Расчет опасных и мешающих влияний на цепи, расположенные в кабеле

 

При электротяге переменного тока опасные влияния на кабельные линии связи возникают при коротком замыкании контактного провода на землю или рельс и при вынужденном режиме. Расчет опасных влияний производится на частоте рабочего тока 50 Гц, с условием заземления жилы кабеля на противоположном конце.

Расчет опасных напряжений в жилах кабеля будем производить при вынужденном режиме (режим контактной сети, при котором одна из тяговых подстанций временно отключается и ее нагрузку принимают на себя две соседние с ней подстанции). Величина опасного напряжения будет определяться по формуле:

 

 

где  – циклическая частота влияющего тока частотой,  1/с;

– коэффициент взаимной индукции;   

– эквивалентный ток при вынужденном режиме работы контактной сети;

– длина участка сближения – гальванически неразделенного участка;

– общий коэффициент экранирования.

Определим  с достаточной для практических расчетов точностью:

 

 

где  – ширина сближения, =5…50 м;

– проводимость грунта, См/км;

– частота влияющего тока, Гц.

Пусть  = 10 м, тогда:

 

Эквивалентный ток – ток контактной сети, одинаковый на всей длине сближения, который индуктирует в жиле кабеля напряжение, аналогичное напряжению, возникающему при ступенчатом распределении токов в тяговой сети:

 

 

где  – коэффициент, характеризующий растекание эквивалентного тока в зависимости от количества поездов, одновременно находящихся в пределах плеча питания;

– результирующий ток плеча питания в вынужденном режиме.

 

 

где  – количество электровозов в пределах плеча питания;

– длина плеча питания тяговой сети при вынужденном режиме, ;

– максимальная потеря напряжения в тяговой сети, В;

– коэффициент мощности электровоза, ; ;

и  – активное и реактивное сопротивления тяговой сети, для двухпутного участка соответственно равные  ;                    

 

 

Коэффициент, характеризующий растекание эквивалентного тока:

 

 

где – расстояние от тяговой подстанции до начала участка, подверженного влиянию, 0,5 км.

 

 

Эквивалентный ток равен:

 

 

Общий коэффициент экранирования определяется по формуле:

 

 

где  – коэффициент экранирующего действия рельсов, ;

– коэффициент экранирующего действия заземленного троса,           ;

– коэффициент экранирующего действия металлической оболочки кабеля на частоте 50 Гц, .

 

 

Величина опасного напряжения равна:

 

 

Для рассматриваемой кабельной линии связи норма опасных влияний составляет 36В. Полученное значение величины индуцированного напряжения не превышает нормы и удовлетворяет нашему условию.

Расчет величины мешающего напряжения – псофометрического значения напряжения, в двухпроводной телефонной цепи тональной частоты производится применительно к ближнему концу усилительного участка этой цепи, при нормальном режиме работы контактной сети, состоящей из плеча одностороннего питания.

 

Результирующее воздействие определяется по формуле:

 

 

где  – коэффициент чувствительности двухпроводной цепи к помехам для 17 -й гармонической составляющей тягового тока;

 – коэффициент акустического воздействия 17-й гармонической составляющей тягового тока;

– среднеквадратическое значение напряжения на ближнем конце одиночного провода в подверженной влиянию двухпроводной цепи, мВ. Определяется по формуле:

 

 

где  – круговая частота k гармоники тягового тока;

– взаимная индуктивность между контактным проводом и жилой кабеля на частоте 17-й гармоники Гц,при условии определяется по формуле, Гн/км:

 

 

– ток 17-й гармонической составляющей в контактной сети, определяется по формуле:

 

 

где  – результирующий нагрузочный ток расчетного плеча одностороннего питания при нормальном режиме работы контактной сети, А;

– коэффициент несинусоидальности формы кривой тягового тока;

– коэффициент, зависящий от  и количества электровозов в пределах плеча питания;

– коэффициент, учитывающий изменения влияния в зависимости от числа электровозов в пределах плеча, определяется по формуле:

 

 

Ток 17-й гармонической составляющей равен:

 

 

Среднеквадратическое значение напряжения равно:

 

 

Результирующее воздействие составит:

 

 

Полученная величина результирующего напряжения не превышает нормативноезначение напряженияшума 1,5 мВ.Нормы по опасным и мешающим влияниям выполняются при удалении трассы кабеля на 10 м.

 

1.8Мероприятия по снижению опасных и мешающих влияний

При проектировании линий автоматики, телемеханики и связи необходимо размещатьих трассы так, чтобы избежать в цепях связи и СЦБ индуктированных напряжений и токов, превышающих допустимыенормативы. При невозможностивыполненияэтого по местным условиям, или экономическимсоображениям применяют меры защиты.

Меры защиты линий связи и СЦБ отопасных и мешающих влияний внешних источниковэлектромагнитныхполейможно разделить на две группы: меры, применяемые на линии связи и на влияющих линиях.

На линиях связи увеличивают расстояние между влияющей линией и кабелем, чтоспособствуетослаблениюдействующеговдоль линии влияющегоэлектромагнитногополя; применяют кабели с металлическими покровами, обладающимиповышенным экранирующим действием, или прокладываютвдоль кабеля хорошопроводящие заземленные тросы, чтоприводит к уменьшению индуктируемого напряжения и тока; включают разрядники между жилами и землей, чтоприводит к заземлению жилы при возникновении напряжений, превышающих напряжение зажигания разрядников; включают в двухпроводные цепи разделительные трансформаторы или дополнительные усилительные пункты, чтообеспечивает уменьшение длины гальванически не разделённого участка цепи и, следовательно, величины индуктируемой ЭДС; производятсимметрирование цепей с целью уменьшения коэффициентачувствительности к помехам.

На влияющих линиях устанавливают быстродействующиеавтоматы, сокращающие время отключенияповреждённой фазы; подвешивают на опорахвысоковольтных линий или прокладывают в земле вдоль линии высокопроводящие заземленные тросы; включают отсасывающиетрансформаторы; увеличивают электрическую проводимостьрельсов; повышают их изоляциюот земли.

 

1.9 Защита кабеля отпочвенной и электрокоррозии

Коррозия кабелей связи характеризуется разрушением их металлических оболочек, а также металлических защитных и экранирующих покровов вследствие взаимодействия металла с окружающей агрессивной средой или особого механического воздействия (вибрации).

Различают следующие основные виды коррозии: почвенную (электрохимическую), электрокоррозию (коррозию блуждающими токами) и межкристаллитную. В условиях эксплуатации могут воздействовать одновременно все три вида коррозии.

Для предохранения кабеля от почвенной коррозии необходимо трассу кабеля выбирать так, чтобы она не проходила в болотистых местах, обходила места скопления кислот, извести каменноугольных смол и шлаков, свалки мусора, районы стока загрязненных промышленных вод.

Если невозможно избежать прокладки кабеля в таких грунтах, то для защиты металлических оболочек кабелей используют изолирующие покрытия (поливинилхлоридные, полиэтиленовые и битумные) шлангового типа. Они герметичны, обеспечивают хорошую механическую защиту и защиту от коррозии; применяют кабельную канализацию в виде труб из асбоцемента, керамики и пластмассы, изменяют окружающую среду путем добавления к грунтовым водам веществ, замедляющих процесс коррозии. Для этого свинцовые кабели, прокладываемые в канализации, смазывают соответствующими смесями, состоящими из вазелина и химикатов. Кроме того, на эксплуатируемых кабельных линиях применяют магниевые протекторы и катодные установки.

Одним из основных мероприятий по защите кабеля от электрокоррозии на железных дорогах постоянного тока является ограничение утечки токов из рельсов в землю. Другим мероприятием является повышение переходного сопротивления между кабелем и окружающим его грунтом. С этой целью применяют изолирующие покровы (шланги), изолирующие муфты, электродренажи, катодные установки, протекторы, дополнительное заземление. Электродренаж представляет собой устройство для отвода блуждающих токов с оболочки и брони проложенного в земле кабеля в ту электрическую, которая создает эти токи.

Катодная защита применяется в местах с ясно выраженными анодными зонами на кабельных оболочках.

К мероприятиям, снижающим коррозию кабелей блуждающими токами, относятся также перепайка оболочки с броней кабелей в местах установки оконечных, промежуточных и тройниковых муфт, боксов, ящиков и кабелей между собой. Для контроля величины блуждающих токов устраивают контрольно-измерительные пункты.

От межкристаллитной коррозии защищаются кабели со свинцовой оболочкой. Для устранения или снижения межкристаллитной коррозии свинцовой оболочки кабели связи необходимо прокладывать не ближе 3 м от края автодороги и 5 м от крайнего рельса железной дороги. При повышенной вибрации (на мостах, дамбах, в тоннелях и т. п.) кабели прокладываются в алюминиевых или пластмассовых оболочках.

На мосту кабель прокладывают целым куском, так как в местах установки соединительных муфт межкристаллитная коррозия проявляется сильнее. Для снижения вибрации кабель прокладывают в коробках, наполненных песком, делают амортизационные прокладки из резины и т. п.

 

 

1.10 Организация строительства кабельной магистрали с учетом научной организации труда

Наиболее распространенным и высокоэффективным методом строительства кабельных и воздушных линий железнодорожной ав­томатики, телемеханики и связи является поточный метод производ­ства, заключающийся в последовательном (без перерывов) выполне­нии отдельных видов работ строительного комплекса специализиро­ванными строительно-монтажными подразделениями. Этот метод производства работ позволяет наиболее рационально использовать материально-технические и людские ресурсы, имеющиеся в распоря­жении строительно-монтажных организаций, и обеспечить высокое качество выполняемых строительно-монтажных работ за счет более высокого уровня руководства строительным процессом. Поточный метод ведения работ создает благоприятные условия для широкого внедрения в строительство бригадного подряда и других прогрес­сивных форм организации труда.

Для производства строительно-монтажных работ на объектах в строительных подразделениях организуют специализированные прорабские пункты и механизированные колонны по строительству воздушных и кабельных линий автоматики, телемеханики и связи, сооружению необходимых служебно-технических зданий и др. Про­рабские пункты и колонны работают под руководством производи­телей работ, которые подчинены старшему производителю работ (начальнику участка).

Применение механизмов при строительстве линий значительно повышает производительность труда, ускоряет выполнение работ и снижает их стоимость. Поэтому в строительстве широко используют разнообразные механизмы, а вручную работы выполняются, только если особенности местности не позволяют применять механизации.

Широкое применение строительной техники требует предвари­тельной подготовки трассы будущей кабельной или воздушной ли­нии связи. Ее надо расчистить от деревьев и кустарников, выровнять, из­бегая резких переломов профиля, крутых подъемов и спусков. При мерзлых и твердых грунтах необходимо разрыхлить полосу строительства, убрать крупные камни и глыбы грунта, выкорчевать пни.

Одновременно с подготовкой самой трассы необходимо наметить и расчистить подъезды к ней от дорог общего пользования, а также площадки для складирования материалов и сборки конструкций.

Научная организация труда (НОТ)начинается с составления перспективного плана организационных и технических мероприятий, рассчитанного на весь срок строительства линии связи.

План НОТ может содержать три части. В первую включают вопросы исследований и разработок, во вторую – внедрение технических и организационных мероприятий, в третью – реализацию мероприятий.

Составляется сетевой график, который согласовывается со всеми ответственными исполнителями, а затем подписывается работниками группы сетевого планирования и управления. После этого график становится основным документом, по которому ведется управление строительством.

 

1.11 Техника безопасности и охрана труда на строительных монтажных работах

Все работники, занятые на строительстве, эксплуатационном обслуживании и ремонте воздушных и кабельных линий связи и СЦБ, обязаны знать и неуклонно соблюдать методы безопасности ведения работ. Основные требования по технике безопасности изложены в Правилах техники безопасности и производственной санитарии при сооружении устройств СЦБ и связи. В отдельных случаях в зависимости от конкретных условий к указанным Правилам могут быть составлены дополнения.

Обучение технике безопасности и проверка знаний производятся согласно "Временным инструктивным указаниям о порядке инструктажа и обучения по охране труда работников транспортного строительства" в срок, не превышающий трех месяцев со дня оформления на работу.

Результаты проверки фиксируются в специальном журнале. Работающим вне производственных помещений после проверки выдаются удостоверения. Повторные проверки производятся ежегодно для работников, непосредственно занятых на строительстве и эксплуатации, а каждые два года - для ИТР. Без проверки знаний по технике безопасности никто не может быть допущен к самостоятельному ведению работ.

К самостоятельному выполнению работ по сооружению устройств СЦБ и связи допускаются лица: а) достигшие 18-летнего возраста; б) имеющие заключение медицинской комиссии о пригодности к данным роботам; в) сдавшие испытания по Правилам и Инструкции по технике безопасности в объемах, установленных для конкретных должностей и профессий.

Испытания рабочих производятся постоянно действующей комиссией в составе начальника строительно-монтажной организации (председатель), главного инженера по технике безопасности, прораба и председателя профсоюзной организации.

До начала работ руководитель работ должен тщательно проверить наличие и исправность инструмента, защитных средств, предохранительных приспособлений, лестниц, стремянок и т.п. Защитные диэлектрические средства должны проверяться в установленные специальными правилами сроки.

Особое внимание соблюдению правил техники безопасности необходимо уделять при выполнении более опасных работ, таких, например, как погрузка и разгрузка кабельных барабанов, железобетонных изделий, люков и других тяжелых предметов, рытье траншей и котлованов вблизи силовых кабелей и газопроводов, прокладка кабеля с плавсредств и со льда, на пересечениях с высоковольтными линиями и электрифицированными железными дорогами. Перед началом работ на особо опасных участках производится соответствующий инструктаж по технике безопасности. Лица, нарушающие правила техники безопасности, подвергаются дисциплинарным взысканиям, привлекаются к административной или судебной ответственности.

 

Воздушная линия связи

2.1 Определение класса и типа линии

К цепям, подвешенным на линии, в зависимости от их назначения, предъявляются эксплуатационные и технические требования. Различают 3 класса линий связи. Согласно заданию курсового проекта, ВЛС должна содержать только каналы дорожной и отделенческой связи. Соответственно, ВЛС на участке Д-Н относится ко 2 классу.

Механические характеристики линий и их детали определяются типами линий. В зависимости от метеорологических условий района прохождения трассы линии каждого класса могут быть следующих типов:

–О – облегченный;

–Н – нормальный;

–У – усиленный;

–ОУ – особо усиленный.

По заданию наибольшая толщина стенки льда гололеда равна 8 мм, следовательно, ВЛС относится к нормальному типу. Характеристика ВЛС типа ОУ приведена в таблице 5.

 

Таблица 5 – Характеристика ВЛС 2 класса типа ОУ

Тип линии	Эквивалентная толщина стенки льда гололеда,мм	Средняя длина пролета,м	Количество опор на 1 км линии,шт
Н	8	50	20

2.2 Выбор профиля опор

Профиль опоры – принятый на ней порядок расположения проводов, при которых сохраняются определенные расстояния между ними.

В настоящее время при сооружении линий связи, как правило, используются железобетонные опоры, отличающиеся большей долговечностью, а также устойчивостью к влаге, высоким и низким температурам.

Для удобства обслуживания и эксплуатации воздушной линии, цепи связи на опоре располагаются в определенном порядке. Все места на профиле нумеруются.

Для данного участка железной дороги имеют место следующие виды связи:

1 ПДС - поездная диспетчерская связь. Служит для переговоров поездного диспетчера со всеми раздельными пунктами, входящими в обслуживаемый им участок.

2 МЖС - поездная межстанционная связь. Служит для переговоров по вопросам движения поездов дежурных смежных раздельных пунктов.

3 ПС – постанционная связь. Предназначена для переговоров работников раздельных пунктов между собой.

4 ЛПС – линейно-путевая связь. Служит для осуществления оперативного руководства линейными работниками на дистанции пути и переговоров линейных работников между собой.

5 ЭДС – энергодиспетчерская связь. При помощи ЭДС осуществляется оперативное руководство подачей электроэнергии в контактную сеть.

6 ПГС – перегонная связь. Дает возможность линейным работникам, находящимся на перегоне, вести переговоры с дежурным по станции, с энерго- и поездным диспетчером.

7 ПРС – поездная радиосвязь.

8 ТУ и ТС – телеуправление тяговыми подстанциями и телесигнализация.

9 СЭМ - служебная связь электромехаников.

10 ВГС – вагонно-распорядительная связь. Предназначена для служебных переговоров работников отделения дороги со станциями по вопросам состояния вагонного парка.

Для цветных цепей используются биметаллические провода диаметром 4 или 5 мм.

 

Таблица 6 – Размещение цепей из цветного металла на опорах

Диапазон частот, кГц	Номера мест и профилей
	3а и 4
До 150	1, 2, 3, 4, 9, 12

 

Для уплотнения цепи дорожной связи в спектре частот 36-143 кГц используем аппаратуру В-12-3.

Выполним распределение цепей на профиле опоры согласно таблице из методического указания.

 

Таблица 7 – Примерное распределение цепей на профиле опоры

Наименование цепей	Места цепей на профиле опоры
Цепь дорожной связи	1, 4, 12
Цепь поездной диспетчерской связи (ПДС)	8
Цепь межстанционной связи (МЖС)	3
Цепь постанционной связи (ПС)	7
Цепь линейно-путевой связи (ЛПС)	10
Цепь электротяговой связи (ЭДС)	5
Цепь связи электромехаников (СЭМ)	9
Цепь перегонной связи (ПГС)	2, 6
Цепь ТУ-ТС	11, 15
Цепь отделенческой связи	Любые

Для распределения выбранных цепей связи используем 4-й профиль одинарных промежуточных опор.

Рассчитаем количество цепей для дорожной связи перед тем, распределением на опоре.

По заданию, число каналов дорожной связи на ответвлении Д-Н равняется 30, с запасом (20%) – 36.

36/12=3

Рисунок 7 – Профиль опоры

 

2.3 Определение длины опор и их количества по типам

 

Выбор устанавливаемых опор заключается в определении их типов, длины и глубины закопки. По назначению опоры ВЛС бывают промежуточными, угловыми, противоветровыми, оконечными, вводными, кабельными, контрольными. По конструкции опоры ВЛС делятся на одинарные, опоры с подпорами, опоры с оттяжками, П-образные опоры, полуанкерные, анкерные, опоры с ряжем. Наилучшими опорами являются опоры из железобетона, называемые стойками. Стойки изготавливают из напряженного железобетона, они имеют форму усеченного конуса.

Общее количество опор на участке Д-Н будет равно:

 

 

Количество угловых опор условно примем 1 на 1 км. Контрольные опоры устанавливают на станциях через 20-25 км. Оконечные опоры размещают в начале и в конце воздушной линии у вводов в здания. При переходе воздушной линии в кабельную, ставится кабельная опора. Для участка Д-Н количество угловых опор – 42, контрольных опор – 2, оконечных – 2 и 1 кабельная опора. Количество промежуточных опор будет равно:

 

 

Трасса линии

Проектная трасса линии определяется взаимным расположением пунктов, между которыми должна быть организована связь.

Необходимо обеспечить:

– наикратчайшее протяжение линии связи;

– наименьшее число препятствий;

– максимальное применение механизмов при строительстве;

– создание наибольших удобств при эксплуатации и обслуживании:

– наименьшие затраты по осуществлению защиты линии от установок сильного тока и атмосферного электричества.

Трасса должна проходить по участкам, имеющим законченную горизонтальную и вертикальную планировку; при наличии на участке высоковольтной линии автоблокировки воздушную или кабельную линию связи рекомендуется располагать по другую сторону пути.

При выборе трассы необходимо учитывать перспективы развития железнодорожных участков строительство вторых путей, развитие станций, строительство новых зданий, платформ и т. п., а также строительные нормы и правила по обеспечению минимальных расстояний от проводов и кабелей в линии различных устройств и сооружений: расстояние от нижней точки проводов линии связи до земли при максимальной стреле провеса на перегонах не менее 2,5 метров; на станциях 3 метра; при пересечениях железнодорожных путей расстояние от низшей точки проводов до головки рельса не менее 7,5 метров.

Трасса воздушной линии связи проходит по территории Ростовской области, справа от железнодорожного полотна, в полосе отвода.

Схема трассы линии представлена на чертеже ЛС 12.04.72.03 Э5