Проект кабельной линии АТС на участке железной дороги Ачинск-Красноярск

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


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Реферат

В курсовом проекте производится разработка проекта кабельной линии связи на участке Ачинск — Красноярск. Выполняется расчет всех необходимых параметров, осуществляется выбор подходящей аппаратуры для передачи. Учтены влияния высоковольтных линий, описаны методы защиты кабельных линий от помех, рассчитана волоконно-оптическая линия.

Введение

Железнодорожная сеть страны представляет собой единую, работающую по общему плану систему, все части которой взаимодействуют друг с другом.

В настоящее время железнодорожный транспорт располагает большим количеством линий связи, обеспечивающих оперативное управление перевозками и действие различных устройств АТС. Вся система связи делится на магистральную, дорожную, отделенческую и местную. Развитие техники связи идёт по пути создания таких телефонных каналов, которые удовлетворяли бы высоким требованиям качества (минимум искажение и помеха) и вместе с тем были бы универсальными. Они должны быть пригодными 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

Трасса проектируемой кабельной линии связи (приложение 1) находится на территории Красноярского края и входит в состав Красноярской железной дороги. Участок Ачинск-Красноярск представлен на рисунке 1. 1

Рисунок 1.1 — Участок Ачинск — Красноярск

Красноярский край расположен главным образом в пределах Восточной Сибири, в бассейне Енисея. На юге края расположены многочисленные озера, местность местами заболочена. В восточной части края расположены Среднесибирское плоскогорье со средней высотой 500 — 700 метров.

Плоскогорье рассечено глубоко врезанными речными долинами. Речная сеть принадлежит бассейнам Енисея. Главные реки: Енисея и реки её бассейна — Амыл, Кизир, Казыр, Чулым, Кия.

Климат континентальный. Средняя температура января от -300С до -360С. Снежный покров держится 160−170 дней. Главная часть осадков выпадает во второй половине лета и осени.

На севере области и в горных районах распространены многолетние мёрзлые грунты, на остальной части территории — таёжные почвы. Распространены лиственничные, сосновые, кедровые, еловые и пихтовые леса, а также горнотундровая растительность в высокогорных районах.

2. Выбор типов кабеля, связевой аппаратуры, размещение цепей по четверкам

2.1 Выбор связевой аппаратуры

Согласно заданию на курсовое проектирование, нам необходимо обеспечить 500 каналов магистральной связи, 300 каналов дорожной связи и все виды оперативно технологической связи (ОТС). При определении требуемого числа систем передачи необходимо руководствоваться следующими принципами:

— кабель должен использоваться наиболее эффективно, резерв жил в кабеле должен составлять примерно 10% - 15% (практически, это означает, что одна из четвёрок кабеля должна быть резервной);

— резерв по каналам связи должен составлять от 10−25%.

Определим необходимое число систем передачи данных для обеспечения работы магистральной связи. Используем аппаратуру типа 3 ИКМ-120 для организации магистральной связи и ИКМ-120 для организации дорожной связи.

При организации ОТС необходимо учесть, что некоторые виды связи, такие как перегонная и межстанционная не подлежат частотному или временному уплотнению и могут быть реализованы только по физическим цепям (обусловлено устройством оконечных абонентских аппаратов, назначением, соображениями безопасности и надёжности).

2.2 Выбор типа и количества кабелей

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

При двух кабельной системе для организации всех видов связи и СЦБ прокладывается два кабеля, при этом для цепей дальней связи (магистральной и дорожной) используется цифровая система передачи, например ИКМ-480 (ИКМ-120), со скоростью передачи информации 8448 Кбит/с. Данная система требует две кабельные пары. Пары располагаются в разных кабелях в целях обеспечения защищённости от переходных токов.

Двух кабельная система по требуемому количеству каналов и двухпроводных цепей в большинстве случаев удовлетворяет требованиям, предъявляемым к магистральным линиям связи, и является в настоящее время основной системой кабельной магистрали. Однако объединение в одних кабелях всех видов связи, а также цепей СЦБ, требующих частых отпаев от магистрального кабеля к перегонным и станционным объектам, вызывает определённые трудности при монтаже и эксплуатации кабельной магистрали, снижает устойчивость и качество дальней связи, что является недостатком двух кабельной магистрали. В ответственных случаях применяют трех кабельную систему. В этом случае прокладывается три кабеля, из которых первый используется для организации ОТС и цепей СЦБ, а второй и третий для цепей дальней связи. Такая система соответствует требованиям для всех участков железных дорог, включая скоростные, однако, требует больших капитальных вложений и эксплуатационных расходов.

Исходя из вышеперечисленных достоинств и недостатков приведённых систем кабельной магистрали, а также с учётом требуемого числа физических цепей, выберем для реализации проектируемой линии трех кабельную систему. В связи с тем, что почвы на данном участке не относятся к агрессивным, для первых двух кабелей выбираем тип МКПАБ 441,05+520,7+10,7 — для прокладки в почве. Для третьего кабеля, выбираем тип ь МКПАБ 14×4×1. 05 +5×2×0. 7+1×0. 7, который имеет четыре ВЧ четверки, три НЧ четверки, пять сигнальных пар и одну контрольную жилу. Предназначен для прокладки в земле, в грунтах, не отличающихся химической агрессивностью. Для организации ответвлений от основной кабельной магистрали выбираем телефонный зоновый кабель марки ТЗПАБ 7×4×1.2 +5×2×0. 7+1×0.7.

Чертежи всех кабелей представлены в альбоме чертежей.

2.3 Распределение цепей по четверкам симметричного кабеля

Прокладка кабельной линии связи невозможна без точных данных о использовании различных физических цепей кабеля. При распределении учтем проведенные ранее расчеты. Приведём таблицу распределения (таблица 2. 1). Для уменьшения числа отпаек от второго кабеля, все сигнальные пары располагаем в первом кабеле. Сигнальные пары второго кабеля оставим в резерве.

Таблица 2.1 — Распределение связи

№ четверки

1 кабель

2 кабель

1 ВЧ

ИКМ-120

маг. передача

ИКМ-120

маг. передача

ИКМ-120

маг. прием

ИКМ-120

маг. прием

2 ВЧ

ИКМ-120

маг. передача

ИКМ-120

маг. передача

ИКМ-120

маг. прием

ИКМ-120

маг. передача

3 ВЧ

ИКМ-120

маг. передача

ИКМ-120

дорожн. передача

ИКМ-120

маг. передача

ИКМ-120

дорожн. передача

4 ВЧ

ИКМ-120

дорожн. передача

ИКМ-120

дорожн. передача

ИКМ-120

дорожн. прием

ИКМ-120

дорожн. передача

Таблица 2.2 — Распределение по четверкам магистральных кабелей

Номера, тип четверок и сигнальных пар

Цепи связи и СЦБ

Кабель 3

1 пара

2 пара

1 ВЧ

ПГС

ПГС

2 ВЧ

ПРС

ПРС

3 НЧ

ПДС

ЭДС

4 ВЧ

ПС

Экспресс

5 НЧ

ВГС

МЖС

6 ВЧ

ЛПС

СЭМ

7 НЧ

ТУ

ТС

8 ВЧ

ДК

резерв

9 НЧ

СЦБ — ДК

резерв

Сигнальная пара

СЦБ

Сигнальная пара

СЦБ

Сигнальная пара

СЦБ

Сигнальная пара

СЦБ

Сигнальная пара

СЦБ

Контрольная жила

--

--

3. Размещение усилительных и регенерационных пунктов

Проектируемая связевая магистраль передает как высокочастотные, так и низкочастотные сигналы. По мере прохождения через канал связи они искажаются, затухают и смешиваются с помехами. Для восстановления сигналов используются усилительные и регенерационные устройства.

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. Промежуточная аппаратура представляет собой систему усилителей и фильтров.

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

Дистанционное питание УП осуществляется из опорных или питающих обслуживаемых усилительных пунктов (ОУП), размещаются через 150 км, имеют электроустановку и обслуживающий персонал.

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

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

Если расстояние меньше нормы, то ставится специальное устройство — «искусственная линия», которая удлиняет линию связи (ИЛ-3, ИЛ-5; цифра обозначает количество километров, на которое увеличивается линия).

Для НЧ сигналов местной связи оконечная аппаратура устанавливается в местах назначения (релейные шкафы, посты централизации и т. д.), а усилители располагаются через каждые 25ч30 км. Если расстояние меньше нормы, то также устанавливаются «искусственные линии».

3.2 Размещение регенерационных пунктов

При использовании ВЧ системы ИКМ возникает задача восстановления сигналов (импульсы, проходя по каналу, теряют свою форму, сливаются и т. д.).

Для восстановления формы сигнала используется специальная регенерационная аппаратура. Она размещается в обслуживаемых (ОРП) и необслуживаемых регенерационных пунктах (НРП). НРП размещаются по трассе через каждые 5ч8 км, ОРП — через каждые 200 км.

3.3 Размещение аппаратуры по трассе

Размещение аппаратуры показано на схематическом плане участков, а также в таблице 3.1.

Таблица 3.1 — Размещение аппаратуры по трассе связи

Название станции

Расстояние от

Красноярска, км

Наличие усилительных пунктов и тяговых подстанций

Ачинск

0

ОУП, ОРП, ТП

перегон

3

НРП

Перегон

6

НРП

О.п. Иринка

11

НРП

перегон

15

НРП

перегон

19

НРП

Тарутино

23

НРП, НУП+Ил-3

Перегон

27

НРП

перегон

31

НРП

О.п. Ибрюль

34

НРП

Перегон

37

НРП

Чернореченская

40

НРП, ТП

Перегон

44

НРП

Перегон

48

НРП, НУП

перегон

52

НРП

Перегон

55

НРП

О.п. Малиногорка

58

НРП

Перегон

61

НРП

Козулька

66

НРП

перегон

70

НРП

перегон

74

НУП, НРП

перегон

78

НРП

Косачи

83

НРП

перегон

87

НРП

Кемчуг

90

НРП, ТП

перегон

94

НРП

перегон

98

НРП, НУП

перегон

101

НРП

О.п. Бадаложный

104

НРП

перегон

108

НРП

перегон

111

НРП

Зеледеево

114

НРП

перегон

118

НРП

перегон

122

НРП

О.п. Крючково

127

НУП, НРП

перегон

130

НРП

Кача

133

НРП, ТП

перегон

137

НРП

перегон

140

НРП

О.п. Полезная

143

НРП

Снежница

148

НРП

перегон

153

НРП, НУП

перегон

156

НРП

Продолжение таблицы 3. 1

Минино

159

НРП

перегон

163

НРП

перегон

166

НРП

О.п. Овинный

169

НРП

перегон

173

НРП

перегон

177

НРП, НУП

Бугач

181

НРП, ТП

перегон

185

НРП

перегон

189

НРП

перегон

193

НРП

Красноярск

198

ОУП, ОРП, ТП

4. Разработка схемы связи согласно заданию и номеру варианта

При разработке схемы организации связи необходимо учитывать, что цепи дальней связи вводятся лишь в оконечные усилительные пункты кабельной магистрали. В то же время цепи отделенческой связи, используемые непосредственно для организации движения поездов и оперативного управления работой участка железной дороги, вводятся в многочисленные пункты, расположенные вдоль кабельной магистрали на перегонах и станциях.

По заданию необходимо организовать следующие виды связей на проектируемом участке:

Магистральная, дорожная, диспетчерская поездная (ПДС), энергодиспетчерская (ЭДС), постанционная (ПС), канал «Экспресс», вагонная диспетчерская (ВГС), межстанционная (МЖС), перегонная (ПГС), поездная радиосвязь (ПРС), линейно-путевая (ЛПС), связь электромехаников (СТМ), телеуправление тяговыми подстанциями (ТУ), телесигнализация тяговых подстанций (ТС), диспетчерского контроля (СЦБ-ДК), связь дежурного по переезду (Пр-зд), СЦБ. Магистральная связь по заданию содержит 500 каналов, дорожная — 300, перегонная и поездная радиосвязь имеют по две пары жил в кабеле, СЦБ — 5 пар проводов, остальным видам связей требуется по одной кабельной паре. Существует 2 вида ответвления с цепей: шлейфом и параллельно. Цепи автоматики всегда ответвляют шлейфом. На станциях, где нет усилительных пунктов, все цепи отделенческой связи заводят в пассажирское здание с устройствами автоматики и пост ЭЦ шлейфом. На тех же станциях, где находятся усилительные пункты, ответвления от магистрального на пост ЭЦ или пассажирское здание, как правило, не делают, а необходимые цепи связи и автоматики передают от усилительного пункта кабелем вторичной коммутации.

Поездная диспетчерская связь (ПДС) — служит для переговоров поездного диспетчера со всеми раздельными пунктами, входящими в обслуживаемый участок.

Энергодиспетчерская связь (ЭДС) — обеспечивает оперативное руководство подачей электроэнергии в контактную сеть.

Вагонно-распорядительная связь (ВГС) — служит для служебных переговоров работников отделения дороги со станциями по вопросам состояния вагонного парка.

Служебная связь электромехаников (СТМ) — оперативное руководство линейными работниками (электромонтеров) в дистанции сигнализации и связи.

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

Линейно-путевая связь (ЛПС) — осуществляет оперативное руководство линейными работниками на дистанции пути и переговоров линейных работников между собой.

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

Перегонная связь (ПГС) — предназначена для переговоров линейных работников, находящихся на перегоне, с дежурным по станции, с энерго- и поездным диспетчером, а также с дистанцией сигнализации.

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

А также разместить следующие объекты связи и СЦБ согласно 4 варианту: ШН (пр) — квартира электромеханика СЦБ и связи, ПБ (пр) — будка дежурного светофора станции,

ПЗ (пр) — пассажирское здание.

Схема связи представлена в альбоме чертежей.

5. Расчет первичных и вторичных параметров кабеля

5.1 Определение собственных параметров кабеля

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

R -удельное сопротивление на единицу длинны [ Ом/км ];

L -удельная индуктивность [ Гн/км];

G — проводимость изоляции [ См/км];

С — удельная ёмкость [ Ф/км ];

Данные величины являются специфическими свойствами каждого отдельного типа кабеля, используемого для прокладки проектируемой линии связи, и определяются геометрическими размерами отдельных элементов кабеля, их электрическими свойствами, частотой сигнала. При расчёте первичных параметров необходимо учитывать влияние поверхностного эффекта и эффекта близости близко расположенных цепей. Определим значения первичных параметров для кабеля МКПАБ. Существует множество методов проведения подобных расчётов. Большинство из них основано на использовании специальных вспомогательных функций, значения которых протабулированы с точностью, достаточной для инженерных расчётов. Воспользуемся данным способом расчёта. Зависимость специальных функций от частоты приведена в таблице 5.2.

Таблица 5.1 — Специальные вспомогательные функции

f, кГц

F (f)

G (f)

H (f)

Q (f)

50

0,934

0. 707

0. 5138

0. 706

100

1,63

0,8466

0. 584

0. 423

150

2,169

1,3237

0,6113

0. 3523

200

2,9977

1,5489

0,6343

0. 3024

250

3,1

1,7488

0,75

0. 2668

300

3,3554

1,9277

0,75

0. 2436

350

3,6843

1,0922

0,76

0. 2255

400

3,9905

2,2752

0,76

0. 2109

450

4,278

2,389

0,77

0. 1988

500

4,55

2,549

0,77

0. 1886

Для расчёта первичных параметров можно воспользоваться следующими зависимостями:

, Ом/км (5. 1)

где R0 — удельное сопротивление постоянному току [Ом/км], определяется площадью поперечного сечения жилы кабеля и материалом, из которого она была изготовлена. Для кабеля МКПАБ данная величина составляет 31,7 Ом/км;

Р -коэффициент, характеризующий близость с соседними жилами, в данном случае Р =5 («звёздная» скрутка жил);

d — диаметр жилы (1,05 мм);

а — расстояние между осями проводников (1,85 мм):

R — дополнительное сопротивление за счёт потерь энергии на вихревые токи. Данная величина является функцией частоты и зависит от материала оболочки кабеля [5].

Ом. (5. 2)

Удельная индуктивность определяется по следующей зависимости:

, Гн/км (5. 3)

где r — коэффициент магнитной проницаемости. Для алюминия: r=1;

— коэффициент укрутки. Для кабеля МКПАБ = 1,016.

Ёмкость кабельной линии определяется по следующеё зависимости:

, Ф/км (5. 4)

где — коэффициент увеличения ёмкости за счёт эффекта близости. Для используемого кабеля = 0,644;

р — диэлектрическая проницаемость изоляции. В данном случае р= 1,4;

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

, Гн/км (5. 5)

где tgp — результирующий тангенс угла потерь изоляции. Данная величина является функцией частоты.

Произведём расчёт первичных параметров для кабеля МКПАБ в спектре частот. Полученные данные занесём в таблицу 5.2.

Таблица 5.2 — Частотная зависимость первичных параметров кабельной линии

f, кГц

R, Ом/км

L, мГн/км

С, нФ/км

G, мкСм/км

50

106

0,45

81,34

30,65

100

139

0,42

81,34

61,30

150

187

0,41

81,34

91,95

200

229

0,406

81,34

122,61

250

251

0,403

81,34

153,26

300

271

0,401

81,34

183,91

350

286

0,399

81,34

214,56

400

316

0,398

81,34

245,21

450

334

0,396

81,34

275,86

500

353

0,395

81,34

306,51

Приведём пример расчёта на частоте f = 250 кГц. Используя формулы (5. 5) — (5. 5) произведем расчет первичных параметров:

Ом/км

мГн/км

нФ/км

мкСм/км

Построим по полученным данным графики частотных зависимостей первичных параметров (рисунок 5. 3).

а) б)

в) г)

Рисунок 5.1 — Функции частотных зависимостей первичных параметров: а) — сопротивления; б) индуктивности; в) емкости; г) проводимости

5.2 Волновые параметры кабеля

Основной характеристикой любого кабеля являются его волновое сопротивление ZВ и коэффициент распространения. Данные параметры значительно более удобны для практических расчётов, чем первичные. Волновое сопротивление определяет собой отношение напряжения к току бегущей по цепи волны в любой точке кабеля. Коэффициент распространения — комплексная величина. Действительная составляющая — километрический коэффициент затухания () — показывает степень убывания амплитуды напряжения или тока бегущей волны на расстоянии 1 км. можно определить как:

(5. 6)

где L — длина линии;

UH и UK — напряжения в начале и конце лини.

Мнимая составляющая — километрический коэффициент фазы () — представляет собой разность фаз векторов напряжений или токов в точках цепи, отстоящих одна от другой на расстояние 1 км. Коэффициент затухания определяет максимально возможную дальность передачи сигнала.

Волновые параметры непосредственно связаны с первичными следующими зависимостями:

(5. 7)

(5. 8)

Определим, используя выше приведённые зависимости волновые параметры кабеля МКПАБ. Полученные данные занесём в таблицу 5.3.

Таблица 5.3 — Волновые параметры кабеля МКПАБ

f, кГц

ZВ, Ом

, дБ/км

, рад/км

-В, град

50

83,155

0,673

2,016

18,397

100

76,394

0,939

3,79

13,854

150

74,832

1,285

5,591

12,878

200

73,967

1,588

7,392

12,052

250

72,985

1,749

9,16

10,741

300

72,368

1,907

10,931

9,828

350

71,828

2,023

12,688

8,992

400

71,634

2,24

14,472

8,732

450

71,277

2,378

16,219

8,271

500

71,055

2,519

17,982

7,905

Приведём пример расчёта на частоте 50 кГц:

(Ом)

6. Расчет влияний контактной сети и ЛЭП на кабельные линии

6. 1 Расчет опасных влияний контактной сети переменного тока на кабельную линию связи

Контактные сети переменного тока оказывают значительное влияние на цепи связи. Следует различать три режима работы контактной сети:

Нормальный режим, если тяговые токи поступают в контактную сеть от всех подстанций участка;

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

Режим короткого замыкания — аварийный режим, в этом случае контактный провод замыкается на рельсы или землю.

По заданию линия связи на участке Ачинск — Красноярск электрифицирована по системе переменного тока:

.

Расчет влияний контактной сети переменного тока на кабельную линию связи производится при опасных влияниях (вынужденный режим работы и режим короткого замыкания) и мешающих влияниях тяговой сети переменного тока.

6. 1.1 Режим короткого замыкания

Выполним расчет влияния при параллельном сближении. Так как наводимое напряжение зависит от места короткого замыкания, построим диаграмму зависимости тока короткого замыкания от места аварии.

Расчет производим для одностороннего питания в 8 различных точках замыкания по формуле:

(6. 1)

где — угловая частота;

M — коэффициент взаимной индукции;

— ток короткого замыкания;

S — коэффициент экранирующего действия;

— длина влияющей части электротягового плеча.

Таблица 6.1 — Результаты расчетов влияния в режиме короткого замыкания

Номер участка

Длина участка, км

Ток короткого замыкания, кА

Величина наведенного напряжения U, В

1

6

2,5

182,89

2

12

2,225

325,547

3

20

1,973

481,127

4

26

1,73

548,431

5

32

1,65

643,779

6

40

1,58

770,584

7

46

1,52

852,519

8

50

1,5

914,458

Рисунок 6.1 — Диаграмма зависимости тока короткого замыкания от места аварии

6.1.2 Вынужденный режим

Для вынужденного режима опасные напряжения в цепях связи необходимо вычислять при всех практически возможных вариантах выключения тяговых подстанций.

Расчетная формула:

(6. 2)

Коэффициент формы для кабельных линий связи равен 1. Поэтому в расчетах его не учитываем.

Эквивалентный влияющий ток при вынужденном режиме работы вычислим как:

(6. 3)

где — результирующий нагрузочный ток расчетного плеча питания при вынужденном режиме работы, согласно заданию;

коэффициент, характеризующий изменение эквивалентного тока по сравнению с нагрузочным.

(6. 4)

где — длина плеча питания тяговой сети при вынужденном режиме работы;

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

m — количество поездов, одновременно находящихся в пределах плеча питания тяговой сети при вынужденном режиме, принимаем m=4.

Рассмотрим варианты отключения первой и второй подстанций, результаты занесем в таблицу.

Таблица 6.2 — результаты расчета наведенного напряжения в вынужденном режиме

Отключенная подстанция

, км

, км

, км

, А

U, В

ТП 2(а)

50

40

90

0,35

875

533,43

ТП 1(б)

50

0

90

0,75

1875

1143,07

Рисунок 6.2 — Схема участка для расчета влияний при вынужденном режиме работы тяговой сети

6.2 Расчет влияний ЛЭП-10кВ с изолированной нейтралью на цепи связи

Напряжение шума в приемнике двухпроводной телефонной цепи от влияния ЛЭП с изолированной нейтралью рассчитывают по формуле:

, (6. 5)

где — составляющие напряжения шума, обусловленные магнитным и электрическим влиянием фазовых проводов.

, (6. 6)

где = 9 А — эквивалентное значение фазового тока ЛЭП;

Модуль взаимного сопротивления между однопроводной ЛС и симметричной трехфазной ЛЭП для косого сближения, Ом/км:

(6,7)

Модуль взаимного сопротивления между однопроводной ЛС и симметричной трехфазной ЛЭП для параллельного сближения:

(6. 8)

; (6. 9)

Zmin (1-А), Zmax (1-А) — взаимные сопротивления между однопроводными ЛЭП и ЛС, рассчитывается по формуле, Ом/км:

, (6. 10)

где =1,5 — среднее геометрическое расстояние между соседними проводами ЛЭП;

— поправочный коэффициент, для ЛЭП питающей смешанную и выпрямительную нагрузки;

— расстояние от середины влияющего участка высоковольтной линии до конца расчетного усилительного участка цепи связи;

— длина сближения линии связи с влияющей линией в пределах расчетного усилительного участка;

— длина усилительного участка линии связи;

— длина усилительного участка ЛС до начала сближения с ЛЭП;

=0,7 — коэффициент экранирования заземления проводов при электрическом влиянии ЛЭП;

=0,7 — коэффициент экранирования сплошного ряда деревьев при электрическом влиянии ЛЭП;

— коэффициент экранирующего действия.

Кабели связи с металлическими оболочками, а при прокладке в земле и с неметаллическими (вследствие экранирующего действия оболочки и земли) практически защищены от электрических влияний и подвержены только магнитным влияниям.

На рисунке 6.3 представлена схема сближения усилительного участка линии связи с ЛЭП-10.

Рисунок 6.3 — Cхема сближения усилительного участка линии связи с ЛЭП-10

Приведем пример расчета модуля взаимного сопротивления между однопроводной ЛС и симметричной трехфазной ЛЭП для участка 0−1:

м,

,

.

Расчеты на остальных участках сведем в таблицу 6.3.

Таблица 6.3 — Расчет модуля взаимного сопротивления

, км

,

50

50, 50

86

50

50, 60

141

50

60, 55

141

50

55, 55

76

50

55, 50

140

50

50, 50

86

50

50, 50

86

Используя формулу (10) рассчитаем напряжение шума в приемнике двухпроводной телефонной цепи:

мВ,

Вследствие того, что напряжение шума в приемнике двухпроводной телефонной цепи от влияния ЛЭП с изолированной нейтралью не превышает допустимого значения в 1,5 мВ, то ширина сближения выбрана верно.

6.3. Расчет мешающего влияния

Расчет мешающего влияния ведется по формуле расчета UШ для действующей гармонике. Согласно заданию действующая гармоника 21я, с амплитудой 1,3 A.

(6. 11)

В программной среде MathCad рассчитывем данное значение:

6. 4 Расчет переходных затуханий

Переходные затухания определяются в первую очередь параметрами электромагнитных связей. Определим частотную зависимость вектора комплексной электромагнитной связи.

Согласно заданию на курсовое проектирование: k12 = 30 пФ/сд. Величина g12 задана через процентное отношение, то. Активная составляющая магнитной связи задана через соотношение, где.

Комплексные векторы электромагнитных связей можно определить по следующей формулам:

(6. 12)

(6. 13)

(6. 14)

(6. 15)

Произведём расчёт векторов комплексной электромагнитной связи на дальнем и ближнем конце. Полученные данные сведём в таблицу.

Приведем пример расчета на частоте 50 кГц:

связь кабель регенерационный пункт

(См);

(Гн/сд);

(Ом);

;

;

Таблица 6.4 — Векторы электромагнитной связи

f, кГц

N12

F12

Re

Im

Re

Im

50

0. 274

2. 329

0. 446

-1,586

100

0. 343

3. 969

1. 097

-2,483

150

0. 412

5. 609

1. 749

-3,38

200

0. 481

7. 248

2. 4

-4,277

250

0. 549

8. 888

3. 051

-5,174

300

0. 618

10. 528

3. 703

-6,07

350

0. 687

12. 168

4. 354

-6,967

400

0. 756

13. 807

5. 005

-7,864

450

0. 825

15. 447

5. 657

-8,761

500

0. 893

17. 087

6. 308

-9,658

Для определения переходных затуханий воспользуемся в данном курсовом проекте значениями векторов электромагнитных связей, рассчитанных выше. Найдём искомые величины на строительной длине — элементарного участка кабельной линии. Стандартная строительная длинна — 82 525 м. Примем для расчёта среднее значение 825 м. Переходные затухания на одну строительную длину можно определить по следующим зависимостям:

(6. 16)

(6. 17)

(6. 18)

где А0СД — переходное затухание в начале строительной длины;

АLСД — переходное затухание в конце строительной длины;

АЗСД — защищённость;

— километрический коэффициент затухания, ДБ;

S — строительная длина.

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

(6. 19)

(6. 20)

(6. 21)

где n — количество строительных длин на усилительном участке.

Произведём расчёт переходных затуханий на усилительном участке Чернореченская — Кемчуг, который содержит 60 строительных длины. Для расчета воспользуемся вышеприведёнными зависимостями. Полученные данные занесём в таблицу. Приведем пример расчета на частоте 50 кГц:

Таблица 6.5 — Величина расчитаных переходных затуханий

f, кГц

А0сд дБ

АзсддБ

АLсд дБ

А0, дБ

Аз, дБ

АL, дБ

50

61. 595

55. 829

65. 454

79. 173

54. 208

87. 571

100

55. 829

52. 387

61. 8

73. 408

46. 9

93. 281

150

52. 387

49. 927

59. 345

69. 965

42. 96

106. 469

200

49. 927

48. 011

57. 424

67. 505

40. 256

118. 714

250

48. 011

46. 443

55. 888

65. 59

38. 196

125. 019

300

46. 443

45. 114

54. 628

64. 021

36. 531

131. 027

350

45. 114

43. 962

53. 562

62. 693

35. 135

137. 847

400

43. 962

42. 946

52. 615

61. 541

33. 932

144. 861

450

42. 946

42. 035

51. 794

60. 524

32. 875

150. 388

500

42. 035

55. 829

65. 454

59. 614

31. 934

156. 674

Построим графики зависимостей переходных затуханий от частоты:

Рисунок 6.4 — Частотная зависимость затуханий на строительной длине кабеля

Рисунок 6.5 — Частотная зависимость затуханий на строительной длине

Сравним полученные результаты с нормами: А0=60,8 дБ; АЗ=73,8 дБ; АL=73,8+l.

Рассчитанные результаты соответствуют нарушению нормы, а следовательно нужно проводить защитные мероприятия. К таким относят симметрирование кабельных четверок.

7. Мероприятия по защите 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 заземление 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 трехпроводной 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. 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.

7.1 Защита 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 дренажные катушки снижают помехи во всех каналах системы передачи и в особенности в каналах тонального телеграфирования.

Рассмотрим защитное действие дренажных катушек с заземлённой средней точкой от опасных напряжений и помех, возникающих в двухпроводных цепях связи при магнитном и электрическом влияниях на них линий высокого напряжения.

Пусть имеем параллельное сближение высоковольтной линии с линией связи на длине l км. При коротком замыкании одного из фазных проводов линии на землю в проводах каждой телефонной цепи могут возникнуть продольные ЭДС опасных величин. При этом напряжения на концах сближения на каждом проводе телефонной цепи по отношению к земле приблизительно будут равны половине этой ЭДС. Включив между проводами двухпроводной цепи по концам сближения две дренажные катушки и заземлив их средние точки, можно снизить напряжения проводов цепи по отношению к земле, т. е. получить величину, не опасную ни для аппаратуры связи, ни для обслуживающего персонала. Схема защиты представлена в приложении 5 (рисунок б).

7.2 Защита с помощью медных тросов

Защиту кабелей от ударов молнии осуществляют с помощью медных, биметаллических или стальных тросов. Тросы прокладывают выше кабеля на глубине, равной половине глубины его залегания, но не менее 0,4 м. Расстояние между тросами 0,4…1,2 м. Тросы по всей длине через определенные интервалы должны иметь заземления. Защитное действие проложенных проводов или тросов характеризуется коэффициентом тока, показывающим отношение тока молнии в оболочке кабеля при наличии троса к току при отсутствии троса. Число защитных проводов или тросов определяют расчетным путем. Схема защиты представлена в приложении 5 (рисунок г)

7.3 Редукционные трансформаторы

Редукционные трансформаторы (РТ) являются эффективным средством защиты от влияний высоковольтных линий (ЛЭП и эл. ж. д.). Первичная I и вторичная II обмотки РТ имеют одинаковое число витков и намотаны на замкнутый железный сердечник (альбом чертежей). Первичная обмотка включается в разрез металлического покрова (оболочку, броню, экран) защищаемого кабеля 1−1, а вторичная — в разрез жил кабеля 2−2. Первичная обмотка РТ обычно выполняется из медного изолированного проводника, поперечное сечение которого не меньше общего эквивалентного поперечного сечения металлического покрова кабеля. Вторичная обмотка представляет собой пучок изолированных друг от друга жил, по конструкции одинаковых с жилами защищаемого кабеля. Схема защиты представлена в приложении 5.

8. Расчет волоконно-оптической линии связи

Исходные данные:

— длина расчетного участка;

;- коэффициенты преломления;

— длина волны информационного сигнала;

— строительная длина;

— количество муфт;

— затухание;

— затухание на неразъемном соединении;

— затухание на разъемном соединении;

— запас на потери;

— уровень выходного сигнала;

— уровень сигнала на приемнике;

— энергетический потенциал аппараткры;

— коэффициент поляризационно-модовой дисперсии;

— коэффициент хроматической дисперсии;

Используем кабель ОКМС-А-4/2(2,4)C-12(2)/4(5) и комплект аппаратуры STM-64 (10Гбит/c).

(8. 1)

Расчет волнового сопротивления

Волновое сопротивление световода определяем как предельное значение сопротивления сердцевины и оболочки для плоской волны:

(8. 2)

(8. 3)

где Z0 — волновое сопротивление идеальной среды.

Для магистральной передачи используем одномодовый кабель, подбираем диаметр световода для успешной передачи сигнала с длиной волны 1550нм.

(8. 4)

(8. 5)

(8. 6)

(8. 7)

Определение длины регенерационного участка на основе расчета затухания и дисперсии.

Определим значения хроматической и поляризационно-модовой дисперсии.

(8. 8)

(8. 9)

Рисунок 8.1 — диаграмма значений поляризационно-модовой дисперсии

Рисунок 8.2 — диаграмма значений хроматической дисперсии

Максимально допустимое значение хроматической дисперсии для оборудования STM-64 составляет. Рассчитанное значение не превышает установленного предела, а значит применение модулей компенсации дисперсии не требуется.

Произведем расчет длины регенерационного участка:

(8. 10)

Длина проектируемого участка больше рассчитанной длины, поэтому требуется применение регенерационных пунктов на пути передачи.

Произведем расчет полного затухания участка:

(8. 11)

(8. 12)

Расчет затухания рассеивания, поглощения и затухания в инфракрасной области.

где — тангенс угла диэлектрических потерь.

коэффициент распространения.

Заключение

Результатом выполнения курсового проекта является спроектированная кабельная и волоконнооптическая линия АТ и С на участке Ачинск — Красноярск.

При проектировании кабеля на заданном участке учитывались его физико-географические данные. А также в данном проекте описан выбор арматуры для монтажа кабельной магистрали, произведена разработка схемы связи с размещением оконечных и промежуточных усилительных пунктов. Были произведены расчеты мешающих и опасных влияний от контактной сети железных дорог и линии электропередачи. Приведены описания методов защиты от различных влияний, а также приведены схемы защиты аппаратуры связи. Описан принцип симметрирования, целью которого является уменьшение взаимных влияний.

Во время выполнения данного курсового проекта были получены и закреплены базовые знания по проектированию кабельных магистральных линий связи. Также были получены знания по устройству кабелей, по аппаратуре, применяемой на железнодорожном транспорте. Были рассмотрены виды влияний действующих на кабельные линии, также был проведен расчет этих влияний, рассмотрели способы защиты от этих влияний. В процессе проектирования были приобретены навыки разработки кабельных линий.

Список использованной литературы

1. «Линии железнодорожной автоматики, телемеханики и связи» Задание на курсовой проект с методическими указаниями.

2. Требина Е. Г., Костиков В.У." Электромагнитные влияния высоковольтных линий на цепи связи" Омск, 1980.

3. Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияний тяговой сети электрических железных дорог переменного тока. М., Транспорт, 1973. — 95 с.

4. Бунин Д. А., Яцкевич А.И." Магистральные кабельные линии связи на железных дорогах" М., 1978.

5. Виноградов В. В., Кузьмин В. И., Гончаров А. Я. Линии автоматики телемеханики и связи на железнодорожном транспорте М, 1990.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой