Lektsia_1_6

3

РАЗДЕЛ 1. Каналы связи и каналообразующие устройства

ЛЕКЦИЯ № 6. Принципы построения линий связи на ж.д.т.

Содержание лекции:

1. Краткий исторический очерк развития линий автоматики, телемеханики и связи.

2. Организация связи на железнодорожном транспорте.

3. Разновидности направляющих систем, используемых для передачи сигналов.

1. Краткий исторический очерк развития линий автоматики, телемеханики и связи

Появление первых воздушных и кабельных линий связи относится к началу и середине XIX столетия и связано с именами многих зарубежных и русских ученых. Первые кабельные линии в нашей стране были созданы русским ученым П.Л. Шиллингом. Еще в 1812 г. в Петербурге он демонстрировал взрывы морских мин, использовав для этой цели предложенный им изолированный проводник. В 1836 г. П.Л. Шиллинг применил изолированные провода, проложенные в деревянных желобах. По ним была организована телеграфная связь между крайними зданиями Адмиралтейства в Петербурге. Он же предложил идею подвешивания проводов на столбах, что, по существу, явилось изобретением воздушной линии.

В1841 г. русский академик Б.С. Якоби построил ряд подземных кабельных линий для организации телеграфной связи между Петербургом и Царским Селом.

В1851 г. для устройства телеграфной линии был проложен подземный междугородный кабель, изолированный гуттаперчей, между Москвой и Петербургом.

Однако уровень развития того времени не позволил создать кабели с достаточно хорошими электрическими свойствами и большим сроком службы. На некоторое время кабельные линии были вытеснены воздушными линиями связи.

В1854 г. между Петербургом и Москвой одновременно с постройкой Николаевской (ныне Октябрьской) железной дороги была построена первая воздушная линия телеграфной связи.

В1898 г. после подвески между Петербургом и Москвой двух бронзовых цепей была осуществлена телефонная связь на расстоянии около 600 км.

Этапы дальнейшего развития ЛАТС связаны со следующими датами:

1900 г уменьшение затухания в телефонных цепях путём увеличения их индуктивности;

1912 … 1913 гг. изобретение электронных ламп, позволившее обеспечивать усиление сигналов в линиях связи;

4

1856 г. прокладка трансатлантического кабеля телеграфной связи; 1956 г. строительство систем трансатлантической многоканальной свя-

зи;

70-е годы XX столетия создание высоконадежных оптических кабельных систем связи.

Широкое строительство железных дорог началось с 1931 г. Для электропитания устройств автоматики и телемеханики вдоль железной дороги строят воздушные высоковольтно-сигнальные линии автоблокировки с трёхфазной силовой цепью напряжения 6 или 10 кВ. На опорах этих линий подвешивают также провода сигнальных цепей. Высоковольтные сигнальные линии дополняются на станциях станционной кабельной сетью. На территории станций прокладывают кабельные сети электрической централизации (ЭЦ) и горочной автоматической централизации. Бурный рост электрификации страны привел к необходимости защиты устройств автоматики, телемеханики и связи от опасных и мешающих влияний линий электропередачи. Теоретические исследования вопросов влияния ЛЭП и защиты устройств автоматики, телемеханики и связи провели русские ученые П.А. Азбукин, М.И. Михайлов, Н.Н. Миролюбов.

2. Организация связи на железнодорожном транспорте

Прежде чем приступить к изучению организации связи на железной дороге, рассмотрим основные понятия и определения.

Связь процесс передачи сообщений от источника к получателю.

Линия связи физическая среда, обеспечивающая распространение сигнала от передатчика к приемнику.

Канал связи совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающих передачу электромагнитных сигналов, ограниченных по мощности в определённой области частот или с определённой скоростью.

Линии связи подразделяются на проводные и радиолинии.

Проводными называются линии, в которых электромагнитные сигналы распространяются в пространстве вдоль непрерывной направляющей среды.

Применительно к проводным линиям вводится понятие цепи связи, представляющей совокупность проводов, по которым передаётся один электрический сигнал.

Линии связи объединяются в сеть. Сеть состоит из узлов (пунктов коммутации) и линий связи, соединяющих эти узлы между собой. Возможно несколько вариантов построения сети:

полносвязное построение (каждый с каждым; рис. 1.1,а);

узловое построение (пункты группируются в узлы и последние соединяются между собой; рис. 1.1,б);

радиальное построение (звездообразное; рис. 1.1,в) имеется один основной узел с расходящимися линиями по радиусам к другим пунктам.

5

а б с Рис. 1. Основные варианты построения сети: а полносвязное

соединение; б узловое соединение; в радиальное соединение

Соединение «каждый с каждым» наиболее надёжно, но экономически не выгодно. Также невыгодна узловая система. Наиболее дешёва радиальная система, но она не имеет резервирования. В связи с этим считается, что наилучшие результаты дает сочетание радиальной и узловой системы. Именно по этому принципу построена сеть связи на железнодорожном транспорте.

Топология этой сети отражает структуру административного подчинения и имеет четыре уровня.

Первым верхним уровнем управления является МПС, вторым управление дороги, третьим отделения дороги и четвертым – станция (рис. 1.2). В соответствии с такой структурой железные дороги оснащены магистральной, дорожной, отделенческой и станционной связью (местной связью).

К магистральной связи относится связь МПС с управлениями дорог и последних между собой.

Дорожной называется связь управлений дорог с их отделениями, участковыми и сортировочными станциями и между соседними отделениями.

Отделенческие виды связи, называемые также технологическими, пред-

назначены для оперативного управления работой отдельных железнодорожных участков, входящих в отделение. К отделенческим относятся:

поездная диспетчерская связь (ПДС) предназначена только для переговоров диспетчера, руководящего движением поездов на своем участке, со станциями и депо в пределах 100…200 км;

поездная межстанционная связь (МЖС) связывает дежурных по двум соседним станциям и служит для их переговоров о движении поездов на перегоне между этими станциями;

постанционная связь (ПС) служит для переговоров работников станции по хозяйственным вопросам. ПС используется для замены ПДС при её повреждении;

линейно-путевая связь (ЛПС) обеспечивает переговоры линейных работников дистанции пути между собой и с руководством дистанции;

7информационная связь предназначена для связи между предузловыми

станциями и сортировочной станцией. С помощью этого вида связи передаются сведения о поездах, подходящих к сортировочной станции.

Цепи телеуправления и телесигнализации (ТУ,ТС) предназначаются для обеспечения взаимодействия устройств автоматики и телемеханики, таких как диспетчерская централизация, диспетчерский контроль, сигнальные цепи автоблокировки.

Цепи поездной радиосвязи (ПРС) служат для организации связи поездной радиостанции на участке с диспетчером.

Связь транспортной милиции (СТМ).

Связь транспортной военизированной охраны (СТВ).

Местная телефонная связь организуется на станциях, узлах, при отделениях, управлениях дорог и МПС. Телефонные станции местной связи имеют соединительные линии с междугородными телефонными станциями. В последние включаются цепи магистральной, дорожной и некоторые виды отделенческой связи. К местной связи также относятся связь дежурного по станции со стрелочными постами, станционная распорядительная связь и др.

Многие отделенческие виды связи (ПДС, ПС, ЭДС, ВДС, СДС и др.) до сих пор организуются по групповым (коллективным) цепям. Групповыми называются виды связи, в которых несколько телефонных аппаратов (15…20), устанавливаются у поездного диспетчера, дежурных по станциям, в помещениях работников, обслуживающих участок железнодорожного пути, и т.д.

Станционная связь предназначена для оперативной работы станции и обеспечения ведения служебных переговоров командиров станции с исполнителями технологического процесса работы станции.

С 1931 г. на отечественных железных дорогах началось внедрение автоматической блокировки и электрической централизации стрелок и сигналов. С этой целью строится густая сеть цепей, по которым осуществляется питание этих устройств и управление ими. Переход на электрическую тягу обусловил строительство тяговых силовых линий.

Все это позволило существенно повысить экономическую эффективность и надежность железнодорожного транспорта, но привело к необходимости решения ряда проблем, в особенности, касающихся систем связи.

Все линии тяговых цепей автоматики телемеханики и связи в силу их предназначения строятся вдоль железнодорожного пути. Однако большая протяженность этих линий обусловила их существенное взаимовлияние. Без учета этого влияния эксплуатация линий связи может быть просто невозможной и опасной для жизни обслуживающего персонала.

Вот почему оптимальное построение таких линий до сих пор представляет собой научную и техническую задачу и при подготовке инженеров по эксплуатации систем железнодорожного транспорта научные достижения и опыт, накопленный в этой области, должен изучаться студентами в рамках отдельной дисциплины.

8

3. Разновидности направляющих систем, используемых для передачи сигналов

Передача информации электрическими сигналами должна быть осуществлена в заданном направлении. Системы, способные передавать электромагнитную энергию в заданном направлении, называются направляющими системами (НС). К ним относят:

ВЛС воздушные линии связи; СК симметричные кабели; КК коаксиальные кабели;

СПИ сверхпроводящие кабели; В волноводы; С световоды;

ОК оптические кабели; ЛПВ линии поверхностной волны; ПЛ полосковые линии; ЛК ленточные кабели;

РК радиочастотные кабели.

Распространение электромагнитной энергии в заданном направлении основано на использовании границ раздела между средами, имеющими различные свойства (металл-диэлектрик, диэлектрик-воздух и т.д.). В этом случае роль направляющих систем может выполнять как металлическая (воздушные, кабельные линии, волновод) так и диэлектрическая (диэлектрический волновод, световод) и металлодиэлектрическая линии (линия поверхностной волны). Поясним конструкцию направляющих систем, которые нам менее известны.

Волноводные линии представляют собой полые металлические цилиндры круглого или прямоугольного сечения (рис. 1.3,а).

Диэлектрический волновод (ДВ) это стержень круглого или прямоугольного сечения (рис. 1.3,б), выполненный из высокочастотной пластмассы (полиэтилена, стирофлекса).

Рис. 3. Типы волноводных линий

Линии поверхностной волны (ЛПВ) одиночный провод, покрытый достаточно толстым слоем диэлектрика, соизмеримым по размерам с толщиной проводника. ЛПВ предназначена для устройства телевизионных ответвлений

9

от магистральных кабелей и радиорелейных линий небольшой протяженности (до 100 км).

Кабельные линии симметричные и несимметричные (коаксиальные) двунаправленные цепи, используемые для передачи электрических сигналов. Симметричная цепь (симметричный кабель СК) составляется из двух проводников одинаковой конструкции, обладающих одинаковыми электрическими параметрами и расположенных параллельно друг другу (рис. 1.4). Каждый из них покрывается слоем изоляции. Отдельный проводник называется жилой кабеля.

2

1

Рис. 4. Симметричная цепь Рис. 1.5. Коаксиальная цепь:

1 внутренний проводник;

2 внешний проводник

Несимметричная цепь образуется из двух проводников, имеющих различную конструкцию и разные электрические параметры. Примером несимметричных кабелей является коаксиальный кабель (КК) (рис. 1.5). Этот вид ка-

беля получил название от латинского «Axis» концентрический.

В КК два проводника, образующих концентрическую цепь, имеют общую изоляцию. Внутренний провод (1) коаксиального кабеля изготавливается в виде сплошного цилиндрического проводника, внешний (2) в виде полого цилиндра.

Оптический кабель (ОК) (волоконный световод) представляет собой тонкое двухслойное волокно круглого сечения из стекол с различными оптическими характеристиками.

Сверхпроводящий кабель (СПК) имеет коаксиальную конструкцию весьма малых габаритов, помещенную в условия низких отрицательных температур (269оС).

Полосковая (несимметричная) линия (ПЛ) состоит из плоского ленточно-

го проводника с расположенной между ним и земляной шиной ленточной изоляцией. Если земляную шину заменить таким же ленточным проводником, то получим симметричную полосковую линию (СПЛ). Разновидностью этой линии является ленточный кабель (ЛК), содержащий большое количество проводников, расположенных в одной плоскости.

Радиочастотные кабели (РК) имеют коаксиальную симметричную или спиральную конструкцию.

10

РК, ПЛ, ДВ используются в качестве фидеров передачи энергии на короткие расстояния от антенны к аппаратуре.

Общая протяженность железных дорог в России на начало 1998 г. составляла около 85,3. Электрифицировано 43,4т. км. Из них:

27 тыс. км воздушные линии связи (ВЛС) (2010 года РЖД постепенно отказывается от их использования. Будут меняться на радиорелейные и волоконные);

84 тыс км кабельные магистральные линии связи.

Из них:

15 тыс. км однокабельные магистральные линии связи;

48 тыс. км двухкабельные магистральные линии связи.

20 тыс. км радиорелейные линии;

75 тыс. км оптико-волоконные линии связи (ВОЛС на 2015 эксплуатирует ТТК ТрансТелеком).

Очевидно, радиорелейные линии не попадают под определение направляющих систем и потому являются предметом изучения других дисциплин. Мы же сосредоточим своё внимание на воздушных, кабельных и оптиковолоконных линиях связи.