Проектирование линии связи на станции и прилегающем перегоне

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования.

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I».

Кафедра: «Электрическая связь».

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту.

«Проектирование линии связи на станции и прилегающем перегоне».

Санкт-Петербург, 2015.

1. Выбор типа кабельной магистрали на проектируемом участке ж/д.

2. Выбор марки и емкости магистральных кабелей и кабелей ответвлений; распределение цепей в симметричных кабелях.

3. Трасса кабельной линии и способы прокладки кабеля.

4. Организация оперативно-технологической связи по электрическому кабелю в пределах перегона.

5. Переходы и пересечения.

6. Расчет первичных и волновых параметров передачи симметричной кабельной цепи.

7. Расчет параметров взаимного влияния между цепями симметричного кабеля на усилительном участке при частоте f = 200 кГц.

8. Расчет опасных и мешающих влияний тяговой сети переменного тока на симметричные цепи кабельной линии связи.

9. Расчет тягового усилия на кабель при его прокладки в ЗПТ.

Библиографический список.

Приложение.

1. Выбор типа кабельной магистрали на проектируемом участке ж/д.

В настоящее время железнодорожные кабельные магистрали связи строятся по одно-, двухили трехкабельной системе. В данной работе предусмотрено строительство двухкабельной линии связи с использованием электрических кабелей связи. Для оперативно технологической связи (далее ОТС) используется кабель типа ТЗ, а для линейных систем автоматики и телемеханики (далее АТ) — сигнально-блокировочный кабель с гидрофобным заполнителем (СБЗ).

2. Выбор марки и емкости магистральных кабелей и кабелей ответвлений; распределение цепей в симметричных кабелях.

В соответствие с заданием, необходимо организовать 6 цепей ОТС и 5 цепей АТ. Для организации цепей ОТС используется кабель ТЗПАБпШп 4×4×1,2 (ТУ 16.505.715−75). Для организации цепей АТ используется кабель СБЗПу 5×2×0,9 (ГОСТ Р 51 312−99). Распределение цепей ОТС по четверкам в кабеле ТЗПАБпШп 4×4×1,2 приведено в табл. 1. Распределение цепей АТ по парам в кабеле СБЗПу 5×2×0,9 представлено в табл. 2.

Таблица 1 — Распределение цепей по четверкам в кабеле ТЗПАБпШп 4×4×1,2.

Таблица 2 — Распределение цепей по парам в кабеле СБЗПу 5×2×0,9.

3. Трасса кабельной линии и способы прокладки кабеля.

В данной работе прокладывается трасса кабельной линии от станции, А до станции В, расстояние между которыми- 8 километров (Рис. 1). В соответствии с данными обследования участкагрунт первой категории (песок, супесь, растительный грунт, торф) и наличие заболоченных мест 400 м, была выбрана прокладка кабелей в пластмассовых трубопроводах в полосе отвода железной дороги на расстоянии 12 м от головки ближнего рельса. Данный способ прокладки кабелей имеет следующие преимущества:

— 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:

1. Муфта разветвительная МАТ-38 (муфта алюминиевая (свинцовая) тройниковая) — для ответвления от магистрального кабеля.

2. 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.

3. Муфта свинцовая соединительная МС-20 (муфта свинцовая с внутренним диаметром конуса 20мм) — для сращивания кабелей.

4. 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:

d1 = d + 2?, мм,.

a = d1, мм, где d1- диаметр изолированной жилы, мм;

dдиаметр токопроводящей жилы, мм;

?- радиальная толщина изоляции, мм;

aрасстояние между центрами жил цепи при четверочной скрутке, мм.

d1 = d + 2? = 0,8 + 2*0,9 = 2,6 мм,.

a = 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;

aрасстояние между центрами жил,.

pсправочный коэффициент, учитывающий эффект близости с соседними жилами в группе, для четверочной скрутки p = 5.

Rmдополнительное 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:

Rmt = 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.

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 мr=1).

мГн/км;

Емкость С двухпроводной кабельной цепи определена по формуле:

Ф/км гдерезультирующая 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:

d1/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.

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.

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:

;

m=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:

= + б *S,.

где Sстроительная длина кабеля, км, бкилометрический 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, Мвзаимная 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),.

— проводимость грунта, См/м,.

— коэффициент экранирования рельсов,.

— коэффициент защитного действия оболочки кабеля на частоте 50 Гц,.

Lp — 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 ч 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 (201,5 В > 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 20×2 с диаметром жил d = 0,32 мм, и определена возможность кго прокладки в прямолинейном защитном полиэтиленовом трубопроводе (ЗПТ) длиной 1100 м; =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. 190 031, СПб, Московский пр., д. 9. 2006.

2. Ю. В. Юркин, А. К. Лебединский. Оперативно-технологическая связь на железнодорожном транспорте: — М.: Транспортная книга, 2007, 264 с.

3. 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.

4. И. И. Гроднев, С. М. Верник. Линии связи. Учебник для вузов. Издательство «Радио и связь» ISBN: 2−256−120−5, 1988, 538с.

Приложение.

Скелетная схема кабельной линии связи и схема организации связи и цепей автоматики на перегоне Рис. 17 — Скелетная схема кабельной линии связи.