Характеристика цифровой аппаратуры уплотнения импульсно-кодовой модуляции. Размещение усилительных и регенерационных пунктов. Защита кабеля и аппаратуры связи от мешающих влияний. Определение собственных параметров кабеля. Монтаж кабельной магистрали.
Аннотация к работе
Магистральная связь по заданию содержит 420 каналов, дорожная - 320; перегонная и поездная радиосвязь имеют по две пары жил в кабеле; СЦБ - 6 пар проводов; остальным видам связей требуется по одной кабельной паре. При двухкабельной системе для организации всех видов связи и СЦБ прокладывается два кабеля, при этом для цепей дальней связи (магистральной и дорожной) используются либо аппаратура К-60, либо цифровая система передачи, например ИКМ-120, со скоростью передачи информации 8448 Кбит/с. Однако объединение в одних кабелях всех видов связи, а также цепей СЦБ, требующих частых отпаев от магистрального кабеля к перегонным и станционным объектам, вызывает определенные трудности при монтаже и эксплуатации кабельной магистрали, снижает устойчивость и качество дальней связи, что является недостатком двухкабельной магистрали. В этом случае прокладывается три кабеля, из которых первый используется для отделенческих связей и цепей СЦБ, а второй и третий ? для цепей дальней связи. Кабель МКПАБ 14 x 4 x 1.05 5 x 2 x 0.7 1 x 0.7 имеет четыре ВЧ четверки, три НЧ четверки, пять сигнальных пар и одну контрольную жилу.В настоящее время в волоконнооптических системах передачи общего пользования используется унифицированная каналообразующая аппаратура цифровых систем передачи (ЦСП) различных уровней иерархии. Сейчас созданы следующие системы передачи: “Соната-2” с аппаратурой ИКМ-120; ”Соната - 3” с ИКМ - 480”; ”Соната - 4” и “Соната-ЧМ” c ИКМ - 1920.Определяем длину регенерационного участка по затуханию: ,(10.1) где А - допустимые потери, по заданию: А = 34,4 ДБ для магистральной линии связи, А = 30 ДБ для местной линии связи; Получаем, что длина регенерационного участка для магистральной линии связи: (км); Для этого необходимо вычислить общее затухание по всей длине регенерационного участка для магистральной и дорожной связи, а затем полученные значения сравнить с заданными в курсовом проекте. Затухания, полученные при проверке для рассчитанных регенерационных участков, меньше заданных значений, следовательно, рассчитанные длины удовлетворяют заданию. Произведем расчет длины регенерационного участка по дисперсии: , (10.3) где - скорость передачи информации: = 622 Мбит/с - для магистральной связи, = 155 Мбит/с - для местной связи;В данном курсовом проекте были изучены основы проектирования кабельных магистральных линий связи. В результате разработки данного проекта были получены знания об аппаратуре, применяемой для связи на железнодорожном транспорте, о различных типах кабелей и о влияниях, действующих на линию связи.
План
9. Содержание кабелей под избыточным давлением 53
10. Расчет длины регенерационного участка волокно-оптической линии связи 54
10.1 Теоретические сведения 54
10.2 Расчет длины регенерационного участка по затуханию 54
10.3 Расчет длины регенерационного участка по дисперсии 56
Заключение 58
Список использованной литературы 59
Введение
Железнодорожная сеть представляет собой единую, работающую по общему плану систему, части которой взаимодействуют друг с другом. Работа всех звеньев министерства путей сообщения (МПС) не может осуществляться без использования разнообразных видов связи, организуемых по воздушным, кабельным и радиолинейным линиям.
Развитие средств связи имеет большое значение для эффективного управления работой железнодорожного транспорта, управления хозяйством страны, обеспечения нужд населения. Современная электрическая связь в нашей стране, развиваясь на базе единой автоматизированной сети связи, позволяет передавать различные виды информации: телефонной, телеграфной, вещания, телевидения и т.п. Начиная с восьмидесятых годов, и по настоящее время сети связи переходят на использование оптического кабеля взамен медного. Использование оптического волокна в качестве направляющей системы позволяет значительно улучшить качество связи и увеличить число передаваемых каналов. Кроме всего прочего, оптические кабели обладают малым затуханием и не требуют для изготовления цветных металлов.
На фоне этих изменений, не потеряла своей значимости спутниковая связь. Спутниковые, кабельные, радиорелейные линии связи взаимно дополняют друг друга, обеспечивая передачу больших объемов информации любого назначения. Кабельные линии связи, обладающие высокой защищенностью каналов связи от атмосферных влияний и различных помех, эксплуатационной надежностью и долговечностью, являются основой сети связи страны; по кабельным сетям передается 75 % всей информации.
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
Физико-географические данные и административно-хозяйственная структура проектируемого железнодорожного участка линии связи
Проектируемая кабальная линия связи Филоново - Иловля 1 находится на территории Волгоградской области и относится к Приволжской железной дороге.
На рисунке 1 представлена карта проектируемого участка Филоново - Иловля 1.
Физико-географические данные и природа проектируемого участка: Волгоградская область расположена на юго-востоке - восточно-европейской равнины. Делится рекой волгой на 2 части: западную - правобережье и восточную - Заволжье ( максимальная высота области достигает 358 м.). Область образована 5 декабря 1936 года, общая площадь достигает 114,1 тыс. км2. Делится на 32 района, имеет 18 городов и 24 поселка городского типа. Административный центр - город Волгоград. Проектируемый участок железной дороги расположен на северо-западе области [1].
Более 83% территории области расположено в степной зоне. Северо-западная часть ее занята черноземами, в остальной части распространены темно-каштановые, каштановые почвы. Степь преимущественно разнотравно-злаковая.
По речным долинам развиты пойменно-дерновые почвы с луговой и древесно-кустарниковой растительностью. Леса занимают 4% всей площади (дуб клен и др.).
Животный мир разнообразен. Повсеместно обитают грызуны, промысловые виды животных, птицы и пресмыкающихся. Волга и Дон богаты рабы (осетровыми, карповыми и др.). [1]
Климат проектируемого участка: Проектируемая кабельная линия находится в умеренном климатическом поясе. Климат этого района континентальный, с холодной, малоснежной зимой и продолжительным, жарким, сухим летом. [2]
Средние температуры: -100 С - в январе
220 С - в июле
По Волгоградской области протекают такие реки как Волга и Дон с притоками. Густота речной сети и водность рек уменьшаются с северо-запада на юго-восток. Для рек характерны: весеннее половодье и летняя межень.
2. Выбор аппаратуры связи, системы кабельной магистрали и распределение цепей по четверкам
Связь на железнодорожном транспорте построена по принципу четырехуровневой структуры управления технологическим процессом работы железных дорог всей сети. Первым, верхним уровнем управления является Министерство путей сообщения, вторым - Управление дороги, третьим - Отделение дороги и четвертым - станция. В соответствии с такой структурой железные дороги оснащены магистральной, дорожной, отделенческой и станционной связью.
Магистральными называют каналы связи между Министерством путей сообщения и управлениями дорог, а также между разными дорогами. К дорожным каналам относят каналы связи внутри одной дороги. Магистральную и дорожную связь организуют по двухкабельной и однокабельной системам. В двухкабельных системах используют однополосную аппаратуру уплотнения - каналы прямого и обратного направлений имеют одинаковый линейный спектр частот. Для обеспечения защищенности от переходных токов прокладывают два однотипных симметричных кабеля; передача прямого направления ведется в одном кабеле, обратного - в другом. Отделенческая связь предназначена для оперативной работы дороги и обеспечивает постоянную телефонную связь со всеми раздельными пунктами и жилыми зданиями линейных работников.
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 (СЭМ), телеуправление тяговыми подстанциями (ТУ), телесигнализация тяговых подстанций (ТС), диспетчерского контроля (ДК), СЦБ. Магистральная связь по заданию содержит 420 каналов, дорожная - 320; перегонная и поездная радиосвязь имеют по две пары жил в кабеле; СЦБ - 6 пар проводов; остальным видам связей требуется по одной кабельной паре.
Поездная диспетчерская связь (ПДС) - служит для переговоров поездного диспетчера со всеми раздельными пунктами, входящими в обслуживаемый участок.
Энергодиспетчерская связь (ЭДС) - обеспечивает оперативное руководство подачей электроэнергии в контактную сеть.
Вагонно-распорядительная связь (ВГС) - служит для служебных переговоров работников отделения дороги со станциями по вопросам состояния вагонного парка.
Служебная связь электромехаников (СЭМ) - оперативное руководство линейными работниками (электромонтеров) в дистанции сигнализации и связи.
Постанционная связь (ПС) - служит для переговоров работников раздельных пунктов между собой.
Линейно-путевая связь (ЛПС) - осуществляет оперативное руководство линейными работниками на дистанции пути и переговоров линейных работников между собой.
Межстанционная связь (МЖС) - обеспечивает переговоры дежурных смежных раздельных пунктов по вопросам движения поездов.
Перегонная связь (ПГС) - предназначена для переговоров линейных работников, находящихся на перегоне, с дежурным по станции, с энерго- и поездным диспетчером, а также с дистанцией сигнализации.
Канал «Экспресс» - обеспечивает сведениями билетные кассы о наличии мест в поездах дальнего следования.
Магистральную и дорожную связи уплотняем аппаратурой ИКМ-480. Аппаратура ИКМ - цифровая система передачи, предназначенная для передачи информации на местных и внутризоновых сетях по симметричным высокочастотным кабелям. Аппаратура ИКМ-480 обеспечивает организацию связи при скорости передачи 8440 Кбит/с. Максимальная дальность связи 600 км, номинальная длина регенерационного участка 3 - 4 км. Аппаратура ИКМ может работать по двух- и трех кабельной системе. В нашем случае подходит трех кабельная система, так как она полностью обеспечивает все необходимые каналы, а также имеет хорошую устойчивость и маловосприимчива к переходным затуханиям между цепями.
Для уплотнения 420 каналов магистральной и 320 каналов дорожной связи возьмем один комплект уплотняющей аппаратуры ИКМ-480 и три комплекта уплотняющей аппаратуры ИКМ-120.
Связи ПДС, ЭДС, ПС, ВГС, «Экспресс», СЭМ, ЛПС уплотняются аппаратурой К-60П, имеющей скорость передачи 2,05 Мбит/с.
Таблица 2.1 - Распределение цепей по четверкам магистральных и дорожных кабелей
Номера четверок и сигнальных пар Тип четверок Цепи связи и СЦБ
Таблица 2.2 - Распределение цепей по четверкам магистральных кабелей
Номера четверок и сигнальных пар Тип четверок 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 - -
2.2 Выбор типов кабеля, систем передачи
Кабельная магистраль может быть организована по одно-, двух-, или трехкабельной системе. При однокабельной системе все виды связи и цепи СЦБ организуются по одному кабелю. Однокабельная система наиболее дешевая, 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 двухкабельной системе для организации всех видов связи и СЦБ прокладывается два кабеля, при этом для цепей дальней связи (магистральной и дорожной) используются либо аппаратура К-60, либо цифровая система передачи, например ИКМ-120, со скоростью передачи информации 8448 Кбит/с.
Двухкабельная 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 определенные трудности при монтаже и эксплуатации кабельной магистрали, снижает устойчивость и качество дальней связи, что является недостатком двухкабельной магистрали. В ответственных случаях применяют трехкабельную систему. В этом случае прокладывается три кабеля, из которых первый используется для отделенческих связей 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.
Виды отделенческой телефонной и поездной радиосвязи, которыми оснащаются железнодорожные линии, зависят от конкретных особенностей участка и определяются требованиями ПТЭ. Каждый из этих видов связи организуется или по отдельной двух- или четырехпроводной цепи и осуществляется в спектре тональных частот, или с использованием системы передачи К-60Т, работающей в спектре частот 12-120 КГЦ. Эта система позволяет организовать до 60 каналов тональной частоты .
2.2.1 Выбор первого и второго кабеля
Исходя из количества занятых четверок и частотных требований, выбираем четырех четверочный кабель типа МКПАБ 4?4?1,05 5?2?0,7 1?0,7. Предназначен для прокладки в земле, в грунтах, не отличающихся химической агрессивностью.
Сечение кабеля и разделка на конус отображены в альбоме, на листе 6. Спецификация кабеля МКПАБ 4?4?1,05 5?2?0,7 1?0, представлена в таблице 2.3.
Кабель МКПАБ 14 x 4 x 1.05 5 x 2 x 0.7 1 x 0.7 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.
Сечение кабеля отображены в альбоме, на листе 6.
2.2.3 Выбор кабеля для организации ответвлений
Для организации ответвлений от основной кабельной магистрали выбираем телефонный зоновый кабель марки ТЗПАБ 7 x 4 x 1.2 5 x 2 x 0.7 1 x 0.7 . Чертеж сечения данного кабеля отражен в альбоме чертежей на листе 6.
Размещение усилительных и регенерационных пунктов на трассе линии связи.
Размещение усилительных и регенерационных пунктов на проектируемой кабельной магистрали производиться в соответствии с номинальными длинами для соответствующего типа применяемой аппаратуры, а также с учетом поправки на местности, т.е. от условий прохождения трассы на местности и размещения тех или иных железнодорожных объектов, которые могут оказывать влияние. Размещение регенерационных и усилительных пунктов представлено на плане трассы, в альбоме лист 2.
3. Размещение усилительных пунктов
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. НУПЫ располагаются по трассе в зависимости от систем уплотнения.
Для системы уплотнения К-60 НУП ставятся через 25-30 км. Если расстояние меньше 25 км., то ставится специальное устройство - “искусственная линия”, которая удлиняет линию связи (ИЛ-3, ИЛ-6; цифра обозначает количество километров, на которое увеличивается линия).
3.2 Размещение регенерационных пунктов
Для восстановления формы, амплитуды и временных положений импульсов линейного сигнала используется регенератор. Регенераторы устанавливаются через определенные расстояния и в зависимости от пункта расположения подразделяются на необслуживаемые регенерационные пункты (НРП) и обслуживаемые регенерационные пункты (ОРП).
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 3-5 км.
Размещение усилительных и регенерационных пунктов на трассе линии связи приведено в таблице 3.1.
Таблица 3.1 - Размещение усилительных и регенерационных пунктов на участке Филоново - Иловля 1
Название станции Расстояние от Новороссийска, км Наличие усилительных пунктов и тяговых подстанций
Филоново 0 ОУП, ОРП, К-60, ТП перегон 3 НРП
Раз. Красноярский 6 НРП перегон 10 НРП
Раз. Солоново 13 НРП перегон 17 НРП перегон 21 НРП
Раз. Белушкино 178 НРП перегон 182 НРП перегон 186 НРП
Иловля 1 190 ОУП ИЛ-3, НРП, ТП, К-60
4. Расчет влияний тяговой сети постоянного тока на кабельную линию связи
Контактные сети электрических железных дорог оказывают мешающие влияния на цепи связи вследствие искажения рабочего тока и напряжения в них дополнительных гармоник, которые появляются в процессе работы выпрямителей тяговых подстанций.
Результирующее псофометрическое напряжение на ближайшем конце усилительного участка двухпроводной телефонной цепи рассчитывается по следующей формуле [1]: (4.1) где - значение мешающего напряжения, индуктированного в цепи связи в пределах i-ого участка тяговой сети.
Псофометрическое напряжение - это характеристика помехи в линии связи, а мешающее напряжение - во влияющей линии
- модуль взаимной индукции между однопроводными цепями на i-ом участке сближения
- коэффициент экранирующего действия [1] (4.3)
- коэффициент экранирующего действия оболочек кабеля
Примем а=10 м , тогда (м).
Подставив значения в формулу (4.2), вычислим мешающее напряжение на первом усилительном участке при a = 10 м: Расчет на остальных усилительных участках проводится аналогичным образом; результаты расчета занесены в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 - Результаты расчета наведенных опасных мешающих напряжений а, м 10 15 20 30 40 50
М МКГН/км 63 33 20 9 5 3
Uш 3,1 1,6 1 0,5 0,3 0,2
Подставим получившиеся значения Uш в формулу
Примем ширину сближения a = 20 м, так как при такой ширине сближения результирующее псофометрическое напряжение не превышает 1 МВ.
5. Влияние ЛЭП с заземленной нейтралью
Основными факторами, определяющими степень влияния ЛЭП на ЛС, кроме влияющих напряжений и токов, являются ширина, длина и характер сближения этих линий, а также проводимость грунта и параметры цепей связи.
Ширина сближения - это кратчайшее расстояние между проводами этих линий. Для упрощения расчетов за ширину сближения принимают расстояние между вертикальными плоскостями, проходящими через ЛЭП и ЛС [1].
Длина сближения - это длина проекции линии связи на ЛЭП. Сближение может быть параллельным, косым и смешанным (сложным) [1].
В данном курсовом проекте используем косое сближение. При расчетах участки косого сближения с целью упрощения заменяются эквивалентными параллельными (рисунок 5.1 ).
Рисунок 5.1 - Участок Гурово - Зеленовская усилительный кабельная линия связь
Продольная ЭДС в проводе (жиле) связи зависит от длины влияющего участка ЛЭП, которая равна расстоянию от начала сближения ЛЭП и ЛС до места короткого замыкания фазового провода ЛЭП на землю (в пределах рассчитываемого участка). При расчете используем метод проб, то есть последовательно определяем ЭДС при коротком замыкании фазового провода в разных местах трассы ЛЭП [1]: ; (5.1) где =2· ·50=314.16 1/с;
- ток к. з., определяемый по диаграмме , приведенной на рисунке 5.2, в зависимости от места аварии
S50 - коэффициент экранирующего действия, на частоте 50 Гц, определяемый по формуле: S50= Sp50· Sоб50 (5.2)
Sp50=0,4 - коэффициент экранирующего действия рельсов при частоте наведенной ЭДС 50 Гц, определяем по [2, приложение 2];
Sоб50=0,077 - коэффициент экранирующего действия рельсов при частоте наведенной ЭДС 50 Гц, определяем по [2, приложение 2];
S50=0.4·0.077=30,8·10-3;
Рисунок 5.2 - Диаграмма токов для участка Гурово - Зеленовская i/ = 15 - количество участков косого или параллельного сближения для предполагаемого места к.з.
Lэi - длина i - го участка сближения: Lэ1=2000 м - длинна каждого участка
М(1-А)i - коэффициент взаимной индукции между ЛЭП и кабельной линией. Определяется в [2], в зависимости от величины аэі·х, где х - вспомогательная величина определяемая из выражения;
(5.2.1)
По формуле (5.2.1) определим x: s = 60·10-3 См/м - проводимость грунта по заданию;
f = 50 Гц - частота тока в ЛЭП;
;
аэі - ширина сближения i-го участка, для косого сближения определяется по формуле: (5.3)
Если величины ai и ai-1 отличаются не более чем в три раза, в противном случае іый участок косого сближения придется дробить на более короткие участки.
Используя выражение (5.3) вычисляем аэ , результаты вычислений заносим в таблицу 5.1.
По номограмме [1] определяем соответствующие коэффициенты взаимоиндукции и результаты заносим в таблицу 5.1.
Проведем контрольный расчет для первого участка, где м: По номограмме [1] определил М=482 МКГН/км.
Подставив известные значения в формулу (5.1), получаем, что (В)
Остальные расчеты проводятся аналогичным образом; результаты заносим в таблицу 5.1.
Таблица 5.1 - Результаты расчета влияния ЛЭП с заземленной нейтралью
№ аэ, м М , Е , В
1 93 406 320
2 290 192.3 449
3 469 117 420
4 647 77.6 362
5 823 54.4 304
6 999 40 254
7 1174 30.4 212
8 1349 23.8 177
9 1525 19.1 147
10 1700 15.7 124
11 1875 13 103
12 2050 11 86
13 2225 9.4 71
14 2401 8.2 57
15 2576 7.1 46
В целях обеспечения безопасности ведения работ на линиях и использования устройств, а также необходимого качества связи установлены нормы опасных и мешающих влияний [1].
Для междугородных кабельных линий связи без дистанционного питания усилителей допустимая индуктированная ЭДС от влияния ЛЭП с заземленной нейтралью равна Uисп.
Uисп - испытательное напряжение изоляции жил кабеля по отношению к экрану или металлической оболочке кабеля строительной длины (для большинства магистральных железнодорожных кабелей - 1800 В).
В нашем случае ни одно из полученных значений продольных ЭДС не превышает норму, следовательно нет необходимости устанавливать бариевые разрядники.
6. 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 заземление нейтралей и включение токоограничивающих устройств.
- Включение на подстанциях быстродействующих автоматических выключателей при токах короткого замыкания.
- Осуществление транспозиции проводов на трехфазных линиях.
- Подвеска на трехфазных линиях заземленных тросов.
- Включение в трехфазные линии сглаживающих устройств.
- Включение отсасывающих трансформаторов в контактные сети электрифицированных ж.д. переменного тока.
- Применение трехпроводной системы электрифицированных ж.д. 2 х 25 КВ с линейными автотрансформаторами.
В аппаратуре усилительных пунктов признано целесообразным предусматривать в каждой цепи кабеля определенный 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 300-3000В.
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.
6.1 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 заземленной 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 (альбом чертежей - лист 6) 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.
6.2 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 (альбом чертежей, лист 6). 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.
6.3 Редукционные трансформаторы
Редукционные трансформаторы (РТ) являются эффективным средством защиты от влияний высоковольтных линий (ЛЭП и эл.ж.д.). Первичная 1 и вторичная 11 обмотки РТ имеют одинаковое число витков и намотаны на замкнутый железный сердечник (альбом чертежей, лист 6). 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.
7. Расчет взаимного влияния
7.1 Определение собственных параметров кабеля
Кабельную линию связи можно представить в виде четырехполюсника, обладающего рядом параметров. Составляется расчетная схема замещения линии связи, на которой распределенные параметры заменены эквивалентными сосредоточенными. Номиналы расчетной 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 емкость [ 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 расчете 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 расчетов. Большинство из них основано на использовании специальных вспомогательных функций, значения которых протабулированы с точностью, достаточной для инженерных расчетов. Воспользуемся данным способом расчета. Зависимость функций от частоты приведена в таблице 7.1.
Для расчета первичных параметров можно воспользоваться следующими зависимостями: , Ом/км (7.1) 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 («звездная» скрутка жил);
d - диаметр жилы (1,05 мм);
а - расстояние между осями проводников (1,85 мм): DR - дополнительное сопротивление за счет потерь энергии на вихревые токи. Данная величина является функцией частоты и зависит от материала оболочки кабеля [5].
Ом. (7.2)
Удельная индуктивность определяется по следующей зависимости: , Гн/км (7.3) где mr - коэффициент магнитной проницаемости. Для алюминия: mr=1;
c - коэффициент укрутки. Для кабеля МКПАБ c = 1,016.
Емкость кабельной линии определяется по следующее зависимости: , Ф/км (7.4) где j - коэффициент увеличения емкости за счет эффекта близости. Для используемого кабеля j = 0,644;
ep - диэлектрическая проницаемость изоляции. В данном случае ер= 1,4;
Проводимость изоляции, как правило, не велика. При ее определении можно использовать следующее выражение: , Гн/км (7.5) где tgdp - результирующий тангенс угла потерь изоляции. Данная величина является функцией частоты.
Произведем расчет первичных параметров для кабеля МКПАБ в спектре частот, используемом аппаратурой связи примененной в данном проекте. Полученные данные занесем в таблицу 7.2
Основной характеристикой любого кабеля являются его волновое сопротивление ZB и коэффициент распространения g. Данные параметры значительно более удобны для практических расчетов, чем первичные. Волновое сопротивление определяет собой отношение напряжения к току бегущей по цепи волны в любой точке кабеля. Коэффициент распространения - комплексная величина. Действительная составляющая g - километрический коэффициент затухания (a) - показывает степень убывания амплитуды напряжения или тока бегущей волны на расстоянии 1 км. a можно определить как: (7.6) где L - длина линии;
UH и UK - напряжения в начале и конце лини.
Мнимая составляющая g - километрический коэффициент фазы (b) - 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: (7.7)
(7.8)
Определим, используя выше приведенные зависимости волновые параметры кабеля МКПАБ. Полученные данные занесем в таблицу 7.3.
Таблица 7.3 - Волновые параметры кабеля МКПАБ f, КГЦ ?ZB?, Ом a, ДБ/км b, рад/км -JB, 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
Приведем пример расчета на частоте 50 КГЦ:
(Ом)
7.3 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 = 32 ПФ/сд. Величина g12 задана через процентное отношение , то . Активная составляющая магнитной связи задана через соотношение , где .
Комплексные вектора электромагнитных связей можно определить по следующей формулам: (7.9)
(7.10)
(7.11)
(7.12)
Произведем расчет векторов комплексной электромагнитной связи на дальнем и ближнем конце. Полученные данные сведем в таблицу 7.4.
Приведем пример расчета на частоте 50 КГЦ: (См)
(Гн/сд)
(Ом)
Таблица 7.4 - Вектора электромагнитной связи f, КГЦ N12 F12
Re Im Re Im
50 3.021 0,2 -1,975 1,469
100 6.042 0,4 -3,951 2,937
150 9.063 0,6 -5,926 4,406
200 12.08 0,8 -7,904 5,875
250 15.11 1,0 -9,877 7,343
300 18.13 1,2 -11,85 8,812
350 21.15 1,4 -12,83 10,28
400 24.17 1,6 -15,80 11,75
450 27.19 1,8 -17,78 13,22
500 30.21 2,0 -19,75 14,69
Для определения переходных затуханий воспользуемся в данном курсовом проекте значениями векторов электромагнитных связей, рассчитанных выше. Найдем искомые величины на строительной длине - элементарного участка кабельной линии. Стандартная строительная длинна - 825±25м. Примем для расчета среднее значение 825м [5]. Переходные затухания на одну строительную длину можно определить по следующим зависимостям: (7.13)
(7.14)
(7.15) где А0СД - переходное затухание в начале строительной длины;
АLСД - переходное затухание в конце строительной длины;
АЗСД - защищенность;
a - километрический коэффициент затухания, ДБ;
S - строительная длина.
На основе полученных значений затуханий на одну строительную длину можно определить суммарное затухание на длине усилительного участка.
(7.16)
(7.17)
(7.18) где n - ко
Вывод
В данном курсовом проекте были изучены основы проектирования кабельных магистральных линий связи. В результате разработки данного проекта были получены знания об аппаратуре, применяемой для связи на железнодорожном транспорте, о различных типах кабелей и о влияниях, действующих на линию связи. В процессе проектирования были рассчитаны влияния контактной сети железной дороги переменного и постоянного токов на линию связи. Были рассмотрены меры защиты кабельных линий связи от наведенных напряжений. В процессе проектирования были приобретены навыки разработки кабельных линий связи.
Были сделаны выводы о целесообразности применения различной аппаратуры в зависимости от условий прокладки линии связи.
Список литературы
1. Требина Е. Г., Костиков В. У. Электромагнитные влияния высоковольтных линий на цепи связи: Методические указания к дипломному и курсовому проектированию. / Омский ин-т инж. ж.-д. транспорта.- Омск
2.Атлас География России / Федеральная служба геодезии и картографии Росси - Омская картографическая фабрика
3. Бунин Д. А., Яцкевич А. И. Магистральные кабельные линии связи на железных дорогах.- М.: Транспорт
4. Виноградов В.В, Кустышев С.Е. Прокофьев В.А. ЛЖД А, Т и С - М.: Маршрут
5. Гроднев И. И., Верник С. М. Линии связи: Учебник для вузов.- М.: Радио и связь
6. Гроднев И. И., Курбатов Н.Д. Линии связи: Учебник для вузов. - М.: Связь 1980
7. Линии железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Методические указания по курсовому проекту - М: 1988
8. Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговой сети электрических железных дорог переменного тока.- М.: Транспорт, 1973
9. Советский энциклопедический словарь - М.: Советская энциклопедия, 1980.