Федеральное агентство пообразованию
ГОУ ВПО
Уфимский ГосударственныйАвиационный Технический Университет
Кафедра ТС
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по направляющим
системам электросвязи
«ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕЖДУГОРОДНОЙ КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИСВЯЗИ»
Уфа 2011
СОДЕРЖАНИЕ
1.Задание на курсовой проект
2. Характеристика оконечных пунктов
3. Выбор оптимального варианта трассы кабельной линиисвязи
4. Определение числа каналов на магистрали
5. Выбор системы передачи и типа направляющей системы
6. Расчет конструкции кабеля
7. Расчет параметров передачи кабельной цепи
7.1 Расчет первичныхпараметров
7.2 Расчет вторичныхпараметров
8. Размещение регенерационных пунктов на кабельноймагистрали
9. Расчет параметров взаимных влияний между цепями
10. Расчет влияний от высоковольтных линий
11. Определение необходимости защиты кабельноймагистрали от удара
молнии
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Задание на курсовой проект
Спроектировать междугороднюю кабельнуюлинию связи.
1. Оконечные пункты кабельной магистрали: Ижевск- Курган;
2. Виды передач:
а) 1 канал телевизионноговещания;
б) 1 канал передачи данных;
в) 1 канал видеотелефонной связи;
3. Исходные данные для расчета опасного магнитного
влияния:
· влияющий фактор: ЛЭП;
· схема сближения: а1 = 50 м, а2 = 60 м, а3 =80 м, а4 = 130
м;
l1 = 1,4 м, l2 = 0,7 м, l3 = 0,9м;
· влияющий ток 2,6 кА;
· материал экранирующего троса: алюминий;
· сечение экранирующего торса: 110 мм2;
· тип грунта: супесок.
4. Исходные данные для расчета защиты кабельной магистрали от
ударовмолнии:
· интенсивность грозовой деятельности Т = 33 час.;
· электрическую прочность изоляции жил по отношению к
металлическойоболочке Umax = 2400 В;
· удельное сопротивление грунта rгр = 2 кОм·м.
2. Характеристикаоконечных пунктов
Ижевск — город (c 1918 года) в России,столица Удмуртской
Республики. Крупный экономический, транспортный, торговый
икультурный центр страны, известный в стране и мире своей
оборонной,машиностроительной и металлургической
промышленностью.
Ижевск(в 1984-87 гг. Устинов), город в Российской Федерации,
столица РеспубликиУдмуртия, расположен на р. Иж, в 40 км от ее
впадения в р. Кама, в 1129 км отМосквы. Узел железнодорожных линий
и автомобильных дорог. Географическиекоординаты центра города: 56
градусов 50 минут 38 секунд северной широты и 53градуса 10 минут 11
секунд восточной долготы. Городрасполагается в Восточной части
Восточно-Европейской равнины, в междуречьеВятки и Камы, на
несудоходной реке Иж, правом притоке реки Камы. Главный
водоёмгорода — искусственно созданный во второй половине XVIII века
Ижевский пруд,площадь акватории пруда составляет 2 200 га.
Ижевскнаходится на расстоянии 1129 км от Москвы. Расстояние между
Ижевском икрупнейшими городами Приволжского Федерального округа:
Казань — 335 км, Киров —405 км, Пермь — 376 км, Ульяновск — 587 км,
Екатеринбург — 604 км, Уфа — 392 км,Нижний Новгород — 789 км.
Население на1 января 2010 года — 610 633 человека, Ижевск занимает
19-е место почисленности населения среди городов России. По
сообщениям прессы в ходепереписи 2010 года в городе было переписано
627 тыс. жителей, что на 17 тысячбольше, чем по данным текущего
учёта. Напротив, по данным, опубликованным насайте Территориального
органа Росстата по Удмуртской республике, планом попроведению
переписи проектная численность населения города была определена в
размере629 277 чел., фактически же было переписано лишь 624 083
чел., т.е. 99,2% отплановой цифры. Город расположен на реке Иж.
Название происходит от реки Иж, накоторой был построен Ижевск.
Известен как «Оружейная столица России».ЭкономикаИжевска
Основныеотрасли промышленности: черная металлургия (АООТ «Ижевский
литейный завод»,ОАО «Ижсталь», «Удмуртвтормет»),
металлообработка,машиностроение (производство военной техники,
легковых автомобилей, мотоциклов,станков, оборудования для нефтяной
промышленности, электропил, охотничьих испортивных ружей,
стиральных машини и т. д.; предприятия ГП «Ижевскиймеханический
завод», ФГУП «Ижевский электромеханический завод „Купол“,ОАО
„Буммаш“, „Ижевский завод нефтяного машиностроения“,
„Ижевскиймашиностроительный завод“, „Ижевский мотозавод
“Аксион-холдинг»,«Ижевский подшипниковый завод», «Редукторный
завод»);нефтедобывающая (ОАО «Белкамнефть», «Удмуртгеология»,
«Удмуртнефть»);химическая (ОАО «Ижевский завод пластмасс»),
приборостроительная (ОАО«Ижевский радиозавод»). Развиты также
легкая (фабрика художественныхизделий — производство ковров,
дорожек, платков с национальным орнаментом идр.), мебельная (АО
«Ижмебель») и пищевая промышленность.История Ижевска
Основан какпоселок при железоделательном заводе на р. Иж, графом П.
И. Шуваловым в 1760.Поселок назывался Ижевским Заводом (вплоть до
1918). В 1774 он был занятвойсками Е. Пугачева и сильно разрушен. В
1807 на базе железоделательногозавода создается оружейный завод, в
1809 перешедший в Военное ведомство. Всередине 19 в. развивается
частное производство охотничьего оружия, в городеоткрывается четыре
специализированные оружейные фабрики. Город постепенностановится
крупнейшим в России производителем военного, охотничьего
испортивного оружия. В начале 20 в. в связи с возросшими
потребностями России ввооружении Ижевский завод стал одним из
крупнейших заводов в России. В годыПервой мировой войны
производство достигло 2 тыс. стволов в сутки, дляускорения вывоза
оружия поселок был соединен железной дорогой с пристаньюГаляны на
Каме, Воткинским заводом и станцией Агрыз, через которую он
оказалсясвязан с Казанью и Екатеринбургом. В 1918 Ижевск получил
свое современноеназвание. С 1921 столица Вотской автономной
области, с 1932 — Удмуртской АССР,с 1990 — Удмуртской
республики.
Наука икультура Ижевска
Образовательныеи культурные учреждения: академии — медицинская,
сельскохозяйственная;университеты — технический, Удмуртский
государственный. Высшийгуманитарно-инженерный колледж «Аэромех»,
филиал Высшей школыприватизации и предпринимательства, филиал
Московского университетапотребительской кооперации. Театры: русский
и удмуртский драматические,музыкальный, кукол. Цирк. Музеи: музей
истории и культуры Среднего Прикамья,Удмуртский республиканский
музей изобразительных искусств, музей народногоискусства,
Национальный музей Удмуртии им. К. Герда.Часовойпояс
Город Ижевск,как и вся Удмуртия, находится в часовом поясе,
обозначаемом по международномустандарту как Moscow Time Zone
(MSK/MSD). Смещение относительно UTC составляет+3:00 (MSK, зимнее
время) / +4:00 (MSD, летнее время), так как в этом часовомпоясе
действует переход на летнее время. Московское время отличается
отпоясного времени на один час, так как на территории России
действует декретноевремя. До 28 марта 2010 года Удмуртия находилась
в часовом поясе, обозначаемомкак Samara Time Zone (SAMT/SAMST),
смещение относительно UTC составляло +4:00 (SAMT,зимнее время) /
+5:00 (SAMST, летнее время). Климат умеренно-континентальный,
скоротким тёплым летом и продолжительной холодной зимой.
Среднегодовыепоказатели: температура — +2,7 C°, скорость ветра —
3,7 м/с, влажность воздуха —76 %. Абсолютный минимум был отмечен 31
декабря 1978 года.Население
НаселениеИжевска в 2009 году составило 611 тысяч человек, что
составляет почти 40 %населения Удмуртии. Плотность населения — 1936
чел/км². Наибольшаячисленность населения была зафиксирована в 1994
году, когда население городапревысило 650 тысяч человек, с тех пор
население стабильно сокращается.
Курганрасположен почти в центре громадного материка Евразии, к
востоку от Уральскогохребта на юго-западе Западно-Сибирской
равнины, в бассейне среднего теченияреки Тобол, на большом удалении
от морей и океанов, прежде всего от Атлантики. Курга́н— город в
России, административный центр Курганской области. Город
расположенна реке Тобол, в 1973 км от Москвы. Население 322,4 тыс.
чел. (2010). Площадь390 км². Глава города Кургана — Серков Виктор
Владимирович.Географическоеположение
Курганрасположен на западе Ишимской равнины в 1973 км к востоку от
Москвы. Высота надуровнем моря — ок. 75 м. Город стоит на левом
берегу реки Тобол (бассейн Оби).Рельеф города равнинный. Климат —
континентальный. Курган граничит с Кетовскимрайоном и находится в
его центре. С восточной стороны Курган имеет общуюграницу с
Варгашинским районом.Часовойпояс
Курган, как ився Курганская область, находится в часовом поясе,
обозначаемом помеждународному стандарту как Yekaterinburg Time Zone
(YEKT/YEKTST). Смещениеотносительно UTC составляет +5:00 (YEKT,
зимнее время) / +6:00 (YEKTST, летнеевремя), так как в этом часовом
поясе действует переход на летнее время.Относительно Московского
времени часовой пояс имеет постоянное смещение +2 часаи
обозначается в России соответственно как MSK+2. Екатеринбургское
времяотличается от поясного времени на один час, так как на
территории Россиидействует декретное время.Климат
Климат городаумеренный, по общим характеристикам относится к
умеренному континентальному(переходный от умеренно-континентального
к резко континентальному),характеризующийся особенностями,
свойственными зоне лесостепи всейЗападно-Сибирской низменности (с
холодной малоснежной зимой и тёплым сухимлетом). Уральские горы,
препятствуя прохождению влажных воздушных масс,усиливают
континентальность климата. Характерной особенностью климата
являетсянедостаточное увлажнение с периодически повторяющейся
засушливостью.Температуравоздуха
Среднегодовая температура воздуха равна +2,3 C°. Самым холодным
месяцем является январь.Средняя температура воздуха в январе −16,3
C°. Самые низкие температурывоздуха (-50 C°) были отмечены в январе
1943 г. Абсолютный минимум температурнаблюдался на отметке −48 C°.
Наряду с низкими температурами в отдельныедни в январе возможны
резкие повышения температуры воздуха с переходом через 0C°. В
начале второй декады апреля происходит переход среднесуточной
температурывоздуха через 0 C°. В конце месяца совершается переход
температуры через +5 C°.Самый тёплый месяц в Кургане — июль.
Средняя месячная температура в июле равна+19,6 C°. Максимальная
температура воздуха, наблюдавшаяся в Кургане равна +40,5C°. Переход
среднесуточной температуры воздуха через +5 C° осенью совершается
впервой декаде октября. В конце октября и в начале ноября
происходит интенсивноепонижение температуры воздуха до
отрицательных температур (-1 C°; −5 C°).По многим данным последние
заморозки весной кончаются в конце мая. Первыезаморозки начинаются
во второй половине декаде сентября. В Курганепродолжительность
безморозного периода составляет 120 дней. С температуройвоздуха
выше 0 C° — 190 дней, а выше 15 C° — 85 дней.Экология
Курган входитв список городов России с высоким уровнем
загрязненности. В основном этокасается воздуха и воды. Курган —
промышленный город, и в его черте расположенобольшое количество
заводов. Ситуацию осложняет состояние метеорологическихусловий,
иначе говоря, местный климат, при низкой рассеивающей способности
вгороде, оказывает большое влияние на концентрацию в воздухе
Кургана загрязняющихвеществ. Само расположение города с учетом
окружающего географического рельефаявляется добавочным фактором,
увеличивающим загрязнение атмосферы.
3. Выбор оптимального варианта трассыкабельной линии связи
Былирассмотрены 3 варианта прохождения трассы:
1.Ижевск – Каменное – Сарапул – Тарасово – Камбарка –
Николо-Березовка –Нефтекамск – Арланн – Ангасяк – Дюртюли – Бирск –
Баженово – Явгильдино –Байкибашево – Караидель – Тастуба –
Месягутово – Верхние Киги – Межевой – Сатка– Челябинск – Мишкино —
Юргамыш – Курган
2.Ижевск – Мал. Пурга – Можга –Менделеевск – Набережные Челны –
Мензелинск — Верхнеяркеево — Суккулово – Уфа – Сим –Кропачёво –
Усть-Катав – Юрюзань – Бакал — Сатка – Ниж. Атлян – Боровое –
Челябинск–
–Миасское– Щучье – Мишкино – Юргамыш – Курган.
3.Ижевск – Воткинск – Чайковский – Фоки –Дуброво – Елово – Оса –
Крылово – Кукуштан – Ачит – Ревда – Екатеринбург –
Каменск-Уральский- Катайск – Далматово — Шадринск – Юлдус —
Курган.
Таблица1 — Сравнительные характеристики вариантов прохождения
трассыХарактеристика трассы Единица измерения. № 1 № 2 № 3
1. Общая протяженность трассы:
вдоль шоссейных дорог;
вдоль железных дорог;
вдоль грунтовых дорог;
бездорожье. км
990
515
300
175
–
1083
453
330
300
–
996
496
210
290
–
2. Способы прокладки кабеля:
кабелеукладчиком;
вручную;
в канализации. км
907
80
3
992
87
4
912
81
3
3. Количество переходов:
через судоходные и сплавные реки;
через несудоходные реки;
через железные дороги;
через шоссейные дороги. шт.
4
4
6
12
4
5
12
9
3
6
7
10 4. Число обслуживаемых пунктов шт. 3 3 2
Оптимальнымявляется вариант 1, т.к. эта трасса обладает наименьшей
протяженностью,содержит наименьшее количество речных и
железнодорожных переходов, а такженаименьшее количество переходов
через шоссейные дороги./>
4. Определение числа каналов намагистрали
Количество населения в заданном пункте и его подчиненных
окрестностях сучетом среднего прироста населения определяется по
формуле:
/> , чел., (1)
гдеН0– народонаселение в период последней переписи, чел.;
P– средний годовой прирост населения в данной местности, % (в
проекте примем 3%);
t– период, определяемый как разность между назначенным годом
перспективногопроектирования и годом проведения переписи
населения.
Год перспективного проектирования принимается на 5-10 лет вперед
посравнению с текущим временем. В проекте примем 5 лет вперед.
Тогда
t= 5 + (tm – t0) = 5 + (2010 – 2009) =6 лет, (2)
гдеtm – год составления проекта; t0– год, к которомуотносятся
данные H0.
Рассчитаем численность населения:
/> чел.,
/> чел.,
гдеHtК – численность населения Кургана;
HtИ– численность населения Ижевска.
Количество абонентов в зонах автоматических междугородних
телефонныхстанций (АМТС) Ижевска и Кургана определяем по формуле:
/>, где 0,3 – среднийкоэффициент оснащенности населения
телефонными аппаратами;
/>абонентов, (3)
/>абонентов,(4)
где />– количество абонентов взоне Кургана АМТС;
/>– количество абонентов взоне Ижевска АМТС.
Определяемколичество телефонных каналов между заданными оконечными
пунктами. Для расчетаиспользуем приближенную формулу:
/>, каналов (5)
/> каналов,
гдеa1 и b1 –постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной
доступности и заданнымпотерям; обычно потерями задаются в 5%, тогда
a1=1,3; b1=5,6;
y– удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним
абонентом, y=0,05Эрл; коэффициент тяготения kтяг=0,15.
Кроме телефонной связи, по кабельной магистрали организуются:один
видеотелефонный канал (ВТФ), один канал передачи данных (ПД) и один
каналтелевидения (ТВ), а также проходят транзитные каналы. Общее
число каналов междудвумя междугородными станциями пунктов А и Б
определяется суммой:
/>, шт (6) /> шт,
гдеnтф – количество двухсторонних каналов для телефонной связи;
nтв– то же для телевидения;
nпд– то же для передачи данных;
nвтф–то же для передачи видеотелефона;
nтр– количество транзитных каналов nтр=3840-2703=1137 каналов
Число каналов для организации связи различного назначения
выражаетсячерез число телефонных каналов, т.е. число каналов
тональной частоты (ТЧ), чтоотражено в табл. 2.
Таблица 2 — Характеристики видов передач№ Вид передачи Ширина
канала, кГц Количество каналов ТЧ 1 Фототелеграф 4 1 2
Радиовещание:
· канал 2-го класса;
· канал 3-го класса;
12
8
3
2 3 Передача данных 4-240 1-60 4 Передача газет 240 60 5
Телевидение 6400 1600 6 Видеотелефон 1200 300
/>5. Выбор системы передачи и типа направляющей системы
Исходя из числа каналов (nаб=2703шт.), выбираем
аппаратурууплотнения ИКМ-1920х2. Основные ее технические
характеристики приведены втаблице 3.
Таблица 3 -Основные технические характеристикисистемы ИКМ-1920
х2Параметр ИКМ-1920х2 Количество каналов ТЧ 3840 Скорость передачи
информации, Мбит/с 278,528 Рабочая (расчетная) частота, МГц 140 Тип
используемого кабеля КМ-4 Максимальное расстояние между ОРП, км
240
Длина РУ, км:
– минимальная
– номинальная
– максимальная
2,75
3,0
3,15 Минимальная длина РУ, прилегающего к ОРП, км 1,0 Максимальное
затухание РУ на рабочей частоте, дБ 98,5
/>
Наосновании общего числа каналов для организации связи между
заданными оконечнымипунктами определяем число пар кабеля:
/>,(7)
гдеNпар – число пар в кабеле;
Nсп– число каналов ТЧ, организуемых выбранной многоканальной
системой передачи.
6. Расчет конструкции кабеля
Внутренний диаметр внешнего медного проводника коаксиальной
парыопределяем по формуле:
/> мм (8)
/>мм,
гдеfмакс – наивысшая передаваемая частота выбранной
аналоговойаппаратуры уплотнения, рабочая (расчетная) частота
цифровых систем передачи,Гц; eэкв –эквивалентная относительная
диэлектрическая проницаемость изоляции (eэкв=1,13,изоляция –
полиэтиленовая шайба); lру – длина регенерационного(усилительного)
участка, км; a – максимальное затуханиерегенерационного участка на
рабочей частоте, дБ.
Значенияпараметров fмакс, lру и a берутся изтабл.3.
Величинадиаметра внутреннего проводника d1 определяется из
условияобеспечения нормируемого значения волнового сопротивления
коаксиальной пары Zв= 75 Ом:
/>мм (9)
Толщинавнешнего проводника t должна учитывать поверхностный эффект
и эффект близости,поэтому должна быть больше глубины проникновения
на минимальной частоте.
Толщина внешнего проводника составляет 0,2 мм.
Поверх внешнего провода накладываются по спирали две стальные
ленты,толщина которых 0,16 мм каждая, изоляция из двух лент бумаги
толщиной по 0,12 мм каждая.
Диаметркоаксиальной пары будет равен:
/> (10)
гдеtэ=0,15·2=0,30 – общая толщина экрана, мм; tи=0,12·2=0,24–
толщина изоляционного слоя поверх экрана, мм.
Диаметркабельного сердечника с поясной изоляцией:
/>(11)
гдеtпи=0,48 – толщина поясной изоляции, мм.
Длякабелей со свинцовой оболочкой поясная изоляция выполняется из
трех-четырехслоев лент кабельной бумаги, толщиной 0,12 мм каждый
слой.
Далееследует рассчитать размеры кабеля с различными типами
бронепокровов. Этонеобходимо сделать, так как в курсовом проекте
предусмотрена прокладка кабеля вразличных условиях (в канализации,
в грунте и прокладки через судоходные исплавные реки). Для
прокладки в канализации используется голый кабель, т.е.
безбронепокрова. Для прокладки непосредственно в грунте – броня
типа Б. Для прокладкичерез судоходные реки – броня типа К.
Диаметркабеля для прокладки в канализации определяется по
формуле
/> (12)
гдеtоб =1,5 – толщина оболочки голого кабеля, мм;
tш– толщина пластмассового шланга для кабелей с алюминиевой и
стальнойоболочками, мм. Кабели со свинцовой оболочкой шланга не
имеют (наш случай).
Диаметркабеля, бронированного поверх оболочки стальными лентами, и
с защитнымипокровами будет равен
/> мм (13)
/>мм
гдеtоб=1,25 – толщина оболочки для бронированного лентами кабеля,
мм;
tпод=1,5– толщина подушки под броней, выполненной из джута или
пластмассового шланга,мм;
tбр=1– толщина брони из двух стальных лент, мм;
tнар=2– толщина наружного покрытия поверх брони, выполненного из
джута илипластмассового шланга, мм.
Диаметркабеля, бронированного стальными круглыми проволоками,
определяется по формуле:
/> мм (14)
/>мм
гдеtоб=2 – толщина оболочки кабеля, бронированного
круглымипроволоками, мм;
dбр=4– диаметр круглых проволок брони, мм./>
7. Расчетпараметров передачи кабельной цепи/> 7.1 Расчет
первичных параметров
Активноесопротивление R (Ом/км)
Длякоаксиального кабеля из медных проводников:
/> (15)
/>
гдеr1 — радиус внутреннего проводника, мм;
r2 — радиус внешнего проводника, мм;
f– частота, Гц.
ИндуктивностьL (Гн/км)
Длякоаксиального кабеля из медных проводников:
/>, Гн/км (16)
/> Гн/км
ЕмкостьС (Ф/км):
/> (17)
Проводимостьизоляции G (См/км):
/> (18)
/>
гдетангенс диэлектрических потерь />./> 7.2 Расчет
вторичных параметров
Коэффициентзатухания А, дБ/км:
/> , дБ/км (19)
/>
Коэффициентфазы B, рад/км:
/> рад/км (20)
Волновоесопротивление ZB (Ом) цепи определяется по формуле:
/>(21)
В области высоких частот, когда />>3,5,
/>Ом(22)
Скоростьраспространения электромагнитной волны v, км/с при
/>>3,5:
/>км/с (23)
Результаты расчетапервичных и вторичных параметров сведены в табл.
4 и отражены на графикахчастотной зависимости параметров.
Таблица 4 — Зависимостьпервичных и вторичных параметров от
частотыf, МГц R, Ом/км L, Гн/км C, Ф/км G, См/км A, Дб/км B, Рад/км
Zв, Ом v, км/с 0,1 18,08204 0,000197832 5,3054E-08 166,6741
44224,14 2,035575 61,06451 308668,9 5 127,8593 0,000173096
5,3054E-08 8333,705 2068304 95,20341 57,1195 329987,4 10 180,8204
0,000171903 5,3054E-08 23334,37 5771240 189,7493 56,92226 331130,8
15 221,4589 0,000171374 5,3054E-08 35101,57 8668230 284,186
56,83467 331641,2 20 255,7187 0,000171059 5,3054E-08 46935,43
11579902 378,5661 56,78238 331946,5 25 285,9022 0,000170844
5,3054E-08 58835,96 14506869 472,9101 56,74668 332155,4 30 313,1901
0,000170685 5,3054E-08 70803,16 17449442 567,2283 56,7203 332309,8
35 338,284 0,000170562 5,3054E-08 82837,03 20407808 661,5271
56,6998 332430 40 361,6408 0,000170462 5,3054E-08 94937,57 23382085
755,8106 56,68326 332527 45 383,578 0,00017038 5,3054E-08 107104,8
26372359 850,0814 56,66956 332607,4 50 404,3267 0,00017031
5,3054E-08 119338,7 29378689 944,3417 56,65797 332675,4 55 424,0615
0,00017025 5,3054E-08 131639,2 32401121 1038,593 56,648 332734 60
442,9178 0,000170198 5,3054E-08 144006,4 35439690 1132,836 56,6393
332785,1 65 461,0034 0,000170152 5,3054E-08 156440,3 38494424
1227,073 56,63162 332830,2 70 478,4058 0,000170111 5,3054E-08
168940,9 41565345 1321,304 56,62478 332870,5 75 495,1971
0,000170074 5,3054E-08 181508,1 44652473 1415,529 56,61863 332906,6
80 511,4374 0,00017004 5,3054E-08 194142 47755823 1509,749 56,61307
332939,3 85 527,1776 0,00017001 5,3054E-08 206842,6 50875407
1603,965 56,60801 332969,1 90 542,4612 0,000169982 5,3054E-08
219459,8 53974345 1698,177 56,60337 332996,3 95 557,3259
0,000169956 5,3054E-08 232127 57085444 1792,385 56,59911 333021,4
100 571,8044 0,000169933 5,3054E-08 244844,3 60208715 1886,59
56,59517 333044,6 110 599,7135 0,00016989 5,3054E-08 270245,4
66446717 2074,99 56,58811 333086,2 115 613,1919 0,000169871
5,3054E-08 282912,6 69557369 2169,186 56,58493 333104,9 120
626,3803 0,000169853 5,3054E-08 295613,2 72676123 2263,379 56,58195
333122,4 130 651,9573 0,000169821 5,3054E-08 321114,3 78937960
2451,758 56,57651 333154,4 135 664,3766 0,000169806 5,3054E-08
333914,9 82081051 2545,945 56,57402 333169,1 140 676,568
0,000169792 5,3054E-08 346748,8 85232261 2640,129 56,57167
333182,9
/>
Рисунок1 — Зависимость активного сопротивления R от частоты
/>
Рисунок2 — Зависимость индуктивности L от частоты
/>
Рисунок3 — Зависимость емкости C от частоты
/>
Рисунок4 — Зависимость проводимости G от частоты
/>
Рисунок5 — Зависимость волнового сопротивления ZB от частоты
/>
Рисунок6 — Зависимость фазы волнового сопротивления от частоты
/>
Рисунок7 — Зависимость коэффициента затухания А от частоты
/>
Рисунок8 — Зависимость коэффициента B от частоты
/>
Рисунок9 — Зависимость скорости распространения V от
частоты/>
Отличиепараметров рассчитанного кабеля от параметров типового
кабеля, выпускаемогопромышленностью, обусловлено отличием
определённых по формулам (8) и (9)геометрических размеров
коаксиальной пары от размеров коаксиальной пары типовогокабеля КМ-4
(2,6/9,5 мм).
8.Размещение регенерационных пунктов на кабельной магистрали
Таблица5 — Параметры секций линейного тракта
Номер
секции ОРП-ОРП
Название
населенных пунктов
Длина
секции, км Количество регенерационных участков Примечание
ОРП1-ОРП2
ОРП-4 Ижевск — Караидель 369 123 ОРП2-ОРП3 Караидель–
Челябинск 360 120 ОРП3-ОРП4 Челябинск – Курган 261 87 Добавляем
искусств. В 1 км
Структурнаясхема линейного тракта приведена на рис.10:
/>
Рисунок 10 — Структурная схема линейного тракта
/>9. Расчет параметров взаимных влияний между цепями
Влияниемежду коаксиальными парами зависит от конструкции внешних
проводов, ихрасположения и материала. Чем больше толщина внешних
проводов, тем влияниеменьше. В качестве первичного параметра
влияния оперируют с сопротивлениемсвязи Z12. Сопротивление связи
или взаимное сопротивление Z12представляет собой отношение
напряжения />,возбуждаемого на внешней поверхности внешнего
провода коаксиальной пары, к токуI, протекающему в проводах
коаксиальной пары. Напряжение /> соответствует
продольнойсоставляющей электрического поля Еz. При прохождении тока
во внешнемпроводе создается падение напряжения и действует
продольная составляющаяэлектрического поля Еz. Отношение Еz к току
цепи и даетколичественную оценку сопротивления связи. Чем больше
Z12, тембольше Еz на внешней поверхности внешнего провода
коаксиальной парыи вне него, и больше мешающее влияние.
Сопротивление связи Z12медного внешнего провода коаксиальной пары
определяется по следующей формуле:
/>, Ом/км (24)
/> Ом/км,
где/> – коэффициент вихревыхтоков, 1/мм;
rб=2,433и rс=2,633 – внутренний и внешний радиусы внешнего провода,
мм;
t=0,2– толщина внешнего провода, мм;
s – проводимостьматериала;
/>, Ом×мм/ км.(25)
Значения N при различных частотах для различных толщин медного
проводаприведены в табл. 6.
Таблица 6 — Значения /> длярасчета Z12 коаксиального
кабеля
Частота
кГц Значения |N| при толщине внешнего провода t, мм 0,1 0,15 0,2
0,25 0,30 0,50 Медь
10
60
100
200
300
500
182
177
176
175
174
168
120
116
115
114
110
99
87
86
85
81
73
59
69
68
66
56
50
35
56
55
53
44
34
19
40
27
21
11
6
2
В реальных условиях коаксиальная пара имеет чаще всего внешний
провод ввиде медной трубки и стального экрана из спирально
наложенной ленты, поэтомусопротивление связи следует определять по
формуле:
/> Ом/км, (26)
гдеLz – продольная индуктивность, обусловленная спиральными лентами
иравная:
/> Гн/км, (27)
гдеLвн – внутренняя индуктивность стальных лент, равная:
/> Гн/км, (28)
гдеh – шаг наложения экранных лент, h=10 мм;
rc=2,633– внешний радиус внешнего провода, мм;
tэ=0,30–толщина экрана, мм;
mэ – магнитная проницаемость экрана (для стали 100¸200).
Переходное затухание на ближнем конце кабельной линии определяется
поформуле:
/>, дБ(29)
Переходноезатухание на дальнем конце:
/>, дБ (30)
Защищенностьна дальнем конце:
/>, дБ, (31)
гдеG – коэффициент распространения; a – коэффициент затухания;
Zз– полное сопротивление промежуточной третьей цепи коаксиальной
пары, состоящееиз собственных сопротивлений внешних проводов Zвн
обеих коаксиальныхпар и индуктивного сопротивления jwLз
цепи,обусловленного индуктивностью между проводами:
/>(32)
Индуктивностьпромежуточной цепи Lз зависит от изоляции,
расположенной поверхвнешних проводов коаксиальных пар. Если
коаксиальные пары изолированыдиэлектриком (пластмассовые или
бумажные ленты), то:
/>Гн/км, (33)
гдеа – расстояние между центрами коаксиальных пар, мм;
rc– внешний радиус внешнего провода, мм.
Вэтом случае, как правило, />>2Zвн и поэтому полное
сопротивление промежуточной цепи:
/>(34)
Есликоаксиальные пары экранированы стальными лентами, то:
/> Гн/км. (35)
Вданном случае />>2Zвн, и поэтому:
/>(36)
Тогда расчетные формулы переходного затухания длянаиболее
распространенного случая экранированных коаксиальных пар,
когдасердечник кабеля содержит другие коаксиальные пары и
симметричные четверки, запишетсяв виде:
/>, дБ;(37)
/>, дБ;(38)
/>, дБ;(39)
где/> – поправочный коэффициент;
n– число коаксиальных пар, находящихся под общей оболочкой
кабеля.
Для коаксиальных кабелей нормируются: 2,6/9,5мм Защищенность на
длине УУ, дБ 110 Переходное затухание на дальнем конце, дБ 110+al
Переходное затухание на ближнем конце, дБ 110+al
Рассчитанныевеличины А0, Аl, АЗ удовлетворяют условиямнормировки.
Построим зависимости А0, Al, АЗ отчастоты f.
Таблица7 — Зависимости А0, Al, АЗ от частотыЧастота, кГц
A0
A3
Al 10 94,83217 86,47043 87,36675 60 121,242 101,393 103,7845 100
129,571 105,8041 108,9375 200 141,4172 112,1112 116,6112 300
149,1126 116,4764 122,0267 500 159,6011 122,7019 129,9193
Взаимноевлияние коаксиальных пар мало, так как рассчитанные
значения параметров большенормируемых. Отличие параметров
рассчитанного кабеля от параметров типовогокабеля, выпускаемого
промышленностью, обусловлено отличием определённых поформулам (5) и
(7) геометрических размеров коаксиальной пары от
размеровкоаксиальной пары типового кабеля КМ-4 (2,6/9,5 мм). С
ростом частоты взаимноевлияние коаксиальных пар уменьшается.
/>
Рисунок1- Зависимость переходного затухания на ближнем конце A0 от
частоты
/>
Рисунок12 — Зависимость переходного затухания на дальнем конце Al
от частоты
/>
Рисунок13 — Зависимость защищенности на дальнем конце Аз от
частоты
Вывод:сравнивая полученные значения величин А0, Аl, АЗ сданными в
таблице 7, видим, что в рабочем диапазоне частот они
удовлетворяетнормируемым значениям. Рассчитанные величины
переходного затухания соответствуютнормам.
10. Расчет влиянияот высоковольтных линий
На работу кабельных линий связи могут оказывать
неблагоприятныевоздействия целый ряд посторонних источников: линии
электропередачи (ЛЭП),контактные сети электрифицированных железных
дорог (КСЭЖД), атмосферноеэлектричество (удары молнии), передающие
электростанции. Указанные внешниеисточники могут создавать в цепях
кабельных линий связи опасные и мешающиевлияния.
Опасными влияниями называют такие влияния, при которых напряжения и
токи,возникающие в цепях связи, могут создать опасность для
здоровья и жизниабонентов и работников эксплуатации, а также
вызвать повреждение аппаратуры,приборов, кабеля связи.
Мешающие влияния проявляются в телефонных цепях и каналах связи в
видешумов, тресков, нарушения или ухудшения качества связи.
Обычно при оценке влияния ЛЭП и КСЭЖД, которые вместе принято
называтьвысоковольтными линиями (ВЛ), на линии связи
рассматриваются отдельновоздействие электрического и магнитного
влияний. Кабели не подверженыэлектрическому влиянию, так как
силовые линии электрического поля экранируютсяповерхностью земли и
металлической оболочкой кабеля. Одним из основныхфакторов,
определяющих степень влияния ВЛ на линию связи, является
характерсближения. Под сближением понимается взаимное расположение
линии связи и ВЛ,при котором в линии связи могут возникать опасные
и мешающие напряжения и токи.Сближение может быть параллельным,
косым и сложным (рис.14). Участок сближениясчитается параллельным,
если кратчайшее расстояние между линиями (ширинасближения) a
изменяется по длине сближения не более чем на 10% от
среднегозначения. Если это условие не выполняется, то участок
сближения называетсякосым. При расчете косое сближение заменяется
ступенчатым параллельным.
/>
Рисунок 14 — Схема сближения линии связи с ВЛ
Вэтом разделе требуется оценить опасное влияние, которое создает ВЛ
впроектируемой кабельной линии. Опасное магнитное влияние может
возникнуть приобрыве и заземлении фазового провода ЛЭП или
контактного провода КСЭЖД. Большаявеличина тока короткого замыкания
создает интенсивное магнитное поле. Врезультате в жилах кабеля
индуцируется ЭДС, которая может превышать допустимыезначения. Эта
ЭДС называется продольной, так как индуцированное электрическоеполе
направлено вдоль провода связи.
ПродольнаяЭДС – это разность потенциалов между началом и концом
провода связи на длинегальванически неразделенного участка.
Гальванически неразделенным участкомсчитается участок линии связи,
не содержащий усилителей, трансформаторов,фильтров. На кабельных
магистралях за длину гальванически неразделенного
участкапринимается длина усилительного (регенерационного)
участка.
Абсолютноезначение продольной ЭДС, наведенной в проводе связи от
магнитного влияния ВЛ,на сложном участке сближения (см. рис.14)
рассчитывается на частоте 50 Гц поформуле
/>, (40)
гдеn – число участков сближения; I1 – влияющий ток, А; m12i–
коэффициент взаимной индукции между однопроводными цепями ВЛ и
линии связи наi-м участке сближения, Гн/км; li – длина i-го участка
сближения, км;Si – результирующий коэффициент экранирования между
ВЛ и линиейсвязи на i-м участке сближения.
Вкурсовом проекте величина влияющего тока задается.
Коэффициентвзаимной индукции точно определить теоретически
достаточно сложно, так как онзависит от проводимости земли на
участке сближения, а проводимость земли из-занеоднородности
структуры строения меняется в широких пределах. На
практикекоэффициент взаимной индукции в зависимости от ширины
сближения и проводимостиземли определяется по номограммам.
Коэффициент взаимной индукции (Гн/км) можноопределить и по
приближенной формуле, которая справедлива в диапазоне
тональныхчастот:
/>, (41)
где/> — эквивалентная ширина i-гоучастка сближения, м; f –
частота влияющего тока, Гц; σз –проводимость земли (для супеска
0,003 СМ/м).
Эквивалентнаяширина косого участка сближения определяется
соотношением
/> (42)
Рассчитаем эквивалентные ширины косого участка сближения:
/>
Тогдакоэффициенты взаимной индукции:
/>
Результирующийкоэффициент экранирования (на низких частотах его
называют коэффициентомзащитного действия — КЗД) учитывает
уменьшение наведенной ЭДС за счет защитногодействия металлических
экранов, размещенных между ВЛ и линией связи. В общемвиде
коэффициент защитного действия
S= SобSтрSрSм, (43)
гдеSоб ,Sтр, Sр, Sм – коэффициентызащитного действия соответственно
оболочки кабеля связи; заземленных тросов,подвешенных на опорах
ЛЭП; рельсов железнодорожных путей, проложенных рядом скабелем
связи; металлических сооружений (соседних кабелей связи,
трубопроводов,газопроводов и т. д.).
Внашем случае: Sтр = 0,55; Sр = 0,55.
Определивкоэффициент взаимной индукции m12 для каждого участка,
производятрасчет продольной ЭДС, полагая Sоб=1, Sм=1:
/> В/км (44)
Рассчитаввеличину суммарной продольной ЭДС на участке сближения
длиной l, определяютпродольную ЭДС на 1 км кабеля
/> В/км. (45)
Исходяиз результатов расчета Екм, по табл.8 в зависимости от типа
защитныхпокровов кабеля связи определяем величину идеального
коэффициента защитногодействия металлических покровов Sоб.
Таблица8 — Идеальный КЗД (Sоб) коаксиальных кабелей связи при
частоте 50
Екм,
В/км Марка кабеля КМБ-4 КМАБп-4 КМБ-8/6 КМБ-6/4 МКТСБ-4 ВКПАП 10
0,60 0,100 0,46 0,60 0,82 0,63 20 0,58 0,093 0,38 0,54 0,73 50 0,52
0,064 0,30 0,46 0,58 100 0,46 0,043 0,21 0,37 0,46 150 0,36 0,040
0,17 0,27 0,41 200 0,34 0,041 0,15 0,25 0,39 250 0,33 0,044 0,14
0,30 0,40 300 0,34 0,045 0,15 0,32 0,43
Определиввеличину Sоб, окончательно рассчитываем величину
продольной ЭДС научастке сближения
/> (46)
Привычислении Епрод предполагалось, что Sм=1. Полученнуювеличину
Епрод сравниваем с величиной допустимого опасногонапряжения:
Таблица9 — Допустимые значения продольной ЭДС при кратковременном
влиянииСхема дистанционного питания (ДП) Допустимые ЭДС, В, при
влиянии ЛЭП Без ДП
Uисп=3,7 кВ «Провод-земля» постоянным током
/>=3099В «Провод-провод» переменным током
/>=3399В
Втаблице 10 Uисп=3700 В – испытательное напряжение изоляции
жилкабеля по отношению к экрану или металлической оболочке и
вводного устройствааппаратуры, зависит от типа кабеля (см.
табл.10); ИКМ — 1920x2 – 850 В –действующее значение напряжения
дистанционного питания линейных регенераторов,зависит от системы
передачи.
Таблица10 — Значения Uисп коаксиальных кабелей Тип кабеля МКТСБ-4
КМБ-4 КМБ-6/4 КМБ-8/6 КМКБ-4 ВКПА
Uисп, кВ 3,4 3,7 3,6 3,6 3,7 3,0
Максимальное значение напряжения дистанционного питания для
аппаратуры ИКМ-1920х2– 850 В.
11. Определение необходимости защитыкабельной магистрали от удара
молнии
Вероятное число повреждений кабелей ударами молний
характеризуетсяплотностью повреждений. Под плотностью повреждений
понимается общее количествоотказов (повреждений с простоем связей),
отнесенных к 100 км трассы кабеля в год как при однокабельной
системе передачи, так и двухкабельной, т.е.
/>,(47)
гдеN – общее число повреждений, равное числу опасных ударов
молнии;
К– промежуток времени, за который произошло N повреждений, лет;
L– длина трассы, км.
Для определения плотности повреждений кабеля с металлическими
защитнымипокровами, не имеющего поверх оболочки изолирующего
шлангового покрытия,необходимо знать следующие данные:
интенсивностьгрозовой деятельности Т (количество часов в году),
час.;
электрическуюпрочность изоляции жил по отношению к металлической
оболочке Umax,В; удельное сопротивление грунта rгр, кОм×м;
сопротивление внешнихзащитных металлических покровов постоянному
току R0, Ом/км.
ВеличиныТ, Umax, rгр заданыв виде исходных данных. Величина
R0находится как сопротивлениепараллельно соединенных металлической
оболочки и стальной ленточной броникабеля:
/> Ом/км; (48)
/> Ом/км; (49)
/>Ом/км; (50)
r — удельноесопротивление материала металлической оболочки кабеля,
для свинца r=0,221 Ом мм2/м; Dбр – средний диаметр кабеля поброне,
мм (27,5 мм); а – ширина одной бронеленты, а=(1¸1,1)Dбр = 27,513
мм; b – толщина одной бронеленты, b=0,5 мм; dоб – внутренний
диаметр оболочкикабеля, мм (16,013 мм); tоб – толщина оболочки
кабеля, мм (1,25 мм).
ПодсчитавR0и зная rгр, пографику на рисунке 15 определяем n =
1,8
/>
Рисунок 15 — Зависимость плотности повреждений кабеля связи
отсопротивления грунта и сопротивления R0
Вероятноечисло повреждений кабеля
/>(51)
гдеТ в часах;
Umaxв вольтах;
n– взято из рис. 15.
Эточисло сравниваем с допустимым числом повреждений nдоп кабелей
отударов молний на 100 км трассы в год из табл. 12. Так как nx
>nдоп,то производится защита кабельной магистрали от ударов
молний. Для защиты применяютпроложенные в земле грозозащитные
тросы, надо определить их число.
Защитное действие тросов характеризуется коэффициентом тока в
оболочкекабеля h, показывающим отношение тока молнии в оболочке
кабеляпри наличии троса к току молнии при отсутствии троса. Для
одного медного или биметаллическоготроса
/>=0,759, (52)
гдеrкт=/> мм — расстояниемежду кабелем и тросом,
(рис.7);
dт=4мм- диаметр троса;
dк=27,52мм- внешний диаметр оболочки кабеля.
Далеепо графику рис.6 определим n=0,25, взяв уже не R0, а
R0×h1=1,91,затем вычислим nx по (53). Так как nx=> nдоп, то
возьмем два троса.
Коэффициент тока для двух тросов при их симметричном
расположенииотносительно кабеля
/>=0,81 (53)
гдеrтт=0,5м — расстояние между тросами (рис.16), остальные
обозначенияте же, что и в формуле (52).
Сновапо графику рис.6 определим n=0,16 по величине R0×h2=2,04,
азатем вычислим nx по (51). Так как nx/>Рисунок 16 — Защита
кабеля связи спомощью двух тросовсвязьтональный частота
кабельный
Заключение
Врезультате проектирования междугородной линии связи для трассы
Ижевск – Курган,был выбран оптимальный маршрут, который наиболее
удовлетворяет технико–экономическимсоображениям. Используя исходные
данные и теорию из методических указанийудалось выбрать оптимальную
трассу, рассчитать число каналов тональной частотыс учётом прироста
населения, выбрать подходящий тип кабеля и аппаратурууплотнения,
рассчитать конструкцию выбранного кабеля, высчитать первичные
ивторичные параметры передачи кабельной цепи, правильно разместить
усилительныеи регенерационные пункты на выбранной трассе,
рассчитать параметры взаимныхвлияний между цепями, а также
рассчитать внешние влияния от высоковольтныхлиний электропередачи и
защиты кабельной магистрали от ударов молнии. Всепроделанные
расчёты были выполнены с целью получения практических навыков
ипредставления работы инженеров в области многоканальной связи.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Проектирование междугороднойкабельной линии связи.
Методические указания к выполнению курсового проекта подисциплине
«Направляющие системы электросвязи»/ Уфимск. гос. авиац.техн. ун-т;
Сост. А.З. Тлявлин.– Уфа, 2003.
2. Основы линий связи. Часть 1/Уфимск. гос. авиац. техн.
ун-т;
А. Х. Султанов, А. З.Тлявлин.– Уфа, 2000.
3. Атлас автомобильныхдорог 2000. Минск, 2000 г.