![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •1.Современные системы телекоммуникаций
- •2. Построение сетей электросвязи
- •2.1. Принципы построения сетей связи
- •2.2. Магистральные и зоновые сети связи
- •2.3. Городские телефонные сети
- •2.4. Сети сельской телефонной связи и проводного вещания
- •4. Коаксиальные кабели
- •4.1. Электрические процессы в коаксиальных цепях
- •4.2. Передача энергии по коаксиальной цепи с учетом потерь в проводниках
- •4.3. Емкость и проводимость изоляции коаксиальных цепей
- •4.4. Вторичные параметры передачи коаксиальных цепей
- •4.5. Оптимальное соотношение диаметров проводников коаксиальной цепи
- •4.6. Конструктивные неоднородности в коаксиальных кабелях
- •5. Симметричные кабели
- •5.1. Электрические процессы в симметричных цепях
- •5.2. Передача энергии по симметричной цепи с учетом потерь
- •5.3. Емкость и проводимость изоляции симметричной цепи
- •5.4. Параметры цепей воздушных линий связи
- •5.5. Основные зависимости первичных параметров симметричных цепей
- •5.6. Вторичные параметры симметричных цепей
- •6. Волноводы
- •6.1. Физические процессы, происходящие в волноводах
- •7. Оптические кабели
- •7.1. Развитие волоконно-оптической связи
- •7.2. Достоинства оптических кабелей и область их применения
- •7.3. Физические процессы в волоконных световодах
- •6.4. Лучевая теория световодов
- •7.5. Волновая теория световодов
- •7.6. Потери энергии и затухание
- •7.8. Дисперсия и пропускная способность
- •Глава 8. Заимные влияния и помехозащищенность цепей в линиях связи
- •8.1. Проблема электромагнитной совместимости в линиях связи
- •8.4. Косвенные влияния между цепями
- •8.5. Влияния в коаксиальных кабелях
- •8.6. Нормы на параметры взаимных влияний
- •8.7. Меры защиты цепей и трактов линии связи от взаимных влиянии
- •8.9. Симметрирование высокочастотных кабелей
- •9. Проектирование линейных сооружении связи
- •9.1. Организация проектирования линейных сооружении связи
- •9.2. Этапы проектирования
- •9.3. Оптимизация методов проектирования линий и сетей связи
- •9.5. Технология реального проектирования лсс
- •9.6. Выбор системы передачи, типа линии связи, марки кабеля и трассы строительства
- •9.7. Определение мест установки нуп и длин ретрансляционных участков кабельных магистралей
- •9.8. Рабочие чертежи
- •9.9. Основные положения проектирования подсистем кабельных магистралей
- •9.10. Распределение абонентов по территории города и выбор места расположения станций
- •9.11. Выбор емкости шкафа и проектирование распределительной сети гтс
- •9.12. Проектирование магистральной кабельной сети и канализации гтс
- •9.13. Многоканальные соединительные линии гтс
- •9.14. Перспективы развития методов проектирования сетей гтс
- •Глава 10. Строительство линейных сооружении связи
- •10.1. Прокладка кабельных линий связи
- •10.1.1. Подготовительные работы
- •10.1.2. Подготовка кабеля к прокладке
- •10.1.3. Группирование строительных длин
- •10.1.5. Прокладка подземных кабелей
- •10.1.7. Установка замерных столбиков
- •10.1.8. Механизация строительства
- •10.1.12. Прокладка подводных кабелей
- •10.1.13. Особенности прокладки оптических кабелей
- •Глава 11. Защита сооружений связи от внешних влияний и коррозии
- •11.1. Теория влияния
- •11.1.1. Физическая сущность и источники электромагнитного влияния на цепи связи
- •11.1.2. Виды и классификация внешних влиянии
- •11.1.3. Влияние атмосферного электричества
- •11.1.4. Влияние линии электропередачи
- •11.1.5. Влияние электрифицированных железных дорог
- •11.1.7. Нормы опасных и мешающих влиянии
- •11.1.8. Расчет опасного электрического влияния
- •11.1.9. Расчет опасного магнитного влияния
- •11.1.10. Расчет мешающих влияний
- •11.1.11. Влияние радиостанций на линии связи
- •11.2. Защита сооружений связи
- •11.2.3. Каскадная защита и молниеотводы
- •11.2.4. Защита от грозы кабельных линий
- •11.2.5. Экранирующие тросы
- •11.2.6. Редукционные и отсасывающие трансформаторы
- •11.2.7. Устройство заземлений
- •11.3. Экранирование кабелей связи
- •11.3.1. Применение экранов
- •11.3.3. Электромагнитостатическое экранирование
- •11.3.4. Электромагнитное экранирование
- •11.3.5. Волновой режим экранирования
- •11.3.7. Экранирующий эффект с учетом продольных токов
- •12. Полосковые линии передачи
- •12.1. Введение
- •12.2. Симметричная полосковая линия передачи
- •12.3. Несимметричная полосковая линия передачи
- •12.4. Щелевая линия
- •12.5. Копланарная полосковая линия
- •12.6. Связанные полосковые линии
- •13. Конструкции и характеристики линий связи
- •13.1. Электрические кабели связи
- •13.1.1. Классификация и маркировка кабелей
- •13.1.2. Проводники
- •13.1.3. Изоляция
- •13.1.4. Типы скруток в группы
- •13.1.6. Защитные оболочки
- •13.1.7. Защитные бронепокровы
- •13.1.8. Междугородные коаксиальные кабели
- •13.1.9. Междугородные симметричные кабели
- •13.1.10. Зоновые (внутриобластные) кабели
- •13.1.11. Городские телефонные кабели
- •13.1.12. Кабели сельской связи и проводного вещания
- •13.2. Оптические кабели связи
- •13.2.1. Классификация оптических кабелей связи
- •13.2.2. Оптические волокна и особенности их изготовления
- •13.2.3. Конструкции оптических кабелей
- •13.2.4. Оптические кабели отечественного производства
5.2. Передача энергии по симметричной цепи с учетом потерь
Выше рассмотрена идеализированная симметричная цепь без потерь в проводниках. В реальных условиях кабельные проводники имеют конечные значения проводимости, а следовательно, и тепловые потери на вихревые токи. Для определения параметров симметричной цепи с потерями необходимо знать составляющие Ez и Нφ. Они определяют энергию, поглощаемую проводником из окружающего пространства. Мощность потока энергии поглощения для цилиндрического проводника выражается через уравнение Пойтинга:
,
(5.2)
где
R
-
активное сопротивление проводника; L
-
внутренняя его индуктивность; Еz
- продольная
составляющая электрического поля;
- сопряженное значение тангенциальной
составляющей магнитного поля;r
- радиус проводника.
Для определения Еz и Hφ симметричной цепи используются ранее приведенные уравнения Максвелла в дифференциальной форме для цилиндрической системы координат. Если сочетать систему координат так, чтобы ось z совпадала с осью проводника, то три составляющие поля Еr, Еφ, Hz будут отсутствовать, а остальные три могут быть определены из следующих уравнений:
(5.3)
, (5.4)
Дифференциальное уравнение второго порядка для определения компонент поля имеет вид
-
для проводников, (5.5)
-
для диэлектрика, (5.6)
Имея
в виду частотную область использования
симметричных цепей (до 106
Гц), можно решать задачу в квазистационарном
режиме, т. е. без учета токов смещения.
Тогда для изоляции правая часть уравнения
.
Решая (3.6), находим составляющуюEz.
Составляющую Нφ
определяем из ранее приведенного
выражения:
,
(5.7)
В
симметричных кабелях, в отличие от
коаксиальных, нет симметрии в расположении
электромагнитного поля вокруг проводника,
т.е. необходимо учитывать изменение
поля по тангенциальной составляющей
.
Это выражение характеризует искажение
поля и соответственно действие эффекта
близости между проводниками.
Решение приведенного выше дифференциального уравнения для металла имеет следующий вид:
,
(5.8)
где
In
и Кп
-
модифицированные
цилиндрические функции первого и второго
родов n-го
порядка; А,
В, С, D
- постоянные интегрирования;
- коэффициент потерь для металла.
Поскольку поле внутри проводника возрастает от центра к периферии, а функция Кп имеет падающий характер с увеличением аргумента, необходимо принять, что B = 0. В силу симметричного расположения проводников относительно горизонтальной оси, от которой ведется отсчет угла , нечетная функция sin отсутствует, поэтому Dn = 0. Имея в виду наличие п составляющих поля, находим составляющую Ez для проводников:
.
(5.9)
Соответственно составляющая магнитного поля
.
(5.10)
Полученные уравнения аналогичны уравнению (4.5) для внутреннего проводника коаксиального кабеля. Отличие заключается в том, что в силу осевой симметрии для внутреннего проводника не учитывалось изменение поля по φ и п = 0. При учете эффекта близости n ≠ 0 , так как кроме основных составляющих поля первого проводника возникает п составляющих поля за счет взаимодействия полей рядом расположенных проводников.
Для определения постоянных интегрирования An запишем выражения напряженностей электрического и магнитного полей в диэлектрике, окружающем проводники. Для диэлектрика уравнение имеет вид
,
(5.11)
Решением данного уравнения является
.
(5.12)
Составляющая магнитного поля
,
(5.13)
где Вп, Сп — постоянные интегрирования, для нахождения которых используются следующие условия:
непрерывность
продольных составляющих электрического
поля на границе проводник-диэлектрик:
приr=r0;
непрерывность
тангенциальных составляющих магнитного
поля:
приr
= r0;
закон
полного тока
;
соответствие законов убывания и возрастания магнитных полей для проводников а и б.
Как
видно из рис. 4.2, магнитные поля для
одинаковых проводников на прямой,
соединяющей центры проводников, равны
между собой:
(при r)=
(приа-r).
Зная постоянные интегрирования, можно
определить величины Еz
и Hφ,
на поверхности
проводников (при r=rо).
Для нахождения сопротивления R, Ом/км, и внутренней индуктивности L, Гн/км, подставим значение Еz и Hφ, и после соответствующих преобразований получим
;
(5.14)
,
(5.15)
где d - диаметр проводника, мм; а - расстояние между проводниками, мм.
Рис.
5.4. Магнитное поле Hφ
симметричной цепи
Уравнение для расчета сопротивления цепи состоит из трех слагаемых: сопротивления постоянному току 2Ro, сопротивления за счет поверхностного эффекта 2RoF(kr) и сопротивления за счет эффекта близости - третий член формулы (3.14). Оно справедливо для расчета сопротивления цепи при парной скрутке.
Если необходимо определить сопротивление при другом виде скрутки (звездной или двойной парной), то следует учесть дополнительные потери на вихревые токи в других проводниках группы, для учета которых вводится параметр р. Для учета эффекта скрутки проводников вводится параметр %, колеблющийся в пределах 1,02 - 1,07 в зависимости от диаметра кабеля.
Окончательное уравнение для расчета сопротивления симметричного кабеля имеет вид, Ом/км:
.
(5.16)
При парной скрутке р = 1, при звездной р = 5, при двойной парной – р = 2. Значения F(kr); G(kr); H(kr); Q(kr) приведены в табл. 4.1.
В
кабелях связи, как правило, имеется
несколько четверок. Проводники соседних
четверок, внося дополнительные потери
на вихревые токи, увеличивают сопротивление
цепи. Кроме того, сопротивление возрастет
за счет потерь в металлической оболочке.
Для определения дополнительного
сопротивления
,
эквивалентного этим потерям, пользуются
данными приf=
200 кГц, приведенными в табл. 5.1.
Таблица 5.1
|
Повивы | ||||||||
Число четверок в кабеле
|
смежных четверок |
внутри свинцовой оболочки |
внутри алюминиевой оболочки | ||||||
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 | |
1 4 1+6 1+6+12 |
7,5 8 8 |
7,5 7,5 |
7,5 |
22 14 1,5 0 |
5,5 0 |
1 |
8,1 5,2 0,6 0 |
2 0 |
0,4 |
Пересчет потерь в металле Rм для другой частоты производится по формуле
,
(5.17)
где Rм200 - табличные данные; f- частота, кГц.
Выше
было определено значение внутренней
индуктивности проводников. Индуктивность
цепи в целом определяется суммой внешней
Lвш
и внутренней Lвт=2Lа
индуктивностей: L=Lвш+2La.
Так как
а=4П×10-7
,
получим внешнюю индуктивность на 1 км:
.
(5.18)
Тогда общая индуктивность симметричной кабельной цепи, Гн/км :
.
(5.19)
Для низкочастотных симметричных кабелей, у которых можно не учитывать эффект близости, сопротивления R, Ом/км, и индуктивность L, Гн/км, определяются по упрощенным формулам
,
(5.20)
.
(5.21)