряжений импульсного и периодического переменного тока (50 Гц) организуется по каскадному принципу. Иными словами, применяется ступенчатый способ защиты, обычно с тремя ступенями.

Первая ступень или каскад обеспечивает грубую защиту, снижающую перенапряжения от нескольких киловольт до нескольких сотен или десятков вольт. Этот каскад осуществляется в большинстве случаев с помощью мощных газонаполненных или искровых разрядников с пробивным напряжением 300 — 3000 В.

Второй каскад защитных устройств обеспечивает дальнейшее снижение напряжения от сотен вольт до нескольких вольт. Этот каскад осуществляется с помощью разрядников с пробивным напряжением 70 — 100 В, а также с помощью фильтров, дросселей, корректирующих контуров, которые выполняют и другие функции, кроме защитных.

Третий каскад обеспечивает защиту в основном усилителей, построенных на полупроводниковых приборах. Эта защита осуществляется с помощью стабилитронов, в.ч. — диодов, соединенных по различным схемам. Они имеют напряжение срабатывания в пределах нескольких вольт и являются практически безынерционными.

Таким образом, назначение всех ступеней защиты — снизить амплитуды возникающих перенапряжений до значений, при которых обеспечивается нормальная работа пассивных и усилительных элементов оборудования НУП.

Рассмотрим отдельные мероприятия более подробно. В альбоме рис. 5 изображены схемы защиты, краткое описание которых приведем ниже:

а). Схема защиты НУП К — 60п. В этой схеме защита состоит из трех каскадов, первый каскад осуществляется с помощью разрядников Р — 34, второй каскад — с помощью фильтров низкой частоты и разрядников Р — 4 и третий каскад предназначен для защиты транзисторов усилителя. Разрядники Р — 4 в основных цепях четверки включены между жилами кабеля с линейной стороны трансформатора. Также в схеме защиты аппаратуры К — 60п между клеммами станционных обмоток основных цепей четверки кабеля на входе и выходе включены соединенные мостиком динисторы типа 2Н102 В, являющиеся третьей ступенью защиты.

Блоки защитных устройств в несколько десятков раз ослабляют токи и напряжения промышленной частоты в цепи дистанционного питания (ДП), а также напряжения грозового характера.

б). Схема защиты цепей связи от опасного влияния ЛЭП с помощью дренажных катушек. Дренажные катушки (ДК) предназначены для обеспечения одновременного срабатывания разрядников, включенных в провода телефонной цепи, снижения и уравнивания потенциалов проводов этой цепи и для создания при срабатывании разрядников большого сопротивления между проводами телефонной цепи рабочим токам передачи. В результате такого действия ДК снижают помехи во всех каналах системы передачи. Рассмотрим напряжения и токи при работе ДК. Если на ее зажимах будут одинаковые по величине и направлению напряжения по отношению к земле, то токи, проходящие в землю через обе половины обмотки каждой катушки, создают в стальном сердечнике катушки магнитные поля взаимообратного друг к другу направления. Для этих токов катушка будет оказывать малое кажущееся сопротивление, определяемое активным сопротивлением полу обмоток и индуктивным сопротивлением рассеяния.

Если в обоих проводах телефонной цепи индуцируются одинаковые ЭДС, то на концах потенциалы в точках, а и в будут определяться падением напряжения в сопротивлении ДК и в заземлении.

Заземление средних точек ДК в некоторых случаях позволяет также снизить индуцированные напряжения в телефонной цепи, подверженной влиянию высоковольтной линии.

Если использовать в качестве ДК линейные обмотки трансформатора со средней заземленной точкой, у которого каждая полу обмотка обладает сопротивлением R = 23 Ом, то такие ДК согласно измерениям снижают потенциал провода связи по отношению к земле при электромагнитном влиянии в 19 — 21 раз и напряжение шума тоже уменьшается в 3 — 5 раз.

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

г). Схема включения необслуживаемого защитного пункта. Где ЛТр — линейный разделительный трансформатор, ФТр — фантомный разделительный трансформатор, ЗФ — защитный фильтр. Совокупность разделительных трансформаторов и фильтров, смонтированных в общем контейнере на все количество кабельных цепей вместе с устройством ввода кабелей и передачей воздушного давления, называют необслуживаемыми защитными пунктами (НЗП). Включение, например двух НЗП на длине усилительного участка позволяет разделить его на частоте 50 Гц на три участка так, что норма допустимой ЭДС может быть отнесена к одному участку НЗП.

Необслуживаемый защитный пункт как защитную меру целесообразно применять на существующих уже эксплуатируемых кабельных магистралях в случаях, если вновь строящаяся высоковольтная линия вынуждена по каким либо причинам пройти от кабельных линий на расстояниях, при которых во время аварии могут возникнуть на жилах кабеля опасные напряжения.

д). Схема включения отсасывающих трансформаторов (ОТр) с обратным проводом. Установка ОТр является эффективной мерой снижения магнитного влияния контактной сети электрической ж.д. переменного тока на линии связи. При установке ОТр с обратным проводом первичная обмотка трансформатора включается в контактный провод, а вторичная — в дополнительный провод, подвешенный на опорах контактной сети и периодически соединяемый с рельсами. При включении ОТр по данной схеме большая часть тягового тока возвращается на подстанцию по обратному проводу, в рельсах протекает незначительная часть общего тока. Таким образом, несимметричная влияющая система «контактный провод — рельсы (земля)» превращается в более симметричную систему «контактный провод — обратный провод (земля)».

Рассмотрим схему более подробно. Большая часть тока, поступающая с электровоза в рельсы, направляется к ближайшей перемычке между рельсами и обратным проводом. В зависимости от расположения электровоза относительно ближайшего к нему ОТр на участке к между электровозом и ближайшей перемычкой ток данного электровоза протекает либо только в контактном проводе, либо только в обратном проводе. На этом участке контактная сеть оказывает на линию связи почти такое же влияние, как при отсутствии ОТр. Максимальное напряжение возникает в линии связи при расположении электровоза около Отр. В этом случае влияющий участок будет наибольшим и равным 0/2.

Коэффициент защитного действия отсасывающего трансформатора зависит от расстояния между ОТр, ширины сближения с линией связи, ширины сближения, параметров рельсовой сети, переходного сопротивления между рельсами и землей, удельного сопротивления земли и т. п. Чем меньше расстояние между ОТр, тем выше их экранирующее действие. Обычно расстояние между ОТр составляет 2,5 — 4 км, но в зависимости от местных условий оно может быть уменьшено.

Отсасывающие трансформаторы обычно устанавливают на участках дороги, вблизи которых находится большое количество коммуникаций: линий связи, трубопроводов и т. п.

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

Кабельные линии железнодорожной АТС прокладывают вблизи тяговых цепей электрифицированных ж. д., высоковольтных линий автоблокировки. На отдельных участках они могут иметь сближения с высоковольтными линиями электропередачи.

Высоковольтные линии передачи и тяговые сети характеризуются высокими рабочими напряжениями и большими токами. Электромагнитное поле этих линий оказывает индуктивное влияние на кабельные линии, вызывая в них напряжения и токи, которые могут нарушить нормальную работу линии связи. Индуктивные влияния подразделяют на электрические и магнитные. Магнитное поле определяет влияющий ток, электрическое — влияющее напряжение. Расчеты опасных и мешающих влияний выполняют для такого гальванически неразделенного участка, который имеет наибольшую длину сближения.

Гальванически неразделенным участком называется участок, который не содержит трансформаторов, усилителей, фильтров. Как правило, это цепи связи в пределах усилительных пунктов.

8.1 Расчет влияний контактной сети электротяги переменного тока на кабельную линию связи

Линия связи на участке Рязанцево — Донилов подвержена влиянию контактной сети переменного тока U = 27 кВ; Iрез = 331 A; m = 3 эл.; f = 15 000 Гц; Iк = 14.3 A.

Вычислим опасные влияния при вынужденном режиме на участке Рязанцево — Данилов. Для вычислений воспользуемся формулой (1):

, (8. 1)

где

— коэффициент формы кривой влияющего тока тяговой сети,;

— модуль взаимной индуктивности между двумя однопроводными цепями (влияющей и подверженной влиянию) на частоте 50 Гц,

; (8. 2)

— ширина сближения между влияющим проводом и проводом, подверженным влиянию, м;

— удельная проводимость земли, сим/м;

— частота влияющего тока, Гц;

— эквивалентный влияющий ток при вынужденном режиме работы,

; (8. 3)

— коэффициент характеризующий уменьшение эквивалентного тока по сравнению с нагрузочным током ,

; (8. 4)

— длина плеча питания тяговой сети при вынужденном режиме работы, км;

— расстояние от места расположения тяговой подстанции до начала участка, подверженного влиянию, км;

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой