Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Реферат - Электрические свойства кабелей связи - файл 1.doc


Загрузка...
Реферат - Электрические свойства кабелей связи
скачать (215 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc215kb.01.12.2011 13:50скачать

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАБЕЛЕЙ

Качество, надежность и дальность связи зависят от электрических свойств кабелей. Электрические свойства кабелей связи определяются электрическими характеристиками, или электрическими параметрами. Электрические характеристики кабелей должны строго соответствовать установленным электрическим нормам.

Электрические нормы устанавливаются для строительных длин кабелей и для смонтированных усилительных участков кабельных линий. Кроме того, устанавливаются также нормы для отдельных отрезков смонтированного кабеля (шагов, секций), а также для отдельных его элементов – боксов, муфт и т д. Соответствие электрических характеристик строительных длин кабеля установленным нормам контролируется в процесс его изготовления на заводах протоколах испытаний. К каждому барабану с кабелем прилагается протокол испытаний. На каждый смонтированный усилительный участок кабельной линии составляется электрический паспорт, характеризующий его электрическое состояние, а также соответствие параметров кабеля установленным нормам.

В распространение электромагнитной энергии по кабельным линиям связи характеризуется передачей энергии вдоль кабельной цепи и взаимным переходом энергии между цепями. Процесс распространения энергии вдоль цепи определяется параметрами передачи, а процесс взаимных переходов энергии - параметрами влияния. Различают первичные и вторичные параметры кабеля.

^ ПЕРВИЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПЕРЕДАЧИ

К первичным параметрам передачи относится активное сопротивление цепи R, индуктивность L, емкость C и проводимость изоляции G.

Активное сопротивление R представляет собой полное активное сопротивление, которое преодолевает переменный ток, проходя по цепи кабеля:

где R0 – сопротивление цепи постоянному току, а R~ - дополнительное сопротивление, связанное с прохождением по цепи переменного тока. Сопротивление постоянному току зависит от материала, диаметра и длины провода; измеряется в (Ом) и определяется по формуле:

где ρ – удельное сопротивление материала, Ом∙мм2/м; l – длина провода, км; s – сечение провода, мм2. Для двухпроводной цепи

Таким образом, сопротивлении цепи постоянному току прямо пропорционально длине цепи l и обратно пропорционально сечению провода s. Зависимость сопротивления постоянному току от диаметра проводов цепи приводится в таблице 1.

Таблица 1.

Диаметр провода, мм

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,2

1,4

Ом/км

190,0

131,6

96,0

72,2

57,0

47,0

31,9

23,8


Дополнительное сопротивление определяет потери передаваемой по кабельной цепи энергии, вызванные образованием так называемых паразитных токов в металлических частях кабеля и перераспределением энергии по сечению проводника:

где - сопротивление за счет поверхностного эффекта; - сопротивление за счет эффекта близости; - сопротивление за счет потерь энергии в окружающих металлических частях кабеля (соседних жилах, экране, оболочке и т.п.).

Явление поверхностного эффекта состоит в следующем: при прохождении по цепи переменного тока высокой частоты внутри каждого проводника, вследствие пересечения его силовыми линиями внутреннего магнитного поля, образуются вихревые токи, которые замыкаются в толще проводника (рис.1). Направление вихревых токов в центре проводника противоположно направлению основного тока, а у поверхности совпадает с последним. В результате плотность тока внутри проводника уменьшается, а ближе к поверхности возрастает. При высокой частоте ток протекает только у поверхности проводника, глубина его погружения незначительна, полезное поперечное сечение проводника как бы уменьшается и, следовательно, увеличивается его активное сопротивление.

2 РИСУНКА

Увеличение активного сопротивления за счет эффекта близости также вызвано перераспределением плотности тока в проводниках вследствие взаимодействия основного и вихревых токов (рис.2). Внешнее магнитное поле провода α, пересекая провод δ, образует в нем вихревые токи, которые на поверхности, обращенной к близлежащему проводу α, совпадают по направлению с основным током; на противоположной стороне провода δ вихревые токи направлены против основного тока. Аналогично перераспределяются токи в проводе α. Таким образом, вследствие потерь на вихревые токи в соседнем проводе цепи ее активное сопротивление переменному току возрастает. Чем ближе находятся провода друг другу, тем сильнее сказывается эффект близости (квадратичная зависимость).

Увеличение сопротивления за счет потерь в металлических частях кабеля объясняется следующим. Силовые линии магнитного поля, созданного протекающим по рассматриваемой цепи током, образуют вихревые точки в соседних жилах, экране, оболочке и броне кабеля. Часть передаваемой энергии переходит в металлические элементы кабеля и, нагревая их, рассеивается в виде тепловых потерь.

Величины от дельных составляющих активного сопротивления цепи, например, в кабеле звездной скрутки с жилами диаметром 1,2 мм при частоте 108 кГц характеризуется следующими данными:

Полное сопротивление

Изменение активного сопротивления кабельной цепи звездной скрутки (при ) в зависимости от частоты передаваемого тока приведено в табл. 2. Из таблицы видно, что при частоте передаваемого по кабельной цепи тока 100 кГц активное сопротивление в 2 раза больше сопротивления постоянному току (см. табл.1).

Таблица 2.

Частота,

кГц

0,8

5

13,5

20

30

40

50

60

70

80

90

100

108

R,Ом/км

31,79

33,25

35,53

37,70

41,57

44,91

48,89

51,60

56,37

59,93

63,3

66,7

68,85


Индуктивность цепи L. Согласно закону электромагнитной индукции в кабельной цепи возникает, т. е. индуктируется, электродвижущая сила (ЭДС), вызванная изменением магнитного потока. При этом индуктированная ЭДС может быть вызвана изменением магнитного потока в соседней цепи (взаимоиндукция) и в той же самой цепи (самоиндукция). Индуктивная ЭДС, взаимодействует с основным током, передаваемым по цепи, создает дополнительное сопротивление, которое называется индуктивным сопротивлением.

Индуктивность цепи зависит от материала, формы и размеров проводников, а также от расстояния между ними. Индуктивность кабельных цепей измеряется в миллигенри на километр (мГ/км).

Емкость C. Аналогична емкости конденсатора, у которого обкладками служат поверхности проводников, а диэлектриком - изоляционный материал.

Емкость цепи зависит от диаметра проводников, расстояния между ними, свойств изоляционного материала, шага скрутки и близости проводников к оболочке. Емкость кабельной цепи измеряется в нанофарадах на километр (нФ/км).

Проводимость изоляции G. Параметр, характеризующий качество изоляции жил кабеля. Под проводимостью изоляции понимается явление частичной электропроводимости изоляционных материалов, в результате чего часть передаваемой по цепи энергии рассеивается в диэлектрике, т.е. происходит «утечка» тока. Также, как активное сопротивление R характеризует потери передаваемой энергии в металлических частях кабеля, проводимость изоляции G характеризует потери энергии в изоляции токоведущих проводников кабеля. Проводимость изоляции цепи измеряется в сименсах на километр (См/км).

Величина, обратная проводимости изоляции, называется сопротивлением изоляции ^ Rиз. Чем больше сопротивление изоляции между жилами кабеля, тем меньше «утечка» тока. Сопротивление изоляции Rиз обычно нормируется; по его величине производится оценка строительных длин кабеля и контролируется исправность действующих кабельных линий.

Кроме сопротивления изоляции, в кабелях междугородной связи нормируется также электрическая прочность изоляции. Под электрической прочностью понимается определенная величина приложенного к проводам рабочей цепи или к проводам и оболочке кабеля напряжения (постоянного или переменного тока), при котором не наступает пробоя изоляции. Контроль электрической прочности изоляции необходим для обеспечения возможности передачи по жилам кабеля дистанционного электропитания аппаратуры, а также для предохранения кабеля от повреждений.

Первичные параметры передачи определяются конструкцией кабеля, свойства материалов, используемых для его изготовления, и частотой передаваемого по кабелю тока; первичные параметры не зависят от напряжения и тока.

^ ВТОРИЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПЕРЕДАЧИ


К вторичным параметрам передачи относятся: коэффициент распространения , коэффициент затухания , коэффициент фазы , скорость распространения , волновое сопротивление

Из приведенных выше понятий о первичных параметрах передачи следует, что чем меньше активное сопротивление проводников и проводимость изоляции цепи , тем меньше потери передаваемой по кабелю энергии и, следовательно, выше качество передачи. Качество передачи определяется также величинами индуктивности и емкости . Передаваемые по кабелю сигналы связи содержат токи разной частоты, затухание амплитуды сигнала с повышением частоты увеличивается, и появляются так называемые амплитудно-частотные искажения. Кроме того, токи разных частот распространяются по кабелю с неодинаковой скоростью: чем выше частота тока, тем выше скорость его распространения. Это явление приводит к частотно-фазовым искажениям сигнала.

Коэффициент распространения характеризует изменение сигнала по амплитуде и по фазе при его распространении по линии и является комплексной величиной:



Где -коэффициент затухания, учитывающий степень уменьшения сигнала по амплитуде; -коэффициент фазы, учитывающий степень запаздывания сигнала по фазе.

Коэффициент затухания показывает, как уменьшается интенсивность передаваемой электромагнитной энергии на 1 км длины кабельной линии. Затухание энергии в линии происходит по следующему закону:



Где - длина линии; - соответственно напряжение, ток и мощность в начале цепи; - напряжение, ток и мощность в конце цепи.

Из формулы следует, что по мере удлинения пути происходит затухание передаваемой энергии.

Собственное затухание цепи , измеряемое в децибелах (дБ), показывает уменьшение передаваемой энергии в конце линии по сравнению с началом:

,

Где -коэффициент затухания, дБ/км.

Наряду с затуханием происходит также изменение фазы тока и напряжения, так называемый сдвиг фазы, который выражается через коэффициент фазы и измеряется в радианах на километр (рад/км). Для токов высокой частоты

2πf.

К вторичным параметрам передачи относится также величина, характеризующая скорость распространения электромагнитной энергии по кабельной линии . Эта величина зависит от первичных параметров цепи и частоты тока, измеряется в километрах в секунду (км/с) и определяется по формуле;

=2πf/.

При постоянном токе скорость распространения составляет примерно 10 000 км/с, а при токах высокой частоты – порядка 200 000 км/с.

Волновое сопротивление - это сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль кабельной однородной цепи. Волновое сопротивление зависит от первичных параметров кабеля и частоты передаваемого тока. Для тока высокой частоты волновое сопротивление определяется по формуле;



Сопротивление, которое электромагнитная энергия встречает на входе кабельной цепи при любой нагрузке на конце линии, называется входным сопротивлением . Номинальное значение волнового сопротивления определяется для однородной цепи. Однако в силу целого ряда конструктивных и технологических причин кабельной цепи не однородна по длине и, следовательно, волновое сопротивление на разных участках цепи отличается от номинального значения. Отклонение величины волнового сопротивления от номинального значения называется неоднородностью волнового сопротивления. Распространяясь по кабелю, электромагнитная энергия в местах неоднородности цепи частично отражается, что вызывает встречный поток энергии, движущийся к началу цепи. Встречный поток в местах неоднородностей кабеля вызывает вторичные отражения энергии, движущейся к концу линии вместе с энергией основного сигнала и называемой попутным потоком. Встречный поток изменяет величину входного сопротивления цепи, а попутный - искажает форму передаваемого сигнала.


^ РАСЧЕТ МЕШАЮЩИХ ВЛИЯНИЙ

При определении мешающего влияния со стороны высоковольтных линий передач на цепи связи приходится считаться с наличием гармонических составляющих напряжения и тока в спектре частот, используемом для передачи по цепям связи. Помехи (шум) в телефонных каналах тональной частоты определяются на частоте 800 Гц, поэтому при подсчете помех рабочее напряжение (ток) влияющей цепи со всеми составляющими гармониками пересчитываются на эквивалентные мешающие напряжения (ток) с частотой 800 Гц. Величина, которого по-своему действуют на телефонную цепь, должна, заменять рабочее напряжение (ток) со всеми его гармониками.

Отношение псофометрического напряжения (тока) к эффективному напряжению (току) называют телефонным форматором соответственно напряжения или тока, т.е.

()

При наличии нескольких гармонических составляющих мешающее влияние в телефонной цепи определяется по отдельным составляющим с учетом акустического воздействия каждой гармоники. При этом, имея в виду, что напряжения, возникающие от отдельных гармоник в двух проводной цепи на каждом участке сближения, распределяются по этой цепи до приемного конца с разными фазами, результирующие псофометрическое напряжение шума рассчитывается по формуле:

()

где - напряжение, индуктируемое в телефонной цепи на частоте i-той гармоники; Pi – коэффициент акустического воздействия i-той гармоники.

Метод расчета по гармоническим составляющим трудоемок и сложен, поэтому для упрощения расчет производят на одной частоте 800Гц и вводят поправочный коэффициент, учитывающий действительное влияние всех гармонических составляющих.

При таком методе расчета эквивалентный мешающий ток будет равен и мешающее эквивалентное напряжение

, где – поправочный коэффициент; ()

- форм-факторы тока и напряжения;

- соответственно эффективная величина, влияющего тока и напряжения.

Значение телефонного форм-фактора определяется типом влияющей линии. Поправочный коэффициент для различных типов, влияющих линий изменяется в довольно широких пределах [ли] в зависимости от величин гармонических составляющих (расстояния между линиями и ряда других причин).

Помехи, наводимые в двух проводных цепях связи, зависят от асимметрии проводов цепи. При расчете помех, наводимых со стороны высоковольтных линий, различают два вида асимметрии: первая из них обуславливается неодинаковым расстоянием проводов цепи, связи от влияющей линии (поперечная асимметрия, вторая - асимметрией электрических параметров проводов цепи связи (продольная асимметрия)).

Результирующие значения напряжения помех в телефонной цепи определится из уравнения:

, (0)

где - напряжение, обусловленное продольной асимметрией при магнитном влиянии:

- то же, при электрическом влиянии;

- напряжение, обусловленное поперечной асимметрией при магнитном влиянии;

- то же, при электрическом влиянии.

Кабельные линии связи с металлическими оболочками практически защищены от электрических влияний, и, следовательно, в этом случае учитывается только составляющая магнитного влияния за счет не одинакового расстояния кабельных жил. Относительно влияющей цепи вследствие скручивания кабельных жил в группы и несоизмеримо малого расстояния между жилами кабельной цепи по сравнению с расстоянием их от влияющей линии электропередачи практически отсутствует.

Для учета влияний, возникающих за счет продольной асимметрии, вводится так называемый коэффициент чувствительности двухпроводной телефонной цепи с помехами или, иначе, коэффициент асимметрии, который характеризует собой асимметрию полного сопротивления и полной проводимости проводов телефонной цепи. Значение коэффициента чувствительности определяются путем измерений, которые показывают, что коэффициенты чувствительности при электрическом и магнитном влиянии близких друг к другу, но существенно зависят от типа и конструкции линии. Так, на частотах

800 ÷ 1000Гц значение коэффициента для кабельных линий составляет 0,0014-0,002 для ВЛС с проводами ЦМ при подвеске на траверсах 0,002-0,0023, на крючках 0,008-0,011, на траверсах 0,0050-0,0058.

С учетом коэффициента чувствительности и коэффициента распространения цепей согласно уравнениям аналогично взаимного влияния между цепями связи получим, что напряжение шума в канале тональной частоты при согласованной нагрузке и длине линии связи, равной длине сближения от продольной асимметрии, будет равно:

При магнитном влиянии

При электрическом влиянии

﴾0﴿
Где эквивалентный мешающий ток;

эквивалентное мешающее напряжение;

коэффициент чувствительности телефонной цепи к помехам;

среднее значение взаимной индуктивности между влияющей линией и однопроводной цепью связи на ƒ=800Гц;

среднее значение емкостной связи;

длина сближения;

коэффициент распространения влияющей линии;

коэффициент распространения однопроводной цепи связи;

волновое сопротивление однородной цепи;

Sд , Sт , S0 – коэффициент экранирования, учитываемые при наличии соответствующих экранов.

Для уменьшения помех провода ВЛС скрещивают. В скрещенных телефонных цепях расстояние между проводами цепи связи и влияющей линией выравнивается. Поэтому влияние вследствие поперечной асимметрии имеет место лишь на неуравновешенной длине линии, которая принимается ровной половине наибольшего расстояния между двумя соседними скрещиваниями. Это расстояние принимается в самом неблагоприятном месте сближения.

Эффективность дополнительной защищенности цепей от скрещивания характеризуется величиной, где ns-шаг скрещивания.

Тогда составляющая напряжение помех, обусловленная магнитным влиянием, равна;

()

где соответственно коэффициенты распространения и взаимной индуктивности двух проводной цепи связи. Имея в виду, что <<1 можно. Обозначая получим;

()

Составляющая напряжения помех, обусловленная электрическим влиянием, равна;

()

где Z b2 – волновое сопротивление двух проводной цепи связи;

m1,2 и c1,2 – среднее значения коэффициентов взаимной индукции и емкостной связи между влияющей линией и двух проводной цепью связи.

Среднее значение коэффициента . ()

Отдельные составляющие напряжений U, U, U и U практически по величине не одинаковы и определяющими в большинстве случаев являются одна или две из них.

Это позволяет значительно упростить расчетные формулы для каждого типа влияющей линии и различных расстояний между ВЛ и линией связи.

Ток помех в телеграфных цепях определяется на частоте влияющей линии 50Гц.


Скачать файл (215 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации