Климат континентальный. Зима холодная, продолжительная. Средняя температура января от -20°С. Лето умеренно теплое, средняя температура июля 16 °С. Продолжительность вегетационного периода до 130 суток. Осадки до 500-600 мм. в год и более.

1.3 Реки и озера

Главная река - Сылва. Река Сылва - правый приток Камы. Площадь бассейна 54.4 км2. Сплавная. Судоходна на 150 км от устья.

1.4 Природа

Подзолистые почвы занимают 36.7% площади, подзолисто и торфяно-болотные и заболоченные почвы - 18.2%, дерново-подзолистые - 14.8%, серые лесные и дерново-луговые - 12.9%. Покрыто лесом 61 % территории, в т.ч. хвойным - 2/3. Запасы древесины в лесах гослесфонда 1.4 млрд. м3 (из них сосны и ели - 0.9 млрд. м3 ). Значительны торфяные залежи с запасами 3.6 млрд.т воздушно-сухого торфа. Преобладает типично таёжная фауна.

1.5 Крупные города

Свердловск - центр Свердловского района Ворошиловградской области УССР, в 5 км от железнодорожного узла Должанская. Основан в 1723 году. Добыча угля (10 шахт). Заводы: рудоремонтный, хозяйственных товаров, железобетонных изделий. Предприятия пищевой и легкой промышленности. Один из крупнейших центров машиностроения. Развито камнерезное производство. Уральский научный центр, 14 вузов, 5 театров, 6 музеев.

Кузино- город в Свердловской области. Расположен за 80 км от промышленного центра города Екатеринбурга. Заводы: металлургический, деревообрабатывающих станков.

1.6 Население

Живут русские (88.9%, перепись 1970), татары (4.1%). украинцы (1.9%), белорусы (0.7%). Средняя плотность 22.5 человека на 1 км2 (1975); на Юге до 30 человек и более, на Севере и Северо-Востоке до 1--2 человека и менее. Городское населения 84% . Города населением свыше 50 тыс. чел.: Свердловск, Алапаевск. Асбест, Ирбит, Каменск-Уральский, Краснотурьинск, Нижний. Тагил, Первоуральск, Полевской, Ревда, Серов; из них 9 расположены на Ю. и Ю.-В.

1.7 Описание трассы

При разработке схемы организации связи необходимо учитывать, что цепи дальней связи вводятся лишь в оконечные и усилительные пункты кабельной магистрали. В то же время цени 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.

Пункты, в которые заводятся все или отдельные виды связи, определяются характером размещаемых в них объектов. Например, в пассажирское здание промежуточной станции или пост ЭЦ, где размещаются обычно все служебные станционные помещения, заводятся все виды отделенческой связи. В релейные шкафы сигнальных точек автоблокировки или переезда заводится межстанционная связь, что позволяет при необходимости организовать на перегоне временный обслуживаемый раздельный пункт.

В промежуточные пункты цепи отделенческих видов связи могут вводиться либо шлейфом (с разрезом линейных проводов), либо параллельно (параллельным подключением к линии установок связи). Ввод цепей шлейфом имеет эксплуатационные преимущества, поскольку позволяет устраивать замену поврежденных участков одних видов связи исправными цепями других, отключать поврежденные установки связи с сохранением нормальной работы остальных установок, организовывать необходимые виды связи с местами восстановительных работ и т. д. Поэтому цепи перегонной и межстанционной связи вводятся в линейные пункты только шлейфом.

Шлейфом вводятся также все виды связи в пассажирские здания или посты ЭЦ, если на этих станциях отсутствуют усилительные пункты, в том числе НУПы. При наличии усилительного пункта ответвления от магистрального кабеля на пост ЭЦ, в пассажирское здание и другие объекты, как правило, не делаются, а необходимые цепи связи и автоматики передаются от усилительного пункта кабелем вторичной коммутации.

Отдельные ответвления не делаются также в тех случаях, когда линейные объекты располагаются друг от друга на расстоянии менее 100 м. В этих случаях устраивается один общий отпай от магистрального кабеля и ответвление заканчивается на ближайшем из объектов. Для передачи требуемых цепей ко второму объекту прокладывается кабель вторичной коммутации.

Ответвления цепей СЦБ осуществляются всегда шлейфом, при этом цепь СЦБ-ДК заводится только на станции, остальные цепи СЦБ заводятся во все релейные шкафы светофоров и переездов на перегонах, что облегчает организацию двухстороннего движения поездов по одному из путей перегона при капитальном ремонте пути.

По заданию (вариант 2) на выбранном перегоне Пермь - Бахаревка следует разместить следующие объекты связи и СЦБ:

На расстоянии 1,5 км от станций размещены входные светофоры, в них шлейфом вводятся ПГС и цепи СЦБ, параллельно - поездная диспетчерская связь (ПДС). Расстояние между проходными сигналами автоблокировки по одну сторону кабельной магистрали составляет 2 - 3 км. В релейные шкафы проходных светофоров шлейфом заводятся следующие виды связи: ПГС, МЖС, СЦБ.

В НУП и НРП шлейфом заводится высокочастотная связь (ВЧ) (приложение 1 [1]).

Схема организации связи и цепей СЦБ показана на листе 3 в альбоме чертежей.

5. Разработка скелетной схемы участка. Выбор кабелей для ответвлений. Составление таблиц спецификации и расчета кабелей ответвлений.

5.1 Описание скелетной схемы

На скелетной схеме кабельной линии показываются расположение всех объектов связи, а также устраиваемые к ним ответвления и соединения кабелей между собой. Скелетная схема является основным документом для монтажа магистрального кабеля. Она показана на листе 4 в альбоме чертежей.

Для монтажа кабельной магистрали применяются следующие муфты: прямая соединительная муфта (МСП); газонепроницаемая муфта (ГМС); разветвительная тройниковая муфта (МСТ).

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

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

5.2 Расчет длины кабеля

Требуемая длина кабеля рассчитывается исходя из расстояния между объектами по трассе прокладки кабельной линии и учета дополнительного расхода кабеля на изгибы при укладке в траншеях и котлованах.

5.2.1 Расчет расстояния по трассе до объекта

Удаление объектов связи и СЦБ от ближайшего рельса железнодорожного пути находится в следующих пределах [1]:

пост ЭЦ, пассажирское здание, остановочный пункт, дежурный пост контактной сети - 35 м;

тяговая подстанция - 50 м;

будка дежурного по переезду, пост секционирования контактной сети - 5 м;

линейно-путевое здание, квартира электромеханика - 100 м;

релейный шкаф сигнальной точки автоблокировки или переездной сигнализации - 3 м;

здание обслуживаемого усилительного пункта (ОУП) кабельной магистрали - 125 м.

Расчетная формула расстояния по трассе для релейного шкафа, расположенного с левой стороны кабельной магистрали:

(5.1)

где - удаление кабеля от ближайшего рельса железнодорожного пути, ;

- расстояние по трассе до правой головки железной дороги:

(1520 мм - ширина железнодорожной колеи, 3000 мм - расстояние между путями);

- удаление объекта от ближайшего рельса железнодорожного пути, для релейного шкафа .

По формуле (5.1) рассчитываем расстояние по трассе до релейного шкафа:

.

Расчетная формула расстояния по трассе для релейного шкафа, расположенного с правой стороны кабельной магистрали:

(5.2)

.

Определим расстояния по трассе до объектов согласно заданию и номеру варианта.

Расчетная формула расстояния по трассе жилого или служебного здания службы пути, расположенной с левой стороны кабельной магистрали:

Расстояние по трассе до поста секционирования контактной цепи, расположенного с правой стороны кабельной магистрали рассчитываем по формуле (5.2):

.

Расстояние по трассе до поста ЭЦ, расположенного с правой стороны кабельной магистрали рассчитываем по формуле (5.2):

.

5.2.2 Расчет дополнительного расхода кабеля

Дополнительный расход кабеля при укладке принимается 2,2% от расстояния по трассе, из них 1,6% идет на изгибы при укладке в траншеях и котлованах, 0,6% на отходы при спаечных работах.

Кроме того, необходимо учитывать расход кабеля на устройство вводов, который для различных объектов связи принимается в следующих пределах: ОУП, пост ЭЦ, пассажирское здание или тяговая подстанция -- 20 м; остановочный пункт, будка на переезде, линейно-путевое здание, квартира электромеханика, дежурный пост контактной сети -- 5 м; релейный шкаф сигнальной установки автоблокировки или переездной сигнализации, пост секционирования контактной сети -- 3 м.

Дополнительный расход кабеля () для релейного шкафа, расположенного с левой стороны кабельной магистрали:

.

Дополнительный расход кабеля для релейного шкафа, расположенного с правой стороны кабельной магистрали:

.

Дополнительный расход кабеля для жилого или служебного здания службы пути, расположенной с левой стороны кабельной магистрали:

.

Дополнительный расход кабеля для секционирования контактной цепи, расположенного с правой стороны кабельной магистрали:

.

Дополнительный расход кабеля для пассажирского поста ЭЦ, расположенного с правой стороны кабельной магистрали:

.

Общая длина кабеля складывается из расстояния по трассе до объекта и дополнительного расхода кабеля.

5.3 Выбор кабеля для ответвлений

Устройство ответвлений от магистрального кабеля рекомендуется выполнять посредством кабеля типа TЗПАБп. Кабели ТЗБ изготавливаются емкостью 3, 4, 7, 12, 14, 19, 27, 37, 52, 61, 80, 102 и 114 четверок.

Это симметричный низкочастотный телефонный зоновый кабель дальней связи с медными жилами, кордельно-бумажной изоляцией в свинцовой оболочке, бронированный двумя стальными лентами, наложенными с перекрытием.

Кабель типа ТЗ предназначен для монтажа телефонных и телеграфных узлов; для устройства кабельных вводов, вставок в воздушные линии, ответвлений от кабельных линий, содержащих цепи дорожных и отделенческих связей и линейные цепи автоматики; для прокладки соединительных линий между АТС, а также между АТС и МТС.

Кабель ТЗ изготавливают с медными жилами следующих диаметров: 0,8, 0,9 и 1,2 мм.

Поперечное сечение кабеля ТЗПАБп 12х4х1,2+5х2х0,7+1х0,7 и разделка на конус представлены на листе 2 в альбоме чертежей.

Рассчитанные значения емкости и длины кабелей ответвлений и вторичной коммутации приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Расчетная таблица кабелей ответвлений и вторичной коммутации

6. Расчет влияний контактной сети и ЛЭП на кабельные линии

На кабельные линии связи большое влияние оказывают атмосферное электричество, линии электропередач, контактные сети электрифицированных железных дорог постоянного и переменного токов.

Влияние это может быть опасным, мешающим или одновременно опасным и мешающим.

Опасным называется такое влияние, при котором напряжение и токи, возникающие в цепях линий связи, могут создавать:

- опасность для жизни обслуживающего персонала и абонентов линий связи;

- повреждения аппаратуры и приборов, включенных в цепи линий связи;

- ложные сигналы железнодорожной сигнализации и телемеханики, приводящие к авариям на железных дорогах.

Мешающим называется такое влияние, при котором в каналах связи, железнодорожной сигнализации и телемеханики и т.д. появляются помехи, нарушающие нормальное действие этих устройств.

При определении электромагнитных влияний учитывается раздельно электрическое и магнитное влияния. Величину магнитного влияния определяет влияющий ток, электрического - влияющее напряжение.

Контактные сети переменного тока оказывают значительное влияние на цепи связи. Опасные влияния обусловлены рабочими токами частотой 50 Гц, а мешающие - наличием дополнительных гармоник при работе выпрямителей электровозов, искрением пантографов и т.д. Следует различать три режима работы контактной сети:

Нормальный, если тяговые токи поступают в контактную сеть от всех подстанций участка в соответствии с принятой системой питания;

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

Режим короткого замыкания - аварийный режим, в этом случае контактный провод замыкается на рельсы или землю [4].

6.1 Расчет влияния контактной сети переменного тока в вынужденном режиме

Напряжение вынужденного режима провода относительно земли при заземлении противоположного конца рассчитывается по формуле:

(6.1)

В формуле приняты следующие обозначения:

- коэффициент формы кривой влияющего тока тяговой сети. Коэффициент характеризует увеличение индуктированного напряжения вследствие несинусоидальности тока тяговой сети, обусловленной характером работы выпрямительных устройств электровозов. При расчете влияний на кабельные жилы принимаем = 1;

- угловая частота, ,

при : ;

- эквивалентный влияющий ток при вынужденном режиме работы тяговой сети, А. Под эквивалентным током подразумевается ток в тяговой сети, одинаковый по всей длине сближения, который индуктирует в проводе (жиле) такое же опасное напряжение, какое возникает при действительном (ступенчатом) распределении токов.

Величина эквивалентного тока на длине сближения при вынужденном режиме работы, А:

 (6.2)

где - результирующий нагрузочный ток расчетного плеча питания при вынужденном режиме работы тяговой сети, А. По заданию на курсовое проектирование ;

- коэффициент, характеризующий уменьшение эквивалентного тока по сравнению с нагрузочным током . Величина его зависит от количества поездов, одновременно находящихся в пределах расчетного плеча питания (при вынужденном режиме);

(6.3)

где т - количество поездов, одновременно находящихся в пределах плеча питания тяговой сети при вынужденном режиме (по заданию т = 4);

- длина плеча питания тяговой сети при вынужденном режиме работы, ;

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

- длина усилительного участка, .

Рассчитываем коэффициент по формуле (6.3):

,

тогда ток по формуле (6.2):

.

- коэффициент взаимной индуктивности между двумя однопроводными цепями на частоте 50 Гц, определяемый по графику, приведенном на рисунке 6.1 (приложение 1 [4]).

Рисунок 6.1 - График зависимости коэффициента взаимной индукции от ах

Для определения коэффициента взаимной индукции рассчитываем:

1) ширину сближения а:

(6.4)

где - удаление кабеля от ближайшего рельса железнодорожного пути, ;

- расстояние по трассе от левой головки до правой головки железной дороги, ;

- удаление воздушной высоковольтной линии автоблокировки от ближайшего рельса железнодорожного пути, , .

2) вспомогательную величину :

(6.5)

где - частота влияющего тока ();

- проводимость земли ( по заданию );

.

Находим произведение ах:

.

По графику (рисунок 6.1) определяем :

.

- коэффициент экранирующего действия;

(6.6)

где - коэффициент экранирующего действия рельсов, выбирается из приложения 2 [4]; с учетом заданной проводимости земли коэффициент экранирования рельсов при двухпутной железной дороге выбираем, равным 0.50;

- коэффициент экранирующего действия оболочек кабелей, выбирается из приложения 2 [4]; для кабеля МКПАБ 7?4 при частоте 50 Гц .

Рассчитаем напряжение вынужденного режима провода относительно земли при заземлении противоположного конца по формуле (6.1):

.

Определим зависимость опасного напряжения от удаления в вынужденном режиме, результаты расчета приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Зависимость опасного напряжения от удаления в вынужденном режиме

Оптимальное удаление линии связи от контактной сети составляет 5 м.

6.2 Расчет мешающих влияний ЛЭП с изолированной нейтралью

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

(6.7)

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

(6.8)

где - эквивалентное значение фазового тока ЛЭП, по заданию ;

Z - усредненное значение модуля взаимного сопротивления между двухпроводной ЛС и симметричной трехфазной ЛЭП ,Ом/км;

.

Для определения коэффициента взаимной индукции М используем рассчитанную ширину сближения а (пункт 6.1) и находим вспомогательную величину х при частоте 800 Гц:

.

Находим произведение ах:

.

По графику (рисунок 6.1) определяем :

.

.

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

- коэффициент чувствительности телефонной цепи к помехам, выбираем из приложения 3 [4]: ;

- 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, ;

- коэффициент экранирования заземления проводов при электрическом влиянии ЛЭП, ;

- коэффициент экранирования сплошного ряда деревьев при электрическом влиянии ЛЭП, ;

- коэффициент экранирующего действия, рассчитываемый по формуле (6.6).

С учетом заданной проводимости земли коэффициент экранирования рельсов при двухпутной железной дороге выбираем, равным 0.50, коэффициент экранирующего действия оболочек кабелей для кабеля МКПАБ 7?4 при частоте 800 Гц равен 0.012.

.

Таким образом, составляющая напряжения шума, обусловленная магнитным влиянием фазовых проводов равна:

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

В следствии чего мероприятия по защите от влияния шума производить не требуется.

7. Расчет переходных влияний между цепями кабельной линии связи

7.1 Определение собственных параметров кабеля

Для расчёта 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 («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.

Ом. (7.2)

Удельная индуктивность определяется по следующей зависимости:

, Гн/км (7.3)

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 (7.4)

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 (7.5)

где tgp - результирующий тангенс угла потерь изоляции. Эта величина принимается равной 12·10-4

Произведём расчёт первичных параметров для кабеля МКПАБ в спектре частот от 50 до 550 кГц. Полученные данные занесём в таблицу 7.2.

Таблица 7.2

Частотная зависимость первичных параметров кабельной линии

Приведём пример расчёта на частоте f = 200 кГц. Используя формулы (7.1) - (7.5) произведем расчет первичных параметров:

Ом/км

мГн/км

нФ/км

мкСм/км

Ниже приведены зависимости первичных параметров от частоты.

Рисунок 7.1 - Зависимость удельного сопротивления от частоты

Рисунок 7.2 - Зависимость удельной индуктивности от частоты

Рисунок 7.3 - Зависимость удельной емкости от частоты

Рисунок 7.4 - Зависимость проводимости изоляции от частоты

7.2 Расчет переходных затуханий

Переходное затухание - это параметр, характеризующий взаимные влияния между цепями. Кабельные линии монтируют из отдельных отрезков кабеля (строительных длин). Взаимные влияния возникают в результате наличия между цепями электромагнитных связей.

Строительная длина (СД) - это элементарный участок кабельной линии. Стандартная СД равна . Примем для расчета значение равное 850 м.

При проведении расчетов удобно разделять действие магнитной и электрической связи. Вектора электрической связи и магнитной связи между влияющей цепью и цепью, подверженной влиянию, носят комплексный характер

, (7.6)

, (7.7)

где g12 - активная составляющая электрической связи, проводимость изоляции;

k12 - мнимая составляющая электрической связи, емкость между параллельными проводниками;

r12 - активная составляющая магнитной связи, взаимное сопротивление;

m12 - мнимая составляющая магнитной связи, взаимная индуктивность.

Согласно заданию на курсовое проектирование: k12=40пФ/с.д. Активная составляющая электрической связи g12 задана через процентное соотношение:

(7.8)

следовательно,

.

Активная составляющая магнитной связи задана через соотношение:

(7.9)

следовательно,

.

Величину m12 определим по следующей зависимости:

, (7.10)

где - волновое сопротивление цепи, ;

.

Коэффициенты электромагнитной связи на ближнем конце и на дальнем конце можно определить по следующим формулам:

, (7.11)

, (7.12)

Рассчитаем коэффициенты электромагнитной связи на ближнем и дальнем концах на нескольких частотах. Пример расчета приведем для .

Из соотношения (7.3):

.

Из соотношения (7.4):

.

По формуле (7.2) определяем вектор электрической связи:

.

По формуле (7.2) определяем вектор магнитной связи:

.

По формуле (7.6) определяем коэффициент электромагнитной связи на ближнем конце:

.

По формуле (7.7) определяем коэффициент электромагнитной связи на дальнем конце:

.

Результаты расчета для остальных частот приведены в таблице 7.3.

Таблица 7.3 - Коэффициенты электромагнитной связи на ближнем и дальнем концах

Для определения переходных затуханий воспользуемся значениями коэффициентов электромагнитной связи на ближнем и дальнем концах, рассчитанных выше. Найдем искомые величины на строительной длине - элементарном участке кабельной линии. Стандартная строительная длинна - 85010 м. Примем для расчета значение 850 м. 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, дБ;

АLСД - переходное затухание в конце строительной длины, дБ;

АЗСД - защищенность строительной длины, дБ;

- километрический коэффициент затухания, = 2 дБ;

S - строительная длина, км.

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 - количество строительных длин на усилительном участке

, (7.19)

где L - длина усилительного участка, км.

.

Используя вышеприведенные зависимости, а также рассчитанные коэффициенты электромагнитной связи на ближнем и дальнем концах, вычислим переходные затухания на строительной длине и усилительном участке. Приведем пример расчета на частоте 50 кГц.

Переходное затухание в начале строительной длины по формуле (7.13):

.

Переходное затухание в конце строительной длины по формуле (7.14):

.

Защищенность строительной длины по формуле (7.15):

.

Суммарные затухания на длине усилительного участка по формулам (7.16) - (7.18):

,

,

.

Таблица 7.4 - Величина рассчитанных переходных затуханий

Построим графики зависимостей переходных затуханий на строительной кабеля и строительной длине участка от частоты (рисунок 7.5 , 7.6).

Рисунок 7.5 - Частотная зависимость затуханий на строительной длине кабеля

Рисунок 7.6 - Частотная зависимость затуханий на строительной длине участка

8 Мероприятия по защите кабеля и аппаратуры от опасных и мешающих влияний

8.1 Принцип действия схемы защиты системы ИКМ-120