27

Содержание

1. Введение

2. Выбор трассы магистрали.

3. Определение числа каналов на магистрали.

4. Выбор системы передачи и кабеля.

5. Исходные данные к проектированию магистрали.

6. Конструктивный расчет кабеля.

7. Расчет параметров передачи.

8. Размещение усилительных (регенерационных) пунктов на магистрали.

9. Расчет параметров взаимного влияния.

10. Расчет опасного магнитного влияния.

11. Определение необходимости защиты кабельной магистрали от ударов молнии.

12. Мероприятия по защите кабелей от внешних влияний.

13. Основные виды работ по строительству кабельной магистрали и потребные для строительства основные линейные материалы.

14. Заключение.

15. Список литературы.

1. Введение

С изобретением в 1835 году электрического телеграфа в истории человечества началась новая эпоха – эпоха электросвязи. Менее чем за 200 лет телекоммуникационные технологии прошли огромный путь – от громоздких и неуклюжих устройств, которыми могли пользоваться лишь государственные организации и немногие, наиболее обеспеченные частные лица, до глобальной инфраструктуры, обеспечивающей связь на всем земном шаре между самыми отдаленными его уголками. Огромная скорость, с которой распространяются электромагнитные волны, позволяет за ничтожные доли секунды преодолевать расстояния в десятки тысяч километров, передавая все виды информации: звук, неподвижные и подвижные изображения, компьютерные данные и т. д.

Изначально электрическая связь была проводной. Лишь в конце XIX века была открыта и использована возможность связи без проводов, посредством электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве. К настоящему времени беспроводные технологии получили исключительно широкое распространение. Однако, несмотря на использование самых современных средств, и методов обработки сигналов, беспроводные средства связи проигрывают по пропускной способности кабельным линиям и вряд ли когда-нибудь их превзойдут. Это связано с тем, что электромагнитный сигнал, распространяющийся в закрытой направляющей системе (в кабеле), находится в гораздо более выгодных условиях, чем радиосигнал в открытом пространстве. На него практически не оказывают воздействия сигналы других линий, он не подвержен влиянию погодных условий, искажениям за счет многолучевого распространения и т. д.

Вместе с тем, оборудование кабельной линии связи – чрезвычайно трудоемкое и дорогостоящее мероприятие. Многие километры кабеля необходимо закопать в землю либо проложить по каналам кабельной канализации. Дополнительные трудности возникают при преодолении водных преград, автомобильных и железных дорог. Также следует учесть, что на протяжении большей части истории электросвязи использовались исключительно металлические кабели, для изготовления которых применялись такие дорогостоящие металлы, как медь и свинец.

Магистральная сеть связи страны базируется на использовании кабельных, радиорелейных и спутниковых линий связи. Эти линии дополняют друг друга, обеспечивая передачу больших потоков информации любого назначения на базе использования цифровых и аналоговых систем передачи. Кабельные линии связи, обладающие высокой защищенностью каналов связи от атмосферных влияний и различных помех, эксплуатационной надежностью и долговечностью, являются основой сети связи страны. По кабельным сетям передается до 75% всей информации.

Наиболее эффективными являются коаксиальные кабели, которые позволяют передавать мощные пучки связи различного назначения. Быстрыми темпами внедряются на сетях связи оптические кабели, обладающие широкой полосой передачи, малым затуханием, высокой помехозащищенностью и не требующие для своего изготовления цветных металлов.

Сегодня решающими факторами при внедрении новых систем связи являются скорость передачи информации и обеспечение высокого качества передачи. Внедрение интеллектуальных сетей, ISDN, сетей подвижной связи требует создание систем передачи информации, удовлетворяющих самым современным требованиям.

Курсовой проект представляет собой разработку и проектирование кабельной магистрали для организации многоканальной связи между городами Тамбов – Курск.

2. Выбор трассы магистрали.

Согласно варианту задания №82 оконечными пунктами трассы магистрали являются города Тамбов и Курск.

Трасса прокладки кабеля определяется расположением оконечных пунктов. Все требования, учитываемые при выборе трассы, можно свести к трем основным: минимальные капитальные затраты на строительство; минимальные эксплуатационные расходы; удобство обслуживания.

Для соблюдения указанных требований, трасса должна иметь наикратчайшее расстояние между заданными пунктами и наименьшее количество препятствий, усложняющих и удорожающих строительство.

При рассмотрении возможных вариантов трасс прокладки кабеля можно выделить два основных варианта:

1) Вдоль трассы автомагистрали P119 по маршруту «Тамбов – Липецк», протяженностью 134 км. Далее вдоль трассы автомагистрали P119 по маршруту «Липецк – Большие Извалы», протяженностью 58 км. Далее вдоль трассы автомагистрали Е115 по маршруту «Большие Извалы – Задонск – Воронеж», протяженностью 106 км. Далее вдоль трассы автомагистрали Е38 А144 по маршруту «Воронеж – Курск», протяженностью 211 км. Количество пересечений с автомобильными и железными дорогами по всей трассе – 65 раз, количество переходов через реки – 28 раз.

2) Также, вдоль автомагистрали Р193 по маршруту «Тамбов – Воронеж», протяженностью 209 км. Далее вдоль трассы автомагистрали Е38 А144 по маршруту «Воронеж – Курск», протяженностью 211 км. Количество пересечений с автомобильными и железными дорогами по всей трассе –32 раза, количество переходов через реки – 7 раз.

Сравнение двух вариантов прохождения трассы приведем в таблице:

Характеристика трассы

Единицы измерения

1 вариант

2 вариант

Протяженность трассы

км

509

420

Количество переходов через:

шт.

- железные дороги

7

7

- автомобильные

дороги

58

25

- реки

28

7

Вывод: При рассмотрении предлагаемых вариантов очевидны преимущества второго варианта. Он по всем параметрам более экономичен, чем первый. Таким образом, выбираем трассу кабельной магистрали по второму варианту. В приложении приведена копия карты с указанием возможных вариантов трассы.

3. Определение числа каналов на магистрали.

Число каналов, связывающих заданные оконечные пункты, в основном зависит от численности населения в этих пунктах и степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи.

По результатам переписи населения в 1989 году численность населения оконечных пунктов (город + область) составляла: Тамбов – 1320 тыс. человек; Полтава – 1339 тыс. человек.

Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения определяется как:

Ht = Ho ∙ (1 +

Р

)

t

,

(3.1)

100

где Ho – народонаселение в 1989г., чел;

Р – средний прирост населения в денной местности, %

(принимается 2 – 3 %);

t – период, определяемый как разность между назначенным годом

перспективного проектирования и годом переписи населения.

Год перспективного проектирования принимается на 5, 10 или 20 лет вперед по сравнению с текущим годом. В курсовом проекте принимаем 5 лет вперед. Следовательно,

t = 5 +(tm – 1989),

где tm – год составления проекта.

t = 5 + (2010 – 1989) = 26 лет.

Численность населения в Тамбове:

Ht = 1320000 ∙ (1 +

2

)

26

=

2 209 тыс.чел.

100

Численность населения в Курске:

Ht = 1339000 ∙ (1 +

2

)

26

=

2 241 тыс. чел.

100

Количество абонентов, обслуживаемых оконечной АМТС, определяется численностью населения в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами 0,3 (30 телефонов на 100 человек населения) количество абонентов в зоне АМТС:

m = 0, 3 Ht (3.2)

Количество абонентов в зоне АМТС Тамбова:

mа = 0, 3 ∙ 2209000 = 663 тыс.чел.

Количество абонентов в зоне АМТС Курска:

mб = 0, 3 ∙ 2241000 = 673 тыс.чел.

Степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи зависит от

политических, экономических, культурных и социально-бытовых отношений между группами населения, районами и областями. Взаимосвязь между заданными оконечными и промежуточными пунктами определяется на основании статистических данных, полученных предприятием связи за предшествующие проектированию годы. Практически эти взаимосвязи выражают через коэффициент тяготения f1 ,который, как показывают исследования, колеблется в широких пределах (от 0,1 до 12%). В курсовом проекте принимаем f1 = 5%.

Учитывая это, а также и то обстоятельство, что телефонные каналы в междугородней связи имеют преобладающее значение, необходимо определить сначала количество телефонных каналов между заданными оконечными пунктами. Для расчета телефонных каналов используем приближенную формулу:

N тлф = α1 ∙ f 1 ∙ y ∙

mа ∙ mб

+ ß1 ,

(3.3)

mа + mб

где α1 и ß1 - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной

доступности и заданным потерям;

обычно потери задаются 5%, тогда α1 = 1,3; ß1 = 5,6;

f 1 – коэффициент тяготения; f 1 = 0,05 (5%)

y – удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним

абонентом, y = 0,05 Эрл.

Таким образом, число каналов для телефонной связи между Тамбовом и Курском равно:

N тлф = 1,3 ∙ 0,05 ∙ 0,05∙

663000 ∙ 673000

+ 5,6 =

1092 канала

663000 + 673000

Однако по кабельной магистрали организуются каналы и других видов связи, к которым относятся:

- каналы для телеграфной связи;

- для передачи проводного вещания;

- для передачи данных;

- для факсимильной связи (передачи газет);

- транзитной связи.

Каналы для организации связи различного назначения эквивалентны определенному числу телефонных каналов. Для курсового проекта примем, что эквивалентное число телефонных каналов для организации связи различного назначения равно рассчитанному выше числу каналов телефонной связи.

Тогда общее число каналов на магистрали равно:

Nоб = 2 ∙ Nтлф = 2 ∙ 1092 = 2184 канала (3.4)

4. Выбор системы передачи и кабеля.

Выбор системы передачи и кабеля производится в соответствии с рассчитанным общим числом каналов Nоб и исходя из технико-экономических соображений.

На магистральных и внутризоновых кабельных линиях связи используются, как правило, четырехпроводная схема организации связи, при которой различные направления передачи осуществляются по разным двухпроводным цепям в одном и том же спектре

частот. При этом способ организации связи по коаксиальному кабелю – однокабельный, т.е. цепи приема и передач расположены в одном кабеле, а по симметричному кабелю – двухкабельный, при котором цепи каждого направления передачи расположены в отдельном кабеле.

Поскольку рассчитанное число каналов Nоб = 2184, то выбираем цифровую систему передачи (ЦСП) с временным разделением каналов типа ИКМ-1920 и кабель типа КМ-4 с четырьмя среднегабаритными коаксиальными парами (КП).

При четырехпроводной однокабельной схеме организации связи по четырем коаксиальным парам (две в прямом и две в обратном направлении) будут работать две ЦСП типа ИКМ-1920. Всего будет организовано 3840 каналов, 1656 из них будут резервными (41%).

Параметры ЦСП типа ИКМ-1920:

скорость передачи – 140 Мбит/сек;

затухание усилительного (регенерационного) участка – 55 дБ;

расстояние между ОРП – 240 км.

5. Исходные данные к проектированию магистрали.

Диаметр центрального проводника среднегабаритной коаксиальной пары – d = 2,9 мм;

Эквивалентная диэлектрическая проницаемость – εэ = 1,07;

Испытательное напряжение изоляции симметричных четверок по отношению к оболочке – Uисп = 2,2 кВ;

Расстояние между участками сближения ЛЭП и ЛС – а1 = 65 м, а2 = 70 м, а3 = 130 м, а4= 110 м;

Длины участков сближения - ℓ1 = 10 км, ℓ2 = 4 км, ℓ3 = 6 км;

Ток короткого замыкания – I = 3,3 кА;

Средняя продолжительность гроз – Т = 45 ч;

Удельное сопротивление грунта – ρгр = 0,6 кОМ∙м;

Коэффициент экранирования троса – SТ = 0,36.

5. Конструктивный расчет кабеля.

Конструктивный расчет кабеля заключается в расчете размеров всех элементов, входящих в состав кабеля.

По заданному значению диаметра внутреннего проводника и исходя из нормируемого значения волнового сопротивления Zв = 75 Ом, определяется внутренний диаметр внешнего проводника.

Zв =

60

∙ ln

D

,

(6.1)

√ε

d

где ε - эквивалентная относительная диэлектрическая проницаемость изоляции;

d – диаметр внутреннего проводника, мм;

D – внутренний диаметр внешнего проводника, мм.

Значение D определяется при Zв = 75 Ом по формуле (6.2) в мм:

Zв√ε

D = d ∙ e

60

(6.2)

Следовательно, внутренний диаметр внешнего проводника равен:

75√1,07

D =2,9 ∙ e

60

= 10,57 мм

Для коаксиальных пар среднего размера применяется шайбовая полиэтиленовая изоляция. Наружный диаметр КП определяется по формуле:

Dкп = D + 2 ∙ (t + tэ + tu), (6.3)

где t – толщина внешнего проводника, мм; t = 0,3

tэ – общая толщина экрана из двух стальных лент, мм; tэ = 2 ∙ 0,15

tu – толщина изоляционного слоя поверх экрана, мм. Изоляция выполнена из двух

лент бумаги К-120 толщиной по 0,12 мм каждая. tu = 2∙ 0,12

Dкп = 10,57 + 2∙ (0,3 + 2∙ 0,15 + 2∙ 0,12) = 12,25 мм

Схема расположения коаксиальных пар.

Диаметр скрученного сердечника, состоящего из четырех КП одинакового размера определяется по формуле:

Dскр = 2,41 ∙ Dкп = 2,41 ∙ 12,25= 29,52 мм (6.4)

Коаксиальный кабель типа КМ-4 содержит пять симметричных групп. Диаметр симметричной группы кабеля, содержащего четыре КП одинакового размера будет составлять:

dc = 0,41∙ Dкп = 0,41 ∙ 12,25 = 5,02 мм (6.5)

Определяем диаметр изолированной жилы симметричной группы:

du =

dc

=

5,02

= 2,08 мм

(6.6)

2,41

2,41

Диаметр токопроводящей жилы определяем как половину общего диаметра жилы:

do = 0,5 ∙ du = 0,5 ∙ 2,08 = 1,04 мм (6.7)

Поскольку dо>0,7 мм, то в качестве симметричной группы используем четвертку.

Толщина изоляции жилы: tu = 0,5∙do = 0,5∙1,04 = 0,52 мм

Диаметр кабельного сердечника с поясной изоляцией:

Dкс = Dскр + 2 ∙ n ∙ ∆n, (6.8)

где n – число лент поясной изоляции;

∆n – толщина одной ленты, мм.

В качестве защитной оболочки кабеля применим алюминиевую оболочку, обладающую рядом преимуществ, таких как легкость, дешевизна и высокие экранирующие свойства. Для кабеля с алюминиевой оболочкой поясная изоляция выполняется из 6 – 8 лент кабельной бумаги К-120, толщиной 0,12 мм каждой ленты. Итак, диаметр кабельного сердечника равен:

Dкс = 29,52 + 2 ∙ 8 ∙ 0,12 = 30,96 мм

По определенному по формуле (6.8) диаметру кабельного сердечника под оболочкой определим толщину гладкой алюминиевой оболочки из [1,табл.3.5]. Толщина алюминиевой оболочки в нашем случае tоб = 1,45 мм.

Поскольку алюминий подвержен электрохимической коррозии, алюминиевую оболочку надежно защищают полиэтиленовым шлангом с предварительно наложенным слоем битума.

В курсовом проекте для кабельной магистрали используются магистральные коаксиальные кабели трех видов:

1) голые, для прокладки в кабельной канализации;

2) бронированные стальными лентами, для прокладки непосредственно в грунт;

3) бронированные круглыми проволоками, для прокладки через судоходные реки.

Диаметр голого кабеля определяем по формуле:

Dк = Dкс + 2tоб + 2tш = 30,96 + 2 ∙ 1,45 + 2 ∙ 3 = 39,86 мм (6.9)

где tоб – толщина оболочки голого кабеля, мм;

tш – толщина полиэтиленового шланга определенная из [1,табл.3.6], tш = 3 мм.

Диаметр бронированного кабеля определяем по формуле:

Dк = Dкс + 2tоб + 2(tпод + tбр + tнар), (6.10)

где tоб – толщина оболочки бронированного кабеля, мм. Для кабеля бронированного

стальными защитными лентами tоб = 1,4 мм;

tпод – толщина подушки под броней (1,5 – 2 мм);

tбр – общая толщина брони, tбр = 1 мм - толщина брони из двух оцинкованных стальных

лент, толщиной 0,5 мм каждая;

tнар – толщина наружного защитного покрова (2 мм).

Dк = 30,96 + 2 ∙ 1,4 + 2(2 + 1 + 2) = 43,76 мм

Для прокладки через судоходные реки применяется кабель бронированный круглыми проволоками диаметром tбр = 4 мм., tоб = 2 мм.

Диаметр кабеля бронированного круглыми проволоками:

Dк = 30,96 + 2 ∙ 2 + 2(2 + 4 + 2) = 50,96 мм

Чертеж поперечного разреза кабеля.

Таким образом, в курсовом проекте используем следующие типы кабелей:

1). КМАШп-4 с четырьмя среднегабаритными коаксиальными парами с шайбовой полиэтиленовой изоляцией в алюминиевой оболочке с защитным покровом типа Шп, для прокладки в кабельной канализации.

2). КМАБпШп-4 с четырьмя среднегабаритными коаксиальными парами с шайбовой полиэтиленовой изоляцией в алюминиевой оболочке, бронированный стальными лентами с защитным покровом типа БпШп, для прокладки в грунт.

3). КМАКпШп-4 с четырьмя среднегабаритными коаксиальными парами с шайбовой полиэтиленовой изоляцией в алюминиевой оболочке, бронированный стальными проволоками с защитным покровом типа КпШп, для прокладки через судоходные реки.

7. Расчет параметров передачи.

Расчет первичных (R, L, C, G) и вторичных (α, ß, Zв, Vф) параметров передачи выполняется для пяти значений частот.

Параметры передачи для ЦСП рассчитаем на частотах: 0,1ƒт; 0,25ƒт; 0,5ƒт; 0,75ƒт; ƒт . Для ЦСП скорость передачи в кбит/с равна тактовой частоте ƒт системы передачи в кГц. Для выбранной в проекте ЦСП ИКМ-1920 ƒт = 140 МГц.

Таким образом, параметры передачи необходимо рассчитать на частотах:

0,1ƒт = 14 МГц;

0,25ƒт = 35 МГц;

0,5ƒт = 70 МГц;

0,75ƒт = 105 МГц;

ƒт = 140 МГц.

Расчет первичных параметров передачи коаксиальных пар из меди производится по следующим формулам:

• активное сопротивление, в Ом/км

R = 0,0835 ∙ (

1

+

1

)∙ √ƒ ,

(7.1)

D

d

где D = 10,57 мм – внутренний диаметр внешнего проводника КП;

d = 2,9 мм – диаметр внутреннего проводника.

• индуктивность, в Гн/км

L = [ 2∙ln

D

+

133

(

1

+

1

)] ∙ 10 ^{- 4}

(7.2)

d

√ƒ

d

D

• рабочая емкость, в Ф/км

С =

εэ ∙ 10 ^{- 6}

(7.3)

18 ln D/ d

где εэ = 1,07

• проводимость изоляции, в См/км

G = ω ∙ C ∙ tgэ, (7.4)

где значения tgэ возьмем из [1.табл.5.3].

Вторичные параметры передачи рассчитываем по формулам, приведенным в [1.табл.4.6] для высоких частот, а фазовую скорость – по формуле [1. 4.42]:

• коэффициент затухания, в дБ/км:

α = (

R

√

C

+

G

√

L

) ∙ 8.69

(7.5)

2

L

2

C

• коэффициент фазы, в рад/км

ß = ω√LC = 2ƒ∙ √LC (7.6)

• волновое сопротивление, Ом

Zв = √

L

(7.7)

C

• фазовая скорость, км/с

Vф =

1

(7.8)

√LC

Все результаты расчетов параметров передачи приведены в таблице 7.1

таблица 7.1

ƒт, мГц

14

35

70

105

140

R, Ом/км

137,29

217,07

306,99

375,98

437,15

L, мГн/км

0,2602

0,25964

0,2593

0,2592

0,2591

C, нФ/км

46

46

46

46

46

G, мСм/км

0,28

0,70

1,62

2,43

3,23

α, дБ/км

8,02

12,78

18,29

22,55

26,36

ß, рад/км

304,17

759,61

1518,23

2276,90

3035,29

Zв, Ом

75,20

75,12

75,07

75,06

75,05

Vф, км/ с

289046,31

289357,86

289547,5

289603,35

289659,23

По результатам расчетов строим графики частотной зависимости параметров передачи цепи коаксиальной пары.

На рис.7.1 показана частотная зависимость активного сопротивления коаксиальной пары. Из рисунка видно, что с ростом частоты активное сопротивление закономерно возрастает за счет поверхностного эффекта и эффекта близости.

Рис.7.1 Частотная зависимость активного сопротивления коаксиальной пары.

Зависимость индуктивности от частоты показана на рис. 7.2. Индуктивность коаксиальной цепи с увеличением частоты уменьшается. Это обусловлено уменьшением внутренней индуктивности за счет поверхностного эффекта.

Рис.7.2. Частотная зависимость индуктивности коаксиальной пары.

Емкость коаксиальной цепи от частоты не зависит.

На рис.7.3. показана частотная зависимость проводимости изоляции. Проводимость изоляции с ростом частоты линейно возрастает. Величина ее зависит в первую очередь от качества диэлектрика,, используемого в кабеле и характеризуется величиной угла диэлектрических потерь tg.

Рис.7.3. Частотная зависимость проводимости изоляции коаксиальной пары.

На рис.7.4. показана частотная зависимость коэффициента затухания. Коэффициент затухания с ростом частоты закономерно возрастает за счет возрастания активного сопротивления коаксиальной пары и увеличения проводимости изоляции, а также за счет шунтирующего воздействия емкости.

Рис.7.4. Частотная зависимость коэффициента затухания коаксиальной пары.

На рис.7.5. показана частотная зависимость коэффициента фазы ß. Коэффициент фазы с ростом частоты возрастает почти по прямолинейному закону, так как согласно приведенной выше формуле является функцией трех величин – частоты, емкости и индуктивности, из которых две (емкость и индуктивность) в рассматриваем диапазоне частот, практически неизменны.

Рис.7.5. Частотная зависимость коэффициента фазы коаксиальной пары.

На рис.7.6. показана частотная зависимость волнового сопротивления коаксиальной цепи. Волновое сопротивление с ростом частоты уменьшается и в основном определяется параметрами изоляции и конструкцией кабеля (отношением диаметров внутреннего и внешнего проводников).

Рис.7.6. Частотная зависимость волнового сопротивления коаксиальной пары.

На рис.7.7. показана частотная зависимость скорости распространения электромагнитной энергии по коаксиальным парам. Скорость распространения электромагнитной энергии с ростом частоты стремится к пределу, определяемому свойствами изоляции. Для выбранной изоляции скорость распространения электромагнитной энергии почти приближается к скорости света в воздухе.

Рис.7.7. Частотная зависимость скорости распространения электромагнитной энергии по коаксиальным парам.

8. Размещение усилительных (регенерационных) пунктов на магистрали.

Линейный тракт ЦСП содержит передающее и приемное оборудование линейного тракта, регенерационные участки линии и регенерационные пункты, предназначенные для восстановления первоначальной формы, амплитуды и временных положений импульсов.

Большинство промежуточных усилительных и регенерационных пунктов являются необслуживаемыми (НУП и НРП) и только часть этих пунктов является обслуживаемыми (ОУП и ОРП). Необслуживаемые пункты питаются дистанционно по тем же цепям, по которым передаются и линейные сигналы.

Размещение ОРП производится по возможности в крупных населенных пунктах, где они могут быть обеспечены электроэнергией, водой, топливом, условиями для обслуживающего персонала.

НРП размещаются через участки с примерно равным затуханием с таким расчетом, чтобы в любой точке передачи разность между уровнем сигнала и помех не превышала допустимого значения.

При работе ЦСП максимум энергии в линии сконцентрирован в области частот, прилегающих к полутактовой частоте цифрового сигнала, поэтому расчет длины регенерационного участка ЦСП производим по формуле, в км:

ℓру ср =

S – 1,3

, (8.1)

αtn

где S – усилительная способность промежуточного корректирующего усилителя

регенератора, численно равная затуханию регенерационного участка.

Для ЦСП ИКМ-1920 затухание регенерационного участка равно 55 дБ.

αtn – коэффициент затухания на полутактовой частоте (ƒ = 0,5 ƒт) при

среднегодовой температуре на глубине прокладки кабеля.

1,3 дБ – затухание станционных устройств.

Рассчитанный в предыдущем разделе коэффициент затухания цепей кабеля соответствует температуре 20ºС (α20). Значение коэффициента затухания при температуре tºС (αt) на глубине прокладки кабеля определяем по формуле, в дБ/км:

αt = α20 ∙ [1 – αα ∙ (20 – t)] , (8.2)

где αα – температурный коэффициент затухания, значение которого для расчетов

в курсовом проекте можно принять равным (2 ∙ 10ˉ³) ¹/град.

t - среднегодовая температура на глубине прокладки кабеля, t ≈ 7,5ºС

Коэффициент затухания на полутактовой частоте (при t = 20 ºС) α20 = 18,29 дБ/км

Коэффициент затухания на полутактовой частоте при среднегодовой температуре на глубине прокладки кабеля равен:

αtn = 18,29∙ [1 – 2 ∙ 10ˉ³ ∙(20 – 7,5)] = 17,83 дБ/км

Длина регенерационного участка ЦСП:

ℓру ср =

55 – 1,3

= 3,01 км

17,83

Построим схему размещения РП на магистрали с нумерацией всех РП. Нумерация ОРП ведется: от административного центра высшего назначения к административному центру низшего назначения; на магистралях, соединяющих административные центры одинакового значения, с севера на юг. В нашем случае нумерация ведется от Тамбова до Курска.

Исходя из допустимого расстояния между обслуживаемыми регенерационными пунктами (для ЦСП ИКМ-1920 – 240 км), разбиваем трассу кабельной линии на 2 участка:

- Тамбов – Воронеж( 209 км)

- Воронеж – Курск ( 211 км)

Размещение регенерационных пунктов на магистрали представлено на рис. 8.1.

Рис.8.1. Схема размещения РП на магистрали.

9. Расчет параметров взаимного влияния.

В курсовом проекте необходимо рассчитать переходное затухание на ближнем конце Ао и защищенность на дальнем конце Аз на длине регенерационного участка на тех же пяти частотах, на которых рассчитаны параметры передачи.

Взаимные влияния между коаксиальными парами определяются конструкцией внешнего проводника коаксиальных пар.

Сопротивление связи, в Ом/км

Z12 =

/N/ ∙ 10 ⁶

, (9.1)

 √(D (D + 2t))

где /N/ - коэффициент рассчитываемый как

/N/ =

2К

∙ е ^{-kt /√2} , (9.2)

σ

где К – коэффициент вихревых токов, для меди, в 1/мм; К = 0,021√f

t – толщина внешнего проводника, мм;

σ – удельная проводимость материала внешнего проводника,

для меди σ = 57 ∙ 10³ См/мм

Сопротивление связи с учетом экрана, в Ом/км

Z12э = Z12∙

Lz

, (9.3)

Lz + Lвн

где Lz – продольная индуктивность спиральных стальных лент, в Гн/км

Lz = 2 ∙ 10^-4∙ μ ∙ (D + 2t)∙

tэ

, (9.4)

h²

где μ – относительная магнитная проницаемость стальных лент ( μ≈100)

tэ – общая толщина экранных стальных лент, мм

h – шаг наложения спиральных стальных лент ( h≈10)

Lвн – внутренняя индуктивность стальных лент, в Гн/км

Lвн = 2 μ ∙ 10^-4∙ ln

D + 2t + tэ

, (9.5)

D + 2t

Lвн = 2 ∙ 100 ∙ 10^-4∙ ln

10,57+2∙0,3+2∙0,3

=1,04 ∙ 10^-3 Гн/км

10,57+2∙0,3

Lz = 2 ∙ 10^-4∙ 100 ∙ (10,57+2∙0,3)∙

0,3

= 0,67 ∙ 10^-3 Гн/км

10²

Индуктивность третьей цепи, составленной из внешних проводников рассматриваемых коаксиальных пар, рассчитывается по формуле, в Гн/км:

L3э = 2 Lвн (9.6)

Сопротивление третьей цепи, составленной из внешних проводников рассматриваемых коаксиальных пар, рассчитывается по формуле, в Ом/км:

Z3 ≈ j w L3 (9.7)

Значения Ао и А3 для коаксиальных пар рассчитываются по формулам, в дБ:

Ао = 20 lg

4 Z3 Zв α

, (9.8)

Z²12э

где α - в Нп/км;

А3 = 20 lg

2 Z3 Zв

, (9.9)

Z²12э∙ ℓуу

где ℓуу – длина усилительного участка, км

Все расчеты произведем по приведенным выше формулам.

Результаты расчетов сведены в таблице 9.1

ƒ, мГц

0,1 ƒт=14

0,1 ƒт=35

0,1 ƒт=70

0,1 ƒт=105

0,1 ƒт=140

К, 1/мм

78,57

124,24

175,70

215,19

248,48

/N/

1,59∙10^-11

1,56∙10^-14

4,0∙10^-19

1,13∙10^-22

1,12∙10^-25

Z12,Ом/км

4,66∙10^-7

4,57∙10^-10

1,17∙10^-14

3,31∙10^-18

3,28∙10^-21

Z12э, Ом/км

1,82∙10^-7

1,79∙10^-10

4,58∙10^-15

1,29∙10^-18

1,28∙10^-21

Z3, кОм/км

182,8

457,1

914,3

1371,5

1828,7

Ао,дБ

333,89

439,67

593,6

711,44

810,67

А3,дБ

322,41

424,55

573,19

686,98

782,8

По результатам расчетов строим графики частотной зависимости параметров влияния.

Рис.9.1. Частотная зависимость параметров влияния.

На рис.9.1 показана частотная зависимость переходного затухания Ао между коаксиальными парами на ближнем конце и частотная зависимость защищенности А3 на дальнем конце на длине регенерационного участка. Из рисунка видно, что переходные затухания на ближнем и дальнем концах с ростом частоты возрастают, что определяется:

- закрытым характером электромагнитного поля коаксиальных цепей;

- убыванием интенсивности возбуждающего электромагнитного поля на внешней поверхности внешнего проводника вследствие поверхностного эффекта.

В [1.табл.6.4] приведены требуемые минимальные значения переходных затуханий на дальнем конце РУ и между цепями на частоте 250 кГц. Как видно из сопоставления данных в таблице требуемых значений переходных затуханий с рассчитанными, все цепи рассчитываемого кабеля можно оборудовать аппаратурой ИКМ – 1920.

10. Расчет опасного магнитного влияния.

На работу кабельных линий связи оказывает влияние ряд посторонних источников: линии электропередачи (ЛЭП), контактные сети электрофицированных железных дорог, атмосферное электричество (удары молнии), передающие электростанции. Указанные внешние источники создают в цепях кабельных линий связи опасные и мешающие влияния.

Необходимо оценить то опасное влияние, которое создает ЛЭП, на симметричные цепи, находящиеся в сердечнике бронированного кабеля.

Рассматриваемая ЛЭП представляет собой трехфазную линию передачи с заземленной нейтралью. Она работает на переменном токе с частотой f = 50 Гц. Опасное влияние возникает при нарушении нормального режима работы ЛЭП, например при заземлении провода одной из фаз в точке на конце усилительного участка. В этом случае в ЛЭП возникает ток короткого замыкания I, достигающий больших значений и оказывающий на линию связи опасное магнитное влияние.

Трасса сближения, показанная на рис.10.1 состоит из трех участков, длиной:

l1 = 10 км; l2 = 4 км; lз = 6 км;

и шириной сближения:

а1 = 65 м; а2 = 70 м; а3 = 130 м; а4 = 110 м.

Рис.10.1 Схема взаимного расположения ЛЭП и ЛС на участке сближения.

Продольная ЭДС, индуцируемая в симметричных цепях кабеля связи определяется по формуле, в В:

E = ω ∙ I ∙ m ∙ ℓ ∙ St ∙ Sk , (10.1)

где ω = 2 ∙ 50, рад/с;

I – ток короткого замыкания ЛЭП в конце усилительного участка, I = 3,3 кА;

m- коэффициент взаимной индукции между ЛЭП и линией связи, Гн/км;

ℓ - длина участка сближения, км;

St – коэффициент экранирования заземленного защитного троса ЛЭП; SТ = 0,36.

Sk – коэффициент экранирования оболочки кабеля.

Коэффициент взаимной индукции можно рассчитать по формуле, в Гн/км

m = (ln

2

+1) ∙ 10 ^{– 4} , (10.2)

1,75к∙аэкв

где к – коэффициент вихревых токов; к = √ω∙μгр∙σгр, 1/м;

μгр = μо = 4 ∙ 10 ^-7, Гн/км – абсолютная магнитная проницаемость грунта;

σгр – удельная проводимость грунта, в См/км; σгр = 1/ρгр =1/0,6∙ 10³=1,66∙ 10 ^-3

ρгр = 0,6 кОМ∙м - удельное сопротивление грунта;

аэкв – эквивалентная ширина сближения, в м

аэкв = √а1∙ а2

Для участка длиной l1 ширина сближения а1=65 м; а2=70 м.

м.

Коэффициент вихревых токов

1/м.

Коэффициент взаимной индукции для участка l1

Гн/км.

Километрическая ЭДС для участка l1

В/км.

Затем, по табл. 6 [4] определим коэффициент экранирования оболочки троса Sк для рассчитываемого кабеля. В нашем случае Sк=0,21.

После этого определим продольную ЭДС для участка сближения l1 по формуле, в В

(10.5)

В.

Определим километрическую ЭДС на участке сближения длиной l2.

Для участка длиной l2 ширина сближения а1=70 м; а2=130 м.

м.

Коэффициент взаимной индукции для участка l2

Гн/км.

Километрическая ЭДС для участка l2

В/км.

Коэффициент экранирования оболочки кабеля в данном случае

Sк=0,21.

Продольная ЭДС для участка l2

В.

Определим километрическую ЭДС на участке сближения длиной l3.

Для участка длиной l3 ширина сближения а1=130 м; а2=110 м.

м.

Коэффициент взаимной индукции для участка l3

Гн/км.

Километрическая ЭДС для участка l3

В/км.

Коэффициент экранирования оболочки кабеля в данном случае

Sк=0,21.

Продольная ЭДС для участка l3

В.

Продольная ЭДС, индуцируемая в симметричных цепях кабеля на всем участке косого сближения

В (10.6)

Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала, а также для предохранения от повреждений аппаратуры и линий связи установлены нормы допустимых величин для опасного влияния. Влияния при аварийных режимах бывают кратковременными, так как они исчезают с автоматическим отключением поврежденной линии в течение 0,15...1,2с.

По этой причине для этого вида влияния приняты относительно высокие допустимые напряжения. Так, для кабельной линии с дистанционным питанием усилителей по системе “провод - провод” переменным током с заземленной средней точкой источника питания, в В

. (10.7)

В курсовом проекте следует принять напряжение дистанционного питания

В.

Согласно варианту задания

исп =2,2 кВ.

1136,01≤ 2200 ─ 500/2

1136,01≤ 1950

В результате расчетов получено, что Е ≤ Едоп, это значит что дополнительные мероприятия по снижению опасных влияний ЛЭП на линии связи не нужны, опасное влияние отсутствует.

10. Определение необходимости защиты кабельной магистрали от ударов молнии.

Грозовые повреждения являются одним из самых серьезных повреждений кабельных линий связи. На вновь проектируемых междугородних кабельных линиях связи защитные мероприятия следует предусматривать по расчету на тех участках, где вероятная плотность повреждений превышает допустимую.

Вероятное число повреждений кабеля ударами молнии характеризуют плотностью повреждений. Под плотностью повреждений понимают общее количество отказов (повреждений с простоем связи), отнесенных к 100 км трассы в год.

Для определения плотности повреждений кабеля с металлическими защитными покровами необходимо знать следующие данные:

1. интенсивность грозовой деятельности Т=36 часов;

2. электрическую прочность изоляции жил по отношению к металлической оболочке Umax, В;

3. удельное сопротивление грунта гр=0,6 кОм м;

4. сопротивление внешних защитных металлических покровов постоянному току Ro, Ом/км.

Электрическую прочность изоляции Umax можно определить по формуле

В (11.1)

Сопротивление внешних металлических защитных покровов кабеля с алюминиевой оболочкой можно найти как сопротивление параллельно соединенных металлической оболочки и стальной ленточной брони кабеля, в Ом/км

, (11.2)

, (11.3)

, (11.4)

где  - удельное сопротивление материала металлической оболочки кабеля, для алюминия

Dбр - средний диаметр кабеля по броне, Dбр=45 мм;

а - ширина одной бронеленты

мм (11.5)

в - толщина одной бронеленты, в=0,5 мм;

dоб - внутренний диаметр оболочки кабеля, dоб=19,1 мм;

tоб - толщина оболочки кабеля, tоб=1,45мм.

Ом/км;

Ом/км.

Сопротивление внешних защитных металлических покровов постоянному току

Ом/км.

Зная удельное сопротивление грунта и определив Ro по графику на рис.4.5 [4] найдем вероятное число повреждений n=0,025. Этот график построен на основании наблюдений при средней продолжительности гроз Т=36 ч/год, и электрической прочности изоляции жил кабеля по отношению к оболочке Umax=3000 B (f=50 Гц) и длине кабеля 100 м. При Umax=3300 В вероятное число повреждений равно

nx = n

3000

∙

T

, (11.6)

Umax

36

nx = 0,025

3000

∙

45

= 0,028

3300

36

0,028 < 0,2

В табл.7 [4] приведены величины допустимых плотностей вероятности повреждений для различных типов кабелей. Для многопарных коаксиальных кабелей в грунтах с удельным сопротивлением грунта более 500 Ом м допустимая вероятная плотность повреждений не должна превышать 0,1. Поскольку рассчитанная плотность повреждений меньше допустимой, то дополнительная защита кабельной магистрали от ударов молнии не требуется.

12.Мероприятия по защите кабелей от внешних влияний.

Для предохранения сооружений связи от внешних электромагнитных влияний проводится комплекс защитных мер на линиях связи подверженных влиянию. Это такие мероприятия как:

1. Относ трассы;

2. Каблирование;

3. Скрещивание и симметрирование;

4. Экранирование;

5. Разрядники и предохранители;

6. Заземление;

7. Нейтрализующие и редукционные трансформаторы.

Для защиты обслуживающего персонала и аппаратуры связи широко применяются защитные устройства, состоящие из разрядников и предохранителей. Эти устройства устанавливаются на входе в станцию. Разрядники делятся на газонаполненные и искровые. На междугородних кабельных линиях связи наибольшее распространение получили газонаполненные разрядники Р-35, РВ-50, Р-4.

Для защиты кабельных линий от грозы весьма эффективно применение защитных тросов, прокладываемых в земле над кабелем связи.

Радикальным средством защиты кабелей связи от воздействия высоковольтных линий и радиостанций является применение экранирующих оболочек. Они полностью локализуют электростатическое влияние и существенно снижают магнитное влияние.

13. Основные виды работ по строительству кабельной магистрали и потребные для строительства основные линейные материалы.

Все работы при строительстве кабельной магистрали выполняются в соответствии с “Указаниями по строительству междугородних кабельных линий связи”.

В табл.13.1 перечислены основные виды работ при строительстве кабельной магистрали с указанием объемов работ и потребных для строительства основных линейных материалов.

Основной вид работ при строительстве магистрали— прокладка кабеля, осуществляемая механизированным способом с помощью кабелеукладчика или вручную в траншею. Уровень механизации при строительстве кабельной магистрали составляет обычно 85-90%. Кроме того часть кабеля будет проложена в кабельной канализации. В курсовом проекте примем, что в каждом городе на трассе 3-4 км кабеля будет проложено в имеющейся в городе кабельной канализации. Общая длина прокладываемого кабеля принимается на 2% больше длины трассы магистрали установленной по карте.

Трасса кабельной магистрали проходит через 3 города. Общая длина трассы составляет 420 км. При уровне механизации 85% будет проложено 430 км кабеля, в том числе:

5. в кабельной канализации км;

6. кабелеукладчиком км;

7. вручную в траншею км.

Для этой же трассы необходимо произвести разработку грунта для траншей (рытье и засыпка) в объеме куб м.

При прокладке магистрального кабеля через судоходные реки должен прокладываться дублирующий кабель на расстоянии не менее 300 м от основного с обязательным заглублением в дно реки на глубину не менее 1м с плавсредств в заранее подготовленные траншеи. На трассе магистрали предусматривается два таких перехода через р. Дон и р. Воронеж.

Прокладка кабеля через несудоходные реки осуществляется ножевым или гидравлическим кабелеукладчиком с заглублением в дно реки на глубину не менее 0,7 м. На трассе магистрали предусматривается 5 переходов через несудоходные реки.

Переходы через ж. д. и шоссе выполняется методом горизонтального бурения каналов длиной 15…30 м. с прокладкой труб, в которые протягиваются кабели, причем предусматривается основной и резервный каналы. Трасса магистрали имеет 32 переходов через ж. д. и шоссе.

Прокладка кабеля в трубах на переходах м.

Количество соединительных муфт зависит от длины регенерационного участка и строительной длины кабеля. Для коаксиального кабеля можно принять l=600 м.

Длина регенерационного участка l=3,1 км.

При вводе магистрального кабеля в РП устанавливается разветвительная муфта, в которой магистральный кабель распаивают на одно-коаксиальные распределительные кабели типа КРК-75. Потом распределительные кабели КРК-75 включаются на оконечные устройства— оконечные газонепроницаемые кабельные муфты типа ОГКМ, устанавливаемые на каждую коаксиальную пару.

Таким образом, для каждого регенерационного участка потребно:

1. прямых муфт 5 шт.

2. разветвительных муфт 2 шт.

3. муфт типа ОГКМ 8 шт.

Трасса магистрали имеет 135 НРП и ОРП. Для всей трассы требуется:

4. прямых муфт 675 шт.

5. разветвительных муфт 270 шт.

6. муфт типа ОГКМ 1080 шт.

Контрольно-измерительные пункты КИП-1 и КИП-2 устанавливаются на подходах к РП, в местах устройства заземлений и устройств защиты кабеля, на участках пересечения с трамвайными линиями, электрифицированными железными дорогами, высоковольтными ЛЭП, на участках пересечения с трубопроводами, защитными катодными установками или дренажами. В курсовом проекте примем, что при подходе к каждому РП устанавливается по два КИП, и далее КИП устанавливаются у соединительных муфт.

Всего на трассе магистрали необходимо смонтировать КИП.

КИПы устанавливаемые у соединительных муфт, одновременно служат замерными столбиками, которыми обозначают трассу магистрали. Замерные столбики устанавливаются также в местах поворота трассы, при пересечении трассы кабеля с дорогами и другими сооружениями. Можно принять, что количество замерных столбиков составляет примерно 20% от количества соединительных муфт. Количество замерных столбиков 140 шт.

Постановка секции под давление производится на длине секции герметичности. Для коаксиального кабеля длина секции герметичности составляет примерно 18 км. Секция герметичности состоит из 7 РУ. Всего на трассе организовано 23 секций герметичности.

Для защиты кабеля от блуждающих токов, возникающих под влиянием сети питания трамвая и электрифицированных ж. д. применяются поляризованные германиевые дренажи ПГД-100, ПГД-150, ПГД-200 и усиленный дренаж. В каждом городе на трассе кабеля применяется 2-3 дренажа, и на каждом пересечении с ЭЖД— 1 дренаж.

Таким образом общее число дренажей

Протекторная защита в основном применяется при защите кабеля от почвенной коррозии в грунтах с высокой и средней агрессивностью для ликвидации анодной и знакопеременных зон при относительно невысоких положительных потенциалов на оболочке кабеля. Количество протекторов из магниевых сплавов марок МЛ-4, МЛ-5, или ПМ-10у/2 можно ориентировочно принять равным 2-3 на одном РУ. Следовательно, на трассе магистрали устанавливается 338 протекторов.

Объем работ при электрических измерениях зависит от общего числа пар в кабеле. В кабеле МКТ-4 общее число симметричных и коаксиальных пар равно 9, следовательно объем измерений на одном на РУ составит 0,9 единиц. Объем измерений на постоянном и переменном токе на всей магистрали составляет единицы.

При измерении взаимных влияний количество измерений (количество взаимовлияющих пар) на одном РУ для кабеля МКТ-4 составляет шесть измерений, следовательно на одном РУ общее число измерений составляет 0,6 единиц и на всей магистрали общее число измерений равно единиц.

При измерении неоднородностей коаксиальных пар общее число измерений составляет единиц.

При испытании электрической прочности изоляции кабеля общее число измерений составляет единиц.

Таблица 13.1 Основные виды и объемы работ проектируемой магистрали.

Виды работ

Единица объема работ

Весь объем работ (кол-во единиц)

1. Прокладка кабеля марки МКТ-4 кабелеукладчиком.

Км

358

2. Разработка грунта для траншей (экскаватором или вручную) траншея 1,20,537800.

1 куб.м.

37800

3. Прокладка кабеля вручную.

Км

63

4. Устройство переходов через реки

- судоходные

- несудоходные

1 переход

1 переход

2

5

5. Устройство переходов через ж. д. и шоссе.

1 переход

32

6. Прокладка кабеля в трубах на переходах.

Км

1,280

7. Прокладка кабеля в кабельной канализации.

Км

9

8. Монтаж прямых муфт на коаксиальном кабеле марки МКТ-4.

Шт.

675

9. Монтаж разветвительных муфт на коаксиальном кабеле марки МКТ-4.

Шт.

270

10. Монтаж газонепроницаемых муфт типа ОГКМ.

Шт.

1080

11. Оборудование КИП на кабеле. Установка замерных столбиков.

1 пункт

шт.

945

140

12. Постановка кабеля под давление.

1 кабель на 1 секции

23

13. Оборудование дренажной защиты кабеля.

Шт.

12

14. Оборудование протекторной защиты кабеля.

Шт.

338

15. Измерение кабеля на постоянном токе.

10 пар на 1РУ

122

16. Измерение кабеля на переменном токе.

10 пар на 1РУ

122

17. Измерение переходных влияний ВИЗом.

10 изм на 1РУ

81

18. Измерение неоднородностей коаксиальных пар.

1 КП на 1РУ

540

19. Измерение электрической прочности изоляции кабеля марки МКТ-4.

1 каб на 1РУ

135

Список используемой литературы.

1. 1. И. И. Гроднев, С.М. Верник. Линии Связи. Учебник для высших учебных заведений. М., “Радио и связь”. 1988.

2. 2. Н. И. Белоусов А. Е. Саакян А. И. Яковлева. Электрические кабели, провода и шнуры. Справочник. М., Энергоатомиздат, 1988.

3. 3. Справочник строителя кабельных сооружений связи. М.,. “Связь”, 1977.

4. 4. Задания и методические указания к выполнению курсового проекта по курсу ЛИНИИ СВЯЗИ для студентов 5 курса заочного обучения (специальность 2306). Ю. М. Ежов, С. Ф. Глаголев, Г. М. Смирнов; ГУТ. СПб, 1993.