Проектирование кабельной магистрали связи на участке железной дороги (часть 2)

2. Выбор марки и емкости кабеля

Выбор марки и емкости кабеля производят с учетом линии связи. Вместе с тем выбор марки кабеля находится в зависимости от вида тяги поездов на участке проектирования, линейного спектра аппаратуры систем передачи, категории грунта и условий прокладки.

На железнодорожном транспорте нашли применение следующие магистральные кабели:

1. Кабели с кордельно-трубчатой полиэтиленовой изоляцией жил в алюминиевой оболочке: МКПАП, МКПАБ, МКПАБП, МКПАК. Кабели выпускаются емкостью: 4х4х1,05+1х2х0,7+1х0,7; 7х4х1,05+5х2х0,7+1х0,7; 14х4х1,05+5х2х0,7+1х0,7.
2. Кабели с кордельно-бумажной изоляцией жил в алюминиевой оболочке: МКБАБ, МКБАБП, МКБАК. Кабели выпускаются емкостью: 7х4х1,2+6х0,9; 14х4х1,2+5х0,9.
3. Кабели с кордельно-стирофлексной изоляцией жил в свинцовой оболочке: МКСБ, МКСК. Кабели выпускаются емкостью: 4х4х1,2+5х0,9; 7х4х1,2+6х0,9.
4. Кабели с кордельно-стирофлексной изоляцией жил в алюминиевой оболочке: МКСАШп, МКСАБп, МКСАБпШп, МКСАКпШп.
5. Кабели с кордельно-бумажной изоляцией жил в свинцовой оболочке: МКБ, МКК. Кабели выпускаются емкостью: 4х4х1,2; 7х4х1,2.

При проектировании к укладке вдоль электрических железных дорог переменного тока выбирают марку магистрального кабеля с повышенной степенью защищенности от индуктивного влияния контактной сети. В этом случае предпочтение отдается кабелю с алюминиевой оболочкой, коэффициент экранирующего действия которого имеет меньшее значение (МКПАБ, МКБАБ, МКСАБп).

Выбор материала изоляции кабельных жил производится в зависимости от заданного диапазона частот. Электрические свойства изоляционных материалов существенно зависят от потерь энергии в диэлектрике, которые характеризуются соответствующим коэффициентом: тангенсом угла диэлектрических потерь.

Для воздушно-бумажной (кордельно-бумажной) изоляции тангенс угла диэлектрических потерь имеет большие значения (120∙10-4–200∙10-4) и значительные приращения этих значений с увеличением частоты, что ограничивает применение кабелей с кордельно-бумажной изоляцией на высоких частотах. При этом частотный предел уплотнения цепей для данных кабелей составляет 150 кГц. Для воздушно-полистироловой (кордельно-стирофлексной) и всех разновидностей полиэтиленовой (кордельно-трубчатой, пористо-полиэтиленовой) изоляции тангенс угла диэлектрических потерь имеет малые значения (3∙10-4 – 5∙10-4) и наблюдается небольшое приращение этих значений с увеличением частоты. Поэтому кабели с пластмассовой изоляцией жил имеют более высокий частотных предел уплотнения цепей, который достигает 300-500 кГц и более.

Вот почему кабели марок МКБАБ, МКБ используются только в случаях уплотнения кабельных цепей в диапазоне частот до 150 кГц, а кабели марок МКСБ, МКСАБп, МКПАБ – в спектре более высоких частот.

Выбор емкости кабеля определяется типом кабельной линии связи, а также необходимым количеством цепей, подлежащих уплотнению, и физических цепей для оперативно-технологической связи и железнодорожной автоматики и телемеханики. При этом следует учитывать, что для обеспечения всех указанных видов связи, автоматики и телемеханики требуется в целом не менее 28 двухпроводных цепей. При равных условиях необходимо отдать предпочтение кабелю меньшей стоимости.

В связи с этим выбираем кабель МКБАБ-7х4х1,2+6х0,9 – железнодорожный симметричный высокочастотный магистральный кабель связи, с броней из стальных лент и защитным покровом из кабельной пряжи, пропитанной битумом. Предназначен для прокладки в земле, в грунтах, не отличающихся химической агрессивностью. Строительная длина кабеля 850 метров.

3. Расчет опасных и мешающих влияний на цепи, расположенные в кабеле

Кабельные линии связи, имеющие сближение с тяговыми сетями электрических железных дорог и линиями электропередачи, подвержены их электромагнитному влиянию. По характеру воздействия электромагнитные влияния на цепи проводной связи разделяют на опасные и мешающие.

При оценке воздействия на линии связи тяговых сетей однофазного переменного тока и линий электропередачи с заземленной нейтралью производится расчет как опасных, так и мешающих влияний. Тяговые сети постоянного тока и линии электропередачи с изолированной нейтралью создают в цепях кабельных линий связи, как правило, мешающие влияния.

3.1. Расчет опасных влияний электрических железных дорог переменного тока

Определение опасных напряжений, обусловленных магнитным влиянием, на одном из концов провода расчетного участка цепи при условии заземления его на противоположном конце производят в основном для вынужденного режима работы тяговой сети.

Для кабельных цепей протяженностью менее 40 км и параллельной трассе сближения расчет опасного напряжения выполняется по формуле [11]:

U = 2πfM Iвл lэ Sр Sоб, В

где f – угловая частота влияющего тока при f=50 Гц; M – коэффициент взаимной индуктивности; Iвл – эквивалентный влияющий ток; Sр – коэффициент экранирующего действия рельсов; Sоб – коэффициент экранирующего действия металлических покровов кабеля.

После выполнения расчетов производится сравнение их результатов с нормой опасного напряжения, которая для вынужденного режима работы тяговой сети и аппаратуры уплотнения К-60п составляет 200 В, К-24-2 и К-12+12 – 300 В. Если расчетная величина индуктируемого напряжения превышает соответствующее допускаемое значение, необходимо предусмотреть защиту кабельной магистрали связи от опасного влияния.

Схема сближения расчетного плеча питания при вынужденном режиме работы тяговой сети с кабельной линией связи приведена на схеме 2.

[IMAGE_2] Рис. 2. Схема сближения расчетного плеча питания при вынужденном режиме работы тяговой сети с кабельной линией связи.

Расчетные данные: U=173,5 В. Так как 173,5 < 300, следовательно, опасное напряжение, индуктируемое в жилах кабеля, не превышает допустимое нормами значения 300 В.

3.2. Расчет мешающих влияний электрических железных дорог однофазного переменного тока

Расчет мешающих напряжений производится для нормального режима работы тяговой сети. При этом за плечо одностороннего питания тяговой сети принимается половина расстояния между тяговыми подстанциями. Если цепь связи подвержена влиянию двух тяговых плеч одностороннего питания, граничащих между собой в средней части или ближе к концу цепи связи, то для определения мешающего напряжения на этой цепи вычисляют напряжение шума от каждого тягового плеча в отдельности, после чего суммируют их по квадратичному закону.

На каналы низкой частоты мешающее влияние оказывают около двадцати гармонических составляющих тягового тока. Допустимое значение напряжения помех от влияния тяговой сети на один усилительный участок линии связи составляет: Uдоп = 1,0 мВ (для К-60п), где n – число усилительных участков низкочастотных цепей связи.

Если расчетное значение индуктируемого напряжения шумов превышает установленную норму, то необходимо применять защитные мероприятия.

Схема сближения линий при расчете мешающего влияния тяговой сети, работающей в нормальном режиме, приведена на схеме 3.

[IMAGE_3] Рис. 3. Схема сближения линий при расчете мешающего влияния тяговой сети, работающей в нормальном режиме.

Расчетное значение индуктируемого напряжения шумов превышает установленную норму, то необходимо применять защитные мероприятия.

3.3. Расчет мешающих влияний линий электропередачи

Расчет мешающего влияния симметричных трехфазных ЛЭП производится для нормального режима работы. В зависимости от разновидности ЛЭП и условий сближения определение псофометрического напряжения производится по формулам.

Схема сближения ЛЭП с линией связи при расчетах мешающих влияний приведена на схеме 4.

[IMAGE_4] Рис. 4. Схема сближения ЛЭП с линией связи при расчетах мешающих влияний.

Определение коэффициента взаимной индуктивности между цепями включает расчет эквивалентной ширины сближения, вспомогательных величин и использование графических зависимостей (рис. П.4 [1]).

При сложной трассе сближения результирующее напряжение шума определяется как сумма псофометрических напряжений от каждого участка косого сближения. Расчетное значение индуктируемого напряжения шума не превышает установленную норму.

4. Защита сооружений связи от опасных и мешающих влияний

Для защиты от опасного влияния линий электропередачи рекомендуются следующие мероприятия:

• Ограничение режима короткого замыкания ЛЭП (автоматическое быстродействующее отключение).
• Относ линии связи от ЛЭП на расстояние, при котором опасные влияния не превышают установленную норму.
• Повышение экранирующего действия металлических покровов кабеля.
• Применение разделительных трансформаторов.
• Применение разрядников и предохранителей.

Меры защиты от мешающего влияния линий электропередач:

• Транспозиция проводов ЛЭП.
• Применение сглаживающих устройств: резонансных контуров и фильтров.
• Относ линий связи от ЛЭП.
• Применение экранов.
• Симметрирование кабельных цепей.
• Применение запирающих катушек.
• Увеличение уровня полезного сигнала.

Для уменьшения мешающего влияния электрических железных дорог, кроме перечисленных выше мероприятий, применяют сглаживающие устройства (например, двухзвенный фильтр). Выбор мер защиты должен быть обоснован экономической целесообразностью.

Заключение

Курсовая работа представляет собой разработку и проектирование кабельной магистрали для организации многоканальной связи различного назначения.

Расчет опасных влияний электрических железных дорог переменного тока составил 217,9 В, следовательно, опасное напряжение, индуктируемое в жилах кабеля, не превышает допустимое нормами значения 300 В.

При расчете мешающих влияний электрических железных дорог однофазного переменного тока значение индуктируемого напряжения шумов превышает установленную норму, поэтому необходимо применять защитные мероприятия.

Расчет мешающих влияний линий электропередачи показал, что расчетное значение индуктируемого напряжения шума не превышает установленную норму.