Проект кабельной линии АТС на участке железной дороги Ачинск-Красноярск

При использовании ВЧ системы ИКМ возникает задача восстановления сигналов (импульсы, проходя по каналу, теряют свою форму, сливаются и т. д.).

Для восстановления формы сигнала используется специальная регенерационная аппаратура. Она размещается в обслуживаемых (ОРП) и необслуживаемых регенерационных пунктах (НРП). НРП размещаются по трассе через каждые 5ч8 км, ОРП - через каждые 200 км.

3.3 Размещение аппаратуры по трассе

5.1 Определение собственных параметров кабеля

Кабельную линию связи можно представить в виде четырёхполюсника, обладающего рядом параметров. Составляется расчётная схема замещения линии связи, на которой распределённые параметры заменены эквивалентными сосредоточенными. Номиналы расчётной схемы замещения получили название первичных параметров. К ним относят:

R -удельное сопротивление на единицу длинны [ Ом/км ];

L -удельная индуктивность [ Гн/км];

G - проводимость изоляции [ См/км];

С - удельная ёмкость [ Ф/км ];

Данные величины являются специфическими свойствами каждого отдельного типа кабеля, используемого для прокладки проектируемой линии связи, и определяются геометрическими размерами отдельных элементов кабеля, их электрическими свойствами, частотой сигнала. При расчёте первичных параметров необходимо учитывать влияние поверхностного эффекта и эффекта близости близко расположенных цепей. Определим значения первичных параметров для кабеля МКПАБ. Существует множество методов проведения подобных расчётов. Большинство из них основано на использовании специальных вспомогательных функций, значения которых протабулированы с точностью, достаточной для инженерных расчётов. Воспользуемся данным способом расчёта. Зависимость специальных функций от частоты приведена в таблице 5.2.

Таблица 5.1 - Специальные вспомогательные функции

Для расчёта первичных параметров можно воспользоваться следующими зависимостями:

, Ом/км(5.1)

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 [5].

Ом.(5.2)

Удельная индуктивность определяется по следующей зависимости:

 , Гн/км(5.3)

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(5.4)

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(5.5)

где tgp - результирующий тангенс угла потерь изоляции. Данная величина является функцией частоты.

Произведём расчёт первичных параметров для кабеля МКПАБ в спектре частот. Полученные данные занесём в таблицу 5.2.

Таблица 5.2 - Частотная зависимость первичных параметров кабельной линии

Приведём пример расчёта на частоте f = 250 кГц. Используя формулы (5.5) - (5.5) произведем расчет первичных параметров:

Ом/км

мГн/км

нФ/км

мкСм/км

Построим по полученным данным графики частотных зависимостей первичных параметров (рисунок 5.3).

а) б)

в) г)

Рисунок 5.1 - Функции частотных зависимостей первичных параметров: а) - сопротивления; б) индуктивности; в) емкости; г) проводимости

5.2 Волновые параметры кабеля

6.1 Расчет опасных влияний контактной сети переменного тока на кабельную линию связи

Контактные сети переменного тока оказывают значительное влияние на цепи связи. Следует различать три режима работы контактной сети:

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

Вынужденный режим, когда одна из тяговых подстанций временно 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 линия связи на участке Ачинск - Красноярск электрифицирована по системе переменного тока:

.

Расчет влияний контактной сети переменного тока на кабельную линию связи производится при опасных влияниях (вынужденный режим работы и режим короткого замыкания) и мешающих влияниях тяговой сети переменного тока.

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

, (6.5)

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

, (6.6)

где = 9 А - эквивалентное значение фазового тока ЛЭП;

Модуль взаимного сопротивления между однопроводной ЛС и симметричной трехфазной ЛЭП для косого сближения, Ом/км:

(6,7)

Модуль взаимного сопротивления между однопроводной ЛС и симметричной трехфазной ЛЭП для параллельного сближения:

(6.8)

; (6.9)

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

, (6.10)

где =1,5 - 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 6.3 представлена схема сближения усилительного участка линии связи с ЛЭП-10.

Рисунок 6.3 - Cхема сближения усилительного участка линии связи с ЛЭП-10

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 6.3.

Таблица 6.3 - 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 1,5 мВ, то ширина сближения выбрана верно.

6.3. Расчет мешающего влияния

Расчет мешающего влияния ведется по формуле расчета UШ для действующей гармонике. Согласно заданию действующая гармоника 21я, с амплитудой 1,3 A.

В программной среде MathCad рассчитывем данное значение:

6.4 Расчет переходных затуханий

Переходные затухания определяются в первую очередь параметрами электромагнитных связей. Определим частотную зависимость вектора комплексной электромагнитной связи.

Согласно заданию на курсовое проектирование: k12 = 30 пФ/сд. Величина g12 задана через процентное отношение , то . Активная составляющая магнитной связи задана через соотношение, где .

Комплексные векторы электромагнитных связей можно определить по следующей формулам:

Произведём расчёт векторов комплексной электромагнитной связи на дальнем и ближнем конце. Полученные данные сведём в таблицу.

Приведем пример расчета на частоте 50 кГц:

связь кабель регенерационный пункт

(См);

(Гн/сд);

(Ом);

;

;

Таблица 6.4 - Векторы электромагнитной связи

Для определения переходных затуханий воспользуемся в данном курсовом проекте значениями векторов электромагнитных связей, рассчитанных выше. Найдём искомые величины на строительной длине - элементарного участка кабельной линии. Стандартная строительная длинна - 82525м. Примем для расчёта среднее значение 825м. Переходные затухания на одну строительную длину можно определить по следующим зависимостям:

где А0СД - переходное затухание в начале строительной длины;

АLСД - переходное затухание в конце строительной длины;

АЗСД - защищённость;

- километрический коэффициент затухания, ДБ;

S - строительная длина.

На основе полученных значений затуханий на одну строительную длину можно определить суммарное затухание на длине усилительного участка.

где n - количество строительных длин на усилительном участке.

Произведём расчёт переходных затуханий на усилительном участке Чернореченская - Кемчуг, который содержит 60 строительных длины. Для расчета воспользуемся вышеприведёнными зависимостями. Полученные данные занесём в таблицу . Приведем пример расчета на частоте 50 кГц:

Таблица 6.5 - Величина расчитаных переходных затуханий

Построим графики зависимостей переходных затуханий от частоты:

Рисунок 6.4 - Частотная зависимость затуханий на строительной длине кабеля

Рисунок 6.5 - Частотная зависимость затуханий на строительной длине

Сравним полученные результаты с нормами: А0=60,8 дБ; АЗ=73,8 дБ; АL=73,8+l.

Рассчитанные результаты соответствуют нарушению нормы, а следовательно нужно проводить защитные мероприятия. К таким относят симметрирование кабельных четверок.

7. Мероприятия по защите 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. 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.

7.1 Защита с помощью дренажных катушек