Проектирование кабельной линии
Проектирование
кабельной линии
Введение
Железнодорожная сеть нашей страны
представляет собой единую, работающую по общему плану систему, все части
которой взаимодействуют друг с другом. Работа всех звеньев железнодорожной сети
не может осуществляться без широкого использования разнообразных видов связей,
организуемых по кабельным линиям.
Кабельные линии отличаются высокой
эксплуатационной надежностью и дают возможность осуществления всех видов связи
и каналов передачи информации, необходимых для управления перевозочным
процессом железных дорог. Строительство магистральных кабельных линий позволяет
резко увеличить количество каналов связи управлениями железных дорог,
отделениями и станциями, дает возможность автоматизации телефонной и телеграфной
связи.
На каждом из участков сети
предусматриваются следующие виды связи, в зависимости от рода передаваемой
информации и назначения. Различают магистральную телефонную связь, телеграфную
и связь передачи данных, телефонную связь совещаний и распорядительную связь
(на главных направлениях). Дорожная связь существует, как телефонная и
телеграфная связь управления дорого с отделениями, дорожная распорядительная
связь, дорожная телефонная связь совещаний с отделениями, сортировочными,
участковыми, грузовыми и пассажирскими станциями и местная телефонная связь.
Отделенческая связь включает в себя телефонную и телеграфную связь отделения с
участковыми сортировочными и некоторыми другими крупными станциями своего
отделения, телефонную и телеграфную связь отделения со смежными отделениями
дорог и все виды оперативно-технологической связи (поездную диспетчерскую,
постанционную, энергодиспетчерскую, линейно-путевую, вагонную диспетчерскую,
билетную диспетчерскую и другие).
Многоканальная связь на железных
дорогах осуществляется по сетям каналов магистральной, дорожной и отделенческой
телефонной и телеграфной связи. В соответствии с этим каналы магистральной,
дорожной и отделенческой связи должны проектироваться в комплексе на общих
линиях связи. Кроме того, при проектировании линии связи необходимо учитывать
физико-географической положение участка, административно-хозяйственную
структуру, взаимной влияние цепей линий связь друг на друга, влияний контактных
сетей и линий электропередачи на линию связи; предусмотреть меры защиты линии
связи и аппаратуры связи от опасных и мешающих влияний.
В данном курсовом проекте
разработана линия связи на участке Октябрьской железной дороги, которая в
должной мере отвечает приведенным выше требованиям.
1. Описание
проектируемых участков линии связи
Рассматриваемый участок расположены
на территории Куйбышевской области, республики Татарстан, Ульяновской области
относятся к Куйбышевской железной дороге на участке Сызрань - Цильна; к
Горьковской железной дороге на участке Цильна - Казань.
Описание проектируемого участка
линии связи (физико-географические данные, административно-хозяйственная
структура ж. д. участка) приведем из Большой Советской энциклопедии.
Горьковская железная
дорога, образована в мае 1961. Управление -
в г. Горьком. Пролегает в основном по территории Владимирской, Горьковской,
Кировской областей, Татарской АССР, Удмуртской АССР, Марийской АССР, Чувашской
АССР, частично Пермской, Свердловской и Рязанской областей, Мордовской АССР и
Башкирской АССР. Граничит с Московской железной дорогой (станции Петушки и
Черусти), с Северной железной дорогой (станции Новки, Свеча и Сусоловка), с
Куйбышевской железной дорогой (станции Красный Узел и Цильна) и со Свердловской
железной дорогой (станции Чепца и Дружинино). Эксплуатационная длина Г.
железной дороги в современных границах (1970) 5497 км, или 4,1% протяжённости
всей сети железных дорог СССР. Г. железная дорога связывает Европейскую часть
страны с Уралом, Сибирью, восточные районы и районы Европейского Севера и
Северо-Запада с районами Поволжья, Кавказа и др. Отдельные участки Г. железной
дороги - старейшие на сети. Например, линия Москва (Петушки) - Горький
построена в 1861-62, участок Муром - Ковров в 1880, линия Киров - Чепца (и
далее до Перми), а также линия Киров - Котлас (Сусоловка) в 1899, линия Красный
Узел - Канаш - Зелёный Дол - Казань в 1893-94. В 1906 вступила в эксплуатацию
магистраль Вологда (Свеча) - Котельнич - Киров, создавшая прямую
железнодорожную связь центральных и северо-западных районов с Уралом. С первых
лет Советской власти в районах Поволжья, в том числе и в районе тяготения Г.
железной дороги, осуществлялось новое железнодорожное строительство. В 1918
были сданы в эксплуатацию линия Арзамас - Канаш, создавшая кратчайшую
железнодорожную связь Москвы с Казанью, и линия Агрыз - Ижевск - Воткинск.
После окончания строительства магистрали Казань - Агрыз - Дружинино -
Свердловск (1924) был получен второй выход из Европейской части на Урал и далее
в районы Сибири и Дальнего Востока. В 1927 после сдачи в эксплуатацию участка
Горький - Котельнич был создан ещё один выход из центральных районов на Урал
(Москва - Горький - Киров - Пермь - Свердловск), осуществлена железнодорожная
связь столицы Марийской АССР Йошкар-Олы с Зелёным Долом. Для освоения богатых
лесных массивов и месторождений фосфоритов были закончены в 1940 линия Яр -
Фосфоритная и линия, соединившая столицу Чувашской АССР Чебоксары со станцией
Канаш. Вводом в эксплуатацию участка Ижевск - Игра (1945) и Пибаньшур - Игра
(1947) были соединены две линии: Казань - Свердловск и Киров - Пермь -
Свердловск. Г. железная дорога обслуживает крупные промышленные районы по
производству автомобилей, машин, станков, судов, выработке электроэнергии,
продуктов химии, точного машиностроения, нефтепереработки, районы лесозаготовок
и деревообработки, месторождения строительных материалов, торфа, а также
сельскохозяйственные районы по производству зерна, льна и районы развитого
животноводства. В 1969 грузооборот Г. железной дороги составил 117 млрд. т×км, или 4,9% от сетевого.
Свыше 96% грузооборота дороги обслуживается электрической и тепловозной тягой.
В общем объёме грузооборота транзит составляет 35%, ввоз 25%, вывоз 21% и
местное сообщение 18%. В числе транзитных грузов наибольший удельный вес имеют
каменный уголь, лесоматериалы, чёрные металлы, руда, нефтегрузы, продукция
машиностроения и хлебные грузы. Ввоз: уголь, металлы, строительные материалы,
отдельные виды нефтепродуктов, продукция лёгкой и пищевой промышленности.
Вывоз: лесоматериалы, автомобили, нефтегрузы, продукция машиностроения. В
местном сообщении перевозятся преимущественно строительные грузы, торф,
лесоматериалы, грузы сельского хозяйства. Средняя грузонапряженность Г.
железной дороги примерно 20 млн. т×км/км, что в 1,3 раза больше среднесетевой. Наиболее крупные
пункты отправления и прибытия грузов Г. железной дороги: Зелецино,
Верхнекамская, Чернушка, Казань, Горький, Навашино, Игумново, Киров, Ижевск,
Владимир, Балахна. Г. железная дорога координирует работу с речным транспортом.
Крупные пункты перевалки: Горький, Казань, Котельнич, Камбарка, Сарапул,
Сайгатка, а их основные грузы: уголь, хлеб, руда, строительные и лесоматериалы.
Общий пассажирооборот Г. железной
дороги составляет около 10% сетевого. В 1969 по дороге перевезено 115 млн.
пассажиров, из них 100 млн. в пригородном сообщении. Через Г. железную дорогу
транзитом следуют поезда из Москвы и Ленинграда на Урал, в Сибирь и на Дальний
Восток.
Куйбышевская железная
дорога
Куйбышевская железная дорога,
создана в 1959 на базе объединения Куйбышевской и Уфимской железных дорог.
Управление в г. Куйбышеве. Эксплуатационная длина дороги на 1 января 1971
4529,8 км, или 3,3% от протяжённости всей ж.-д. сети СССР. Проходит по
территории Куйбышевской и Пензенской области, Мордовской АССР, Татарской АССР и
Башкирской АССР и частично по Рязанской, Тамбовской и Челябинской областям.
Граничит с Горьковской ж. д. (станции Цильна и Красный Узел), Московской ж. д.
(станции Кустарёвка, Ряжск, Земетчино), Южно-Уральской ж. д. (станции Кропачёво
и Кинель) и с Приволжской ж. д. (станции Пенза, Сенная и Чагра). Участки
главной магистрали Ряжск - Сызрань - Самара (ныне Куйбышев) - Уфа - Кропачёво
были сданы в эксплуатацию в 1867-90; линии Пенза - Рузаевка в 1895, Кустарёвка
- Рузаевка - Красный Узел в 1893, Рузаевка - Батраки в 1898, Инза - Киндяковка
- Верхняя Терраса в 1898. Чишмы - Бугульма - Мелекесс в 1911-16. В районе
Куйбышевской железной дороги были построены линии Дёма - Ишимбай - Тюльган,
Акбаш - Набережные Челны, Безымянка - Жигулёвск - Сызрань, Цильна - Ульяновск -
Сызрань - Сенная, Звезда - Пугачёвск и др. Строительство этих линий и коренная
реконструкция всех магистралей на базе новой техники создали благоприятные
условия для развития нефтяной, химической, угольной, машиностроительной и др.
отраслей промышленности, а также позволили освоить транзитные перевозки. Дорога
связывает районы Средней Азии, Казахстана, Урала, Сибири и Дальнего Востока с
Европейской частью страны. К. ж. д. обслуживает крупнейшие промышленные районы
по добыче и переработке нефти, предприятия энергетической и химической
промышленности, станкостроения и др.
По грузообороту дорога в 1971
занимала 5-е место среди железных дорог СССР; в 1971 грузооборот составлял
около 141 млрд. км (5,1% от общего сетевого). Весь грузооборот выполняется
электро- и тепловозной тягой.
Грузонапряженность Куйбышевской
железной дороги в 1,7 раза выше среднесетевой. Куйбышевская железная дорога -
одна из крупнейших по размерам пассажирских перевозок как в местном, так и в
транзитном сообщении. Общий пассажиропоток в 1972 составил 13,2 млрд.
пассажиро-км, или 4,6% от общего сетевого.
Куйбышевская область. Расположена в центре Поволжского экономического района. Площадь
53,6 тыс. км2. Население 2874 тыс. человек (1972). В области 25
административных районов, 10 городов, 18 посёлков городского типа. Центр - г.
Куйбышев.
Куйбышевская область находится на
Ю.-В. Восточно-Европейской равнины по среднему течению Волги, где она образует
крутую излучину - Самарскую Луку. Делится на правобережную (меньшую) и
левобережную части. Правобережье занято Приволжской возвышенностью, сильно
пересечённой оврагами и балками. В северной части Самарской Луки - Жигули
(высота до 375 м), которые круто обрываются в сторону Волги и пологи к югу. В
левобережье на С.-З. расположено Низкое Заволжье, на С.-В. - всхолмлённое
Высокое Заволжье (высота свыше 300 м), в котором выделяются Сокские, Сокольи,
Кинельские Яры. На Ю. - полого-волнистая равнина (Средний Сырт и др.),
переходящая в юго-восточной части области в возвышенность Общий Сырт (высота
свыше 200 м). Узкое пространство между Жигулями и Сокольими Ярами, прорезанное
долиной Волги, называют Жигулёвскими воротами.
Куйбышевская область. занимает
видное место по запасам нефти и попутных газов, горючих сланцев, серы, гипса,
известняков, битуминозных доломитов.
Климат континентальный засушливый.
Средняя температура января от -13°С на З. до -14°С на В., июля - от 20°С на
С.-З. до 22°С на Ю.-В. Осадков на З. и С. выпадает 450 мм в год, на Ю. - 300 мм
и менее. Вегетационный период около 180 дней. На Ю. часты засухи и суховеи.
Главная река области - Волга. Все
остальные реки, относящиеся к её бассейну, в основном маловодны. Притоки:
справа - Уса, Сызрань; слева - Большой Черемшан, Сок, Самара, Чапаевка, Чагра,
Большой Иргиз (верховья) и их притоки. Русла рек подтоплены водами
Куйбышевского и Саратовского водохранилища.
Преобладающие почвы - чернозёмные.
На правобережье развиты тёмно-серые оподзоленные (Самарская Лука) и
выщелоченные чернозёмы; в левобережье - на С.-В. тучные чернозёмы, на С.-З. они
перемежаются с оподзоленными и обыкновенными чернозёмами, на Ю. степной части -
южные чернозёмы и темно-каштановые почвы.
Граница между лесостепной
(правобережье и северная часть левобережья) и степной (юг) зонами проходит
примерно по долине р. Самара. Леса занимают около 12% территории области, в
Жигулях лесистость доходит до 70%. Преобладают широколиственные леса с
отдельными вкраплениями хвойных. В Жигулях и на водоразделах - широколиственные
(дуб, липа, клён) и частично смешанные леса. На песчаных почвах левого берега
Волги и вдоль р. Самары имеются сосновые боры (Ставропольский, Бузулукский и
др.). Южная часть области - ковыльно-типчаковые степи - распаханы и в
естественном состоянии встречаются редко. Луга преимущественно заливные,
сосредоточены в поймах рек.
Республика Татарстан.
Расположена на В.
Восточно-Европейской равнины, по среднему течению Волги. Площадь 68 тысяч км2.
Население 3299 тыс. чел. (1975). В Татарстане 37 районов, 17 городов, 24
посёлка городского типа. Столица - г. Казань.
В рельефе выделяются 3 части:
Предволжье (на правом берегу Волги), Предкамье (к С. от Камы) и Закамье (к Ю. и
Ю.-В. от Камы). Около 90% территории занимают низменные равнины; наибольшие
высоты в пределах Бугульминско-Белебеевской (до 343 м) и Приволжской
возвышенностей на правобережье Волги. Предволжье и Вятско-Камский водораздел
сильно расчленены оврагами. На территории Татарстана располагается часть
Волго-Уральской нефтегазоносной области, в пределах которой находятся
месторождения нефти (Ромашкинское, Новоелховское, Бавлинское, Шугуровское).
Имеются месторождения бентонитовых глин, гипса, гравия и др. стройматериалов,
торфа; широко известны Ижевские Минеральные Воды.
Климат умеренно континентальный.
Средние температуры января от -13°С на Ю.-З. до -14,8°С на С.-В., июля от 18,6°С
на С. до 19,6°С на Ю. В Предкамье и Предволжье выпадает 450 мм осадков в год, в
Западном Закамье - 400 мм. Вегетационный период около 170 сут.
Общая площадь водоёмов составляет
около 5,2% всей территории. По территории Татарстана протекают Волга (в пределах
Татарстана - 177 км), Кама (380 км), Белая (около 60 км) и Вятка (около 50 км);
кроме того, имеется около 120 малых рек. В пределах Татарстана находится почти
половина Куйбышевского водохранилища.
Северная часть - Предкамье,
находящаяся в лесной зоне, имеет дерново-подзолистые и серые лесные почвы;
Южная часть - Закамье и Предволжье - в лесостепной зоне с чернозёмными почвами;
в долинах рек - аллювиальные почвы. Свыше 16% территории Татарстана покрыто
лесами, главным образом лиственными (81% всех лесов); основные массивы лесов -
в бассейне рек Зай, Шешма, Черемшан и на В. Предкамья.
Ульяновская область. Расположена в Среднем Поволжье. Площадь 37,3 тыс. км2.
Население 1234 тыс. чел. (на 1 января 1976). В области 20 административных
районов, 6 городов, 30 посёлков городского типа. Центр - г. Ульяновск.
Около 3/4
территории области находится на Приволжской возвышенности (высота до 353 м) с
выходящими к Волге Ундорскими, Кременскими и Сенгилеевскими горами: поверхность
левобережной (Заволжской) части представляет собой относительно пологую
равнину.
Климат умеренно континентальный.
Средняя температура января - 13°C, июля 19°С; осадков выпадает от 300 мм в год
в Заволжье до 500 мм на З. области. Вегетационный период 174 сут.
Главная река - Волга с притоками
Сура, Свияга, Большой Черемшан и др. Уровень Волги и впадающих в неё рек поднят
подпором от Волжской ГЭС им. В.И. Ленина (Куйбышевское водохранилище).
Ульяновская область лежит в зоне
лесостепи. В почвенном покрове преобладают чернозёмы. Лесопокрытая площадь составляет
25% территории области; наиболее крупные массивы смешанных лесов сосредоточены
на С.-З.
2. Выбор типов кабеля,
связевой аппаратуры, размещение цепей по четверкам
2.1 Выбор связевой
аппаратуры
Согласно заданию на курсовое
проектирование, необходимо обеспечить 205 каналов магистральной связи, 85
каналов дорожной связи и все виды оперативно технологической связи (ОТС). При
определении требуемого числа систем передачи необходимо руководствоваться
следующими принципами: кабель должен использоваться наиболее эффективно, резерв
по физическим цепям должен составлять примерно 10% - 15% (практически, это
означает, что одна из четвёрок кабеля должна быть резервной); резерв по каналам
связи должен составлять не более 15% - 20%.
Определим необходимое число систем
передачи данных для обеспечения работы магистральной связи. Используем
аппаратуру типа ИКМ-120. Данная система способна обеспечить работу 120 каналов
связи:
(2.1)
|
|
где N - требуемое число систем передачи,
Nk - число каналов, которое необходимо обеспечить,
Nc - число каналов, на которое рассчитана используемая система
связи.
В данном случае:
для организации
магистральной связи достаточно двух систем ИКМ-120.
Определим необходимое
число систем передачи данных для обеспечения работы дорожной связи.
Достаточно одной системы
ИКМ-120.
При организации ОТС
необходимо учесть, что некоторые виды связи, такие как перегонная (ПГС),
межстанционная (МЖС), связь электромехаников (СЭМ) не подлежат частотному или
временному уплотнению и могут быть реализованы только по физическим цепям
(обусловлено устройством оконечных абонентских аппаратов, назначением,
соображениями безопасности и надёжности). Цепь диспетчерского контроля СЦБ
работает в спектре тональных частот и поэтому для нее необходимо выделять
телефонную пару. Также отдельных пар требуют цепи телеуправления (ТУ) и
телесигнализации (ТС). Также следует учесть, что цепи ПГС используют
четырехпроводные окончания, таким образом для них требуется выделить две
физические цепи (две пары)
Остальные виды ОТС:
поездная диспетчерская связь (ПДС), энергодиспетчерская (ЭДС), постанционная
(ПС), билетно диспетчерская (ДБК), вагонно диспетчерская (ВГС), поездная радиосвязь
(ПРС), и линейно-путевая связь (ЛПС) уплотняются системой К-12+12, работающей в
спектре частот 8 - 124 кГц, которая позволяет получить 12 двухсторонних
телефонных каналов и один служебный телефонный канал. В этой системе по одной
паре жил симметричного кабеля предаются две группы частот: в одну сторону 12,3
- 59,4 кГц, в обратном направлении 72,6 - 119,7 кГц. Таким образом, система
К-12+12 позволяет полностью обеспечить заданное число видов ОТС.
Определим необходимое
число физических цепей:
магистральная связь - 4
пары;
дорожная связь - 2 пары;
ОТС - 8 пар, из которых
одна уплотняется аппаратурой К-12+12.
Цепи СЦБ - 6 пар.
Всего: не менее 20 пар
для двухсторонней связи.
2.2 Выбор типа и
количества кабелей
Кабельная магистраль может быть
организована по одно-, двух-, или трех кабельной системе. При одно-кабельной
системе все виды связи и цепи СЦБ организуются по одному кабелю. Одно-кабельная
система наиболее дешёвая, однако, обладает ограниченной дальностью передачи (до
1500 км) и допускает относительно небольшое развитие числа телефонных каналов.
Поэтому эта система рекомендуется для организации дорожной и отделенческой
связи лишь на второстепенных участках железных дорог, не имеющих перспектив
развития.
При двух кабельной системе для
организации всех видов связи и СЦБ прокладывается два кабеля, при этом для
цепей дальней связи (магистральной и дорожной) используется цифровая система
передачи, например ИКМ-120, со скоростью передачи информации 8448 Кбит/с.
Данная система требует две кабельные пары. Пары располагаются в разных кабелях
в целях обеспечения защищённости от переходных токов.
Двух кабельная система по требуемому
количеству каналов и двухпроводных цепей в большинстве случаев удовлетворяет
требованиям, предъявляемым к магистральным линиям связи, и является в настоящее
время основной системой кабельной магистрали. Однако объединение в одних
кабелях всех видов связи, а также цепей СЦБ, требующих частых отпаев от
магистрального кабеля к перегонным и станционным объектам, вызывает
определённые трудности при монтаже и эксплуатации кабельной магистрали, снижает
устойчивость и качество дальней связи, что является недостатком двух кабельной
магистрали. В ответственных случаях применяют трех кабельную систему. В этом
случае прокладывается три кабеля, из которых первый используется для
организации ОТС и цепей СЦБ, а второй и третий для цепей дальней связи. Такая
система соответствует требованиям для всех участков железных дорог, включая
скоростные, однако, требует больших капитальных вложений и эксплуатационных
расходов.
По заданию будем проектировать
трехкабельную систему. В связи с тем, что почвы на данном участке не относятся
к агрессивным, выберем следующие типы кабелей:
МКПАБП - 4´4´1.05+1´2´0.7+1´0.7. - для прокладки в почве.
МКПАКП - 4´4´1.05+1´2´0.7+1´0.7. - для пересечения водных преград.
Чертеж кабеля показан в альбоме
чертежей, где: 1 - полиэтиленовая оболочка; 2 - кругло проволочные стальные
броне покровы; 3 - ленточные стальные броне покровы; 4 - вязкий подклеивающий
битумный слой; 5 - алюминиевая оболочка; 6 - поясная бумажная изоляция; 7 -
сердечник кабеля; 8 - кабельная четверка; 9 - жила четверки (медь); 10 -
центрирующий полиэтиленовый кордель; 11 - сигнальная пара; 12 - контрольная
жила; 13 - изоляция жил (полиэтилен); 14 - сигнальная жила (медь).
Тип кабеля СЦБ - ТЗПАПБ 14x4x1,2.
Емкость кабеля вторичной коммутации
должна быть 3-4 четверки. Выбираем кабель:
ТЗПАБП 4´4´0.9
Чертежи кабелей ТЗПАПБ показаны в
альбоме чертежей, где: 1 - полиэтиленовый шланг; 2 - ленточная стальная броня в
битумном слое; 3 - алюминиевая оболочка; 4 - поясная бумажная изоляция; 5 -
сердечник кабеля; 6 - кабельная четверка; 7 - медная жила кабеля; 8 -
полиэтиленовая изоляция жил.
2.3 Распределение цепей
по четверкам
Таблица 2.1 - Распределение по
четверкам магистральных кабелей
Тип четверок
|
Цепи связи и СЦБ
|
|
|
Кабель 1
|
Кабель 2
|
Четверки: 1
|
|
|
|
|
ВЧ
|
резерв, резерв
|
резерв, резерв
|
2
|
ВЧ
|
маг., маг.
|
маг., маг
|
3
|
ВЧ
|
дор, резерв
|
дор, резерв
|
4
|
ВЧ
|
резерв, резерв
|
резерв, резерв
|
Сигнальные пары: 1
|
|
|
|
|
|
-
|
-
|
Контрольная жила
|
|
-
|
-
|
Таблица 2.2 - Распределение по
четверкам кабеля ОТС
Номера четверок
|
Тип четверок
|
Цепи СЦБ и связи
|
1
|
ВЧ
|
ОТС (К-12+12), резерв
|
2
|
НЧ
|
ПГС, ПГС
|
3
|
НЧ
|
МЖС, СЭМ
|
4
|
НЧ
|
ДК, резерв
|
5
|
НЧ
|
ТУ, ТС
|
6
|
НЧ
|
СЦБ, СЦБ
|
7
|
НЧ
|
СЦБ, СЦБ
|
8
|
НЧ
|
СЦБ, СЦБ
|
9
|
НЧ
|
резерв
|
10
|
НЧ
|
резерв
|
11
|
НЧ
|
резерв
|
12
|
НЧ
|
резерв
|
13
|
НЧ
|
резерв
|
14
|
резерв
|
3.