Проектирование линий передачи для построения железнодорожной технологической сети связи

Расчет опасных влияний выполняется  в пределах усилительного участка низкочастотных цепей А-а, в пределах тягового плеча «станция А – 41-ый км». Расчетная схема приведена на рис. 12.1. Начало усилительного участка и тягового плеча для простоты совпадают.

Рис. 12.1

 

Величина опасного напряжения U, индуктируемого на изолированном конце жилы кабеля при заземленном противоположном конце (в этом случае величина напряжения максимальна), определяется  по формуле:

,   (12.1)

где w — круговая   частота влияющего тока частотой  f = 50 Гц;

М — взаимная индуктивность между тяговой сетью и жилой кабеля при частоте 50 Гц, Г/км, определяемая по формуле (12.2): 

,   (12.2)

а - ширина сближения, м; а = 8 м

s  - проводимость грунта, См/м; s = 0,026 См/м

- коэффициент экранирования  рельсов (для двухпутного участка =0,33);

-  коэффициент защитного действия (к.з.д.) оболочки кабеля на частоте 50 Гц;

l_р  -  расчетная длина сближения кабельной цепи связи тональной частоты с тяговой сетью, км (соответствует расстоянию от начала цепи - ст. А до ближайшего промежуточного усилителя тональной частоты); l_р = 17 км

- эквивалентный влияющий ток  частотой 50 Гц.

Эквивалентный влияющий ток  , А, частотой 50 Гц при вынужденном режиме работы тяговой сети определяется по формуле:

,     (12.3)

где K_Т — коэффициент, характеризующий уменьшение влияющего тока по сравнению с результирующим нагрузочным  .

,  (12.4)

где - расстояние от тяговой подстанции до начала цепи связи, км;

Результирующий  нагрузочный ток расчетного плеча питания , А, при вынужденном режиме работы тяговой сети определяется по формуле:

,  (12.5)

где - максимальная потеря напряжения в тяговой сети между тяговой подстанцией и максимально удаленным электровозом, В; т.к. максимальное расстояние 30 км , то = 8500 В.

-  длина плеча питания тяговой сети при вынужденном режиме работы, км;

 и  -  соответственно активное и реактивное сопротивления тяговой сети, Ом/км

=0,12 Ом/км

=0,48 Ом/км

 — коэффициент мощности  электровоза, составляющий 0,8

m - число поездов, одновременно находящихся в пределах плеча питания тяговой сети при вынужденном режиме; m=5

=0,824

(А)

Для определения реального  коэффициента защитного действия оболочки кабеля необходимо подставить в формулу (12.1) значение  =1 и =1, т.е. определить наведенную в броне э.д.с. на длине в 1 км. Определим соответствующее значение:

,    (12.6)

Рис. 12.2

По графику на рис. 12.2 определяется значение идеального к.з.д. кабеля при : . Значение реального к.з.д. кабеля равно =1,3 , .

Рассчитаем напряжение в жиле кабеля относительно оболочки (земли) на всей длине участка сближения: 

 

В результате расчета опасных влияний тяговой сети переменного тока на симметричные цепи кабельной линии связи при вынужденном режиме работы тяговой сети получено, что расчетное опасное напряжение в жиле кабеля не превышает допустимого значения:

108,61 В < 200 В

Таким образом, трасса комбинированного кабеля проходит на достаточном расстоянии от тяговой сети. Нет необходимости увеличивать ширину сближения между контактным проводом и комбинированным кабелем.

 

 

 

 

13. Расчет разрывного усилия оптического волокна.

 

Прочность кварцевого стекла определяется величиной и числом связей между  атомами, приходящимися на 1 см стекла. Теоретическая прочность сцепления  бездефектного объёма кварцевого стекла (S_т) можно определить из выражения

,   (13.1)

      где – поверхностная энергия кварцевого стекла;

                         E – модуль Юнга (E = 9 ×10¹⁰ Н/м²);

             a -  межатомное расстояние или длина связи

Для кварцевого стекла: a = 0,16 нм, S_т = 18000 МПа.

Аналитическая трактовка рассматривает  дефекты как узкие трещины  с малыми радиусами кривизны на тонком конце трещины. Для характеристики концентрации напряжения на конце прямой трещины эллиптического сечения  глубиной С использует фактор интенсивности напряжения K:

K = S×Y×C^1/2,    (13.2)

где S – напряжение на конце трещины в направлении приложенного напряжения             вдоль малой оси эллипса;

       Y – постоянная величина, зависящая от профиля трещины и равная Y =   p^1/2 для эллиптической трещины.

При воздействии растягивающего напряжения стекло разрушается, если концентрация напряжений в доминирующем поверхностном  дефекте достигает критического разрушающего значения. Выражение для  расчёта параметра критической  интенсивности напряжения K_кр, при котором имеет место разрыв, имеет вид:

K_кр = (2× E×

)^1/2             (13.3)

Выражение для расчета разрывного усилия (S_разр) при наличии трещины получается из выражений (13.2) и (13.3):

(2× E×

)^1/2 = S_разр×Y×C^1/2   (13.4)

S_разр = (2× E×

/ Y² ×C)^1/2   (13.5)

Таким образом, разрывное усилие пропорционально корню квадратному от глубины трещины.

 

Рассчитаем поверхностную  энергию кварцевого стекла:                                                                                    

Разрывное усилие для  оптического волокна, имеющего эллиптическую  трещину глубиной С = 26нм, равно:

14.  Расчет усилий  тяжения кабеля при его прокладке в кабельной канализации.

 

Цель расчета состоит в проверке возможности прокладки кабеля тяговым  усилием от лебедки, приложенной  к концу кабеля. Максимальное тяговое  усилие, прилагаемое к кабелю, при  его прокладке не должно превышать  допустимого значения. В тех случаях, когда расчетные значения превышают допустимые или незначительно меньше последних, рассматривают различные варианты по уменьшению требуемых тяговых усилий, например, таких как изменение направления тяговых усилий, использование промежуточных лебедок, укорочение длины участка прокладки за счет разделения общей длины на несколько участков,  уменьшение коэффициента трения за счет использования жидких смазок и роликов в местах изменения направления трассы трубопровода.

Трасса кабельной канализации  приведена на рис.14.1.

 

Рис. 14.1

 

 

 

Исходные данные приведены в  таблице 14.1

                                                                                                                               Таблица 14.1

№ варианта	w,		, м	, рад	, м	, рад	, м	, рад	, м	, рад	, м	, рад	, м	, кН
26	0,09	0,7	160	0,11	180	1,57	320	1,57	40	0,18	140	0,13	600	5

 

 

 

Результирующее тяговое усилие можно рассчитать, суммируя значения приращения тяговых усилий на каждом прямолинейном участке трассы и расчетом требуемого тягового усилия на искривленных участках трассы кабеля. Расчет выполняется в направлении тяговых усилий начиная от места начала протяжки, по следующим формулам:

    участок с наклоном                                       (14.1)

   прямой горизонтальный участок  (q=0°)   ;   (14.2)

   вертикальный участок (q=90°)                      (14.3)

   участок с искривлением                              ,    (14.4)

где Т - суммарное тяговое усилие на конце участка, кН;

- тяговое усилие в начале участка, кН;

μ - коэффициент трения;

w - масса кабеля, кг/м;

q - угол наклона (берется со знаком плюс при направлении вверх и

            минус - вниз), рад;

b - угол поворота в горизонтальной плоскости, рад;

- длина участка, м;

g = 9,81 м/с²  – ускорение свободного падения.

 

Участок А-С: Т = 160×0,09×9,81× (0,7×cos(0,11) + sin(0,11))× = 0,1138 (кН)

 

В точке С: Т  = 0,1138×e^0,7×0,11 = 0,1229 (кН)

 

Участок С-D:  Т = 0,1229 + 0,7×180×0,09×9,81× = 0,1229 + 0,1112 = 0,2341 (кН)

 

В точке D:    T = 0,2341×e^0,7×1,57 =  0,7026 (кН)

 

Участок D-E:   Т = 0,7026 + 320×0,09×9,81×10^-3 = 0,7026 + 0,2825 = 0,9851 (кН)

 

В точке E:    T = 0,9851×e^0,7×1,57 = 2,9564 (кН)

 

Участок E-F:   Т = 2,9564 + 0,7×40×0,09×9,81× = 2,9564 + 0,0247 = 2,9811 (кН)

 

В точке F:   T = 2,9811×e^0,7×0,18 =  3,3814 (кН)

 

Участок F-G:   Т = 3,3814 + 140×0,09×9,81×(0,7×cos(0,18) + sin(0,18)) × =

= 3,3814 + 0,1073 = 3,4887 (кН)

 

В точке G:   T = 3,4887×e^0,7×0,13 = 3,8211 (кН)

 

Участок G-B:   Т = 3,8211 + 600×0,09×9,81×(0,7×cos(0,13) + sin(0,13))× = 3,8211 + 0,4364 =

= 4,2575 (кН)

 

 Результаты расчетов сведем  в таблицу 14.2.

                                                                                                                                          Таблица 14.2

Участок, место поворота	Длина, м	Горизонтальный участок тяжение, кН	Наклонный участок		Поворот		Суммарное тяжение , кН
			Наклон, рад	Тяжение, кН	Угол, рад	Тяжение, кН
A-C	160	-	0,11	0,1138	-	-	0,1138
C		-	-	-	0,11	0,1229	0,1229
C-D	180	0,1112	-	-	-	-	0,2341
D		-	-	-	1,57	0,7026	0,7026
D-E	320	0,2825	-	-	-	-	0,9851
E		-	-	-	1,57	2,9564	2,9564
E-F	40	0,0247	-	-	-	-	2,9811
F		-	-	-	0,18	3,3814	3,3814
F-G	140	-	0,18	0,1073	-	-	3,4887
G		-	-	-	0,13	3,8244	3,8211
G-B	600	-	0,13	0,4364	-	-	4,2575

 

Так как расчетное максимальное тяговое усилие, прилагаемое к кабелю, при его прокладке не превышает допустимого значения (4,2575 кН < 5кН), то прокладка кабеля может быть осуществлена в один этап. Нет необходимости делать укладку кабеля (восьмерку) для исключения опасного тяжения.

15. Локальный сметный  расчет на строительство и  монтаж кабельной магистрали  связи  на участке «а-б».

 

Таблица 15.1

Ведомость объемов основных работ  и способов их выполнения на строительство кабельной магистрали.

 

Наименование работ	Ед. изм.	Кол-во
1	2	3
Строительные работы
1. Подготовительные работы:                                                                    1.1. Валка деревьев мягких пород с корня 1.2. Корчевка пней в грунтах естественного залегания корчевателями-собирателями на тракторе 79 кВт с перемещением пней до 5 м 1.3. Выравнивание рельсовым планировщиком на тракторе 79 кВт	100 шт.   100 пней га	7   15 36
2. Разработка траншей: Механизированным способом (роторными экскаваторами) Вручную	км 100 м3	15,3 16,2
3. Устройство  переходов через автомобильные  и железные дороги методом  горизонтального прокола: первой трубой до 10 м       -     каждые последующие  5 м	1 переход 1 переход	1 2
Монтажные работы
1. Прокладка комбинированного кабеля кабелеукладчиком в полосе отвода железной дороги	км трассы	18

 

Общая  длина  симметричного  кабеля L_общ, км, требуемого для прокладки на участке, составляет:

L_общ = n × L_отв,        (15.1)

L_общ = 15 × 0,03 = 0,45 (км)

где  n - число ответвлений от магистрального кабеля на расчетном участке (n =  N_р);

L_отв - средняя длина кабеля ответвления (в проекте принято L_отв  = 30 м).