Проектирование кабельной линии

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:

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

3.