ГОУВПО СибГУТИ
Колледжтелекоммуникации и информатики
Заочноеотделение
Контрольнаяработа № 1
Подисциплине: Линейные сооружения связи.
Группа:КС 81, Шифр: 4-КС-08-32
КостроминНиколай Алексеевич
Новосибирск 2009
Контрольная работа №1 Задание 1
1.Выберите типовой профиль опор ВЛС по заданному количеству подвешиваемых цепей.
2.Изобразите на рисунке выбранный профиль опоры, поясните рисунок.
3.Исходя из заданной толщины гололеда и назначения ВЛС, определите тип ВЛС помеханической прочности и длину пролета.
4.Приведите рисунок, изображающий заданный элемент ВЛС, поясните его конструкциюи назначение.
5.Составьте схему скрещивания двух цепей ВЛС 16-элементной секции скрещивания позаданным индексам; определите индекс и составьте схему взаимной защищенностимежду этими цепями.
Таблица1 – Исходные данные.Вариант Количество цепей Толщина гололеда Назначение ВЛС Элемент ВЛС Индекс скрещивания Цепь 1 Цепь 2 6 14 15 Стальная телефонная Траверса металлические 1-2-4-8 1-8
Решение:
1. Профильопор ВЛС:
Выбираемтиповой профиль опоры ВЛС, исходя из заданного количества подвешиваемых цепей.Приводим эскиз опоры:
Для заданного варианта подходит профиль №4 илипрофиль №4а.
Приводим эскиз профиля опоры №4:
/>
Выбортипа ВЛСТип линии Толщина гололеда, мм Линии сельской связи Длина пролета, м Число опор О 5 50 20 Н 10 50 20 У 15 40 25 ОУ 20 35,7 28
Выбранный типУ 15 40 25
2. Воздушныелинии связи состоят из металлических проводов, подвешенных на опорах с помощьюизоляторов и специальной арматуры.
Основнымилинейными материалами для устройства воздушных линий связи являются проволока(линейная и перевязочная), арматура для изоляции и крепления проводов наопорах.
Проволока.Линейная проволока, применяемая для проводов ВЛС, должна обладать высокойэлектрической проводимостью, большой механической прочностью и достаточнойэластичностью, устойчивостью против коррозии, экономичностью изготовления. Всоответствии с указанными требованиями наибольшее применение для проводоввоздушных линий связи получили медная, биметаллическая и стальная проволоки.
Длякрепления проводов на изоляторах применяется перевязочная проволока диаметром 2и 2,5 мм, стальная мягкая оцинкованная – для стальных проводов и медная мягкая– для проводов из цветных металлов.
Длясоединения концов линейных проводов пайкой используется спаечная проволока:стальная мягкая луженая диаметром 1 — 1,2 мм — для стальных проводов и меднаямягкая диаметром 1 и 1,5 мм — для проводов из цветного металла (соответственнодиаметром 3 и 3,5—4 мм).
Арматура.Дляизоляции проводов ВЛС их укрепляют на изоляторах. В соответствии со своимназначением изоляторы должны обладать большим электрическим сопротивлением,малыми диэлектрическими потерями и высокой механической прочностью. Этимтребованиям в наибольшей мере удовлетворяют фарфоровые изоляторы. Употребляютсятакже стеклянные изоляторы, изготавливаемые из малощелочного стекла.
Фарфоровыеи стеклянные изоляторы имеют одинаковую форму. Внутри изолятор имеет винтовуюнарезку для укрепления его на крюке или штыре. При навертывании изолятора наштырь на последний предварительно наматывается просмоленная пенька (каболка)или полиэтиленовый колпачок.
Стальныекрюки изготовляютследующих типов: КН-20, КН-18, КН-16 и КН-12 (крюк низковольтный диаметромсоответственно 20, 18, 16 и 12 мм).
Траверсыизготавливаютиз дерева (дуба, сосны, лиственницы, ели, кедра) и угловой разнобокой стали.Деревянные траверсы пропитывают противогнилостным составом. Наиболее широкоприменяются восьмиштырные траверсы.
Натраверсах укрепляются стальные штыри с размерами, соответствующими типу траверс(деревянные или стальные), и изоляторы.
Арматурав основном выбирается исходя из диаметра и условий крепления, применяемогопровода.
Кромерассмотренной основной арматуры, при строительстве воздушных линий связиприменяются кронштейны, подвесные крюки, накладки, а также различные крепежныематериалы (болты, глухари, подкосы и пр.).
Опоры.Опоры воздушных линий связи должны обладать достаточной механическойпрочностью, сравнительно продолжительным сроком службы, быть относительнолегкими, транспортабельными и экономичными. До последнего времени на воздушныхлиниях связи применялись опоры из деревянных столбов. Затем начали широкоприменяться железобетонные опоры.
Деревянныестолбы для опор линий связи заготавливают в основном из сосны, лиственницы,ели, кедра и пихты. Размеры столбов выбирают в зависимости от класса и типалинии, числа проводов, способа их подвески и допускаемого расстояния от нижнегопровода до земли. Наиболее широко применяются столбы длиной 6,5; 7,5; 8,5 м сдиаметром в вершине от 12 до 22 см; для устройства переходных опор большейвысоты применяются, кроме того, столбы длиной 9,5; 11 и 13 м с диаметром ввершине от 14 до 24 см.
Деревянныеопоры, особенно их нижние части, находящиеся у поверхности земли, подверженыгниению. По этой причине срок службы деревянных столбов сравнительно невелик —5—7 лет. Для увеличения срока службы деревянные столбы (а также приставки,служащие для укрепления столбов) пропитывают противогнилостным составом —антисептиками. В качестве последних применяются креозотовое и антраценовоемасло, а также уралит, фтористый натрий и др.
Железобетонныеопоры и приставки прочны и долговечны. Из железобетона изготовляют все основныетипы опор: промежуточные, угловые, анкерные, вводные, кабельные. Длястроительства линий связи наиболее широко применяются опоры прямоугольногосечения.
Железобетонныеопоры изготовляются длиной 6,5; 7,5 и 8,5 м.
Длялиний связи применяются следующие марки железобетонных опор: ПО — прямоугольнаяоблегченная и ПОН — то же, с предварительно напряженной арматурой
Нарядус железобетонными опорами на линиях связи широко применяют железобетонныеприставки, укрепляющие деревянные опоры для удлинения срока их службы.
Нижеприведении эскиз ВЛС:
/>/>/>/>
3. Линейнаяпроволока, применяемая для проводов ВЛС, должна обладать высокой электрическойпроводимостью, большой механической прочностью и достаточной эластичностью,устойчивостью против коррозии, экономичностью изготовления. В соответствии суказанными требованиями наибольшее применение для проводов воздушных линийсвязи получили медная, биметаллическая и стальная проволоки.
Стальнаяпроволока изготовляется диаметром 5; 4; 3; 2,5; 2 и 1,5 мм. Проволока диаметром5; 4 и 3 мм применяется для линий междугородной связи, а диаметром 2,5; 2 и 1,5мм — для местных линий.
Стальнаяпроволока имеет сравнительно небольшую стоимость. Однако большое активноесопротивление ее, сильно возрастающее с увеличением частоты (вследствие значительногоповерхностного эффекта в стали, являющейся магнитным материалом), ограничиваетвозможность уплотнения стальных цепей и их использование для дальних телефонныхсвязей (практически для телефонной связи стальные цепи используются нарасстоянии до 200—250 км). Кроме того, стальная проволока подвержена коррозии.Для лучшей защиты от коррозии стальную проволоку покрывают слоем цинка.
4. Дляуменьшения величины взаимных и внешних влияний на ВЛС применяется скрещиваниепо определенной схеме. Схема скрещивания — закономерность распределенияотдельных скрещиваний на каждой цепи вдоль линии. Выбор схемы скрещиванияопределяется достижением максимальной защищенности при минимальных затратах.Индекс скрещивания Номера элементов
/>1
/>2
/>3
/>4
/>5
/>6
/>7 8
/>9
/>10
/>11
/>12
/>13
/>14
/>15
/>16 1
/>Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х 2
/> Х Х Х Х Х Х Х 4
/> Х Х Х 8
/> Х
/>1-2-4-8 X X X X X X X X X X
/>1 Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х 8
/> Х 1-8
/>Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
/>Индекс взаимной защищенности 2-4 X X X X Задание2
1.Поясните марку заданного электрического кабеля и приведите его классификацию поуказанным признакам.
2.Приведите эскиз заданного кабеля и укажите все элементы его конструкции.
3.Укажите многоканальные системы передачи, работающие по заданному кабелю.
4.Укажите физический смысл первичных и вторичных параметров передачи; приведите ипоясните их частотную зависимость. На заданной частоте укажите нормативные значенияпараметров передачи. Исходные данные приведены в табл. 4.
Марка кабеля Частота для определения параметров, кГц КМГ-4 10 000
Решение:
1. Расшифровываеммаркировку заданного кабеля:
Марка кабеля: КМГ-4
К — коаксиальный
М — магистральный
Свинцовая влагозащитная оболочка
Б — бронированный, броня из двух стальных лент с наружным джутовым
покрытием с нанесенным меловым покрытием
4 — четыре стандартные коаксиальные пары
Признаки классификации
КМГ-4 1. По назначению Междугородный магистральный 2. По конструкции и взаимному расположению жил Коаксиальный 3. По спектру передаваемых частот Высокочастотный 4. По материалу и структуре изоляции основных проводников Шайбовая полиэтиленовая 5. По материалу влагозащитной оболочки Свинцовая 6. По конструкции защитно-бронивых покровов Броня из двух стальных лент с наружным джутовым покрытием с нанесением мелового покрытия 7. По условиям прокладки Подземный
2. Эскиззаданного кабеля и укажите все элементы его конструкции
/>
3. Основныеэлектрические характеристики кабеля КМГ-4:Характеристика Значение
Линейный спектр, кГц;
Длину усилительного (регионального) участка, км;
расстояние между ОУП, км.
312-8500
6
240
4. Физическийсмысл первичных и вторичных параметров передачи.
Первичныепараметры передачи
Электрические свойствалиний связи и качество передачи по ним полностью характеризуются первичнымипараметрами передачи: активным сопротивлением R, индуктивностью L, емкостью С,проводимостью изоляции G. Эти параметры не зависят от напряжения ипередаваемого тока, а определяются лишь конструкцией линии, используемымиматериалами и частотой тока.
Вторичныепараметры передачи
Вторичными параметрамилинии являются волновое (характеристическое) сопротивление ZBи коэффициент распространения у. Они широко используются для оценкиэксплуатационно-технических качеств линии связи. При проектировании, сооружениии эксплуатации кабельных магистралей в первую очередь нормируются иконтролируются именно вторичные параметры линии.
Первичные параметрыкоаксиального кабеля КМ-4 приведены в табл.f, МГц R, Ом/км L, мГн/км C, нФ/км G, мкСм/км 10 134,1 0,265 48 201
/>
Частотныехарактеристики вторичных параметров кабеля приведены в табл.f, МГц Α, дБ/км |Zв|, Ом
/> Β, рад/км
Ν*103, км/с 10 7,856 74,3 - 224,13 280
/>
Вчетырехкоаксиальном кабеле две диаметрально расположенные коаксиальные парыпредусмотрены для многоканальной телефонной связи, а вторые две пары — длятелевидения. По телефонным парам можно организовать 1920 каналов в спектре 312—8500 кГц или 3600 каналов в спектре до 18 000 кГц или 10 800 в спектре 60 000кГц. Для телевидения как черно-белого, так и цветного занимается спектр частотдо 6 МГц. Возможно также использование коаксиальной пары для 300 телефонныхразговоров в спектре 312—1500 кГц и телевизионных программ в спектре 1900— 8500кГц. По данному кабелю работает цифровая система передачи ИКМ-1920.
Расстояние междуусилительными пунктами равно 6 км при передаче в диапазоне до 8,5 МГц н 3 кмпри передаче до 18 МГц. Усилительные пункты получают электропитаниедистанционного от обслуживаемых пунктов, расположенных через 120—240 км накабельной магистрали. Аппаратура дает усиление до 43,4 дБ. Максимальнаядальность связи 12 500 км. Основные электрические характеристики коаксиальнойнары 2,6/9,5; номинальное волновое сопротивление 7В = 75 Ом;внутренняя неоднородность (коэффициент отражения) р = 2*10-3;переходное затухание Aо=122дБ при частоте 300 кГц; коэффициент затухания а на частоте 1 МГц равен 2,48дВ/км; испытательное напряжение U=3,7к В постоянного тока. Задание 3
1.Поясните марку заданного оптического кабеля и приведите его классификацию поуказанным признакам.
2.Приведите эскиз заданного кабеля и поясните его элементы конструкции.
3.Приведите достоинства и недостатки оптических кабелей связи.
4.Поясните физический смысл параметров, приведенных в табл. 3.
Таблица3 — Исходные данныеМарка кабеля
Параметр OK ОКСА-Т6.О-10-0,22-8 Числовая апертура
Решение:
1,2.Марка оптического кабеля, эскиз кабеля:
/>
Признаки классификации ОКСА-Т6.О-10-0,22-8 1. По назначению: Линейный кабель для прокладки вне зданий 2. по конструкции сердечника: Плоская конструкция 3. по профилю показателя преломления : Ступенчатый 4. по типу волокна: Одномодовый 5. по условиям прокладки: Предназначены для прокладки в легких грунтах, кабельной канализации, трубах, блоках, коллекторах, на мостах и в кабельных шахтах.Подземный
3.Достоинства и недостатки оптических кабелей связи
Достоинствами ОК посравнению с электрическими являются:
- возможностьпередачи большого потока информации;
- малоеослабление и независимость его от частоты в широком диапазоне;
- высокаязащищенность от внешних электромагнитных помех;
- малыегабаритные размеры и масса;
- надежнаятехника безопасности (отсутствие искрения и короткого замыкания).
К недостаткам можноотнести:
- сложнаятехнология изготовление оптического волокна;
- дорогоеоборудование монтажа;
4.Числовая апертура — Показатель, характеризующий способность оптического волокназахватывать падающий световой поток. Определяется как максимальный угол, прикотором для вводимого в волокно светового излучения обеспечивается полноевнутреннее отражение.
Числовая апертурахарактеризует все компоненты оптического канала СКС – оптоволокна, источники иприемники излучения. Для минимизации потерь энергии апертуры соединяемыхэлементов должны быть согласованными друг с другом.
/>
Рис. 1
Если рассмотретьраспространение сигнала с позиций геометрической оптики, то световые лучи,входящие под различными углами, будут распространяться по разным траекториям.
/>
Рис. 2
/>
Рис.3 Волоконные световоды: а) эпюра показателя преломления; б) прохождение луча: 1– одномодовые; 2 – многомодовые; 3 – градиентные
Каквидно из рисунка, ход лучей в различных световодах различен. В ступенчатоммногомодовом световоде лучи резко отражаются от границы сердечник — оболочка.Причем пути следования различных лучей различны, и поэтому они приходят к концулинии со сдвигом по времени. Это приводит к искажению передаваемого сигнала(дисперсии).
Градиентныесветоводы также являются многомодовыми. Но здесь лучи распространяются поволнообразным траекториям. Причем лучи, находящиеся близко от оси световода,проходят меньший путь, но в области с большим показателем преломления, апериферийные лучи имеют большой путь, но в среде с меньшим показателемпреломления. В результате скорость распространения различных лучейвыравнивается и они приходят к концу линии практически в одно время. Вследствиеэтого искажения передаваемого сигнала в градиентных световодах меньше, чем вступенчатых.
Задание4
1.Поясните причины и природу взаимных влияний между цепями линий связи.
2.Поясните физический смысл первичных и вторичных параметров влияния.
3.Рассчитайте на заданной частоте защищенность от помех А 3 ипереходное затухание на дальнем конце усилительного участка Al
4.Приведите нормы на А з и А lдля заданного типа кабеля, сравните с рассчитанными величинами, сделайтевыводы.
5. В случаенесоответствия получившихся А з и А lнормам, перечислите и поясните меры по уменьшению взаимных влияний. Исходныеданные приведены в табл. 8.
Таблица 8– Исходные данные.Номер варианта Тип кабеля Уровень сигнала, Ро, дБ Уровень помехи, Pn, дБ Длинна усиленного участка Частота сигнала, кГц 6 МКТС-4 -30 -125 60 1 000
Решение:
1. Причинаи природа взаимных влияния между цепями линий связи.
Характер и природа влияния между цепями воздушныхлиний и симметричных кабелей принципиально идентичны. Переход энергии с однойцепи на другую. При прохождении тока по влияющей цепи 1 вокруг проводов этой цепиобразуется магнитное поле, силовые линии которого частично воздействуют напровода 2.
2. Физическийсмысл первичных и вторичных параметров влияния.
Электрическоеи магнитное влияние между двумя цепями характеризуется соответственноэлектрической (К12) И магнитной (М12) связями.
Электрическаясвязь определяетсяотношением тока I2наведенного в цепи, подверженной влиянию, к разности потенциалов во влияющейцепи U1.
К12=g+jωk =I1/U1
гдеg— активная составляющаяэлектрической связи; k—емкостная связь.
Магнитнаясвязь определяетсяотношением наведенной ЭДС — Е2 в цепи, подверженной влиянию, к токуво влияющей цепи Л с обратным знаком:
M]2= r + jωm =—E2/I1,
гдеr —активная составляющая магнитнойсвязи; m—индуктивная связь.
Электрическаясвязь (K12)представлена в единицах проводимости — См, а магнитная (M12)— в единицах сопротивления — Ом. При учете совместного действия связейнеобходимо перевести их в одинаковые единицы размерности. Имея в виду, что U1= I1ZB1иI2= E2/ZB2,можно выразить электрическую связь в единицах сопротивления — Ом:
K12=(g+jω k)ZB1,ZB2
имагнитную связь в единицах проводимости — См:
М12=(r+jω m)/ZBlZB2.
Можно обе величины выразить в безразмерных единицах:
K12=(g++jω k)/>;
М12=(r++ jωm)/ />;.
Величинык, g, kиm называютсяпервичными параметрами влияния. Величина переходного затухания А,характеризующая затухание токов влияния при переходе с первой цепи во вторую,является вторичным параметром влияния, В линиях связи обычно стремятсяуменьшить собственное затухание цепи а и увеличить переходное затухание А,
Переходноезатухание является основной мерой оценки свойств воздушных икабельных линий по взаимному влиянию между цепями и пригодности цепей длявысокочастотной передачи. Оно выражается логарифмом отношения мощностигенератора Р1, питающего влияющую цепь, к мощности помех Р2в цепи, подверженной влиянию, и измеряется в децибелах:
/>.
Прирассмотрении влияния между цепями связи различают два вида переходов энергии:па ближнем (передающем) и на дальнем (приемном) концах. Влияние, проявляющеесяна том конце цепи, где расположен генератор первой цепи, называется переходнымвлиянием на ближнем (передающем) конце A0. Влияниена противоположный конец цепи называется переходным влиянием на дальнем(приемном) конце Аl.
Переходноезатухание по мощности, дБ, на ближнем конце
/>
надальнем конце
/>
/>
Рис.4
Нарядус величинами А0н Аlвтехнике связи широко используется параметр Аз — защищенность отпомех, или просто защищенность, представляющая собой разность уровней полезногосигнала Poи помех рп в рассматриваемом токе:
AЗ=PС-PП
Онаможет быть выражена также через мощности сигнала Рс и помех РП:
/>
Введениеданного параметра обусловлено тем, что для обеспечения должного качества связинеобходимо, чтобы мощность полезного сигнала превосходила мощность помех наопределенную величину. Сама по себе мощность сигнала не гарантирует требуемогокачества, Действительно, в малошумящей линии можно обеспечить значительнолучшее качество передачи при условии низкого приемного уровня, чем влинии с высоким уровнем помех при значительно более сильном сигнале.
/>
3. Пустьзадан кабель МКТС — 4
Уровень сигнала Ро = — 30 дБ.
Уровень помехи Рn= -125 дБ.
Длина усилительного участка l= 6 км.
Расчетная частота f= 1000 кГц.
Защищенность от помех
/>
Переходное затухание на дальнем конце.
/>
α = 5,342 из 3,16 ГродневИИ Линейные сооружениясвязи.
Из (1, с 126) для коаксиальных кабелей нормируется,
Аз = 90,3
/>
Значение выше нормированных, не каких действий нетребуеться. Задание 5
1.Укажите виды и причины коррозии металлических покровов кабелей связи.
2.Постройте диаграмму распределения потенциалов на оболочке кабеля вдоль трассы.Укажите, какие зоны получились на оболочке; определите, где и какая требуетсязащита.
3. Укажите активныемеры защиты оболочек кабеля от коррозии; поясните их конструкцию и принципдействия.Вариант Значение потенциалов на оболочке
/> КИП1 КИП2 КИП3 КИП4 КИП5 КИП6 КИП7 КИП8 КИП9 КИП10 6
/>
/>
-1,0
-2,0
-2,0
-1,0
+1,0
+2,0
+2,0
+1,0
Решение
Коррозия —процесс разрушения металлических оболочек кабелей (свинцовых, стальных,алюминиевых), а также защитных и экранирующих покровов (стальной брони, медныхи алюминиевых экранов) вследствие химического и электрического воздействийокружающей среды.
Виды коррозии:почвенные (электрохимические), межкристаллитная (механическая) и электрокоррозя(коррозия блуждающих токов).
Коррозия оболочекприводит к неисправности кабеля.
/>
Рис. 5
Напостроенной диаграмме на участке от 2 до 5 КИП катодная зона, от 7 до 10 КИП — на оболочке кабеля образовалась анодная зона.
Защитакабеля от коррозии должна быть предусмотрена для участков от КИП7 до КИП10 — катодная станция или прямой дренаж, от КИП7 до КИП10 – протекторная защита.
Список литературы
1. Линейныесооружения связи: Программа, методические указания – Москва 2005;
2. И.И.Гроднев. Линейные сооружения связи: Учебник для техикумов – Москва 1987.