Проектирование линии связи



Содержание:

Введение……………………………………………………………………....…..3

  1. Характеристика оконечных пунктов ………………………………...…..5
  2. Выбор оптимального варианта трассы кабельной линии связи …….....7
  3. Определение числа каналов на магистрали …………………………......9
  4. Выбор системы передачи и типа направляющей системы …………....12
  5. Расчет конструкции кабеля…………………....….....................................13
  6. Расчет параметров передачи кабельной цепи……………………….….15
  7. Размещение регенерационных пунктов на кабельной магистрали……21
  8. Расчет параметров взаимных влияний между цепями…….………........22
  9. Расчет влияний от высоковольтных линий……………………………..27
  10. Определение необходимости защиты кабельной магистрали

от ударов молнии…………………………………………………………30

Заключение………………………………………………………………………36

Список литературы…………………………………………………….………..37

Приложение  А. Карта местности………………………………………………...41

Приложение  Б. Чертеж общего вида…………………………………………….42

Приложение  В. Спецификация…………………………………...……………...43

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Наряду  с перспективными волоконно-оптическими  линиями передачи  на магистральных  и внутризоновых сетях связи  России в настоящее время широко используются симметричные и коаксиальные электрические кабели связи (ЭКС).

Особое  место занимают кабельные линии  связи, обладающие хорошей защищенностью  каналов связи от атмосферных  влияний и различных помех, высокой  эксплуатационной  устойчивостью  и долговечностью. Коаксиальные кабели находятся в преимущественном положении  по сравнению с симметричными  кабелями и являются наиболее перспективной  конструкцией для передачи широкополосной информации, что очень важно в  современных условиях. Основными  достоинствами коаксиальных кабелей  являются возможность передачи широкого спектра частот до 109 Гц, высокая защищенность от взаимных влияний и внешних помех, возможность осуществления связи по однокабельной системе.

При проектировании КЛС  необходимо решить ряд следующих  задач:

  • Характеристика оконечных пунктов кабельной магистрали.
  • Выбор оптимального варианта трассы кабельной линии связи.
  • Определение числа каналов на магистрали.
  • Выбор системы передачи и типа направляющей системы.
  • Расчет конструкции кабеля.
  • Расчет параметров передачи кабельной цепи.
  • Размещение усилительных и регенерационных пунктов на кабельной магистрали.
  • Расчет параметров взаимных влияний между цепями.
  • Расчет влияния от высоковольтных линий.
  • Расчет защиты кабельной магистрали от ударов молнии.

 

 

 

 

    1. Характеристика оконечных пунктов

Пермь

Географические координаты: 58°00′ с. ш. 56°19′ в. д. Относитель-но Московского времени часовой пояс имеет постоянное смещение +2 часа и обозначается в России соответственно как MSK+2. Основан в 1723 году. Население на 1.01.2010 – 1000679 человек. Территория города занимает площадь 799,68 км². Расстояние до Москвы – 1382 км.

Город расположен на востоке европейской части России, на берегах реки Камы, крупнейшего левого притока Волги, следовательно, обладает развитой инфраструктурой, средней плотностью населения и относительно большим количеством автомобильных дорог. Рельеф представляет собой всхолмленные равнины с множеством малых рек. Преобладают подзолистые и дерново-подзолистые почвы. Растительность представлена преимущественно хвойными лесами. Климат Перми - умеренно-континентальный, годовая норма осадков составляет 638 мм, средняя температура января от -10,3°С до -17,4 °С, июля +13°С до +23,7 °С.

Пермь - главный экономический центр Пермского края и один из крупнейших экономических центров России. Ведущие отрасли: электроэнергетика, нефтегазопереработка, машиностроение, химия и нефтехимия, деревообработка, полиграфия и пищевая промышленность. По объёму промышленного производства Пермь занимает первое место на Урале.

Пермь - крупный научный центр, где сосредоточен ряд институтов Уральского отделения Российской академии наук, десятки научно-исследовательских и проектных институтов и семь высших учебных заведений. В Перми действует 13 самостоятельных высших учебных заведений и более 40 филиалов московских и петербургских высших учебных заведений, 156 средних школ, около 30 профтехучилищ и 20 средних специальных учебных заведений.

Культурный потенциал города составляют 4 государственных театра, 2 муниципальных, самодеятельные театры, филармония, музеи, библиотеки, кинотеатры, цирк и другие учреждения.

В Перми действуют сети четырёх операторов сотовой связи: Ростелеком (Мобильная связь), МТС, МегаФон и Билайн. В Перми услуги проводной телефонной связи предоставляют операторы: Ростелеком (Домашний телефон), ЭР-Телеком (ДОМ.ru).

По итогам I квартала 2011 года количество домохозяйств в Перми, имеющих постоянный доступ в Интернет, превысило 250 тысяч. Уровень проникновения услуг широкополосного доступа (69 %) достаточно высок по сравнению с общероссийскими показателями. По типам подключения преобладает технология Ethernet (65,5 %)  - по проникновению высокоскоростных оптоволоконных линий связи Пермь занимает первое место в России.

Динамика роста основных производственных фондов тесно коррелирует  с динамикой оборота крупных  и средних предприятий и объема отгруженной продукции собственного производства, но возрастает умеренными темпами.

Рост основных производственных фондов в 2014 году по отношению                              к 2011 году составит 115,5 % по базовому сценарию, по пессимистическому сценарию - 100,6 % и по оптимистическому сценарию - 121,2 %.

Нижний Новгород

Нижний Новгород— город в России, административный центр Нижегородской области, центр и крупнейший город Приволжского федерального округа. В период с 1932 по 1990 год город носил название Горький (в честь писателя Максима Горького). Нижний Новгород — пятый по численности населения город России с населением 1 255 159, важный экономический, транспортный и культурный центр страны. Время в Н.Новгороде московское.

Климат в Нижнем Новгороде умеренно-континентальный, с холодной продолжительной зимой и тёплым, сравнительно коротким летом. Из-за больших различий рельефа местности в заречной части города несколько теплее, чем в нагорной, и осадков в нагорной части в среднем за год выпадает на 15-20 % больше. Средние месячные многолетние температуры в низинных районах изменяются от −11,6° в январе до +18,4° в июле, в нагорных районах от −12° в январе до +18,1° в июле[20]. Среднегодовая температура — 4,8 C°; скорость ветра — 2,8 м/с; влажность воздуха — 76 %.

Основной объём промышленного  производства приходится на автомобилестроение, судостроение и производство вооружений. Тяжёлая промышленность города представлена Горьковским металлургическим заводом. Строительная промышленность обеспечивается местными строительными материалами. Лёгкая и пищевая промышленность представлены чулочно-трикотажными, кожевенно-обувными, швейными предприятиями, мясокомбинатами, колбасными заводами, молочными комбинатами. Работает ряд предприятий деревообрабатывающей и полиграфической отраслей. Тепло- и энергообеспечение города осуществляют Автозаводская ТЭЦ электрической мощностью 580 МВт, Сормовская ТЭЦ (ТГК-6) — 340 МВт.

Промышленный сектор производит от 50 до 60 % валового городского продукта, что составляет 40 % объёма выпускаемой  промышленной продукции выпускаемой  в Нижегородской области. На 137 крупных  и средних предприятиях 14 основных отраслей занято около 179 тыс. человек (41 % от общей численности работающих в городе.

Первая радиостанция начала вещание  в августе 1918 года, а первая голосовая  передача была выпущена в эфир Нижегородской  радиолабораторией под руководством Бонч-Бруевича 27 февраля 1919 года. С 1920 года вещание стало регулярным. 11 мая 1953 года вышла первая телепередача, регулярное телевещание Горьковского Телевидения началось 29 сентября 1957 года, а с марта 1961 года началась ретрансляция в нижегородский эфир передач Центрального телевидения.

В свободном доступе находится 19 телеканалов, 21 FM-радиостанция. На 1 сентября 2008 года в городе зарегистрировано 765 печатных СМИ, в том числе 488 газет  и 248 журналов.

 

 

    1. Выбор оптимального варианта трассы кабельной линии связи

 

Вариант 1.

Трасса  проходит вдоль шоссейных автомобильных  дорог через следующие населенные пункты: Пермь, Очер, Игра, Малмыж, Казань, Цивильск, Чебоксары, Ядрин, Лысково, Кстово, Нижний Новгород. Имеются пересечения со следующими реками: Кама, Волга и другими мелкими реками. Общая протяженность трассы составляет примерно 921 км.

Вариант 2.

Трасса  сначала проходит вдоль автомобильной  дороги протяженностью 337 км от Перми до Глазова. Далее кабель прокладывается вдоль железнодорожных путей протяженностью 404 км. через населенные пункты: Яр, Князи, Зуевка, Нововятск, Киров, Котельнич, Пижма, Шахунья после чего  вдоль автомобильных дорог через населенные пункты: Урень, Семенов, Ситники, Нижний Новгород. Имеются пересечения с следующими реками: Вятка, Кама и другими мелкими реками. Общая протяженность трассы составляет примерно 986 км.

Вариант 3.

Трасса  проходит вдоль автомобильных дорог  через населенные пункты: Пермь, Нытва, Игра, Ижевск, Аргыз, Можга, Менделеевск, Елабуга, Мамадыш, Казань, Цивильск, Чебоксары, Ядрин, Лысково, Кстово, Нижний Новгород.. Имеются пересечения со следующими реками: Кама, Волга и другими мелкими реками. Общая протяженность трассы составляет примерно 1131 км.

Все три варианта имеют равное количество переходов через реки. Вариант  № 2 требует больших экономических  затрат на защиту КЛС от помех по причине большой протяженности  трассы вдоль железнодорожных путей. Так же вариант № 2 предусматривает  наибольшее из трех вариантов число  пересечений с железнодорожными путями. Поэтому на рассмотрение остаются только вариант № 1 и вариант № 3: последний выгодно отличается наименьшей протяженностью трассы и  прохождением через наиболее крупные  населенные пункты между оконечными пунктами. Таким образом,  наиболее оптимальный вариант прокладки трассы КЛС – вариант № 1.

 

Таблица 1 - Характеристика трассы прокладки кабеля по вариантам.

Характеристика  трассы

Единица измерения

Вариант № 1

Вариант № 2

Вариант № 3

1. Общая протяженность  трассы:

  • вдоль шоссейных дорог;
  • вдоль железных дорог;
  • вдоль грунтовых дорог;
  • бездорожье.

км

921

889

19

13

0

986

582

404

0

0

1131

1080

37

14

0

2. Способы прокладки  кабеля:

  • кабелеукладчиком;
  • вручную;
  • в канализации.

км

 

587

31

18

 

577

20

12

 

558

35

20

3. Количество переходов:

  • через судоходные и сплавные реки;
  • через несудоходные реки;
  • через железные дороги;
  • через шоссейные дороги.

шт.

 

2

 

64

7

3

 

2

 

70

10

1

 

2

 

79

10

2

4. Число обслуживаемых  пунктов

шт.

3

4

4




 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1. Определение числа каналов на магистрали 

Народонаселение г. Нижний Новгород на 2010 год Ho = 1255159человек.

Народонаселение г. Пермь на 2010 год Ho = 1000679 человек.

Средний годовой прирост населения в Казани P = 1%.

Средний годовой прирост населения в Перми P = 1%.

 

Количество  населения в заданном пункте и  его подчиненных окрестностях с  учетом среднего прироста населения  определяется по формуле

чел., (1)

где  Н0 – народонаселение в период последней переписи, чел.;

P – средний годовой прирост населения в данной местности, % (в проекте принять 1 %);

t – период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения.

 

Год перспективного проектирования принимается на 5-10 лет  вперед по сравнению с текущим  временем. В проекте принимаем на 5 лет вперед.

Тогда

, (2)

где  tm – год составления проекта;

t0 – год, к которому относятся данные H0.

Количество населения  в Перми и Нижнем Новгороде с учетом среднего прироста:

H1 = 1000679∙(1+ )7 ≈ 1149466 чел.,  (3)

H2 = 1255159∙(1+ )7 ≈ 1441783 чел.,  (4)          

где H1 – численность населения Перми;

H2 – численность населения Нижнего Новогорода.

Количество абонентов в зоне автоматических междугородних телефонных станций (АМТС) определяем по формуле

m1= 0,3 H1 = 0,3∙1149466 = 344840, (5)

m2= 0,3 H2 = 0,3∙1441783 = 432562, (6)

где 0,3 – средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами;

m1 – количество абонентов в зоне АМТС Перми;

m2 – количество абонентов в зоне АМТС Нижнего Новогорода.

 

Определяем количество телефонных каналов между заданными оконечными пунктами. Для расчета используют приближенную формулу

= 1253 каналов, (7)

где a1 и b1 – постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потерями задаются в 5%, тогда a1=1,3; b1=5,6;

y – удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, y=0,05 Эрл;

kтяг = 0,15;

, – количество абонентов, обслуживаемых оконечными АМТС в пунктах А и Б.

Кроме телефонной связи по кабельной магистрали организуются два канала передачи данных (ПД), один телевизионный канал (ТВ), два канала передачи газет (ПГ) и один канал видеотелефон (ВТФ), а также проходят транзитные каналы. Общее число каналов между двумя междугородными станциями пунктов А и Б определяется суммой

 

  каналов, (8)

= 1253 + 2* 90 + 2*90 + 1440 + 360 =3413 каналов,

где nтф – количество двухсторонних каналов для телефонной связи;

nпд – то же для передачи данных;

nтв – то же для телевизионного канала;

nпг – то же для передачи газет;

nвтф– то же для передачи видеотелефона.

 

Общее число каналов:

= 3413 + 341 + 86 = 3840 каналов (9)

где =341каналов, = 86каналов.

 

Число каналов  для организации связи различного назначения выражается через число  телефонных каналов, т.е. число каналов  тональной частоты (ТЧ), что отражено в таблице 2.

 

Таблица 2 - Характеристики видов передачи

 

№

 

Вид передачи

Ширина канала, кГц

Количество каналов ТЧ ЦСП

1

Радиовещание:

    • канал 2-го класса;
    • канал 3-го класса;

 

12

8

 

4

4

2

Передача данных

4 – 240

1 – 90

3

Передача газет

240

90

4

Телевидение

6400

1440

5

Видеотелефон

1200

360


 

 

    1. Выбор системы передачи и типа направляющей системы

На основании  общего числа каналов для организации  связи между заданными оконечными пунктами определяем число пар кабеля

, (10)

где Nпар – число пар в кабеле;

Nсп – число каналов ТЧ, организуемых выбранной многоканальной системой передачи.

Исходя из числа каналов (nаб = 3840) выбираем аппаратуру уплотнения ИКМ-1920х2. Основные ее технические характеристики приведены в таблице 3

 

Таблица 3 - Характеристики видов передачи

 

Параметр

Аппаратура уплотнения

 

ИКМ-1920х2

Количество каналов ТЧ

3840

Скорость передачи информации, Мбит/с

278,528

Рабочая (расчетная) частота, МГц

140

Тип используемого кабеля

КМ-4

Максимальное расстояние между ОРП, км

240

Длина РУ, км:

      • минимальная
      • номинальная
      • максимальная

 

2,75

3,0

3,15

Минимальная длина РУ, прилегающего к ОРП, км

1

Максимальное затухание РУ на рабочей  частоте, дБ

98,5


 

 

    1.  Расчет конструкции кабеля

Внутренний диаметр  внешнего медного проводника коаксиальной пары определяем по формуле:

 (11)

 мм.

где fмакс – скорость передачи информации ( fмакс=280Мбит/с);

eэкв – эквивалентная относительная диэлектрическая проницаемость изоляции (eэкв=1,13);

lру – длина регенерационного (усилительного) участка (lру=3 км);

a – максимальное затухание регенерационного участка на рабочей частоте (a=98,5дБ).

Величина  диаметра внутреннего проводника d1 определяется из условия обеспечения нормируемого значения волнового сопротивления коаксиальной пары Zв = 75 Ом:

 (12)

 мм.

Толщина внешнего проводника t должна учитывать поверхностный эффект и эффект близости, поэтому должна быть больше глубины проникновения на самой низкой частоте рабочего диапазона.

Толщину внешнего проводника t принимаем равной  0,2 мм.

Для среднегабаритных коаксиальных пар (2,6/9,5) экран – из двух стальных лент толщиной по 0,17 мм каждая, изоляционный слой – из двух лент бумаги толщиной по 0,12 мм.

Диаметр коаксиальной пары будет  равен

= 6,88 + 2∙(0,2 + 0,34 + 0,24) = 8,44 мм, (13)

где tэ – общая толщина экрана, мм;

tи – толщина изоляционного слоя поверх экрана, мм.

Сердечник кабеля образуется, как правило, из четырех  коаксиальных пар и пяти симметричных групп (четверок или пар). Сердечник  покрывается поясной изоляцией.

Диаметр кабельного сердечника с поясной изоляцией. Для кабелей со свинцовой оболочкой  поясная изоляция выполняется из трех-четырех слоев лент кабельной  бумаги, толщиной 0,12 мм каждый слой

= 2,41∙8,44 + 2∙3∙0,12 = 20,82 мм,          (14)

где tпи – толщина поясной изоляции, мм.

Диаметр кабеля для прокладки  в канализации определяется по формуле

= 20,82 + 2∙1,5 = 23,82 мм,          (15)

где tоб – толщина оболочки голого кабеля, мм;

tш – толщина пластмассового шланга для кабелей с алюминиевой и стальной оболочками, мм. Кабели со свинцовой оболочкой шланга не имеют.

Диаметр кабеля, бронированного поверх оболочки стальными лентами, и с защитными покровами будет  равен

= 20,82 + 2∙1,25 + 2∙(1,5 + 1 + 2) =

= 32,32 мм,             (16)

где tоб – толщина оболочки для бронированного лентами кабеля, мм;

tпод – толщина подушки под броней, выполненной из джута или пластмассового шланга, мм;

tбр – толщина брони из двух стальных лент, мм;

Диаметр кабеля, бронированного стальными круглыми проволоками, определяется по формуле

        = 20,82 + 2∙2 + 2∙(2 + 4 + 2) =

= 40,82 мм,           (17)

где tоб – толщина оболочки кабеля, бронированного круглыми проволоками, мм;

dбр – диаметр круглых проволок брони, мм.

 

    1. Расчет параметров передачи кабельной цепи

При расчете  параметров для систем ИКМ с коаксиальными  кабелями за минимальную частоту  целесообразно принимать f = (60¸100) кГц, за максимальную – полутактовую частоту.

В области  высоких частот (свыше 60 кГц), для  которых используются коаксиальные кабели, первичные и вторичные  параметры могут быть определены по следующим формулам. За минимальную частоту принимаем 100 кГц, за максимальную –140 МГц.

Приведем расчет параметров передачи кабельной цепи для частоты            f = 1 МГц:

Активное сопротивление R (Ом/км):

для коаксиального кабеля из медных проводников

= 62,2 Ом/км, (19)

где r1 – радиус внутреннего проводника, мм;

r2 – радиус внешнего проводника, мм;

f – частота, Гц.

Индуктивность L (мкГн):

для коаксиального кабеля из медных проводников:

= 293 мкГн/км, (20)

Емкость С (нФ/км):

= 44,34 нФ/км, (21)

Проводимость изоляции G (мкСм):

= 13,92 мкСм/км, (22)

Поскольку  , расчет проводим по упрощенным формулам:

  = 3,33 дБ/км, 


= 22,64рад/км,    (24)

В области  высоких частот, когда  >3,5 волновое сопротивление цепи определяется по формуле

 


= 81,3 Ом,    (25)

Скорость  распространения электромагнитной волны v (км/с) при >3,5

= 277403 км/с,     (26)

Результаты  расчета первичных и вторичных параметров сведены в

таблице 4 и отражены на графиках частотной зависимости параметров.

 

Таблица 4 - Результаты расчета первичных и вторичных параметров

Частота,

МГц

R,

Ом/км

L,

мкГн/км

C,

нФ/км

G,

мкСм/км

А,

дБ/км

В,

рад/км

ZВ,

Ом

V,

км/с

0,1

19,67

314,50

44,34

84,22

1,02

2,35

79

267 783,85

1

62,21

293,07

44,34

81,30

3,33

22,64

77,3

277 402,75

2

87,98

290,17

44,34

80,90

4,74

45,05

76,823

278 787,02

3

107,75

288,88

44,34

80,72

5,82

67,43

76,543

279 406,94

4

124,42

288,12

44,34

80,61

6,73

89,79

79,72

279 778,45

5

139,11

287,59

44,34

80,54

7,53

112,13

75,58

280 032,84

10

196,73

286,29

44,34

80,35

10,69

223,75

75,41

280 667,10

15

240,94

285,72

44,34

80,27

13,11

335,29

75,168

280 949,46

20

278,22

285,38

44,34

80,22

15,17

446,79

75,13

281 118,19

25,92

316,73

285,11

44,34

80,19

17,29

578,76

75,11

281 251,02


 

Рисунок 1 - Зависимость активного сопротивления от частоты.

Рисунок 2 - Зависимость индуктивности от частоты.

 

Рисунок 3 - Зависимость емкости от частоты.


Рисунок 4 - Зависимость проводимости от частоты.

 

Рисунок 5 - Зависимость коэффициента затухания от частоты.

 

Рисунок 6 - Зависимость коэффициента фазы от частоты.

 

Рисунок 7 - Зависимость волнового сопротивления от частоты.

 

Рисунок 8 - Зависимость скорости распространения электромагнитной волны от частоты.

 

Полученные  параметры приблизительно подходят к параметрам кабеля КМ-4. Причины отличия параметров рассчитанного кабеля от типового, выпускаемого промышленностью:

  1. Различны диаметры токопроводящих жил кабелей связи (для среднегабаритного кабеля – 2,6/9,5, а для спроектированного – 1,67/6,88 мм;
  2. Различны размеры и материалы изоляции и защитных оболочек кабеля.
    3.  
    1. Размещение регенерационных пунктов на кабельной магистрали

Параметры секций линейного  тракта приведены в таблице 5

Таблица 5 - Результаты расчета  первичных и вторичных параметров

Номер

секции ОРП-ОРП

Название

населенных пунктов

Длина

секции, км

Количество регенерацион-ных участков

Примечание

№1

 

Пермь – Игра

 

220

 

70

 

Участки,

прилегающие к ОРП, по 3 км

№2

Игра - Малмыж

224

75

Добавляем искусственную линию 1 км

№3

 

Малмыж – Цивильск

240

 

80

 

Участки,

прилегающие к ОРП, по 3 км

№4

 

 Цивильск – Нижний Новгород

 

237

 

79

 

Участки,

прилегающие к ОРП, по 3 км


 

Структурная схема линейного тракта приведена  на рисунке 12

Рисунок 9 - Структурная схема линейного тракта

    1. Расчет параметров взаимных влияний между цепями

Влияние между  коаксиальными парами зависит от конструкции внешних проводов, их расположения и материала. Чем больше толщина внешних проводов, тем  влияние меньше.

Проектирование линии связи