Учебная работа. Проектирование линии связи на станции и прилегающем перегоне

2. Выбор марки и емкости магистральных кабелей и кабелей ответвлений; распределение цепей в симметричных кабелях

В соответствие с заданием, нужно организовать 6 цепей ОТС и 5 цепей АТ. Для организации цепей ОТС употребляется кабель ТЗПАБпШп 4х4х1,2 (ТУ 16.505.715-75). Для организации цепей АТ употребляется кабель СБЗПу 5х2х0,9 (ГОСТ Р 51312-99). Распределение цепей ОТС по четверкам в кабеле ТЗПАБпШп 4х4х1,2 приведено в табл. 1. Распределение цепей АТ по парам в кабеле СБЗПу 5х2х0,9 представлено в табл. 2.

Таблица 1 — Распределение цепей по четверкам в кабеле ТЗПАБпШп 4х4х1,2

Номер и раскраска

Симметрирование, кГц

Пары

Предназначение цепей

Четверки

1- бело-желтая

0,8

1

ПГС

2

ПДС

2- красноватая

250

1

АВС

2

МЖС

3- темная

0,8

1

СДС

2

Резерв

4- желтоватая

0,8

1

МЧС

2

Резерв

Таблица 2 — Распределение цепей по парам в кабеле СБЗПу 5х2х0,9

Номер и раскраска

Предназначение цепей

Сигнальные пары

1- красноватая/натуральная

ОН

2- зеленоватая/натуральная

ОК

3- желтоватая/натуральная

ОИ

4- красноватая/желтоватая

ОЗС

5- зеленоватая/желтоватая

ОДСН

3. Трасса кабельной полосы и методы прокладки кабеля

В данной работе прокладывается трасса кабельной полосы от станции А до станции В, расстояние меж которыми- 8 км (Рис. 1). В согласовании с данными обследования участка- грунт первой группы (песок, супесь, растительный грунт, торф) и наличие заболоченных мест 400 м, была выбрана прокладка кабелей в пластмассовых трубопроводах в полосе отвода стальной дороги на расстоянии 12 м от головки близкого рельса. Данный метод прокладки кабелей имеет последующие достоинства:

— больший срок службы оптических кабелей;

— наилучшую защиту от механических повреждений, чем бронированные кабели при конкретной прокладке в грунт;

— возможность подмены кабеля без выполнения земельных работ (к примеру, по мере необходимости роста числа волокон либо ремонте);

— возможность укладки запасного кабеля в обход покоробленного участка (при наличии запасной трубки);

— возможность предоставления права прохода для кабельных линий остальных операторов;

— выполнение работ по прокладке кабеля при новеньком строительстве и реконструкции связи по мере надобности и поступления кабелей.

Рис. 1 — Схематическая трасса кабельной полосы связи

магистраль кабель перегон цепь

Данная трасса прокладки жд кабелей связи удовлетворяет последующим требованиям:

— надежность (бесперебойность) работы;

— удобство эксплуатации;

— экономический фактор;

— учитывается развитие жд участка;

— положение имеющихся подземных сооружений;

— малые предварительные работы;

— экологический фактор.

4. Организация оперативно-технологической связи по электронному кабелю в границах перегона

Главным документом для монтажа магистрального кабеля является скелетная схема кабельной полосы связи (Прил. 1).

В согласовании с заданием на перегоне А-В скооперировано 6 цепей ОТС: перегонная связь (ПГС), поездная диспетчерская связь (ПДС), аварийно-восстановительная связь (АВС), межстанционная (МЖС), служебная диспетчерская связь (СДС) и критическая (МЧС).

ПДС вводится шлейфом на станциях А и В и служит для ведения переговоров диспетчера со всеми раздельными пт, входящими в обслуживаемый им участок, по вопросцам управления движением поездов.

МЖС делается оконечным вводом на станциях А и В и создана для ведения служебных переговоров по движению поездов меж дежурными смежных раздельных пт.

МЧС вводится шлейфом на станциях А и В и служит для критической связи пассажиров, находящихся в помещении вокзала, на платформе станции либо остановочного пт, со справочными либо иными службами, с правоохранительными органами, министерством чрезвычайных ситуаций либо мед учреждением. ПГС делается оконечным вводом на станциях А и В и служит для ведения переговоров меж работниками, находящимися на перегоне, и дежурными раздельных пт, ограничивающих перегон, поездным и энергодиспетчером, диспетчерами дистанций пути, сигнализации и связи. АВС вводится шлейфом на станциях А и В и служит для связи центра управления эксплуатационной Деятельностью, поездного диспетчера и дежурного по станции с работниками жд транспорта во время проведения ими аварийно-восстановительных работ.

СДС вводится шлейфом на станциях А и В и служит для ведения переговоров работников дистанции с линейными электромеханиками.

На перегоне А-В имеются ответвления от кабельной магистрали в шкафы перегонной связи (ДСКПСУ), куда заводятся ПГС, АВС и СДС.

ДСКПСУ (Диэлектрическая Стойка Коммутационная Перегонной Связи Упрощённая) сделана из композитного материала, создана для внедрения в качестве диэлектрической коммутационной стойки, не требующей заземления в сооружениях перегонной связи ОАО (форма организации публичной компании; акционерное общество) «РЖД». ДСКПСУ употребляется в целях увеличения электробезопасности обслуживающего персонала, надежности деяния, пожарной сохранности технических средств и сооружений ОАО (форма организации публичной компании; акционерное общество) «РЖД», защиты устройств и сооружений от коммутационных и атмосферных перенапряжений. Монтажная схема ответвления в шкаф перегонной связи представлена на рисунке 2. Схемы ответвления кабелей ТЗПАБпШп и СБЗПу в шкаф перегонной связи представлены на рис. 3,4.

Для ответвления от кабельной магистрали в шкаф перегонной связи употребляются последующие муфты:

1. Муфта разветвительная МАТ-38 (муфта дюралевая (свинцовая) тройниковая) — для ответвления от магистрального кабеля.

2. Муфта свинцовая газонепроницаемая ГМС-4 -для предотвращения утечки газа через оконечные кабельные устройства в зданиях усилительных и оконечных станций, также через оконечные устройства кабелей, ответвляющихся от магистрального кабеля в промежные пункты.

3. Муфта свинцовая соединительная МС-20 (муфта свинцовая с внутренним поперечником конуса 20мм) — для сращивания кабелей.

4. Муфта симметрирующая МКСАШп — создана для уменьшения величины обоюдных воздействий меж цепями при ответвлении кабеля, также для уменьшения чувствительности к действию наружных мешающих магнитных воздействий.

Рис. 2 — Монтажная схема ответвления от магистрального кабеля в шкаф перегонной связи

Рис. 3 — Схема ответвления магистрального кабеля ТЗПАБпШп в шкаф перегонной связи (Четверки, не показанные на схеме, проходят в магистральном кабеле впрямую)

Рис. 4 — Схема ответвления сигнально-блокировочного кабеля СБЗПу в шкаф перегонной связи.

5. Переходы и пересечения

На перегоне А-В жд линию пересекает шоссейная дорога шириной 9 метров. Кабели затягиваем в пластмассовые трубы, которые прокладываем методом горизонтального прокола.

Работа по устройству сокрытой горизонтальной проходки делается проколом отверстия и вдавливанием штанг гидравлическим домкратом. Опосля выхода в котлован обратной стороны перехода первой штанги к ней крепится расширитель, который при оборотном ходе штанг расширяет отверстие до подходящих размеров за один либо несколько проходов. При крайнем проходе за расширителем в скважину затягивают трубы.

Переход через шоссейную дорогу способом горизонтального прокола представлен на рис. 5.

Рис. 5 — Переход через шоссейную дорогу способом прокола

Расчет первичных и волновых характеристик передачи симметричной кабельной цепи

6. Расчеты первичных и волновых характеристик передачи симметричной кабельной цепи выполнены в согласовании с заданием при частотах: (80, 110, 140, 170, 200) кГц

Поперечник изолированной жилы и расстояние меж центрами жил цепи при четверочной (звездной) скрутке определены по формулам:

d1 = d + 2?, мм,

a = d1, мм,

где d1- поперечник изолированной жилы, мм;

d- поперечник токопроводящей жилы, мм;

?- круговая толщина изоляции, мм;

a- расстояние меж центрами жил цепи при четверочной скрутке, мм.

d1 = d + 2? = 0,8 + 2*0,9 = 2,6 мм,

a = d1 = *2,6 = 3,7 мм.

Сопротивление кабельной медной двухпроводной цепи неизменному току R0 с учетом коэффициента укрутки определено по формуле:

, Ом/км,

где — удельное сопротивление медных жил;

= 1,01- коэффициент укрутки, учитывающий удлинение кабельных жил при их скручивании.

, Ом/км.

Активное сопротивление кабельной цепи при переменном токе определено по формуле:

, Ом/км,

где F(x), G(x) и H(x)- значения бесселевых функций, учитывающих сопротивление за счет поверхностного эффекта, эффекта близости жил пары, значения которых берутся из табл. 3 зависимо от значения:

,

где f — частота тока, Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ);

a- расстояние меж центрами жил,

p- справочный коэффициент, учитывающий эффект близости с примыкающими жилами в группе, для четверочной скрутки p = 5.

Rm- доп сопротивление за счет утрат энергии на вихревые токи в жилах примыкающих четверок и в железной оболочке кабеля, рассчитывается по формуле:

, Ом/км,

где Rmt — величина доп сопротивления и равна:

Rmt = 8 + 0,6 = 8,6 Ом/км.

, Ом/км;

Таблица 3 — значения бесселевых функций, учитывающих сопротивление за счет поверхностного эффекта, эффекта близости жил пары и уменьшение внутренней индуктивности цепи

x

F(x)

G(x)

H(x)

Q(x)

2.4

0.152

0.271

0.242

0.925

2.8

0.256

0.363

0.316

0.874

3.1

0.351

0.425

0.362

0.830

3.5

0.492

0.499

0.410

0.766

3.8

0.603

0.550

0.440

0.717

, Ом/км;

Индуктивность L двухпроводной кабельной цепи определена по формуле:

Гн/км,

где Q(x) —

— относительная магнитная проницаемость (для меди мr=1).

, мГн/км;

Емкость С двухпроводной кабельной цепи определена по формуле:

Ф/км

где- результирующая диэлектрическая проницаемость изоляции, для полиэтиленовой пористой изоляции равен 1,45;

— коэффициент, учитывающий повышение емкости за счет близко расположенных примыкающих жил кабеля и его железной оболочки. При величине:

d1/d = 2,6/0,8 = 3,25, мм, значение коэффициента = 0,65.

, нФ/км.

Модуль изоляции G кабельной цепи определен по формуле:

См/км,

где — радиальная частота тока при расчетных критериях;

С, Ф/км-емкость двухпроводной кабельной цепи;

рад/с;

рад/с;

рад/с;

рад/с;

рад/с,

— результирующий тангенс угла диэлектрических утрат. Для полиэтиленовой пористой изоляции избираем из рис. 6.

Рис. 6 — Результирующий тангенс угла диэлектрических утрат для полиэтиленовой пористой изоляции

См/км.

В таблице 4 приведены расчеты первичных характеристик кабельной цепи на всех данных частотах.

Таблица 4 — Расчет первичных характеристик кабельной цепи

f, кГц

Rм, Ом/км

R, Ом/км

L, мГн/км

C, нФ/км

tgб*10^-4

G,мкСм/км

80

5,4

86,7

1,05

26,5

7

9,3

110

6,4

94,9

1,04

26,5

8

14,7

140

7,2

102,5

1,04

26,5

9

21

170

7,9

113,1

1,03

26,5

10

28

200

8,6

121,6

1,03

26,5

10,5

35

Частотные зависимости первичных характеристик передачи представлены на рис. 7-10.

Рис. 7 — Зависимость активного сопротивления кабельной цепи от частоты

Рис. 8 — Зависимость индуктивности кабельной цепи от частоты

Рис. 9 — Зависимость емкости кабельной цепи от частоты

Рис. 10 — Зависимость модуля изоляции кабельной цепи от частоты

Модуль волнового сопротивления кабельной цепи определен по формуле:

, Ом.

, Ом.

Коэффициенты затухания и фазы определены соответственно по последующим формулам:

, дБ (Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений)/км;

, рад/км.

=1,91, дБ (Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений)/км;

1,32, рад/км.

Фазовая скорость распространения сигнала определена по формуле:

, км/с.

, км/с.

время распространения сигнала на длине 1 км цепи определим по формуле:

Т = , с/км.

Т = , мкс/км.

В таблице 5 приведены расчеты частотных зависимостей волновых характеристик передачи кабельной цепи.

Таблица 5 — Частотные зависимости волновых характеристик передачи

f, кГц

|Zв|, Oм

, дБ (Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений)/км

в, рад/км

Vф, км/с

T, мкс/км

80

198,6

1,91

1,32

189786

5,27

110

198,1

2,10

1,32

190254

5,26

140

197,7

2,27

1,32

190662

5,24

170

197

2,52

1,31

191259

5,23

200

196,6

2,72

1,31

191720

5,22

Частотные зависимости первичных характеристик передачи представлены на рис. 11-15.

Рис. 11 — Зависимость волнового сопротивления кабельной цепи от частоты

Рис. 12 — Зависимость коэффициента затухания кабельной цепи от частоты

Рис. 13 — Зависимость коэффициента фазы кабельной цепи от частоты

Рис. 14 — Зависимость фазовой скорости кабельной цепи от частоты

Рис. 15 — Зависимость времени распространения сигнала в 1 км кабельной цепи от частоты

7. Расчет характеристик обоюдного воздействия меж цепями симметричного кабеля на усилительном участке при частоте f = 200 кГц

Меж величинами индуктивных и емкостных связей существует корреляция, определяемая выражением:

;

m=k*= , Гн/сд.

Активные составляющие коэффициентов электронной и магнитной связи были проведены по последующим формулам соответственно:

= 0,17;

= 0,17= См/сд.

= 0,28;

= 0,28= Ом/сд.

Модули коэффициентов электромагнитной связи при воздействии на ближний и далекий концы цепи рассчитаны соответственно по формулам:

,1/сд;

=, 1/сд.

, 1/сд;

, 1/сд.

Переходное затухание на строительной длине на ближнем конце рассчитано по формуле:

= 20;

= 20= 53,6дБ.

Защищенность на строительной длине на далеком конце найдено по формуле:

= 20, дБ (Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений);

= 20=82,5 дБ (Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений).

Переходное затухание на строительной длине на далеком конце рассчитано по формуле:

= + б *S,

где S- строительная длина кабеля, км,

б- километрический коэффициент затухания дБ (Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений)/км;

=82,5 + 2.72*1,275=85,968 дБ (Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений).

Переходное затухание на усилительном участке на ближнем конце найдено по формуле:

= + 8,7;

=53,6+8,7= 54,48 дБ (Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений).

Переходное затухание на усилительном участке на далеком конце рассчитано по формуле:

, дБ (Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений),

где n — число строй длин на усилительном участке (n= 8/1,275=6,27);

дБ (Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений).

Защищенность на усилительном участке на далеком конце равна:

= — 20;

= 82,5 — дБ (Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений).

8. Расчет небезопасных и мешающих воздействий тяговой сети переменного тока на симметричные цепи кабельной полосы связи

Неопасными для обслуживающего персонала и аппаратуры, при отсутствии особых мер защиты, числятся индуктированные напряжения не выше 36 В.

В тех вариантах, когда аппаратуру оконечных и промежных пт включают в кабельные цепи через изолирующие трансформаторы, а техническое сервис и ремонт кабеля делают с соблюдением мер предосторожности, то величина индуктированных напряжений Uдоп не обязана превосходить величины, зависящей от типа используемых систем передачи. В работе рекомендуется принять Uдоп =200 В.

Величина небезопасного напряжения U, индуктируемого на изолированном конце жилы кабеля при заземленном обратном конце (в этом случае величина напряжения максимальна), определена по формуле:

,

В,

где — радиальная частота влияющего тока частотой f=50 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ),

М- обоюдная индуктивность меж тяговой сетью и жилой кабеля при частоте 50 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ), Г/км, определена по формуле:

,

Г/км,

где а — ширина сближения, м (возьмем равную 10),

— проводимость грунта, См/м,

— коэффициент экранирования рельсов,

— коэффициент защитного деяния оболочки кабеля на частоте 50 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ),

Lp — расчетная длина сближения кабельной цепи связи тональной частоты с тяговой сетью, км (соответствует расстоянию от начала цепи (ст. А) до наиблежайшего промежного усилителя тональной частоты),

— эквивалентный влияющий ток частотой 50 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ), А, получили его при принужденном режиме работы тяговой сети по формуле:

,

А,

где — результирующий нагрузочный ток расчетного плеча питания при принужденном режиме работы тяговой сети, A, рассчитываемый по формуле:

,

А,

где — наибольшая утрата напряжения в тяговой сети меж тяговой подстанцией и очень удаленным электровозом, В.

При > 30 = 8500 В,

— длина плеча питания тяговой сети при принужденном режиме работы, км,

и — соответственно активное, и реактивное сопротивления тяговой сети, Ом/км (величины и принимаются равными 0,12 и 0,48 Ом/км);

— коэффициент мощности электровоза, составляющий 0,8;

т — число поездов, сразу находящихся в границах плеча питания тяговой сети при принужденном режиме (рекомендуется принять 4 ч 6);

Km — коэффициент, характеризующий уменьшение влияющего тока по сопоставлению с нагрузочным ():

,

где — расстояние от тяговой подстанции до начала цепи связи, км,

= 1 и = 1.

При учебном проектировании

Рис. 16 — Зависимость КЗД железных покровов кабеля от величины наведенного напряжения и сопротивления заземлителей

По рис.16 определим настоящий коэффициент железных покровов кабеля для 3 кривой: SK = 0,29.

Величина индуцированного напряжения на жилах кабеля рассчитана по формуле:

;

В.

Таковым образом, при принужденном режиме расчетная величина индуцированного небезопасного напряжения превосходит допустимое (201,5В > 200В). Как следует, трасса симметричного кабеля проходит на недостающем расстоянии от тяговой сети. Потому, расстояние от кабеля до тяговой сети следует прирастить с 10 до 12 метров.

9. Расчет тягового усилия на кабель при его прокладки в ЗПТ

В согласовании с заданием был произведен расчет для кабеля типа ТПП 20х2 с поперечником жил d = 0,32 мм, и определена возможность кго прокладки в прямолинейном защитном полиэтиленовом трубопроводе (ЗПТ) длиной 1100м; =0,3; g=9,81 м/c2; г/cм3. Допустимое

;

, мм2.

кг/м;

кг/м.

Тяговое усилие для кабеля найдено по формуле:

Н;

Н.

Наибольшее тяговое усилие равно:

Т = 3,21 50 = 160,5 Н,

что гласит нам о том, что тяговое усилие не превосходит допустимого.

Библиографический перечень

1. В.В. Виноградов. Проектирование линий передачи для построения жд технологической сети связи, типография ПГУПС. 190031, СПб, Столичный пр., д.9. 2006.

2. Ю.В. Юркин, А.К. Лебединский. Оперативно-технологическая связь на жд транспорте: — М.: Транспортная книжка, 2007, 264 с.

3. В.В. Виноградов, С.Е. Кустышев, В.А. Прокофьев. Полосы жд автоматики, телемеханики и связи: Учебник для вузов ж.-д. трансп.- М.: Издательство «Маршрут», 2002, 416с.

4. И.И. Гроднев, С.М. Верник. Полосы связи. Учебник для вузов. Издательство «Радио и связь» ISBN: 2-256-00120-5, 1988, 538с.

приложение

Скелетная схема кабельной полосы связи и схема организации связи и цепей автоматики на перегоне

Рис. 17 — Скелетная схема кабельной полосы связи

]]>