|
Номер
и расцветка
|
Симметрирование,
кГц
|
Пары
|
Назначение
цепей
|
|
Четверки
|
1-
бело-желтая
|
0,8
|
1
|
ПГС
|
|
|
|
2
|
ПДС
|
|
2-
красная
|
250
|
1
|
АВС
|
|
|
|
2
|
МЖС
|
|
3-
черная
|
0,8
|
1
|
СДС
|
|
|
|
2
|
Резерв
|
|
4-
желтая
|
0,8
|
1
|
МЧС
|
|
|
|
2
|
Резерв
|
Таблица 2 - Распределение цепей по парам в
кабеле СБЗПу 5х2х0,9
|
Номер
и расцветка
|
Назначение
цепей
|
|
Сигнальные
пары
|
1-
красная/натуральная
|
ОН
|
|
2-
зеленая/натуральная
|
ОК
|
|
3-
желтая/натуральная
|
ОИ
|
|
4-
красная/желтая
|
ОЗС
|
|
5-
зеленая/желтая
|
ОДСН
|
3. Трасса кабельной линии и способы
прокладки кабеля
наибольший срок службы оптических кабелей;
лучшую защиту от механических повреждений, чем
бронированные кабели при непосредственной прокладке в грунт;
возможность замены кабеля без выполнения
земляных работ (например, при необходимости увеличения числа волокон или
ремонте);
возможность укладки резервного кабеля в обход
поврежденного участка (при наличии резервной трубки);
возможность предоставления права прохода для
кабельных линий других операторов;
выполнение работ по прокладке кабеля при новом
строительстве и реконструкции связи по мере надобности и поступления кабелей.
Рис. 1 - Схематическая трасса
кабельной линии связи
магистраль кабель
перегон цепь
Данная трасса прокладки
железнодорожных кабелей связи удовлетворяет следующим требованиям:
надежность (бесперебойность) работы;
удобство эксплуатации;
экономический фактор;
учитывается развитие
железнодорожного участка;
положение существующих подземных
сооружений;
минимальные подготовительные работы;
экологический фактор.
4. Организация
оперативно-технологической связи по электрическому кабелю в пределах перегона
Основным документом для монтажа
магистрального кабеля является скелетная схема кабельной линии связи (Прил. 1).
В соответствии с заданием на
перегоне А-В организовано 6 цепей ОТС: перегонная связь (ПГС), поездная
диспетчерская связь (ПДС), аварийно-восстановительная связь (АВС),
межстанционная (МЖС), служебная диспетчерская связь (СДС) и экстренная (МЧС).
ПДС вводится шлейфом на станциях А и
В и служит для ведения переговоров диспетчера со всеми раздельными пунктами,
входящими в обслуживаемый им участок, по вопросам управления движением поездов.
МЖС производится оконечным вводом на
станциях А и В и предназначена для ведения служебных переговоров по движению
поездов между дежурными смежных раздельных пунктов.
МЧС вводится шлейфом на станциях А и
В и служит для экстренной связи пассажиров, находящихся в помещении вокзала, на
платформе станции или остановочного пункта, со справочными или другими
службами, с полицией, министерством чрезвычайных ситуаций или медицинским
учреждением. ПГС производится оконечным вводом на станциях А и В и служит для
ведения переговоров между работниками, находящимися на перегоне, и дежурными
раздельных пунктов, ограничивающих перегон, поездным и энергодиспетчером,
диспетчерами дистанций пути, сигнализации и связи. АВС вводится шлейфом на
станциях А и В и служит для связи центра управления эксплуатационной
деятельностью, поездного диспетчера и дежурного по станции с работниками
железнодорожного транспорта во время проведения ими аварийно-восстановительных
работ.
СДС вводится шлейфом на станциях А и
В и служит для ведения переговоров работников дистанции с линейными
электромеханиками.
На перегоне А-В имеются ответвления
от кабельной магистрали в шкафы перегонной связи (ДСКПСУ), куда заводятся ПГС,
АВС и СДС.
ДСКПСУ (Диэлектрическая Стойка
Коммутационная Перегонной Связи Упрощённая) изготовлена из композитного
материала, предназначена для применения в качестве диэлектрической
коммутационной стойки, не требующей заземления в сооружениях перегонной связи
ОАО "РЖД". ДСКПСУ используется в целях повышения электробезопасности
обслуживающего персонала, надежности действия, пожарной безопасности
технических средств и сооружений ОАО "РЖД", защиты устройств и
сооружений от коммутационных и атмосферных перенапряжений. Монтажная схема
ответвления в шкаф перегонной связи представлена на рисунке 2. Схемы
ответвления кабелей ТЗПАБпШп и СБЗПу в шкаф перегонной связи представлены на
рис. 3,4.
Для ответвления от кабельной
магистрали в шкаф перегонной связи используются следующие муфты:
. Муфта разветвительная МАТ-38
(муфта алюминиевая (свинцовая) тройниковая) - для ответвления от магистрального
кабеля.
. Муфта свинцовая газонепроницаемая
ГМС-4 -для предотвращения утечки газа через оконечные кабельные устройства в
зданиях усилительных и оконечных станций, а также через оконечные устройства
кабелей, ответвляющихся от магистрального кабеля в промежуточные пункты.
. Муфта свинцовая соединительная
МС-20 (муфта свинцовая с внутренним диаметром конуса 20мм) - для сращивания
кабелей.
. Муфта симметрирующая МКСАШп -
предназначена для уменьшения величины взаимных влияний между цепями при
ответвлении кабеля, а также для уменьшения чувствительности к воздействию
внешних мешающих магнитных влияний.
Рис. 2 - Монтажная схема ответвления
от магистрального кабеля в шкаф перегонной связи
Рис. 3 - Схема ответвления
магистрального кабеля ТЗПАБпШп в шкаф перегонной связи (Четверки, не показанные
на схеме, проходят в магистральном кабеле напрямую)
Рис. 4 - Схема ответвления
сигнально-блокировочного кабеля СБЗПу в шкаф перегонной связи.
5. Переходы и пересечения
На перегоне А-В железнодорожную
линию пересекает шоссейная дорога шириной 9 метров. Кабели затягиваем в
пластмассовые трубы, которые прокладываем способом горизонтального прокола.
Работа по устройству скрытой
горизонтальной проходки производится проколом отверстия и вдавливанием штанг
гидравлическим домкратом. После выхода в котлован противоположной стороны
перехода первой штанги к ней крепится расширитель, который при обратном ходе
штанг расширяет отверстие до нужных размеров за один или несколько проходов.
При последнем проходе за расширителем в скважину затягивают трубы.
Переход через шоссейную дорогу
методом горизонтального прокола представлен на рис. 5.
Рис. 5 - Переход через шоссейную
дорогу методом прокола
Расчет первичных и волновых
параметров передачи симметричной кабельной цепи
6. Расчеты первичных и волновых
параметров передачи симметричной кабельной цепи выполнены в соответствии с
заданием при частотах: (80, 110, 140, 170, 200) кГц
Диаметр изолированной жилы и
расстояние между центрами жил цепи при четверочной (звездной) скрутке определены
по формулам:
=
d + 2∆, мм,= 
d1, мм,
где
d1- диаметр изолированной жилы, мм;диаметр токопроводящей жилы, мм;
∆-
радиальная толщина изоляции, мм;расстояние между центрами жил цепи при
четверочной скрутке, мм.
=
d + 2∆ = 0,8 + 2*0,9 = 2,6 мм,= d1 = *2,6 = 3,7 мм.
Сопротивление
кабельной медной двухпроводной цепи постоянному току R0 с учетом коэффициента
укрутки определено по формуле:
, Ом/км,
где
- удельное
сопротивление медных жил;
= 1,01-
коэффициент укрутки, учитывающий удлинение кабельных жил при их скручивании.
, Ом/км.
Активное
сопротивление кабельной цепи 
при переменном токе определено по
формуле:
, Ом/км,
где
F(x), G(x) и H(x)- значения бесселевых функций, учитывающих сопротивление за
счет поверхностного эффекта, эффекта близости жил пары, значения которых
берутся из табл. 3 в зависимости от значения:
,
где
f - частота тока, Гц;расстояние между центрами жил,справочный коэффициент,
учитывающий эффект близости с соседними жилами в группе, для четверочной
скрутки p = 5.
дополнительное
сопротивление за счет потерь энергии на вихревые токи в жилах соседних четверок
и в металлической оболочке кабеля, рассчитывается по формуле:
, Ом/км,
где
Rmt - величина дополнительного сопротивления и равна:= 8 + 0,6 = 8,6 Ом/км.
, Ом/км;
Таблица
3 - Значения бесселевых функций, учитывающих сопротивление за счет
поверхностного эффекта, эффекта близости жил пары и уменьшение внутренней
индуктивности цепи
|
x
|
F(x)
|
G(x)
|
Q(x)
|
|
2.4
|
0.152
|
0.271
|
0.242
|
0.925
|
|
2.8
|
0.256
|
0.363
|
0.316
|
0.874
|
|
3.1
|
0.351
|
0.425
|
0.362
|
0.830
|
|
3.5
|
0.492
|
0.499
|
0.410
|
0.766
|
|
3.8
|
0.603
|
0.550
|
0.440
|
0.717
|
, Ом/км;
Индуктивность L двухпроводной
кабельной цепи определена по формуле:
Гн/км,
где Q(x) - значение бесселевой
функции, учитывающей уменьшение внутренней индуктивности цепи, значение которой
берется из табл.11.1 в зависимости от аргумента x.
- относительная магнитная
проницаемость (для меди μr=1).
, мГн/км;
Емкость С двухпроводной кабельной
цепи определена по формуле:
Ф/км
где
- результирующая диэлектрическая
проницаемость изоляции, для полиэтиленовой пористой изоляции равен 1,45;
-
коэффициент, учитывающий увеличение емкости за счет близко расположенных соседних
жил кабеля и его металлической оболочки. При величине:/d = 2,6/0,8 = 3,25, мм,
значение коэффициента = 0,65.
, нФ/км.
Модуль
изоляции G кабельной цепи определен по формуле:
См/км,
где
- круговая
частота тока при расчетных условиях;
С,
Ф/км-емкость двухпроводной кабельной цепи;
рад/с;
рад/с;
рад/с;
рад/с;
рад/с,
- результирующий тангенс угла
диэлектрических потерь. Для полиэтиленовой пористой изоляции выбираем 
из рис. 6.
Рис. 6 - Результирующий тангенс угла
диэлектрических потерь для полиэтиленовой пористой изоляции
См/км.
В таблице 4 приведены расчеты
первичных параметров кабельной цепи на всех заданных частотах.
Таблица 4 - Расчет первичных
параметров кабельной цепи
|
f,
кГц
|
Rм,
Ом/км
|
R,
Ом/км
|
L,
мГн/км
|
C,
нФ/км
|
tgб*10^-4
|
G,мкСм/км
|
|
80
|
5,4
|
86,7
|
1,05
|
26,5
|
7
|
9,3
|
|
110
|
94,9
|
1,04
|
26,5
|
8
|
14,7
|
|
140
|
7,2
|
102,5
|
1,04
|
26,5
|
9
|
21
|
|
170
|
7,9
|
113,1
|
1,03
|
26,5
|
10
|
28
|
|
200
|
8,6
|
121,6
|
1,03
|
26,5
|
10,5
|
35
|
Частотные зависимости первичных параметров
передачи представлены на рис. 7-10.
Рис. 7 - Зависимость активного сопротивления
кабельной цепи от частоты
Рис. 8 - Зависимость индуктивности кабельной
цепи от частоты
Рис. 9 - Зависимость емкости кабельной цепи от
частоты
Рис. 10 - Зависимость модуля изоляции кабельной
цепи от частоты
Модуль волнового сопротивления 
кабельной
цепи определен по формуле:
, Ом.
, Ом.
Коэффициенты затухания и фазы
определены соответственно по следующим формулам:
, дБ/км;
, рад/км.
=1,91, дБ/км;
1,32, рад/км.
Фазовая скорость распространения
сигнала 
определена
по формуле:
, км/с.
, км/с.
Время распространения сигнала на
длине 1 км цепи определим по формуле:
Т = 
, с/км.
Т = 
, мкс/км.
В таблице 5 приведены расчеты
частотных зависимостей волновых параметров передачи кабельной цепи.
Таблица 5 - Частотные зависимости
волновых параметров передачи
|
f,
кГц
|
|Zв|,
Oм
|
 ,
дБ/кмβ,
рад/кмVф,
км/сT, мкс/км
|
|
|
|
|
80
|
198,6
|
1,91
|
1,32
|
189786
|
5,27
|
|
110
|
198,1
|
2,10
|
1,32
|
190254
|
5,26
|
|
140
|
197,7
|
2,27
|
1,32
|
5,24
|
|
170
|
197
|
2,52
|
1,31
|
191259
|
5,23
|
|
200
|
196,6
|
2,72
|
1,31
|
191720
|
5,22
|
Частотные зависимости первичных параметров
передачи представлены на рис. 11-15.
Рис. 11 - Зависимость волнового сопротивления
кабельной цепи от частоты
Рис. 12 - Зависимость коэффициента затухания
кабельной цепи от частоты
Рис. 13 - Зависимость коэффициента фазы
кабельной цепи от частоты
Рис. 14 - Зависимость фазовой скорости кабельной
цепи от частоты
Рис. 15 - Зависимость времени распространения
сигнала в 1 км кабельной цепи от частоты
7. Расчет параметров взаимного
влияния между цепями симметричного кабеля на усилительном участке при частоте f
= 200 кГц
Между величинами индуктивных и емкостных связей
существует корреляция, определяемая выражением:
;=k*
= 
, Гн/сд.
Активные составляющие коэффициентов
электрической и магнитной связи были проведены по следующим формулам
соответственно:
= 0,17
;
= 0,17=
См/сд.
= 0,28
;
= 0,28
=
Ом/сд.
Модули коэффициентов
электромагнитной связи при влиянии на ближайший и дальний концы цепи рассчитаны
соответственно по формулам:
,1/сд;
=
, 1/сд.
, 1/сд;
, 1/сд.
Переходное затухание на строительной
длине на ближнем конце рассчитано по формуле:
= 20
;
= 20
= 53,6дБ.
Защищенность на строительной длине
на дальнем конце найдено по формуле:
= 20
, дБ;
= 20
=82,5 дБ.
Переходное затухание на строительной
длине на дальнем конце рассчитано по формуле:
= + α *S,
где S- строительная длина кабеля,
км,
α- километрический коэффициент
затухания дБ/км;
=82,5 + 2.72*1,275=85,968 дБ.
Переходное затухание на усилительном участке на
ближнем конце найдено по формуле:
= + 8,7
;
=53,6+8,7
= 54,48 дБ.
Переходное затухание на усилительном
участке на дальнем конце рассчитано по формуле:
, дБ,
где n - число строительных длин на
усилительном участке (n= 8/1,275=6,27);
дБ.
Защищенность на усилительном участке
на дальнем конце равна:
= - 20
;
= 82,5 -
дБ.
8. Расчет опасных и мешающих влияний
тяговой сети переменного тока на симметричные цепи кабельной линии связи
Безопасными для обслуживающего
персонала и аппаратуры, при отсутствии специальных мер защиты, считаются
индуктированные напряжения не выше 36 В.
В тех случаях, когда аппаратуру
оконечных и промежуточных пунктов включают в кабельные цепи через изолирующие
трансформаторы, а техническое обслуживание и ремонт кабеля выполняют с
соблюдением мер предосторожности, то величина индуктированных напряжений Uдоп
не должна превышать величины, зависящей от типа применяемых систем передачи. В
работе рекомендуется принять Uдоп =200 В.
Величина опасного напряжения U,
индуктируемого на изолированном конце жилы кабеля при заземленном
противоположном конце (в этом случае величина напряжения максимальна),
определена по формуле:
,
В,
где 
- круговая частота влияющего тока
частотой f=50 Гц,
М- взаимная индуктивность между
тяговой сетью и жилой кабеля при частоте 50 Гц, Г/км, определена по формуле:
,
Г/км,
где а - ширина сближения, м (возьмем
равную 10),
- коэффициент экранирования рельсов,
- коэффициент защитного действия
оболочки кабеля на частоте 50 Гц,- расчетная длина сближения кабельной цепи
связи тональной частоты с тяговой сетью, км (соответствует расстоянию от начала
цепи (ст. А) до ближайшего промежуточного усилителя тональной частоты),
- эквивалентный влияющий ток
частотой 50 Гц, А, получили его при вынужденном режиме работы тяговой сети по
формуле:
,
А,
где 
- результирующий нагрузочный ток
расчетного плеча питания при вынужденном режиме работы тяговой сети, A,
рассчитываемый по формуле:
,
А,
где 
- максимальная потеря напряжения в
тяговой сети между тяговой подстанцией и максимально удаленным электровозом, В.
При 
> 30 
= 8500 В,
- длина плеча питания тяговой сети
при вынужденном режиме работы, км,
и 
- соответственно активное, и
реактивное сопротивления тяговой сети, Ом/км (величины
и 
принимаются
равными 0,12 и 0,48 Ом/км);
- коэффициент мощности электровоза,
составляющий 0,8;
т - число поездов, одновременно
находящихся в пределах плеча питания тяговой сети при вынужденном режиме
(рекомендуется принять 4 ÷
6);
Km - коэффициент, характеризующий
уменьшение влияющего тока по сравнению с нагрузочным (
):
,
где 
- расстояние от тяговой подстанции
до начала цепи связи, км,
= 1 и 
= 1.
При учебном проектировании значение
идеального и реального КЗД оболочек магистрального железнодорожного кабеля
связи с броневыми покровами ориентировочно можно определить по кривым (рис.16).
Рис. 16 - Зависимость КЗД
металлических покровов кабеля от величины наведенного напряжения и
сопротивления заземлителей
По рис.16 определим реальный
коэффициент металлических покровов кабеля для 3 кривой: SK = 0,29.
Величина индуцированного напряжения
на жилах кабеля рассчитана по формуле:
;
В.
Таким образом, при вынужденном
режиме расчетная величина индуцированного опасного напряжения превышает
допустимое (201,5В > 200В). Следовательно, трасса симметричного кабеля
проходит на недостаточном расстоянии от тяговой сети. Поэтому, расстояние от
кабеля до тяговой сети следует увеличить с 10 до 12 метров.
9. Расчет тягового усилия на кабель
при его прокладки в ЗПТ
В соответствии с заданием был
произведен расчет для кабеля типа ТПП 20х2 с диаметром жил d = 0,32 мм, и
определена возможность кго прокладки в прямолинейном защитном полиэтиленовом
трубопроводе (ЗПТ) длиной 1100м; m=0,3;
g=9,81 м/c2; 
г/cм3.
Допустимое значение тяжения на каждый мм2 сердечника равно 50 Н (5 кг).
;
, мм2.
кг/м;
кг/м.
Тяговое усилие для кабеля найдено по формуле:
Н;
Н.
Максимальное тяговое усилие равно:
Т = 3,21 
50 = 160,5 Н,
что говорит нам о том, что тяговое
усилие не превышает допустимого.
Библиографический список
1. В.В.
Виноградов. Проектирование линий передачи для построения железнодорожной
технологической сети связи, типография ПГУПС. 190031, СПб, Московский пр., д.9.
2006.
. Ю.В.
Юркин, А.К. Лебединский. Оперативно-технологическая связь на железнодорожном
транспорте: - М.: Транспортная книга, 2007, 264 с.
. В.В.
Виноградов, С.Е. Кустышев, В.А. Прокофьев. Линии железнодорожной автоматики,
телемеханики и связи: Учебник для вузов ж.-д. трансп.- М.: Издательство
«Маршрут», 2002, 416с.
. И.И.
Гроднев, С.М. Верник. Линии связи. Учебник для вузов. Издательство «Радио и
связь» ISBN: 2-256-00120-5, 1988, 538с.
Приложение
Скелетная схема кабельной линии связи и схема
организации связи и цепей автоматики на перегоне
Рис. 17 - Скелетная схема кабельной
линии связи