Проект кабельной линии связи на участке Пермь - Кузино железной дороги

Кабельные цепи в строительных длинах одного и того же типа кабеля всегда имеют различные электрические характеристики (в пределах допустимых техническими условиями) и от того, как они будут соединены, зависит защищенность их от взаимных влияний и влияний внешних источников. Поэтому при выполнении монтажных работ с симметричными кабелями проводят симметрирование - комплекс мероприятий, направленных на уменьшение влияний.

Взаимные влияния возникают в результате наличия между цепями электромагнитных связей. При этом в кабелях низкочастотных (до 4 кГц) преобладают электрические связи, а в кабелях высокочастотных (до 252 кГц) электромагнитные комплексные связи. Исходя из этого в НЧ-кабелях достаточно проводить симметрирование емкостных связей; в ВЧ-кабелях необходимо симметрировать все составляющие (активные и реактивные) электрических и магнитных связей. Для симметрирования НЧ-кабелей применяют метод скрещивания жил и конденсаторный метод. Симметрирование ВЧ-кабелей производят методами скрещивания жил и концентрированного симметрирования контурами противосвязи.

Сущность симметрирования скрещиванием заключается в компенсации электромагнитных связей между цепями на одном участке кабельной линии, связями другого участка, путем соединения жил без скрещивания или со скрещиванием. Компенсация объясняется тем, что при скрещивании связи изменяют свой знак.

При симметрировании конденсаторным методом последние устанавливают в промежуточной муфте, соединяющей два участка кабельной линии, и включается между жилами цепей.

Симметрирование контурами противосвязи заключается в том, что токи помех, вызываемые электромагнитными связями между цепями, компенсируются токами влияния противоположной фазы, создаваемыми с помощью контуров, включаемых между жилами цепей. Необходимо, чтобы контур противосвязи воспроизводил частотную зависимость естественной электромагнитной связи, которая носит комплексный характер.

На ближний конец токи влияния с различных участков приходят с разными фазами, и компенсировать их токами противосвязи сложно. Поэтому практически симметрирование контурами противосвязи применяют только для уменьшения влияний на дальний конец. Влияние на ближний конец уменьшают скрещиванием.

Применение одних конденсаторов нецелесообразно, поскольку при высоких частотах действуют электрические и магнитные связи, соизмеримые между собой.

Внешние влияния уменьшают снижением продольной асимметрии путем включения конденсаторов между жилами и оболочкой (землей) и резисторов активного сопротивления в жилы кабелей.

Методика симметрирования высокочастотных и низкочастотных цепей различна. Объясняется это следующим. Высокочастотные цепи имеют большое затухание на высоких частотах и токи влияния на ближний конец с участков, расположенных на расстоянии, соответствующем затуханию 10-11 дБ (на верхних частотах передаваемого спектра), незначительны. Это позволяет производить симметрирование на всем усилительном участке. Низкочастотные цепи имеют значительно меньшее затухание и, снижая влияние на дальний конец, можно увеличить влияние на ближний конец и наоборот. Поэтому симметрирование низкочастотных кабелей производят небольшими участками, называемыми шагами симметрирования.

Обычно длину шага симметрирования низкочастотных кабелей принимают равной 2 км.

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

1) Симметрирование низкочастотных цепей. В кабелях со звездной скруткой жил, наибольшие влияния имеют место между цепями внутри четверок. Влияние между цепями смежных четверок меньше вследствие различных шагов их скрутки. Однако при большой длине кабеля это влияние может превысить допустимое. Уменьшают его смешиванием четверок, которое заключается в том, что на протяжении кабельной линии четверки меняются местами, то удаляясь друг от друга, то сближаясь. Перед началом симметрирования все ответвления и вводы должны быть замонтированы. Для симметрирования четверок сначала измеряют емкостные связи в соединяемых строительных длинах кабеля. Затем производят симметрирование, которое осуществляют в три этапа: внутри шагов симметрирования, при соединении шагов и на смонтированном усилительном участке.

Симметрирование внутри шагов симметрирования (первый этап) может выполняться в одной, трех и семи точках, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга и от концов шага симметрирования.

Муфты, в которых производится симметрирование скрещиванием, называют симметрирующими; муфты, в которых производится симметрирование скрещиванием и конденсаторами, называют конденсаторными; муфты, в которых симметрирование не производится и жилы соединяются напрямую, называют прямыми муфтами.

Для удобства процедуры скрещивания и прямого соединения называют операторами.

При одноточечной схеме сначала монтируют прямые муфты, а затем конденсаторную. В случае трехточечной и семиточечной схемы вначале осуществляют монтаж прямых муфт, затем симметрирующих и только потом конденсаторных.

Схемы скрещивания жил при соединении четверок в симметрирующих муфтах выбирают по данным измерений емкостных связей и асимметрии. Выбирают ту схему, при которой связь и асимметрия имеют наименьшие значения. Когда нельзя одновременно уменьшить связи и асимметрию, оператор выбирают исходя из задачи уменьшения связей.

Если скрещиванием не удалось снизить связи и асимметрию до допустимых величин, то применяют симметрирование конденсаторами.

При соединении шагов между собой (второй этап) симметрирование выполняется способом скрещивания по результатам измерений переходного затухания между цепями на частоте 800 Гц. Выбирают операторы, которые дают наибольшее переходное затухание. Наращивание шагов производят последовательно, начиная от концов усилительного участка в его середине по измерениям переходного затухания на ближний и дальний концы, добиваясь наибольшего их значения. Одновременно выравнивают рабочие емкости и сопротивления жил основных цепей в шаге симметрирования так, чтобы асимметрия не превышала 0,1 Ом. Если это не удается, то ее уменьшают включением резисторов.

Симметрирование на смонтированном усилительном участке (третий этап) производят в муфте, расположенной в середине участка. В этой муфте определяют наилучший оператор по измерениям переходного затухания на дальнем конце. В четверках, не удовлетворяющих нормам, производят дополнительно симметрирование с помощью конденсаторов.

2) Симметрирование высокочастотных цепей. Симметрирование ВЧ кабелей производится по результатам измерений годографа (частотной зависимости) комплексной электромагнитной связи взаимодействующих цепей. Эта связь может иметь произвольную величину и фазу в пределах от 0 до 360 градусов и вектор связи может находиться в любом из четырех квадрантов. Симметрирование выполняется в два этапа:

На первом этапе при соединении строительных длин кабеля в соединительных муфтах на всем усилительном участке для уменьшения влияния через третьи цепи высокочастотные четверки соединяют по оператору. Одновременно разделывают кабели на боксах и производят монтаж всех муфт, за исключением двух ближайших к усилительным пунктам и трех, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга и от усилительных пунктов. На втором этапе в двух муфтах, ближайших к усилительным пунктам, выбирают наилучший оператор по измерениям переходного затухания на ближнем конце А0. Затем в оставшихся незамонтированных трех муфтах подбирают наилучшие операторы по результатам измерений защищенности цепей на дальнем конце АЗ. Если с помощью скрещивания не удается получить требуемые значения АЗ, то производят в тех же муфтах симметрирование контурами. Измерения А0, АЗ производят на наибольшей передаваемой частоте, контролируя и на более низких частотах. В результате симметрирования А0 и АЗ должны удовлетворять нормам.

Кроме приведенного метода симметрирования высокочастотных цепей (кабелей) с помощью контуров противосвязи, по измерениям переходного затухания и защищенности между цепями, существуют и другие. Для кабелей низкого качества применяют метод симметрирования по результатам измерений комплексных связей.

Получил распространение метод симметрирования участками большой протяженности (200 км и более) от одного обслуживаемого усилительного пункта до другого без симметрирования по отдельным усилительным участкам.

1). строится график вектора комплексной электромагнитной связи - годограф. Математически, годограф представляет собой траекторию движения конца вектора электромагнитной связи на комплексной плоскости. Вид данной зависимости на дальнем и ближнем конце различен. Ввиду значительных сложностей, возникающих при определении параметров контура противосвязи на ближнем конце, как правило, рассматривается график переходного затухания на дальнем конце;

2). по виду зависимости определяется устройство контура противосвязи и жил кабеля, между которыми он будет включён;

3). на крайней частоте полосы пропускания определяются параметры элементов контура.

По данным таблицы 7.3 построим график вектора комплексной электромагнитной связи на дальнем конце F. На этой же координатной плоскости построим характеристику контура противосвязи Fk.

Рисунок 9.1 - График вектора комплексной электромагнитной связи

Для создания данной формы вектора противосвязи, необходима схема, показанная на рисунке в альбоме чертежей.

Определим номиналы элементов, входящих в схему контура. Учтём, что по оси Х графика отложена действительная часть проводимости контура, а по оси Y - мнимая часть, обусловленная наличием в схеме ёмкостей. Определим значение вектора противосвязи на граничной частоте полосы пропускания 500 кГц:

Х = 0,485 мСм,

Y = 0,064 мСм.

Номинал сопротивления R1 определим по следующей формуле:

(9.1)

Выбираем по номинальному ряду R1=2,1 кОм.

Рассчитаем емкость С1.

(9.2)

С1==18,64 пФ.

По номинальному ряду С1=19 пФ.

10. Содержание кабеля под давлением

Содержание кабелей связи под постоянным избыточным газовым (воздушным) давлением позволяет не только контролировать герметичность оболочки, но и предотвращать проникновение влаги в кабель при её незначительных повреждениях. Для избыточного давления в кабель непрерывно подаётся осушенный воздух. Такое мероприятие является эффективным способом предупреждения повреждений кабеля с перерывами связи (отказов). Учитывая это, на кабельных сетях стремятся увеличить количество кабельных линий, оборудованных устройствами по содержанию кабеля под давлением.

Непременным условием для постоянного содержания кабеля под давлением является предварительная герметизация оболочки на всём протяжении кабеля, а также на вводах в усилительные и оконечные пункты.

Герметизированный участок магистрального кабеля образует газовую секцию. Практически длину газовой секции принимают равной длине усилительного участка.

Особенностью магистральных кабелей, прокладываемых для связи МПС, является большое число параллельных ответвлений. Содержание последних под непрерывным избыточным давлением практически невозможно, поэтому все ответвления изолируют от магистрали газонепроницаемыми муфтами.

Постоянное избыточное давление в кабеле поддерживается оборудованием для автоматической подкачки воздуха. Нагнетательные установки, которые монтируют во всех усилительных и оконечных пункта, состоят из баллона со сжатым воздухом (или компрессора), измерительных и регулировочных приборов, элементов, осушающих воздух, и системы пневмопроводов с запорными вентилями.

До настоящего времени для содержания магистральных кабелей под постоянным избыточным давлением используется аппаратура типа АКОУ - автоматическая контрольно-осушительная установка, предназначенная для обслуживания четырёх кабелей. Также существует специальное вспомогательное оборудование, такое как:

1). регенерационная установка РУ - применяется для восстановления осушительной способности селикогеля;

2). установка ПУВИГ - предназначена для подачи индикаторного газа в кабель при определении места повреждения оболочки и для нагнетания осушенного воздуха во время строительства и эксплуатации магистрали;

3). галлоидный течеискатель ГТИ-3 - прибор для обнаружения мест негерметичности при помощи галоидосодержащих газов (фреон);

4). переносная электростанция АБ-1-0/230;

5). полевая зарядная углекислотная станция ПЗУС - станция предназначена для переливания жидких газов из транспортных баллонов в малолитражные;

6). установка передвижная высокого давления 8Г-33 - используется для наполнения воздухом баллонов высокого давления.

кабельный магистраль цепь четверка

11 Расчет параметров оптического тракта

Одним из перспективных направлений совершенствования линий электрической проводной связи является внедрение оптических кабелей (ОК). Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) обладают рядом преимуществ по сравнению с существующими, поэтому вопросы их проектирования являются наиболее актуальными.

Важнейшим этапом проектирования на основе требований к числу каналов и дальности связи является выбор волоконно-оптической системы передачи, типа оптического кабеля, определение длины регенерационного участка.

При конструировании оптического кабеля необходимо учитывать общие требования, предъявляемые к оптической кабельной линии связи в целом с точки зрения обеспечения заданного качества связи. При выборе параметров кабеля следует стремиться к тому, чтобы кабель, предназначенный для использования на линиях до определенной длины, имел затухание, обеспечивающее длину регенерационного участка, равного данной длине, и одновременно давал дисперсию сигнала на данном расстоянии, соответствующую максимально допустимому уширению импульсов в работающей по нему системе передачи.

11.1 Волоконно-оптические системы связи

Разработка световодных систем и их опытная эксплуатация на железнодорожном транспорте началась в начале 80-х годов. В этих системах связи сигналы, несущие информацию, передаются по оптическим световодам. Последние представляют собой тонкие нити специальной конструкции, изготовленные из диэлектрического материала, прозрачного для применяемого излучения. Волоконные световоды из особо чистого кварцевого стекла называются оптическими волокнами и составляют основу оптических кабелей.

Перспективность волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП) обусловлена большой пропускной способностью волокна, защищенностью от внешних электромагнитных полей, вследствие чего не требуется применять специальные меры по защите от опасных напряжений линий электропередачи и электрифицированных железных дорог; возможность прокладки кабеля между точками с большой разностью потенциалов; высокой помехозащищенностью цифровых линейных трактов; малой металлоемкостью и отсутствием дефицитных цветных металлов (медь, свинец) в кабеле; малым значением коэффициента затухания в широкой полосе частот, что обеспечивает большие длины регенерационных участков по сравнению с электрическими кабелями (10-150 км вместо 2-6 км); небольшими размерами кабеля. Структурная схема ВОЛП показана на рисунке 10.1.

Рисунок 11.1 - Структурная схема волоконно-оптической линии передачи

Для работы одной многоканальной системы связи требуются два оптических волокна (ОВ): по одному передаются сигналы в направлении от А к Б, по другому - в обратном. В оконечных пунктах передающий оптоэлектронный модуль (ПОМ) предназначен для преобразования электрических сигналов в оптические. Приемный оптоэлектронный модуль (ПРОМ) предназначен для преобразования оптических сигналов в электрические.

Основными элементами приемопередающих модулей являются источник излучения с длиной волны, соответствующей одному из минимумов полных потерь в оптическом волокне, и приемник излучения. Оба модуля содержат электронные схемы для преобразования электрических сигналов и стабилизации режимов работы и разъемные соединители. Линейный тракт содержит оптический кабель (ОК), в который через примерно равные промежутки включены линейные регенераторы, а в случае использования волнового уплотнения оптических волокон - оптические усилители.

Дальность непосредственной связи по ВОЛП, так же, как и длина регенерационного участка, зависит от параметров оптических волокон и энергетических характеристик приемопередающих устройств.

Оптическое волокно (ОВ) представляет собой нить, состоящую из сердцевины и отражающей оболочки изготовленных из ОСЧ-кварцевого стекла. Еще в процессе вытяжки на него наносят первичное защитное покрытие. Сердцевина - это область в центре волокна, показатель преломления которой больше, чем у оболочки, и в которой распространяется большая часть энергии светового сигнала. Оболочка - это область волокна вокруг сердцевины, которая чаще всего изготавливается с постоянным и всегда более низким, чем у сердцевины, показателем преломления. Конструкция ОВ показана на рисунке 11.2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 11.2 - Конструкция оптического волокна

С точки зрения передачи сигналов ОВ представляет собой диэлектрический волновод, работающий в оптическом диапазоне волн. Канализация распространения света создается путем скачкообразного или плавного изменения показателя преломления (диэлектрической проницаемости) кварцевого стекла в поперечном сечении волновода.

Условия распространения светового импульса по оптическим волокнам определяются законом изменения показателя преломления в поперечном сечении сердцевины, величиной разности показателей преломления в центре сердцевины и отражающей оболочки, а также диаметром сердцевины и толщиной отражающей оболочки.

Для сохранения параметров передачи ОВ при их упаковке в кабель, а также в процессе прокладки и эксплуатации кабеля, оптические волокна необходимо защитить от механических воздействий. Для этого, кроме первичного защитного покрытия, используются также защитные оболочки.

Оптический кабель (ОК) состоит из скрученных по определенной системе оптических волокон из кварцевого стекла, заключенных в общую защитную оболочку. При необходимости кабель может содержать силовые (упрочняющие) и демпфирующие элементы.

Конструкция ОК выполняет следующие основные функции:

защита волокна от повреждений и разрушений в процессе производства, прокладки и эксплуатации кабеля;

обеспечение постоянства характеристик оптического волокна в процессе срока службы кабеля;

сохранение прочностных характеристик кабеля;

возможность идентификации волокон в кабеле для предотвращения разбитости волокон при соединении строительных длин оптического кабеля.

Основной частью конструкции сердечника ОК является модуль - самостоятельный конструктивный элемент кабеля, содержащий одно или несколько ОВ с защитными покрытиями, расположенными в защитной полимерной трубке с гидрофобным заполнителем или без него. Модули бывают трубчатые, профильные, а также ленточные. В соответствии с образующими их модулями кабели называются трубчато-модульными, профильно-модульными и ленточно-модульными. Во всех случаях кабель может содержать один модуль, расположенный, как правило в центре - одномодульная конструкция или несколько скрученных модулей, расположенных вокруг центрального силового элемента, - многомодульная конструкция. Модульная конструкция волоконно-оптического кабеля представлена на чертеже 2.

11.2 Расчет числовой апертуры

Исходные данные:

- наибольшее значение показателя преломления сердечника, ;

- показатель преломления оболочки, ;

- диаметр сердцевины световода, мкм;

- рабочая длина волны, мкм;

б - коэффициент затухания, б = 0.4 дБ/км

ф - дисперсия, 0.5 нс/км

- коэффициент рассеяния энергии, (дБ/км)/мкм4;

- тангенс угла диэлектрических потерь в световоде, .

1) Определим относительную разность преломления оболочки по формуле:

Расчет затухания поглощения

(11.1)

2) Определим затухание рассеяния по формуле:

(11.2)

3) Определим волновое сопротивление волоконного световода по формулам (11.3) и (11.4):

(11.3)

(11.4)

4) Определим числовую апертуру по формуле:

, (11.5)

.

5) Расчет числа мод

Нормирующая частота:

(11.6)

.

Общее число мод в световодах может быть определена по формулам:

Для ступенчатого профиля -

(11.7)

Для градиентного профиля -

(11.8)

6) Определение длины регенерационного участка

(11.9)

Рисунок 11.3 - Выбор длины регенерационного участка одномодового световода

Из графика на рисунке 11.3 видно, что исходя из затухания, длина регенерационного участка составляет 25,3 км, а исходя из дисперсии - 20 км. Чтобы удовлетворить обоим требованиям, необходимо принять длину регенерационного участка по наименьшему значению и расположить регенераторы через 20 км [5].

Заключение

В данном курсовом проекте были изучены основы проектирования кабельных магистральных линий связи.

На заданном двухпутном участке железной дороги было предусмотрено строительство кабельной магистрали. При проектировании учитывались физико-географические особенности местности.

Для организации всех видов связи и цепей СЦБ выбрали двухкабельную систему, при этом для уплотнения цепей дальней связи (магистральной и дорожной) использовали аппаратуру ИКМ. Данная цифровая система передачи позволяет организовать большее число каналов. Исходя из заданного количества каналов магистральной и дорожной связи, выбрали требуемое число систем ИКМ.

Для кабельной магистрали, прокладываемой вдоль железной дороги, электрифицированной по системе переменного тока, выбрали кабель с повышенным защитным действием оболочки - МКПАБ. Емкость кабеля выбрали с учетом количества занятых четверок.

Для восстановления сигнала, искажающегося по мере прохождения через канал связи, разместили на трассе усилительные и регенерационные устройства.

Разработали схему организации связи, учитывая особенности ввода цепей и СЦБ в отдельные пункты. Также разработали скелетную схему кабельной линии, на которой показали расположение всех объектов связи, а также устраиваемые к ним ответвления и соединения кабелей между собой. Скелетная схема является основным документом для монтажа магистрального кабеля.

Рассчитали опасные и мешающие напряжения в жилах кабельной линии связи, возникающие от влияния высоковольтных линий. Рассмотрели различные варианты защиты линии связи от этого влияния. Также рассмотрели меры по уменьшению взаимного влияния цепей связи.

Изучили конструкцию и методику проектирования оптических магистральных линий связи, имеющих значительное преимущество по сравнению с традиционными кабельными. Решили некоторые вопросы, связанные с проектированием ВОЛС, такие как выбор волоконно-оптической системы передачи, типа оптического кабеля, определение длины регенерационного участка.

Библиографический список

1. Линии железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Задание на курсовой проект с методическими указаниями для студентов IV курса / Всесоюзный заочный институт инженеров железнодорожного транспорта - М. 1988

2. Виноградов В.В, Кустышев С.Е., Прокофьев В.А. Линии железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Учебник для вузов ж.-д. трансп. Ї М.: «Маршрут», 2002

3. Гроднев И.И., Верник С.М. Линии связи: Учебник для вузов - М.: Радио и связь, 1988

4. 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, 1980

5. Митрохин В.Е. Конструкции, измерение характеристик и методика проектирования оптических магистральных линий связи железнодорожного транспорта: Учебное пособие / Омская гос. акад. путей сообщения - Омск, 1996

6. Большая советская энциклопедия, том 19, 23, под ред. Прохорова А.М. - М.: «Советская энциклопедия», 1976

7. Атлас железных дорог России

Размещено на Allbest.ru