5 Выбор арматуры для монтажа кабельной магистрали
Для ответвления от магистрального кабеля применяют разветвительные муфты. Это сросток, в котором четверки и пары одного кабеля распределяются между двумя и более ответвляющимися кабелями разной емкости. Разветвительные муфты монтируют на речных переходах при распределении емкости магистрального кабеля между основным и резервным кабелями, на ответвлениях от магистрального кабеля к различным объектам на перегонах (а иногда и на станциях), в усилительных и оконечных пунктах в тех случаях, когда емкость магистрального кабеля превышает емкость оконечного кабельного оборудования. Следует стремиться к тому, чтобы место ответвления совпадало с прямой муфтой. Разветвительные муфты, устанавливаемые не на стыке строительных длин, называются врезными; их монтируют в том случае, когда место ответвления удалено более чем на 100 м от ближайшего стыка строительных длин магистрального кабеля. От механических повреждений прямые и разветвительные муфты защищают чугунными соединительными или тройниковыми муфтами.
Для герметизации кабеля при содержании его под постоянным избыточным давлением устанавливают газонепроницаемые муфты типа ГМС-4, ГМСМ-40 или ГМСМ-60 – перед оконечными вводными устройствами в усилительных пунктах и в начале каждого ответвления от магистрального кабеля. Эти муфты монтируют на 4—5-метровом отрезке кабеля той же марки, что и кабель ответвления. Для муфты ГМС от механических повреждений ее помещают в чугунную муфту и заливают битумной массой. Газонепроницаемые муфты, устанавливаемые в помещениях, естественно, в защите чугунными муфтами не нуждаются.
6 Расчет опасных и мешающих влияний на кабель
6.1 Расчет влияний контактной сети переменного тока
Контактные сети переменного тока оказывают значительное влияние на цепи связи. Опасные влияния обусловлены рабочими токами частотой 50 Гц. Следует различать три режима работы контактной сети:
Нормальный, если тяговые токи поступают в контактную сеть от всех подстанций участка;
Вынужденный, когда одна из тяговых подстанций временной отключена и ее нагрузку воспринимают смежные с ней подстанции;
Режим короткого замыкания – аварийный режим, в этом случае контактный провод замыкается на рельсы или землю.
По заданию контактная сеть переменного тока находится в нормальном режиме, следовательно оказывает на линию связи мешающие влияния.
Для двухпроводных телефонных цепей тональной частоты определяют псофометрическое значение мешающего напряжения. Для расчета возьмем усилительный участок Поляково – Пятиречье, длиной 31 км, считая, что тяговая сеть состоит из участков одностороннего питания, т.е. полное тяговое плечо разделено посередине на два плеча одностороннего питания.
Рисунок 6.1 – Взаимное расположение усилительного участка и тяговых подстанций
Результирующее псофометрическое напряжение рассчитываем по следующей формуле:
, (6.1)
где
- значения мешающего напряжения,
индуктированного в цепи связи в пределах
каждого участка тяговой сети.
Расчет
производим по следующим формуле 6.2:
, (6.2)
где
– угловая частота, рад/c,
;
по заданию
– порядок определяющей гармоники,
– частота первой гармоники;
– ток k-ой
гармоники,
;
– коэффициент чувствительности
телефонной цепи к помехам,
;
– коэффициент акустического воздействия
k-ой
гармоники,
;
– коэффициент экранирующего действия
рельсов (для кабельной линии связи
),
,
;
– длина сближения линии связи с влияющей
линией в пределах расчетного усилительного
участка, км;
– среднее значение коэффициента взаимной
индукции, Гн/км:
, (6.4)
где а – ширина сближения линии связи с контактной сетью, м;
– проводимость грунта,
.
Результаты расчётов занесём в таблицу 6.1.
Таблица 6.1 – Результаты расчётов мешающих напряжений
а, м |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
|
5.456 |
4.65 |
4.083 |
3.646 |
3.293 |
2.998 |
2.746 |
2.527 |
2.335 |
2.165 |
2.012 |
|
2.32 |
1.977 |
1.736 |
1.55 |
1.4 |
1.274 |
1.167 |
1.074 |
0.993 |
0.92 |
0.855 |
|
1.025 |
0.874 |
0.767 |
0.685 |
0.618 |
0.563 |
0.516 |
0.475 |
0.439 |
0.407 |
0.378 |
|
2.536 |
2.161 |
1.897 |
1.694 |
1.53 |
1.393 |
1.276 |
1.175 |
1.085 |
1.006 |
0.935 |
,
Гн/км
При сравнении полученных при расчёте мешающих напряжений с нормой (1мВ) выбираем ширину сближения 56 м (при а=56 м Uш=0,996 мВ). Т.к. мешающее напряжение не выходит за пределы нормы, то нет необходимости включать в цепи связи защитную аппаратуру.
Расчет влияния ЛЭП с заземленной нейтралью
ЛЭП с заземленной нейтралью оказывает опасные и мешающие влияния на линию связи.
Разделяют 2 режима работы ЛЭП:
– нормальный режим (под влиянием ЛЭП в кабелях связи индуктируются мешающие ЭДС);
– режим короткого замыкания (ЛЭП оказывает опасные влияния).
По заданию ЛЭП находится в режиме к.з., следовательно необходимо рассчитать опасные напряжения и сравнить их с нормами.
Под влиянием ЛЭП в жилах кабеля наводится продольная ЭДС. ЛЭП переменного тока влияют в основном на частоте 50 Гц. Продольная ЭДС в проводе (жиле) связи зависит от влияющего участка ЛЭП, которая равна расстоянию от начала сближения ЛЭП и ЛС до места короткого замыкания фазового провода ЛЭП на землю (в пределах рассчитываемого усилительного участка).
Взаимное расположение усилительного участка и ЛЭП и диаграмма распределения токов короткого замыкания на усилительном участке изображены на рисунке 6.2.
Рисунок 6.2 – Взаимное расположение усилительного участка и ЛЭП и диаграмма распределения токов короткого замыкания на усилительном участке
При расчете используется метод проб, то есть последовательно определяются ЭДС при коротком замыкании фазового провода в разных местах трассы ЛЭП. Для расчета используем следующую формулу:
, (6.5)
где
- количество участков косого или
параллельного сближения до предполагаемого
места короткого замыкания;
- угловая частота,
рад/с,
;
- ток короткого
замыкания, определяемый по диаграмме
в зависимости от места аварии, А;
- коэффициент
взаимной индукции
-го
участка сближения, мкГн/м;
- коэффициент экранирующего действия
рельсов (для кабельной линии связи
),
,
;
- длина
-го
участка сближения линии связи с влияющей
линией в пределах расчетного усилительного
участка, км.
Расчет коэффициентов взаимной индукции ведется согласно следующей методике:
определяется ширина сближения аэ;
вычисляется вспомогательная величина
, (6.6)
где
– частота влияющего тока (
);
– проводимость земли (
);
находится произведение ах;
на одной из пяти шкал, расположенных по оси абсцисс графика на рисунке 6.3, находится точка, соответствующая значению ах и определяется соответствующее её значение коэффициента взаимной индукции М.
Рисунок 6.3 – График зависимости коэффициента взаимной индукции от ах
Расстояние от железной дороги до точки входа ЛЭП в ТП (h) выбираем в пределах станции (100 м): h = 90 м.
Рассчитаем
значения
по формуле (6.7):
(6.7)
Где
а –
ширина сближения ЛС и контактной сети,
м;
Т.к. ЛЭП не параллельна ЛС, то этот участок косого сближения с целью упрощения заменяется на эквивалентные параллельные, ширина сближения которых вычисляется по формуле:
(6.8)
Результаты расчета сведены в таблице 6.2.
Таблица 6.2 – Расчет коэффициентов взаимной индукции
|
|
x |
|
|
146 / 681.9 |
324,6333 |
3,5 |
1136,22 |
188 |
681.9 / 1217.8 |
911,2726 |
3,5 |
3189,45 |
60 |
1217.8 / 1753.7 |
1461,388 |
3,5 |
5114,86 |
22 |
1753.7 / 2289.6 |
2003,814 |
3,5 |
7013,35 |
12 |
2289.6 / 2825.5 |
2543,475 |
3,5 |
8902,16 |
7 |
2825.5 / 3361.4 |
3081,823 |
3,5 |
10786,38 |
5 |
3361.4 / 3897.3 |
3619,445 |
3,5 |
12668,06 |
4 |
3897.3 / 4433.2 |
4156,622 |
3,5 |
14548,18 |
3 |
4433.2 / 4969.1 |
4693,508 |
3,5 |
16427,28 |
2 |
4969.1 / 5505 |
5230,191 |
3,5 |
18305,67 |
1,6 |
5505 / 6040.9 |
5766,728 |
3,5 |
20183,55 |
1,4 |
6040.9 / 6576.8 |
6303,157 |
3,5 |
22061,05 |
1,3 |
6576.8 / 7112.7 |
6839,503 |
3,5 |
23938,26 |
1,2 |
7112.7 / 7648.6 |
7375,785 |
3,5 |
25815,25 |
0,8 |
7648.6 / 8184.5 |
7912,014 |
3,5 |
27692,05 |
0,7 |
8184.5 / 8452.4 |
8317,371 |
3,5 |
29110,8 |
0,6 |
,м
,
мкГн/м
Производим расчет продольной ЭДС, индуктируемой в жиле по (6.5). Результаты расчета заносим в таблицу 6.3.
Таблица 6.3 – Продольная ЭДС, индуктируемая в жиле
№ участка |
,м |
, А |
Е, В |
1 |
315,5272 |
1174,9 |
3886 |
2 |
911,2726 |
1124,7 |
3561 |
3 |
1461,388 |
1074,4 |
2079 |
4 |
2003,814 |
1024,2 |
1514 |
5 |
2543,475 |
974,0 |
1079 |
6 |
3081,823 |
923,7 |
894 |
7 |
3619,445 |
873,5 |
799 |
8 |
4156,622 |
823,3 |
652 |
Таблица 6.3 – Продольная ЭДС, индуктируемая в жиле (продолжение)
№ участка |
,м |
, А |
Е, В |
9 |
4693,508 |
773,0 |
462 |
10 |
5230,191 |
722,8 |
387 |
11 |
5766,728 |
672,6 |
348 |
12 |
6303,157 |
622,3 |
327 |
13 |
6839,503 |
572,1 |
302 |
14 |
7375,785 |
521,9 |
198 |
15 |
7912,014 |
471,6 |
168 |
16 |
8317,371 |
434,0 |
140 |
В целях обеспечения безопасности ведения работ на линиях и использования устройств, а также необходимого качества связи установлены нормы опасных и мешающих влияний [1].
Для междугородных кабельных линий связи без дистанционного питания усилителей допустимая индуктированная ЭДС от влияния ЛЭП с заземленной нейтралью равна Uисп.
Uисп – испытательное напряжение изоляции жил кабеля по отношению к экрану или металлической оболочке кабеля строительной длины (для большинства магистральных железнодорожных кабелей – 1800 В).
В нашем случае некоторые из полученных значений продольных ЭДС превышают норму, следовательно, есть необходимость устанавливать бариевые разрядники, которые устанавливаются для снижения опасных влияний по концам сближения на ЛС.
Расчет взаимного влияния
6.3.1 Определение собственных параметров кабеля
Кабельную линию связи можно представить в виде четырёхполюсника, обладающего рядом параметров. Составляется расчётная схема замещения линии связи, на которой распределённые параметры заменены эквивалентными сосредоточенными. Номиналы расчётной схемы замещения получили название первичных параметров. К ним относят:
R –удельное сопротивление на единицу длинны [ Ом/км ];
L –удельная индуктивность [ Гн/км];
G – проводимость изоляции [ См/км];
С – удельная ёмкость [ Ф/км ];
Данные величины являются специфическими свойствами каждого отдельного типа кабеля, используемого для прокладки проектируемой линии связи, и определяются геометрическими размерами отдельных элементов кабеля, их электрическими свойствами, частотой сигнала. При расчёте первичных параметров необходимо учитывать влияние поверхностного эффекта и эффекта близости близко расположенных цепей.
Определим значения первичных параметров для кабеля МКПАБ. Существует множество методов проведения подобных расчётов. Большинство из них основано на использовании специальных вспомогательных функций, значения которых протабулированы с точностью, достаточной для инженерных расчётов. Воспользуемся данным способом расчёта. Зависимость специальных функций от частоты приведена в таблице 6.4.
Таблица 6.4 – Специальные вспомогательные функции.
f, кГц |
F(f) |
G(f) |
H(f) |
Q(f) |
50 |
0,934 |
0.707 |
0.5138 |
0.706 |
100 |
1,63 |
0,8466 |
0.584 |
0.423 |
150 |
2,169 |
1,3237 |
0,6113 |
0.3523 |
200 |
2,9977 |
1,5489 |
0,6343 |
0.3024 |
250 |
3,1 |
1,7488 |
0,75 |
0.2668 |
300 |
3,3554 |
1,9277 |
0,75 |
0.2436 |
350 |
3,6843 |
1,0922 |
0,76 |
0.2255 |
400 |
3,9905 |
2,2752 |
0,76 |
0.2109 |
450 |
4,278 |
2,389 |
0,77 |
0.1988 |
500 |
4,55 |
2,549 |
0,77 |
0.1886 |
Для расчёта первичных параметров можно воспользоваться следующими зависимостями:
,
Ом/км (6.9)
где R0 – удельное сопротивление постоянному току [Ом/км], определяется площадью поперечного сечения жилы кабеля и материалом, из которого она была изготовлена. Для кабеля МКПАБ данная величина составляет 31,7 Ом/км;
Р –коэффициент, характеризующий близость с соседними жилами, в данном случае Р =5 («звёздная» скрутка жил);
d – диаметр жилы (1,05 мм);
а – расстояние между осями проводников (1,85 мм):
R – дополнительное сопротивление за счёт потерь энергии на вихревые токи. Данная величина является функцией частоты и зависит от материала оболочки кабеля [5].
Ом. (6.10)
Удельная индуктивность определяется по следующей зависимости:
, Гн/км (6.11)
где r – коэффициент магнитной проницаемости. Для алюминия: r=1;
– коэффициент укрутки. Для кабеля МКПАБ = 1,016.
Ёмкость кабельной линии определяется по следующеё зависимости:
,
Ф/км (6.12)
где – коэффициент увеличения ёмкости за счёт эффекта близости. Для используемого кабеля = 0,644;
р – диэлектрическая проницаемость изоляции. В данном случае р= 1,4;
Проводимость изоляции, как правило, не велика. При её определении можно использовать следующее выражение:
, Гн/км (6.13)
где tgp – результирующий тангенс угла потерь изоляции. Данная величина является функцией частоты.
Произведём расчёт первичных параметров для кабеля МКПАБ в спектре частот. Полученные данные занесём в таблицу 6.5
Таблица 6.5 – Частотная зависимость первичных параметров кабельной линии
f, кГц |
R, Ом/км |
L, мГн/км |
С, нФ/км |
G, мкСм/км |
50 |
106 |
0,45 |
81,34 |
30,65 |
100 |
139 |
0,42 |
81,34 |
61,30 |
150 |
187 |
0,41 |
81,34 |
91,95 |
200 |
229 |
0,406 |
81,34 |
122,61 |
250 |
251 |
0,403 |
81,34 |
153,26 |
300 |
271 |
0,401 |
81,34 |
183,91 |
350 |
286 |
0,399 |
81,34 |
214,56 |
400 |
316 |
0,398 |
81,34 |
245,21 |
450 |
334 |
0,396 |
81,34 |
275,86 |
500 |
353 |
0,395 |
81,34 |
306,51 |
Приведём пример расчёта на частоте f = 250 кГц. Используя формулы (6.9) – (6.13) произведем расчет первичных параметров:
Ом/км
мГн/км
нФ/км
мкСм/км
Построим по полученным данным графики частотных зависимостей первичных параметров (рисунок 6.4).
а)
б)
в)
г)
Рисунок 6.4 – Функции частотных зависимостей первичных параметров
а) – сопротивления; б) индуктивности; в) емкости; г) проводимости