МОСКОВСКИЙТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
СВЯЗИ ИИНФОРМАТИКИ
Кафедра линийсвязи
Курсовойпроект
«МЕЖДУГОРОДНЫЕКАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ СВЯЗИ»
Выполнил: Карасев А.Н.
Студ. билет №1МС04027
Группа МС0403
Проверил: Зубилевич А.Л.
Москва 2007
Содержание
1. Задание
2. Введение
3. Характеристикаоконечных пунктов
4. Выбор трассыпроектируемой кабельной линии связи
5. Выбор типа кабеляи системы передачи
6. Конструктивныйрасчет кабеля
7. Расчет параметовпередачи
8. Расчет параметроввзаимного влияния
9. Размещениеусилительных пунктов по трассе
10. Расчет опасногомагнитного влияния ЛЭП на цепи кабелей связи
11. Мероприятия по защитеот коррозии, влияний ЛЭП и ЭЖД, а также от ударов молнии
12. Сметно-финансовыйрасчет
Заключение
Список использованной литературы
1. Задание
В соответствии сисходными данными индивидуального задания, а также по следующим данным:
Материал троса: алюминий
Сечение троса: S = 50 – 100мм²;
Эквивалентная удельнаяпроводимость земли: σ∙10ˉ³См/м,σ = 70, в курсовом проекте необходимо:
— Охарактеризоватьоконечные пункты.
— Выбрать трассупроектируемой кабельной линии связи.
— Выбрать тип кабеля исистему передач.
— Произвестиконструктивный расчет кабеля
— Рассчитать первичные ивторичные параметры передачи.
— Рассчитать первичные ивторичные параметры взаимного влияния, а также сравнить рассчитанные вторичныепараметры с существующими нормами.
— Разместить по трассеусилительные пункты.
— Произвести расчетопасного магнитного влияния ЛЭП на цепи кабелей связи.
— Определитьнеобходимость мероприятий по защите от влияний ЛЭП и ЭЖД, а также от ударовмолнии. Описать необходимые мероприятия. Описать меры защиты кабеля от коррозии(дренаж и катодные станции).
— Произвестисметно-финансовый расчет.
— Сделать заключение попроекту.
2. Введение
На современном этаперазвития общества в условиях научно-технического прогресса непрерывновозрастает объем информации. Теоретические и экспериментальные (статистические)исследования подтверждают, что количество требуемой продукции отрасли связи,выражающееся в объеме передаваемой информации, непрерывно растет. Этоопределяется необходимостью расширения взаимосвязи между различными звеньяминародного хозяйства, а также увеличением объема информации в технической,научной, политической и культурной жизни общества. Повышаются требования кскорости и качеству передачи разнообразной информации, увеличиваются расстояниямежду абонентами. Связь необходима для оперативного управления экономикой, атакже для работы государственных органов, для повышения обороноспособностистраны и удовлетворения культурно-бытовых потребностей населения.
Сеть связи страныстроится в соответствии с планом развития связи России. Электросвязьосуществляется на основе единой технической политики с максимальнойавтоматизацией и компьютеризацией с целью удовлетворения потребности населенияи народного хозяйства в передаче всех видов информации по всей территориистраны. Она объединяет в одно целое средства электрической связи всех ведомстви министерств, направляя их развитие по единому плану, а также все сетимагистральной, зоновой, сельской и городской связи, обеспечивая их развитие ведином автоматизированном комплексе с единой нумерацией и коммутацией. Этопозволит в перспективе каждому абоненту одного населенного пункта иметь связь слюбым другим абонентом другого населенного пункта страны.
Соединение междугороднойкабельной линией связи двух таких городов, как Рязань и Тула, являетсянеобходимым, так как это крупные областные центры, имеющие развитуюпромышленность и сельское хозяйство. Подробная характеристика городов будетприведена ниже.
Как уже отмечалось,обеспечение связью необходимо для нормального функционирования всех отраслейнародного хозяйства, а также для удовлетворения потребностей населения. Крометого, данная сеть будет являться одним из звеньев взаимоувязанной сети связистраны.
3. Характеристикаоконечных пунктов
Рязань— городв России, административный центр Рязанской области. Население 515,9 тыс.жителей (2005; в 1975 было 419 тыс., в 1970—350 тыс., в 1959—214 тыс., в 1939 −95 тыс.). Город расположен на правом берегу Оки (в 2 км от реки), при впадениив неё реки Трубеж. Крупная пристань на Оке, в 196 км от Москвы. Узелжелезнодорожных линий на Москву, Рузаевку, Ряжск. Аэропорт Турлатово.
В СоветскомСоюзе Рязань превратилась в крупный промышленный центр. В настоящее время городдаёт 60% валовой продукции промышленности области. До Великой Отечественнойвойны 1941-45 две трети его валовой промышленной продукции давали пищевая,лёгкая и деревообрабатывающая отрасли; после войны Рязань превратилась в важныйиндустриальный центр с преобладанием отраслей тяжёлой промышленности, главным образоммашиностроения. Крупнейшие предприятия: ОАО «Рязанский Станкостроительныйзавод»(металлорежущие станки), ЗАО «ПРО_САМ»(счетно-аналитическихмашин), ОАО «Рязанский завод автоагрегатов», ОАО «Тяжпрессмаш»,ОАО «Рязанский радиозавод», ЗАО «Рязанская нефтеперерабатывающаякомпания» (первичная обработка нефти), ОАО «Рязанский комбайновыйзавод» (сельхозтехника), ОАО «Теплоприбор», ОАО «Рязцветмет»,и другие. Предприятия лёгкой промышленности: швейная, обувная фабрики, ЗАО «Русскаякожа» и другие. Пищевая промышленность. Производство стройматериалов,деревообработка. В Рязанском районе выращивают зерновые и кормовые культуры,картофель, овощи, фрукты. Разводят крупный рогатый скот, свиней, птицу.
В Рязанинаходится Военный автомобильный институт, Высшее военное командное училищесвязи, Высшее военное командное десантное, Академия МВД, Политехнический институт,7 коммерческих институтов, сельскохозяйственная академия, радиотехническийуниверситет (РГРТУ), Рязанский государственный университет и медицинский университеты,11 средних специальных учебных заведений. Высшее Десантное Рязанское училище.
Насегодняшний день Рязань является не только промышленным, но и крупным научным икультурным центром, где бережно хранится богатое наследие прошлого. В 1995 годуРязань отметила900-летие.
Тула— город вРоссии, административный центр Тульской области, городской округ, расположен в193 километрах южнее Москвы на реке Упе, город-герой. Население 465 тыс. чел.(2005), в агломерации 650 тыс. чел (2005). Исторически сложилось так, что Тулабыла южным форпостом Москвы, на протяжении веков, отражавшим набеги иностранныхзахватчиков. Ни разу не был взят ими ни Тульский кремль, ни сам город. Издревлеоружейное производство было в Туле основным, налагая свой отпечаток на облик ихарактер города и области. Более четырех веков Тула известна как центроружейных ремесел и металлообработки. Сегодня Тульская область — это развитыйпромышленный регион. Металлургия представлена здесь двумя чугунолитейнымизаводами и 24 предприятиями среднего масштаба. Тульский оружейный завод,Тульский машиностроительный завод, КБП (Конструкторское бюро приборостроения),ОАО «Тульский патронный завод», АО «Комбайновый завод», НПО«Сплав», ОАО «Тулачермет», ОАО «Косогорскийметаллургический завод». Традиционно развитые машиностроение иметаллообработка в общем объеме промышленного производства составляют 21,9%,химия и нефтехимия — 20,8%, металлургия — 17,7%, электроэнергетика — 11,9%,пищевая и перерабатывающая — 13,0%, легкая промышленность — 3,9%.
В регионе действуетразвитая система профессионального образования — более восьмидесятипрофессиональных и средних профессиональных учебных заведений и 9 высшихучебных заведений.
Наиболееизвестными учебными заведениями города являются:
· Тульскийгосударственный университет (ТулГУ)
· Тульскийгосударственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого (ТГПУ)
· Тульскийартиллерийский инженерный институт
Имеются такжефилиалы ВУЗов из других регионов России:
· МосковскийУниверситет МВД России (до 2003 года Юридический институт МВД РФ) (ТФ МосУ МВД)
· МосковскийГосударственный Университет Культуры и Искусства
· РоссийскаяМеждународная Академия Туризма (РМАТ ТФ)
4. Выбортрассы проектируемой кабельной линии связи.
Между Тулой и Рязаньювозможна прокладка кабельной линии связи по множеству маршрутов. При выборетрассы кабельной магистрали следует исходить из сведения к минимумуматериальных затрат. Из экономических соображений (снижение строительных иэксплуатационных расходов) выгоднее прокладка кабельной линии вдольавтомобильных и грунтовых дорог. На основании изучении карты намечаем тривозможных варианта трассы между городами:
· 1)Тула – Узловая– Донской – Кимовск – Михайлов – Захарово – Рязань
· 2)Тула – Узловая– Донской – Кимовск – Михайлов – Александро-Невский – Ряжск – Искра – Рязань
· 3)Тула –Богородицк — Ефремов – Воскресенское — Данков – Лев Толстой – Чаплыгин –Александро-Невский — Ряжск — Искра — РязаньТрасса Протяженность Реки Водохр-ще Горы Болота ЭЖД ∑ 1 200 4 – – – 2 6 2 445 11 – – – 4 15 3 410 12 – – – 8 20
Для определенияоптимальной трассы сравним их. Видно, что оптимальный выбор – это трасса 1, т.к.у неё наименьшая протяженность и наименьшее число пересекаемых препятствий.
Таким образом, прокладкакабельной линии связи между городами Тула и Рязань будет осуществляться потрассе, проложенной вдоль магистральной автомобильной дороги и обозначенной накарте желтым цветом.
5. Выбор типа кабеля и системы передач
Виндивидуальном задании на курсовой проект заданы: кабель КМАБп–4 и система передачиК–3600.
Коаксиальныемагистральные кабели типа КМ-4 содержат четыре коаксиальные пары типа 2.6/9.4 ипять симметричных четверок. Коаксиальная пара типа 2.6/9.4 имеет внутренниймедный проводник диаметром 2.58 мм., внешний проводник в виде медной трубки спродольным швом, толщиной стенок 0.26 мм., изоляцию из полиэтиленовых шайб,экран из двух стальных лент, изоляцию из двух слоев бумажных лент.
КабельКМАБп-4 – это магистральный коаксиальный кабель в алюминиевой оболочке сзащитным покровом типа Бп (броня из двух стальных лент, с полиэтиленовымшлангом и наружным покровом из кабельной пряжи).
Областьприменения кабеля – грунты всех категорий, кроме грунтов, агрессивных поотношению к стальной броне.
СистемаК-3600 предназначена для получения пучков емкостью до 7200 каналов по кабелюКМ-4. По кабелю КМ-4 могут работать две коаксиальные системы передачи и однараспределительная, использующая симметричные пары. Линейный спектр системыК-3600: 812-17596 кГц.
6.Конструктивный расчет кабеля
Кабель КМАБп-4– это магистральный коаксиальный кабель в алюминиевой оболочке с защитнымпокровом типа Бп (броня из двух стальных лент, с полиэтиленовым шлангом инаружным покровом из кабельной пряжи).
Основныеконструктивные размеры кабеля КМАБп-4[2]:
Пояснаяизоляция: tпи = 0.7мм.
Диаметрсердечника по поясной изоляции: 28.6мм.
Толщинаалюминиевой оболочки: tоб =1.45мм.
Подклеивающийслой и п/э покрытие: 2.5мм.
Подушка подброню: tпод = 1.5мм.
Броня из двухстальных лент по 0.5мм.: tбр =1мм.
Наружныйпокров: tпок = 2мм.
Длякоаксиальной пары:
Диаметр жилсимметричных медных четверок: 0.9мм.
Диаметрвнутреннего медного проводника: 2.58мм.
Внутреннийдиаметр внешнего проводника: dв =9.4мм.
Толщина лентвнешнего проводника: 0.26мм.
Толщинавнешнего проводника: t =0.3мм.
Толщина лентыэкрана: 0.15мм.
Толщинаэкрана: tэ = 0.3мм.
Толщинаизоляции из двух слоев бумаги: tиз =0.3мм.
Определимдиаметр коаксиальной пары по формуле[2]:
Dкп = dв + 2*t + 2*tэ + 2*tиз,
Dкп = 9.4 + 2*0.3 + 2*0.3 + 2*0.3 =11.2мм.
Найдем диаметркабельного сердечника[2]:
Dкс = 2.41*Dкп
Dкс = 26.992мм.
Рассчитаемдиаметр кабеля по оболочке и защитным покровам[2]:
Dк = Dкс + 2*tпи +2*tоб + 2*(tпод + tбр + tпок)
Dк = 26.992 + 2* 0.7+ 2* 1.45 + 2*(1.5+ 1 + 2) = 40.292мм.
Чертеж кабеляКМАБп-4, выполненный в масштабе по результатам конструктивного расчета кабеля,представлен на рис.1
/>
Рис. 2.Кабель КМАБп-4 в разрезе
7. Расчетпараметров передачи
Параметрыпередачи характеризуют процесс распространения электромагнитной энергии вдольцепи и подразделяются на первичные и вторичные.
Первичныепараметры:
R – активное сопротивление цепи,Ом/км;
L – индуктивность цепи, Гн/км;
C – емкость цепи, Ф/км;
G – проводимость цепи;
/>
Вторичныепараметры:
γ = α+ j*β – коэффициентраспространения, 1/км;
α –коэффициент затухания, дБ/км
β –коэффициент фазы, рад/км;
Zв – волновое сопротивление, Ом;
v – скорость распространенияэлектромагнитных волн, км/с.
Расчетпараметров передачи производится на следующих частотах:
f1 = 812 кГц = 0.812*10^6 Гц
f2 = 4 МГц = 6*10^6 Гц
f3 = 8 МГц = 8*10^6 Гц
f4 = 12 МГц = 12*10^6 Гц
f5 = 17596 кГц = 17.6*10^6 Гц
где f2-f4 – заданные частоты для расчета параметров передачи; f1,f5 – граничные частоты линейного спектра системы передачиК-3600
а) Расчетпервичных параметров передачи
Активноесопротивление коаксиальной цепи складывается из сопротивлений центрального ивнешнего проводников и вычисляется по формуле[2]:
Здесь Ra – активное сопротивление внутреннегопроводника, Ом/км;
Rb – активное сопротивление внешнегопроводника, Ом/км;
f – частота, Гц;
ra = 1.29 мм – радиус внутреннегопровода;
rb = 4.7 мм – радиус внешнего провода.
Пример численногорасчета активного сопротивления приведем для частоты />
/>F, кГц R, Ом/км 0.812*10^6 37.213 4*10^6 82.593 8*10^6 116.805 12*10^6 143.056 17.6*10^6 173.249
Построимграфик зависимости активного сопротивления коаксиальной цепи от частоты R(f), а также укажем на нем существующие нормы Rin(fin)[5]:
/>
Графикпозволяет убедиться, что расчетные значения активного сопротивлениякоаксиальной цепи совпадают с нормами.
2.Индуктивность коаксиальной цепи определяется суммой внутренних индуктивностейпроводников La и Lb и внешней межпроводниковой индуктивности Lмп и вычисляется по формуле[2]:
/>
Здесь f – частота, Гц.
ra = 1.29 мм – радиус внутреннегопровода;
rb = 4.7 мм – радиус внешнего провода.
Примерчисленного расчета индуктивности приведем для частоты f1 = 0.812*10^6 Гц
/>
Результатырасчетов индуктивности на всех исследуемых частотах приведены в таблице 3
Таблица 3F, Гц L, Гн/км 0.812*10^6 2.659*10^-4 4*10^6 2.619*10^-4 8*10^6 2.609*10^-4 12*10^6 2.605*10^-4 17.6*10^6 2.602*10^-4
Построимграфик зависимости индуктивности коаксиальной цепи от частоты L(f), а также укажем на нем существующие нормы[5]:
/>
Из графикаследует, что расчетная индуктивность коаксиальной цепи немного ниже нормы.
3. Емкостькоаксиальной цепи определяется по формуле[2]:
/>, Ф/км
Здесь ra = 1.29 мм – радиус внутреннего провода;
rb = 4.7 мм – радиус внешнего провода;
εэ = 1.1 – эквивалентная диэлектрическая проницаемостькомбинированной изоляции[].
Примерчисленного расчета емкости приведем для частоты f1 = 0.812*10^6 Гц:
/>/>
Результатырасчетов емкости на всех исследуемых частотах приведены в таблице 4:
Таблица 4F, Гц С, Ф/км 0.812*10^6 4.727*10^-8 4*10^6 4.727*10^-8 8*10^6 4.727*10^-8 12*10^6 4.727*10^-8 17.6*10^6 4.727*10^-8
Построимграфик зависимости емкости коаксиальной цепи от частоты C(f), а также укажем на нем существующие нормы Сi = 46.9 нФ/км[5]:
/>
Из графикавидно, что расчетная емкость коаксиальной цепи немного выше нормы.
4.Проводимость изоляции коаксиальной цепи рассчитывается по формуле[2]:
/>
Здесь ω — круговаячастота, ω = 2*π*f;
C — емкость коаксиальной цепи, Ф/км;
tan(δэ) — эквивалентный тангенс угла диэлектрических потерь. Дляразличных частот его значения приведены в таблице 5:
Таблица 5F, Гц tan(δэ) 0.812*10^6 0.5*10^-4 4*10^6 0.5*10^-4 8*10^6 0.65*10^-4 12*10^6 0.7*10^-4 17.6*10^6 0.7*10^-4
Примерчисленного расчета проводимости изоляции приведем для частоты f1 = 0.812*10^6 Гц:
/>
Результатырасчетов проводимости изоляции на всех исследуемых частотах приведены в таблице6:
Таблица 6F, Гц G, См/км 0.812*10^6 1.206*10^-5 4*10^6 5.94*10^-5 8*10^6 1.188*10^-4 12*10^6 1.782*10^-4 17.6*10^6 2.614*10^-4
Построимграфик зависимости проводимости изоляции коаксиальной цепи от частоты G(f), а также укажем на нем существующие нормы Gi[5]:
/>
По графикуможно судить, что расчетные значения проводимости изоляции коаксиальной цепипочти совпадают с нормами.
б) Расчетвторичных параметров передачи
1. Волновоесопротивление коаксиального кабеля определяется по формуле[2]:
/>
Здесь L – индуктивность коаксиальной цепи,Гн/км;
C – емкость коаксиальной цепи, Ф/км.
Примеррасчета волнового сопротивления приведем для частоты f1 = 0.812*10^6 Гц:
/>
Результатырасчетов волнового сопротивления на всех исследуемых частотах приведены втаблице 7:
Таблица 7F, Гц Zв, Ом 0.812*10^6 74.999 4*10^6 74.431 8*10^6 74.294 12*10^6 74.233 17.6*10^6 74.186
Построимграфик зависимости волнового сопротивления коаксиальной цепи от частоты Zв(f), а также укажем на нем существующие нормы Zвi(fi)[5]:
/>
Из графикаследует, что расчетные значения волнового сопротивления коаксиальной цепи почтисовпадают с нормами.
2.Коэффициент затухания в коаксиальной цепи рассчитывается по формуле[2]:
/>
Здесь αм и αд – составляющие затухания за счет потерь энергии в металле и диэлектрике,дБ/км;
R – сопротивление коаксиальной цепи,Ом/км;
G – проводимость коаксиальной цепи,См/км;
L – индуктивность коаксиальной цепи,Гн/км;
C – емкость коаксиальной цепи, Ф/км.
Примерчисленного расчета коэффициента затухания приведем для частоты f1 = 0.812*10^6 Гц:
/>
Результатырасчетов коэффициента затухания на всех исследуемых частотах приведены втаблице 8:
Таблица 8F, Гц α, дБ/км 0.812*10^6 2.16 4*10^6 4.84 8*10^6 6.87 12*10^6 8.431 17.6*10^6 10.23
Построимграфик зависимости коэффициента затухания от частоты αi(fi), а также укажем на нем существующие нормы[5]:
/>
3. Коэффициент фазынаходится по формуле [6].
Приведём примерчисленного расчета для частоты f1=0.812*10^6 Гц
/>
/>
ω- круговая частота,ω=2∙π∙f;
С — емкость коаксиальнойцепи, Ф/км;
L — индуктивностькоаксиальной цепи, Гн/км.
Результаты расчетовкоэффициента фазы на всех исследуемых частотах приведены в таблице:f, Гц β, рад/км 0.812*10^6 18.088 4*10^6 88.43 8*10^6 176.522 12*10^6 264.58 17.6*10^6 387.828
/>
График позволяет наглядноубедиться, что расчетные значения совпадают с нормами.
4. Скоростьраспространения энергии в коаксиальной цепи определяется по формуле [6].
И приведём примерчисленного расчета для частоты fl =0,812*10^6 Гц
/>/>
С — емкость коаксиальнойцепи, Ф/км;
L — индуктивностькоаксиальной цепи, Гн/км.
Результаты расчетовскорости распространения энергии на всех исследуемых частотах приведены втаблице:f, Гц v, км/с ×10^5 0,812*10^6 2,821 4*10^6 2,842 8*10^6 2,848 12*10^6 2,85 17.6*10^6 2,851
Построим графикзависимости скорости распространения энергии в коаксиальной цепи от частоты:
/>
График позволяет наглядноубедиться, что расчетные значения совпадают с нормами.
8. Расчет параметроввзаимного влияния
Коаксиальная цепьидеальной конструкции принципиально не имеет внешних поперечных электрическогои магнитного полей, направленных радиально и тангенциально. Взаимные влияниямежду коаксиальными цепями обусловлены наличием продольной составляющейэлектрического поля Ez на внешней поверхности влияющей коаксиальной пары.Причем влияние между коаксиальными парами происходит через третью,промежуточную цепь, образованную их внешними проводниками.
В качестве первичногопараметра влияния рассматривается сопротивление связи Z12,называемое также взаимным сопротивлением и представляющее собой отношениепродольной составляющей электрического поля Ez на внешней поверхности внешнегопроводника к току I, протекающему в коаксиальной цепи.
Вторичными параметрамивлияния являются величины переходного затухания на ближнем конце А0,переходного затухания на дальнем конце Аl и защищенности на дальнем конце А3. Этивеличины позволяют оценить по абсолютной величине соотношения между мощностями,напряжениями и токами во влияющей и подверженной влиянию цепях, что удобноизмерять и нормировать на практике.
Расчет параметров взаимноговлияния производится на следующих частотах:№ f, Гц f1 0.812*10^6 f2 5*10^6 f3 8*10^6 f4 11*10^6 f5 17.6*10^6
f2-f4 — заданные частоты для расчетапараметров влияния;
f1, f5-граничные частоты линейного спектра системы передачи К-3600.
а) Расчет первичныхпараметров влияния
Сопротивление связи определяется по формуле [6].
И приведём примерчисленного расчета для частоты fl = 5*10^6 Гц:
/>
rb= 4,7 мм — внутренний радиус внешнегопровода;
rc= 5 мм — внешний радиус внешнегопроводника;
N — параметр, значениядля различных частот.
Результаты расчетовсопротивления связи на всех исследуемых частотах приведены в таблице:f, Гц Z12, Ом/км 0,812*10^6 0.624 5*10^6 0.624 8*10^6 0.624 11*10^6 0.624 17.6*10^6 0.624
Приведенное вышевыражение для сопротивления связи пригодно лишь для расчета замкнутыходнослойных внешних проводников коаксиальной цепи.
Реальная коаксиальнаяцепь имеет чаще всего внешний провод в виде медной трубки и стального экрана излент, наложенных спирально, поэтому сопротивление связи с учетом экранныхлент рассчитывается по следующей формуле[2].
И приведём примерчисленного расчета для частоты fl =5*10^6 Гц:
/>
Lz — продольная индуктивность, обусловленная спиральными стальными лентами[2]
/>
μ=150 –относительная магнитная проницаемость стального экрана [6]
hэ=10мм – шаг наложения экранных лент [2]
rc=5 мм — внешний радиус внешнегопроводника
tе=0,3 мм – толщина стального экрана
Li – внутренняя индуктивность стальныхлент
/>
Результаты расчетовсопротивления связи с учётом экранных лент на всех исследуемых частотахприведены в таблице:f, Гц Zэ12, Ом/км 0,812*10^6 0,386 5*10^6 0,386 8*10^6 0,386 11*10^6 0,386 17.6*10^6 0,386
б)Расчет вторичныхпараметров влияния
Для расчета вторичныхпараметров влияния в коаксиальных цепях необходимо определить значения полногосопротивления третей промежуточной цепи Z3, состоящих из собственных сопротивлений двух внешнихпроводников рассматриваемых коаксиальных цепей (Zвн) и индуктивного сопротивления промежуточной цепи. Величинаполного сопротивления Z3 зависит от конструкции и состояниявнешнего проводника коаксиальных пар. В реальных коаксиальных парах поверхвнешнего проводника накладывается экран состоящий из металлических лент, иизоляционный покров (из бумажных или полиэтиленовых лент). В этом случаесобственным сопротивлением внешних проводников Zвн пренебрегаем. Тогда Z3 вычисляется по формуле[2].
И приведём примерчисленного расчета для частоты fl =5*10^6 Гц:
/>
ω- круговая частота,ω=2∙π∙f;
Ls — индуктивность цепи, составленной из двух внешних проводников,
покрытых экранными лентамиL3Э и изолирующими покровами L3Д,Гн/км;
Мэ = 150 — относительная магнитная проницаемость экранных лент;
гс = 5 мм — внешний радиус внешнего проводника;
tэ = 0,3 мм — толщина стального экрана;
а=5,6 — половинарасстояния между центрами коаксиальных пар.
Результаты расчетовполного сопротивления третьей промежуточной цепи на всех исследуемых частотахприведены в таблице:f, Гц Zз, Ом/км 0,812*10^6 1.828i*10^4 5*10^6 1.125i*10^5 8*10^6 1.801i*10^5 11*10^6 2.476i*10^5 17.6*10^6 3.961i*10^5
На строительной длинекоаксиального кабеля переходное затухание на ближнем конце А0СДи защищенность на дальнем конце А3СД приблизительно равныи могут быть рассчитаны по следующим соотношениям[2].
И приведём примерчисленного расчета для частоты fl =5*10^6 Гц:
/>
Zв — волновое сопротивление коаксиальной цепи, Ом;
Z3 — полноесопротивление третьей промежуточной цепи, Ом/км;
Z212 — сопротивление связи с учетом экранных лент, Ом/км;
S = 0,5 км — строительнаядлина кабеля.
Результаты расчетовпереходного затухания на ближнем конце и защищенности на дальнем конце настроительной длине на всех исследуемых частотах приведены в таблице:f, Гц А0(з)СД, дБ 0.812*10^6 142.974 5*10^6 158.686 8*10^6 162.763 11*10^6 165.522 17.6*10^6 169.596
Для усилительного участкапереходное затухание на ближнем и дальнем концах и защищенность на дальнемконце определяются по следующим формулам [2].
И приведём примерчисленного расчета для частоты fl =5*10^6 Гц
/>
Zв — волновое сопротивлениекоаксиальной цепи, Ом;
Zs — полное сопротивлениетретьей промежуточной цепи, Ом/км;
Z212 — сопротивление связи с учетом экранных лент, Ом/км;
/> — коэффициент распространения, 1/км;
l = 3 км — длина усилительного участкакабеля [8].
Результаты расчетовпереходного затухания на ближнем и дальнем концах и защищенности на дальнемконце на усилительном участке на всех исследуемых частотах приведены втаблицах:
/>
Построим на одном графикезависимости переходного затухания на ближнем(A0yy), дальнемконцах(Alyy) и защищенности на дальнем конце(Aзyy) на усилительном участке от частоты:
в) Сравнение вторичныхпараметров с существующими нормами
По существующим нормамзащищенность на длине усилительного участка в используемом спектре частотдолжна быть не менее 110 дБ [2]. На графике выше указан требуемый уровень ивидно, что защищенность на дальнем конце на усилительном участке удовлетворяетнормам.
Величина переходногозатухания на дальнем конце превышает защищенность на величину собственногозатухания линии α∙l:f, Гц Азуу, дБ α∙l, дБ Аlуу, дБ 0,812*10^6 127,411 6.48 133.891 5*10^6 143.129 14.52 157.649 8*10^6 147.2 20.61 167.81 11*10^6 149.958 25.293 175.251 17,6*10^6 154,033 30.69 184,723
Следовательно, параметрывзаимного влияния полностью удовлетворяют нормам.
/>
9. Размещениеусилительных пунктов по трассе
Обслуживаемыеусилительные пункты (ОУП), оконечные пункты (ОП), переприемные пункты, какправило, располагаются в населенных пунктах. Необслуживаемые усилительныепункты (НУП) устанавливаются на возвышенностях, незатопляемых местах свозможностью организации к ним подъезда, c минимальным ущербом для плодородныхземель и т.п. В данном курсовом проекте задача размещения необслуживаемыхусилительных пунктов решается ориентировочно, так как НУП практически могутбыть размещены в любом месте в соответствии с ситуацией местности. Определимрасстояние между ними по следующему выражению [2]:
/>
aном = 31,37 дБ — номинальное значениезатухания усилительного участка, для системы передачи К-3600 [8];
0.9 дБ — затуханиеоконечных станционных трансформаторов [2],
at мак — километрическое затухание кабеля на наивысшей передаваемой частоте при максимальнойтемпературе грунта на глубине прокладки кабеля, дБ/км.
at мак вычисляетсяпо формуле:
/>
а20мак = 10,23дБ/км — коэффициент затухания при t = 20°С на наивысшей частоте для применяемойсистемы передачи;
t = +8°С — температурагрунта на глубине прокладки кабеля [2];
αα=1,96*10^-3-температурный коэффициент затухания [8].
Расстояние между двумясмежными ОУП называется секцией дистанционного питания Максимальная длинасекции ДП определяется количеством питаемых НУП [2]:
/>
nнуп — число НУП в секции ДП.(Максимальное число НУП в секции ДП равно 60.)
Протяженность трассы — 200 км. Поэтому необходимо между двумя ОП поставить
один ОУП. Расположим егов г. Кимовск.
Длина отрезка трассы Тула- Кимовск — 77 км;
отрезка трассы Кимовск — Рязань — 123 км.
На отрезке Тула — Кимовскбудет расположен
/>
на отрезке Кимовск –Рязань
/>
10. Расчет опасногомагнитного влияния ЛЭП на цепи кабелей связи
Влияние ЛЭП на линиисвязи обусловлено воздействием электромагнитного поля, при этом на кабели связис металлическими оболочками и на кабели, проложенные в земле с любымиоболочками, воздействует только магнитное поле. На линиях электропередачиразличают нормальный и аварийный режим работы. Наибольшие влияния возникают приаварийном режиме работы, например, при обрыве и заземлении провода одной из фазтрехфазной линии или при коротком замыкании на землю фазы ЛЭП с заземленнойнейтралью. При коротком замыкании на землю фазы ЛЭП с заземленной нейтральювозникает ток короткого замыкания, который оказывает на линии связи опасноемагнитное влияние.
Заданиемпредусматривается проведение расчета опасного магнитного влияния ЛЭП сзаземленной нейтралью при коротком замыкании одной из фаз ее на землю в точке,соответствующей концу усилительного участка, на цепи кабелей связи.
Сближение кабеля с ЛЭПимеет место на всем протяжении усилительного участка. Заданиемпредусматривается три участка косого сближения:
/>
Исходные данные длярасчета:
а1 = 100м;
а2 = 200 м;
аЗ = 100 м;
а4 = 300 м;
l1= 15 км;
l2= 5 км;
l3= 15 км;
Iкз = 6000 А
— ток короткого замыканияв ЛЭП при замыкании одного из проводов на землю;
σ = 70*10^-3 См/км
— эквивалентная удельнаяпроводимость земли;
Трос изготовлен изалюминия;
Трос сечения 50-100 мм2.
Определение опасногомагнитного влияния ЛЭП на цепи кабелей связи сводится к расчету продольной ЭДС,индуктируемой в жилах кабеля на длине участка сближения. Величина ЭДСопределяется по формуле [3]:
/>
ω — круговая частота, ω = 2*π*f
Iкз = 6000А, ток короткого замыкания вЛЭП при замыкании одного из проводов на землю;
m1 = 250*10^-6, Гн/км — коэффициент взаимоиндуктивностимежду проводами;
m2 = 250*10^-6,
m3 = 200*10^-6,
li — длина i-ro участка сближения, км;
Sтр = 0,65, коэффициент экранированиязаземленного троса на ЛЭП,
Воспользовавшись методом,предложенным в [3], найдем значения коэффициента экранирования оболочки научастке сближения для кабеля КМАБп-4:
Sоб1 = 0.055, Sоб2 = 0.055, Sоб3= 0.042
Рассчитаем:
/>
/>
Допустимая нормапродольной ЭДС на жилах кабеля при коротком замыкании фазы ЛЭП на землюопределяется по формуле [3]:
/>
Uисп — 3000 В — испытательное напряжениекоаксиального кабеля [3],
Uдп = 2000 В — напряжение дистанционногопитания для аппаратуры К-3600 [8].
Едоп = 2000 В.Очевидно, что величина продольной ЭДС, индуктируемой в жилах на длине участкасближения, превышает допустимое значение, следовательно, необходимо защищатькабель от опасного магнитного влияния на участке сближения с ЛЭП.
11. Мероприятия по защитеот коррозии, влияний ЛЭП и ЭЖД, а также от ударов молнии
Коррозия — процессразрушения металлических оболочек кабелей (свинцовых, стальных, алюминиевых), атакже защитных и экранирующих покровов (стальной брони, медных и алюминиевыхэкранов) вследствие химического, механического и электрического воздействийокружающей среды. Различают следующие виды коррозии: почвенную(электрохимическую), межкристаллитную (механическую) и электрокоррозию(коррозию блуждающими токами).
Коррозия оболочекприводит к потере герметичности кабелей связи, ухудшению их электрическихсвойств и в ряде случаев выводит кабель из строя. Разрушающее действие коррозиихарактеризуется следующими данными: 1А блуждающего в земле тока приводит кпотере в течение года 12 кг стали, 36 кг свинца, 100 кг алюминия.
В зависимости отхарактера взаимодействия оболочки кабеля и почвы, в которой он находится, атакже от прохождения блуждающего тока вдоль кабеля образуются анодные, катодныеили знакопеременные зоны. Анодной зоной называется участок кабеля, на которомон имеет положительный электрически потенциал по отношению к окружающей среде.В этой зоне токи стекают с оболочки, унося частицы металла и разрушая ее.Катодной зоной называется участок, на котором он имеет отрицательныйэлектрический потенциал по отношению к окружающей среде. В этой зоне токвтекает в оболочку, не создавая опасности ее разрушения. Знакопеременной зонойназывается участок, на котором имеет место чередование положительных иотрицательных потенциалов по отношению к земле.
Скорость коррозии зависитот тока, протекающего между анодом и катодом, и природы процессов.
Защитные меры от коррозииоболочек кабелей связи производятся как на установках электрифицированноготранспорта, так и на сооружениях связи. На электрифицированном транспортеосуществляют следующие меры защиты:
· уменьшаютсопротивление рельсов путем качественной сварки стыков;
· улучшают изоляциюрельсов от земли (полотно из гравия, щебня, песка);
· переполюсовываютисточники питания так, чтобы заземлялся минусовой электрод.
На сооружениях связитакими мерами защиты являются:
1. выбор трассы с менееагрессивным грунтом (песок, глина, суглинок, нежирный чернозем);
2. применение кабелей сгерметичными полиэтиленовыми шлангами поверх металлических оболочек(обязательно для алюминия и стали);
3. электрический дренаж (отэлектрической коррозии); катодные установки (от электрической и почвеннойкоррозии);
4. изолирующие муфты (отэлектрической коррозии); протекторные установки (от почвенной коррозии);
5. антивибраторыамортизирующие, рессорные подвески (от межкристаллитной коррозии).
Электрический дренаж,катодные и протекторные установки относятся к активным электрическим методамзащиты, остальные — к пассивным, осмотрим подробно дренаж и катодные станции.
Электрический дренаж — это отвод блуждающих токов с защищаемого кабеля посредством проводника. Дренажподключается к кабелю в середине анодное ‘ т. е там, где кабель имеетнаибольший положительный потенциал по отношению к земле. Блуждающие токи подренажному кабелю отводятся из оболочки защищаемого кабеля к рельсам или минусовойшине, питающей подстанции. В результате анодная зона на кабеле превращается вкатодную. При необходимости устанавливают несколько дренажей с тем, чтобы навсем сближении кабелей связи с ЭЖД оболочка имела отрицательный потенциал.Такие дренажи называются прямыми электрическими дренажами. Прямой электрическийдренаж имеет наибольший положительный потенциал по отношению к только вустойчивых анодных зонах, например при защите междугородного кабеля отблуждающих токов дистанционного питания. В зонах, где наблюдается изменениезнака потенциала оболочки относительно земли, применяют дренажи одностороннейпроводимости, так называемые поляризованные дренажи В дренажную цепь включаетсявентиль, диод или поляризованное реле, обладающее односторонней проводимостью.В результате ток течет только от оболочки кабеля к питающей подстанции ЭЖД. Длякабелей связи применяются поляризованные дренажи (рисунок ниже, где: 1-контактный провод, 2 – рельс, 3-кабель, 4 – дренаж).
/>
Принцип действия катоднойзашиты состоит в том, что к оболочке кабеля, имеющей положительный потенциал поотношению к земле (анодная зона), присоединяют отрицательный полюс отпостороннего источника тока, тем самым придавая оболочке отрицательныйпотенциал. Таким образом, напряжение источника тока переводит анодную зону наоболочке кабеля в катодную. Положительный полюс источника тока заземляют. Длякатодной защиты применяются катодные станции, представляющие собойвыпрямительное устройство с селеновыми выпрямителями или германиевыми диодами.
Для предохранениясооружении связи от внешних электромагнитных влияний проводится комплексзащитных мер как на влияющих линиях (ЛЭП, ЭЖД, радиостанциях), так и на линияхсвязи, подверженных влиянию. Перечень основных мероприятий приведен ниже:
/>
Катодная установкаИсточник внешнего влияния Характер влияния Мероприятия, проводимые в линиях влияющих связи ЛЭП Опасные и мешающие поля Е и Н 1. Автоматика 1. Относ трассы 2. Сглаживающие фильтры 2. Каблирование 3. Скрещивание и симметрирование 3. Экранирующие тросы 4. Экранирование 5. Разрядники и предохранители 6.Заземление 7. Нейтрализующие и редукционные трансформаторы ЭЖД Опасные и мешающие поля Н 1. Сглаживающие фильтры 1. Относ трассы 2. Каблирование 2. Отсасывающие трансформаторы. 3. Скрещивание и симметрирование 4. Экранирование 3. Увеличение проводимости изоляции рельсов 5. Разрядники и предохранители 6.Заземление Грозы Опасное поле Е – 1, Тросы 2. Каблирование 3. Каскады защиты 4. Разрядники и предохранители 5. Заземление Радиостанции Мешающие поля Е и Н 1. Выбор несущей частоты 1. Относ трассы 2. Каблирование 2. Относ радиостанции 3. Скрещивание и симметрирование 4. Фильтры и запирающие катушки
Рассмотрим основныемероприятия, которые необходимо провести на проектируемой линии связи.
Для защиты обслуживающегостанционного персонала и аппаратуры связи применяются защитные устройства,состоящие из разрядников и предохранителей. Эти устройства следуетустанавливать на входе в станцию. Схемы защиты для кабельной линии связипредставлены на рисунке (схема защиты кабельной линии (а) и ГТС(в) Р-350 –разрядник, СН-1 и ТК – 0,25 — предохранители):
/>
На междугороднейкабельной линии достаточно установить лишь один разрядник Р-35, РВ-500 или Р-4.Конструкция этих разрядников показана на рисунке (разрядники: а –двухэлектродный Р-350, б – трехэлектродный Р-35, в – двухэлектродный бариевыйРБ-280, г – малогабаритный Р-4):
/>
При прокладке кабелянеобходимо также учитывать влияние гроз. Необходимость грозозащиты подземногокабеля определяют расчетом по ожидаемому числу повреждений от ударов молнии на100 км трассы. Ожидаемое число может быть определено в зависимости от числагрозовых дней в году для каждой местности. При недостаточной грозостойкостикабеля его дополнительно защищают с помощью медных, биметаллических илистальных тросов. Тросы прокладывают выше кабеля на глубине, равной половинеглубины его залегания, но не менее 0,4 м. Расстояние между тросами 0,4—1,2 м.Тросы по всей длине через определенные интервалы должны иметь заземления.
Для защиты кабеля отвлияния высоковольтных линий (ЛЭП и ЭЖД) можно использовать редукционныетрансформаторы, способ подключения которых показан на рисунке:
/>
Кроме редукционныхтрансформаторов целесообразно применять отсасывающие трансформаторы. Первичнаяобмотка трансформаторной подстанции (ТП) включается последовательно вконтактный провод, вторичная обмотка — либо е отдельный, обратный провод,подвешиваемый на опорах контактной сети, либо последовательно в рельсы (рисунокниже, где (а) – трансформатор с обратным проводом, (б) – без него, 1- обратныйпровод, 2- контактный контактный, 3 — рельс):
Проектируемую магистральследует обеспечить системой заземления. Заземление — это устройство, состоящееиз заземлителей и проводников, соединяющих заземлители с электрическимиустановками.
/>
Заземлителем называютпроводник или группы проводников, выполненных из проводящего материала инаходящихся в непосредственном контакте с грунтом. Заземлители могут иметьразные формы: трубчатую, стержневую, листовую и т.п. По конструкции заземлителиделятся на вертикальные, горизонтальные, кольцевые, пластинчатые и глубинные.Для защиты кабеля следует применять линейно-защитное заземление.
12. Сметно-финансовыйрасчет
Дляоценки экономической эффективности проектирования варианта строительствакабельной линии связи использован один из важнейших технико-экономическихпоказателей – капитальные вложения. Величина капитальных вложении складываетсяиз затрат на линейные, станционные и гражданские сооружения.
Длину кабеля следуетбрать больше длинны трассы на 2%. Также следует учесть что для симметричногокабеля система связи двух кабельная [2]. Исходя из этого
Находим длину кабеля:
/>
Оптовая цена одного кмкабеля КМАБп-4 составляет [8] с = 300000 руб/км
Тогда стоимость кабелясоставит:
Соб = 204*300000 =61200000 (руб), Соб = 61.2 млн. руб.
Путемпропорциональных вычислений определяем стоимость всех технико-экономическихпоказателей:Показатель % Стоимость, млн. руб. Техническое задание 9,6 126,144 Жилищное строительство 5,8 82,254 Станционные сооружения 18,9 228,03
Линейные сооружения, в т.ч.
1) изыскание трассы
2) прокладка кабеля
3)стоимость кабеля
3) монтаж и измерения
4) защита 43,2 612,65 1,7 20,109 10,3 136,072 24,6 61,2 4,09 38,004 2,5 35,455 Необслуживаемые УП 22,5 319,089
ИТОГО 1659,007 млн. руб.
Определим величину удельныхзатрат, приходящихся на один канало-км [2]:
/>
Заключение
В курсовом проекте былрешен комплекс вопросов проектирования кабельной магистрали между городами Тулаи Рязань.
Были проведеныобоснования наличия кабельной линии связи между данными городами,охарактеризованы оконечные пункты с точки зрения их промышленного,сельскохозяйственного и экономического значения. Была выбрана трасса,обеспечивающая минимальные затраты на строительство и эксплуатацию линейныхсооружений.
В проекте была данакраткая характеристика используемого кабеля (КМАБп-4) и системы передач(К-3600), а также произведен конструктивный расчёт кабеля и построен рисунокпоперечного разреза кабеля с соблюдением масштаба. Произведен расчет первичныхи вторичных параметров передачи кабеля, построены частотные зависимостипараметров. Осуществлено сравнение рассчитанных параметров с существующиминормами, в результате которого сделан вывод о правильности произведенных расчетов.
В курсовом проекте такжебыли определены параметры взаимного влияния между цепями коаксиального кабеля впределах частотного диапазона системы передач К-3600. Анализ полученных данныхи сравнение их с нормами показывают, что произведенный расчет верен.
Затем было осуществленоразмещение усилительных пунктов по трассе. Так как протяженность трассы немногопревышает длину участка ОУП-ОУП, то в промежутке между оконечными пунктамиставится один ОУП. Также было найдено необходимое количество НУП.
Далее в курсовом проектесделан расчет опасного магнитного влияния на цепи кабельной линии связи ЛЭП напримере трех участков косого сближения линии связи с ЛЭП. Так как влияниепревышало нормы, то был сделан вывод о необходимости защиты кабеля.
Мероприятия по защитекабельной линии от коррозии, влияния ЛЭП и ЭЖД, а также от ударов молнии такжебыли описаны в проекте. Для оценки экономической эффективности строительствапроектируемой кабельной линии связи использован сметно-финансовый расчет, вкотором определена общая сумма капитальных вложений, размеры капитальныхвложений по конкретным технико-экономическим показателям, а также величинудельных затрат, приходящихся на один канало-км связи.
Список использованной литературы
1. Пособие по курсовомупроектированию кабельных линий связи (для специальности 0708)/ И.В.Куликова,В.М.Пименов.1976.
2. Методические указания длякурсового проектирования по курсу линии связи. (для специальности 0708). Часть1 / И. В. Куликова, В.М. Пименов. 1987.
3. Методические указания дляфакультета МЭС. Проектирование [пугооодных кабельных линий связи. Часть 2 /И.В. Куликова, В А Колесников, В.М. Пименов.1987.
4. Атлас автодорог России
5. Линии связи. Учебник для высшихучебных заведении / И.И. Гроднев, С.М.Верник, Л.Н. Кочановский .1995.
6. Задачник по курсу линии связи.Часть 2. Коаксиальные кабели связи / С.Н. Ксенофондов, Э.Л. Портов.1996.
7. Коаксиальные кабели связи / И.И.Гроднев, П.А. Фролов. 1983.
8. Internet.