Трасса проектируемой кабельной линии связи находится на территории Саратовской области и входит в состав Саратовского отделения Приволжской железной дороги. Участок Пугачевск - Мокроус и Ершов - Озинки представлен на рисунке 1.

Рисунок 1.1 - Участок Пугачевск - Мокроус и Ершов - Озинки

Пугачевский район расположен в северной части Левобережья. Район расположен на Сыртовой равнине, в степной зоне. Район с развитым промышленным и сельскохозяйственным производством. Развиты топливная, пищевая промышленность, машиностроение, производство строительных материалов.

Федоровский район расположен в центральном Левобережье. Районный центр - Мокроус. Значительная доля украинского и казахского населения. Район расположен в зоне сухих степей с сохранившимися отдельными участками типичной растительности и животного мира. Разведаны крупные нефтегазоконденсатные месторождения. Компания «Лукойл» начала их разработку. Главной отраслью района является сельское хозяйство зерноживотноводческого направления. Через район проходят магистральные газопроводы Средняя Азия-Центр и Мокроус-Тольятти. Здесь находятся газокомпрессорная станция ЛПУ «Югтрансгаз», нефтеналивные базы.

Ершовский район расположен в центральном Левобережье. Расположен в сухостепной зоне в пределах Сыртовой равнины. Это второй по величине район области, имеет крупное месторождение щебня и источники минеральных вод. В экономике преобладает аграрное направление с зерноживотноводческой специализацией. Промышленные предприятия специализируются на переработке сельскохозяйственной продукции, ремонте сельскохозяйственной техники, производстве строительных материалов. Имеются предприятия железнодорожного транспорта и железнодорожный узел.

Озинский район расположен на востоке области, на границе с Казахстаном. Расположен в сухостепной зоне в пределах Сыртовой равнины Общего Сырта, в южной части района протянулись Синие Горы. Из полезных ископаемых имеются крупные залежи калийно-магниевых солей, горючие сланцы, строительные материалы. Ведущая отрасль - сельское хозяйство, на его долю приходится две трети объема продукции. В промышленности преобладает пищевая. Есть также комбинат строительных материалов и кирпично-известковый завод.

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 360 каналов, дорожная - 240, 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.

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.

2.1 Характеристика цифровой аппаратуры уплотнения импульсно-кодовой модуляции

Исходя из количества занятых четверок и частотных требований, выбираем четырех четверочный кабель типа МКПАБ 441,05+520,7+10,7. Кабель 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 441,05+520,7+10, представлена в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Спецификация кабеля МКПАБ 441,05+520,7+10,7

2.2.2 Выбор третьего кабеля

Кабель МКПАБ 1441,05+520,7+10,7 имеет четыре ВЧ четверки, три НЧ четверки, пять сигнальных пар и одну контрольную жилу. Кабель предназначен для прокладки в земле, в грунтах, не отличающихся химической агрессивностью.

2.2.3 Выбор кабеля для организации ответвлений

Для организации ответвлений от основной кабельной магистрали выбираем телефонный зоновый кабель марки ТЗПАБ 741,2+520,7+10,7. Чертеж сечения данного кабеля отражен в альбоме чертежей на листе 6.

Таблица 2.4 - Спецификация к чертежу кабеля ТЗПАБ 741,2+520.7+10,7

3. 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.

3.1 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. НУП располагаются по трассе в зависимости от систем уплотнения.

Для системы уплотнения К-60Т 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 3-4 км.

Размещение усилительных и регенерационных пунктов на трассе линии связи приведено в таблицах 3.1 и 3.2.

Таблица 3.1 - Размещение усилительных и регенерационных пунктов на участке Пугачевск - Мокроус

Таблица 3.2 - Размещение усилительных и регенерационных пунктов на участке Ершов - Озинки

4. Расчет влияний тяговой сети постоянного тока на кабельную линию связи

кабельный линия связь трасса

Контактные сети переменного тока оказывают значительное влияние на цепи связи. Опасные влияния обусловлены рабочими токами частотой 50 Гц. Следует различать три режима работы контактной сети:

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

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.

По заданию контактная сеть переменного тока находится в нормальном режиме, следовательно, оказывает на линию связи мешающие влияния.

Для двухпроводных телефонных цепей тональной частоты определяют псофометрическое значение мешающего напряжения. Для расчета возьмем усилительный участок Ершов - Озинки, длиной 121 км, считая, что тяговая сеть состоит из участков одностороннего питания, т.е. полное тяговое плечо разделено посередине на два плеча одностороннего питания.

Результирующее псофометрическое напряжение рассчитываем по следующей формуле (4.1):

,(4.1)

где и - значения мешающего напряжения, индуктированного в цепи связи в пределах каждого участка тяговой сети.

Расчет и производим по следующей формуле (4.2):

,(4.2)

где - угловая частота, рад/c,

, по заданию - порядок определяющей гармоники, - частота первой гармоники;

- ток k-ой гармоники, ;

- коэффициент чувствительности телефонной цепи к помехам, ;

- коэффициент акустического воздействия k-ой гармоники, ;

- коэффициент экранирующего действия рельсов (для кабельной линии связи ), , ;

- длина сближения линии связи с влияющей линией в пределах расчетного усилительного участка, км;

- среднее значение коэффициента взаимной индукции, Гн/км:

,(4.3)

где а - ширина сближения линии связи с контактной сетью, м;

- проводимость грунта, .

Результаты расчетов занесем в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Результаты расчетов мешающих напряжений

При сравнении полученных при расчете мешающих напряжений с нормой (1 мВ) выбираем ширину сближения более 60 м. Т. к. мешающее напряжение выходит за пределы нормы, то обходимо включить в цепи связи защитную аппаратуру.

5. Влияние ЛЭП с заземленной нейтралью

ЛЭП с заземленной нейтралью оказывает опасные и мешающие влияния на линию связи.

Разделяют 2 режима работы ЛЭП:

· нормальный режим (под влиянием ЛЭП в кабелях связи индуктируются мешающие ЭДС);

· режим короткого замыкания (ЛЭП оказывает опасные влияния).

По заданию ЛЭП находится в режиме к. з., следовательно, необходимо рассчитать опасные напряжения и сравнить их с нормами.

Под влиянием ЛЭП в жилах кабеля наводится продольная ЭДС. ЛЭП переменного тока влияют в основном на частоте 50 Гц. Продольная ЭДС в проводе (жиле) связи зависит от влияющего участка ЛЭП, которая равна расстоянию от начала сближения ЛЭП и ЛС до места короткого замыкания фазового провода ЛЭП на землю (в пределах рассчитываемого усилительного участка).

При расчете используется метод проб, то есть последовательно определяются ЭДС при коротком замыкании фазового провода в разных местах трассы ЛЭП. Для расчета используем следующую формулу (5.1):

,(5.1)

где - количество участков косого или параллельного сближения до предполагаемого места короткого замыкания;

- угловая частота, рад/с, ;

- ток короткого замыкания, определяемый по диаграмме в зависимости от места аварии, А;

- коэффициент взаимной индукции -го участка сближения, мкГн/м;

- коэффициент экранирующего действия рельсов (для кабельной линии связи ), , ;

- длина -го участка сближения линии связи с влияющей линией в пределах расчетного усилительного участка, км.

Расчет коэффициентов взаимной индукции ведется согласно следующей методике:

· определяется ширина сближения а_э;

· вычисляется вспомогательная величина:

,(5.2)

где - частота влияющего тока ();

- проводимость земли ();

· находится произведение а_х: на одной из пяти шкал, расположенных по оси абсцисс графика на рисунке 5.1, находится точка, соответствующая значению а_х и определяется соответствующее ее значение коэффициента взаимной индукции М.

Рисунок 5.1 - График зависимости коэффициента взаимной индукции от а_х

Расстояние от железной дороги до точки входа ЛЭП в ТП (h) выбираем в пределах станции (100 м): h = 90 м.

Рассчитаем значения по формуле (5.3):

,(5.3)

где а - ширина сближения ЛС и контактной сети;

.

Так как ЛЭП не параллельна ЛС, то этот участок косого сближения с целью упрощения заменяется на эквивалентные параллельные, ширина сближения которых вычисляется по формуле (5.4):

,(5.4)

Результаты расчета сведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Расчет коэффициентов взаимной индукции

Производим расчет продольной ЭДС, индуктируемой в жиле по (5.1). Результаты расчета заносим в таблицу 5.2.

Таблица 5.2 - Продольная ЭДС, индуктируемая в жиле

В целях обеспечения безопасности ведения работ на линиях и использования устройств, а также необходимого качества связи установлены нормы опасных и мешающих влияний.

Для междугородных кабельных линий связи без дистанционного питания усилителей допустимая индуктированная ЭДС от влияния ЛЭП с заземленной нейтралью равна U_исп.

U_исп - 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 некоторые из полученных значений продольных ЭДС превышают норму, следовательно, есть необходимость устанавливать бариевые разрядники, которые устанавливаются для снижения опасных влияний по концам сближения на ЛС.

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?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 300-3000 В.

Второй каскад защитных устройств обеспечивает дальнейшее снижение напряжения от сотен вольт до нескольких вольт. Этот каскад осуществляется с помощью разрядников с пробивным напряжением 70-100 В, а также с помощью фильтров, дросселей, корректирующих контуров, которые выполняют и другие функции, кроме защитных.

Третий каскад обеспечивает защиту в основном усилителей, построенных на полупроводниковых приборах. Эта защита осуществляется с помощью стабилитронов, в. ч. - диодов, соединенных по различным схемам. Они имеют напряжение срабатывания в пределах нескольких вольт и являются практически безынерционными.

Таким образом, назначение всех ступеней защиты - снизить амплитуды возникающих перенапряжений до значений, при которых обеспечивается нормальная работа пассивных и усилительных элементов оборудования НУП.

6.1 Защита с помощью дренажных катушек