Трасса кабельной магистрали выбирается по наиболее короткому пути с учетом выполнения минимального объема земляных работ с той стороны железнодорожного полотна, на которой размещено преобладающее число перегонных и станционных объектов связи.

На перегонах и в пределах небольших станций трасса кабельной магистрали прокладывается в пределах полосы отвода железной дороги, ширина которой составляет по 60 м в обе стороны от головки рельса.

Линия электропередачи (ЛЭП) и трасса кабельной линии располагаются по разным сторонам железной дороги.

НУП размещаются на промежуточных станциях и, как исключение, на перегонах, при этом с целью удобств эксплуатации и снижения затрат на строительство НУП и НРП стремятся, размещают в одних и тех же пунктах.

Для пересечения кабельной магистралью железнодорожных путей предпочтение отдается местам с одинаковыми высотными отметками или небольшим насыпям, у которых ширина подошвы не превышает 35 м. В этом случае переходы могут быть выполнены методом горизонтального бурения. В просверленные под основанием насыпи отверстия вставляются асбоцементные трубы, через которые протягивают кабели.

Участок проектируемой железной дороги приведен в альбоме чертежей на листе 3.

4. Расчет влияний контактной сети и высоковольтных линий передачи на кабельные линии

Напряжения и токи, возникающие в цепях линии связи от влияния различных источников, в отличие от полезных токов и напряжений, несущих информацию, называются посторонними. На кабельные сети большее влияние оказывают линии электропередачи (ЛЭП), контактные сети электрифицированных железных дорог постоянного и переменного токов. Эти влияния могут быть опасными, мешающими или одновременно опасными и мешающими.

Опасные - это токи влияния, при которых токи и напряжения, возникающие в цепях линии связи, могут создавать опасность для жизни обслуживающего персонала, повреждения аппаратуры и приборов, включенных в линию связи, ложные сигналы железнодорожной станции и т.д.

Мешающие - это такие величины, при которых в каналах связи появляются помехи, нарушающие информационную работу устройств связи и автоматики.

Высоковольтные линии и электрифицированные железные дороги могут оказывать влияния на цепи линий связи за счет электромагнитной индукции, гальванической связи и при случайном соприкосновении проводов.

Воздушные и кабельные линии железнодорожной АТС прокладывают вблизи железнодорожного полотна и в непосредственной близости от тяговых сетей электрифицированных дорог, высоковольтных сигнальных линий автоблокировки. На отдельных участках они могут иметь сближения с высоковольтными линиями энергосистем

Высоковольтные линии передачи характеризуются высокими рабочими напряжениями и большими токами. Электромагнитные поля этих линии оказывают индуктивные влияние на линии АТС, вызывают в них напряжения и токи, которые могут нарушить нормальную работу цепей. Расчет опасных и мешающих влияний выполняют для такого гальванически неразделенного участка, который имеет максимальную длину сближения.

Гальванически неразделенным участком называется участок, который не содержит трансформаторов, усилителей фильтров; таковым, как правило являются цепи связи в пределах усилительных участков.

4.1 Расчет влияния контактной сети переменного тока на линию связи

Линия связи на участке Боготол - Красноярск подвержена влиянию контактной сети переменного тока в аварийном режиме, т.е. когда провод контактной сети замыкается на землю или рельс.

Исходные данные по заданию: U = 25,7 кВ,

IКЗК = 6 кА,

IКЗН=2 кА.

Для режима короткого замыкания опасные напряжения вычислим по формуле

(1)

(2)

где - влияющий ток короткого замыкания контактной сети;

М - взаимная индуктивность между тяговой сетью и жилой кабеля при частоте 50 Гц;

- проводимость земли;

- коэффициент экранирования кабеля, составляющий 0,1;

- коэффициент экранирования рельсов, принимается равным 0,5;

- расчетная длина сближения кабельной цепи связи тональной частоты с тяговой сетью, усилительного участка, до места короткого замыкания, км;

- ширина сближения.

Для расчета влияющего тока построим эпюру токов:

Рисунок 4.1 - Диаграмма распределения токов короткого замыкания

После расчета получим зависимость опасных напряжений(В), индуктируемых на изолированном конце жилы кабеля при заземленном противоположном конце, от ширины сближения.

Таблица 3 - Опасные напряжения

Согласно произведенным расчетам при ширине сближения 25 метров опасные влияния в режиме короткого замыкания выходят за рамки допустимых значений 1,2 кВ. Значит эксплуатация данной линии связи без специальных мер защиты не допускается. В качестве специальных мер защиты предусмотрим редукционные трансформаторы (РТ), их расчет будет представлен ниже.

4.1.1 Определение числа редукционных трансформаторов (РТ)

Требуемый коэффициент защитного действия (кзд) определяется формулой:

, (3)

где Едоп - величина допустимой наведённой ЭДС для выбранного типа кабеля;

Едоп.рез - величина наведённой результирующей ЭДС.

Допустимая наведённая ЭДС в режиме короткого замыкания от электротяги переменного тока составляет 160 В.

Максимальный ток в металлопокровах вычисляется по формуле:

, (4)

где Rоб - сопротивление металлопокрова на частоте 50 Гц для выбранного типа кабеля;

R31, R32 - сопротивление заземлений.

Индуктивность оболочки кабеля определим как:

, (5)

где Sоб - идеальный кзд, зависящий от типа кабеля и частоты тока.

Взаимная индуктивность между металлическими покровами соседних кабелей вычислим по формуле:

, (6)

где 0 = 4·10-7 - магнитная проницаемость вакуума;

а = 0,1 м - расстояние между кабелями.

Количество РТ определим по формуле:

, (7)

где Lтр - индуктивность первичной обмотки трансформатора.

По формуле (3) определим требуемый кзд:

По формуле (4) определим максимальный ток при R31=R32=4 Ом, Rоб=0,19Ом/км:

По графику, представленному на рисунке 3, определим Lтр=0,18 Гн.

По формуле (5) определим индуктивность оболочки кабеля:

По формуле (6) определим М:

По формуле (7) определим количество РТ:

По результатам расчёта необходимо установить 2 РТ.

4.1.2 Расчет мешающих влияний на кабельные цепи связи

Расчет мешающих влияний на кабельные цепи связи производится при нормальном режиме работы ТП переменного тока.

Напряжение шума, наводимое в двухпроводной телефонной цепи на отдельном участке, определяется по формуле:

, (8)

где - круговая частота определяющей к-ой гармоники тягового тока при ,

- взаимная индуктивность между контактным проводом и жилой кабеля на частоте к-ой гармоники:

, (9)

где =2 А;

=0,943 - коэффициент акустического воздействия к-ой гармоники [2];

- коэффициент чувствительности телефонной цепи к помехам [2];

=0,00761- коэффициент экранирующего действия оболочки кабеля для к-ой гармоники тягового тока [2];

Используя формулы (8), (9), рассчитаем напряжение шума:

,

мВ.

Согласно произведенным расчетам при ширине сближения 25 метров мешающие влияния не выходят за рамки допустимых значений 1 мВ - значит ширина сближения выбрана верно.

4.2 Расчет влияний ЛЭП-6кВ с изолированной нейтралью на цепи связи

4.2.1 Мешающие влияния

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

, (10)

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

, (11)

где = 1А - эквивалентное значение фазового тока ЛЭП;

- модуль взаимного сопротивления между однопроводной ЛС и симметричной трехфазной ЛЭП для косого сближения, Ом/км;

- модуль взаимного сопротивления между однопроводной ЛС и симметричной трехфазной ЛЭП для параллельного сближения;

; ;

Zmin(1-А), Zmax(1-А) - взаимные сопротивления между однопроводными ЛЭП и ЛС, рассчитывается по формуле, Ом/км:

, (12)

где =3 - среднее геометрическое расстояние между соседними проводами ЛЭП;

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

- 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;

=0,7 - коэффициент экранирования заземления проводов при электрическом влиянии ЛЭП;

=0,7 - коэффициент экранирования сплошного ряда деревьев при электрическом влиянии ЛЭП;

- коэффициент экранирующего действия.

Кабели связи с металлическими оболочками, а при прокладке в земле и с неметаллическими (вследствие экранирующего действия оболочки и земли) практически защищены от электрических влияний и подвержены только магнитным влияниям.

На рисунке 3 представлена схема сближения усилительного участка линии связи с ЛЭП-6.

Рисунок 3 - Cхема сближения усилительного участка линии связи с ЛЭП-6

Приведем пример расчета модуля взаимного сопротивления между однопроводной ЛС и симметричной трехфазной ЛЭП для участка 0-1:

м,

,

.

Расчеты на остальных участках сведем в таблицу 5.

Таблица 5 - Расчет модуля взаимного сопротивления

Используя формулу (10) рассчитаем напряжение шума в приемнике двухпроводной телефонной цепи:

мВ,

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

5. 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 трёхфазных линиях.

- Подвеска на трёхфазных линиях заземлённых тросов.

- Включение в трёхфазные 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 определённый 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.

5.1 Защита с помощью дренажных катушек