Проектирование кабельной линии связи

С учетом первичных параметров рассчитанных в п. 3.2. можно записать:

Зависимости коэффициента затухания и коэффициента фазы от частоты представлены на графике 5 и  графике 6 соответственно.

График 5

 

График 6

Волновое сопротивление, в области высоких частот, определяется по формуле:

Графическое представление  волнового сопротивления показано на графике 7.

График 7

 

Скорость распространения электромагнитной волны рассчитывается по формуле:

График показан на графике 8.

График 8

Первичные и вторичные  параметры на различных частотах сведены в таблицу 2.

Таблица 2

f, кГц	10	100	1000	2000	4250
R, Ом/км
L, Гн/км
C, Ф/км
G, См/км
α, дБ/км
β, рад/км
Zв, Ом
ν, км/с

 

3.4. Размещение регенерационных  пунктов по трассе кабельной  линии

 

Размещение регенерационных  пунктов производится исходя из допустимого  затухания на элементарном кабельном  участке (ЭКУ) или кабельной секции (КС). ЭКУ представляет собой участок кабельной линии совместно со смонтированными по концам кабельными оконечными устройствами. КС представляет собой совокупность электрических цепей, соединенных последовательно на несколько соседних ЭКУ для организации регенерационного участка одной или нескольких систем передачи с одинаковыми расстояниями между регенераторами, большим, чем на ЭКУ данной линии. При применении на кабельной линии одних и тех же систем передачи на всех цепях длины ЭКУ и КС одинаковы.

Необслуживаемые регенерационные  пункты (НРП) располагаются в незатопляемых  водой местах с возможностью организации  к ним подъезда при минимально наносимом ущербе для лесных насаждений, плодородных земель и т.п.

Расстояние между НРП  может быть определено из выражения:

где a_ном – номинальное значение затухания регенерационного участка, значение которого известно (45 дБ);

α_мак – коэффициент затухания кабельной цепи на наивысшей частоте при максимальной температуре грунта на глубине прокладки кабеля, и определяется в соответствии с формулой:

где α – коэффициент затухания, определенный на полутактовой частоте (26,192 дБ);

α_α – температурный коэффициент затухания цепей кабеля на полутактовой частоте. (0,002 1/град).

C учетом этого можно записать:

Получив длину ЭКУ  можно составить структурную  схему кабельной линии (см. рис. 5). При этом, оборудование ИКМ-120 требует расстояние между обслуживаемыми регенерационными пунктами (ОРП) 240 км. Т.к. в моем случае расстояние от Калуги до Рязани составляет 259 км, то потребуется один ОРП и 147 НРП (в Туле). Нумерация НРП производится дробью: в числителе указывается номер секции, в знаменателе – порядковый номер НРП в секции.

 

Рисунок 5

1/1   1/2  1/60  2/1   2/2  2/87

ОП-1  ОРП-1 ОП-2

 Калуга Тула  Рязань

 

4. Расчет параметров  взаимных влияний между цепями

4.1. Общие положения

 

Электромагнитное влияние  между симметричными цепями обусловлено  наличием поперечного электромагнитного поля, которое и наводит в рядом расположенной цепи токи помех. Величина взаимных влияний между цепями выражается и нормируется через переходные затухания на ближнем A₀ и дальнем A_l концах, а также через защищенность A_з.

4.2. Расчет параметров  взаимных влияний между цепями симметричного ЭКС реконструируемой линии

 

При замене АСП на ЦСП  в процессе реконструкции линии  существенно изменяется рабочий  спектр частот ЭКС. Линейный сигнал ЦСП  с импульсно-кодовой модуляцией имеет значительно более широкую  полосу частот, чем в аналоговых системах. Максимальная энергия спектра линейного сигнала ЦСП сконцентрирована в области частот, близких к полутактовой частоте системы передачи. Поэтому нормирование, расчеты и измерения электрических характеристик кабеля выполняются на полутактовой частоте конкретной ЦСП.

Основными электрическими характеристиками, определяющими вероятность  ошибок в линейном тракте цифровой системы передачи и влияющими  на длину элементарного кабельного участка, являются параметры взаимного  влияния между цепями: переходное затухание на ближнем конце и защищенность на дальнем.

Переходное затухание  на ближнем конце на полутактовой частоте, для системы передачи ИКМ-120 на частоте 4,2 МГц, должно быть больше либо равно 39 дБ. Защищенность на дальнем  конце, должна быть больше либо равна 27 дБ.

Переходное затухание  на ближнем конце может быть рассчитано по формуле:

 где

где l – длина элементарного кабельного участка (1,754 км);

α, β – коэффициенты затухания и фазы (α = 3,012 Нп/км, β = 73,776 рад/км);

N_p – величина систематической связи

с₁₂ – емкостная связь (50 пФ);

m₁₂ – индуктивная связь: m₁₂ = с₁₂∙Z_в²;

Z_в – волновое сопротивление цепи кабеля (Z_в = 62,976 Ом).

Следовательно

Переходное затухание на ближнем конце на частоте 4,2 МГц будет:

Из последнего равенства  видно, что переходное затухание  на ближнем конце удовлетворяет  необходимым требованиям (64,992 дБ > 39 дБ).

Переходное сопротивление  на ближнем конце за счет нерегулярной связи можно определить по формуле:

где S_n(2∙ω∙t_з) – нормированная спектральная плотность случайной функции нерегулярной связи на ближнем конце (14∙10^-20 с²/км²).

Переходное сопротивление на ближнем конце на частоте 4,2 МГц будет:

Из последнего выражения  видно, что переходное сопротивление  на ближнем конце будет удовлетворять  необходимым требованиям (125,134 дБ > 27 дБ).

Результирующее значение переходного затухания на ближнем конце можно определить по формуле:

Графическая зависимость  переходного затухания на ближнем  конце от частоты показана на графике 9.

 

График 9

Величина защищенности на дальнем конце за счет нерегулярной составляющей связи на длине ЭКУ, состоящего из n строительных длин, рассчитывается по формуле:

где l_сд – протяженность строительной длины кабеля (0,825 км);

l₀ – интервал корреляции случайной функции f(x) (0,02 км);

D_f – дисперсия случайной функции f(x) (2∙10^-17 с²/км²).

n – количество строительных длин (2).

Следовательно, график зависимости  защищенности на дальнем конце от частоты будет следующим:

График 10

При четном числе строительных длин на длине ЭКУ значение защищенности за счет влияния через третьи цепи можно определить по формуле:

где D_F – дисперсия электромагнитных связей влияния через третьи цепи, величина которой зависит от различия электромагнитных связей соединяемых строительных длин (50∙10^-19 с²/км²).

График защищенности:

График 11

Результаты расчета  параметров взаимного влияния между симметричными цепями сведены в таблицу.

Таблица 3

f, кГц	10	100	1000	2000	4250
A0p, дБ
A0H, дБ
A0, дБ
Aзн, дБ
Aзтр, дБ

 

Из табл. 3 видно, что  рассчитанные переходное затухание  на ближнем конце и защищенность на дальнем конце регенерационного участка соответствуют нормам.

 

5. Защита электрических кабелей связи от влияния внешних электромагнитных полей

5.1 Общие положения

 

С развитием ВСС предъявляются все более высокие требования к надежности линейных трактов и качеству передаваемой информации, которые в значительной степени зависят от влияния внешних электромагнитных полей на ЭКС. Быстрые темпы строительства линий электропередач высокого и сверхвысокого напряжения (ЛЭП), электрифицированных железных дорог (ЭЖД) резко обострили проблему их электромагнитной совместимости с сетью связи страны. В настоящее время практически нет кабельных магистралей, не имеющих сближения с ЛЭП и ЭЖД, создающих электромагнитные поля большой интенсивности. Поэтому важной задачей является обеспечение надежной защиты ЭКС от внешних электромагнитных влияний.

Все необходимые исходные данные для расчета параметров внешних электромагнитных влияний и надежности кабельной магистрали:

 

 

I₁ = 3,0 кA;

a₁ = 70 м;

a₂ = 80 м;

a₃ = 120 м;

a₄ = 100 м;

l₁ = 30 %;

l₂ = 30 %;

l₃ = 40 %; 

 

 

U_исп = 3,2 кВ;

T = 35 ч;

ρ_гр = 0,3 кОм∙м;

L₁ = 74 км;

L₂ = 7 км;

L₃ = 19 км;

 

 

5.2. Расчет опасных магнитных влияний

 

Одним из основных факторов, определяющих степень влияния линии  высокого напряжения (ЛВН) на ЛС, является характер сближения. Под сближением понимается взаимное расположение линии  связи и ЛВН, при котором в линии связи могут возникать опасные и мешающие напряжения и токи. Сближение может быть параллельным, косым или сложным. Участок сближения считается параллельным, если кратчайшее расстояние между линиями (ширина сближения) a изменяется по длине сближения не более чем на 10%. Если это условие не выполняется, то участок сближения будет косым. Такое сближение заменяется ступенчатым параллельным, при этом выбирают длину параллельных эквивалентных участков так, чтобы отношение максимального значения ширины сближения к минимальному на концах участка было не более трех. Тогда эквивалентная ширина сближения определяется соотношением:

Отсюда получаем три  эквивалентных ширины сближения: