- •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
13.1.3. Изоляция
Материал, применяемый для изоляции кабельных жил, должен обладать высокими и стабильными во времени электрическими характеристиками, быть гибким, механически прочным и не требовать сложной технологической обработки. В электрическом отношении свойства изоляции определяются следующими параметрами: электрической прочностью U, при которой происходит пробой изоляции; удельным электрическим сопротивлением , характеризующим ток утечки в диэлектрике; диэлектрической проницаемостью , характеризующей степень смещения (поляризации) зарядов в диэлектрике при воздействии на него электрического поля; тангенсом угла диэлектрических потерь (или величиной диэлектрических потерь) tgδ, характеризующим потери высокочастотной энергии в диэлектрике.
Наилучшим диэлектриком является воздух (r = 1; р→∞ и tgδ→0). Однако создать изоляцию только из воздуха практически невозможно. Поэтому кабельная изоляция, как правило, является комбинированной и содержит как воздух, так и твердый диэлектрик, причем количество твердого диэлектрика должно быть минимальным и определяться требованием устойчивости изоляции и жесткости ее конструкции. Изоляция должна предохранять токопроводящие жилы от соприкосновения между собой и строго фиксировать взаимное расположение жил в группе по всей длине кабеля.
В качестве диэлектриков в кабелях связи широко используются полимеризационные пластмассы типа полистирол (стирофлекс), полиэтилен, фторопласт, полихлорвинил и др. Сочетание высоких электрических характеристик в широком спектре частот, влагостойкости к различным агрессивным средам и сравнительно несложной технологической обработки обеспечило пластмассам широкое применение в кабелях связи в качестве изоляции и защитных оболочек.
При оценке пригодности того или иного типа кабеля следует иметь в виду, что ширина полосы частот, передаваемой по кабелю, обусловлена качеством используемого диэлектрика (ε, tgδ) и в первую очередь — величиной диэлектрических потерь. Потери высокочастотной энергии в диэлектрике кабеля ад непосредственно связаны с величиной tgδ и прямолинейно взрастают с ростом частоты. Для сравнения укажем, что при частоте 1 МГц величина tgδ кордельно-бумажной изоляции вставляет 400·10-4, а полиэтилена — не более 5.. 10-4. С ростом частоты эта разница в потерях линейно возрастает, и для высокочастотных кабелей становятся пригодными лишь определенные пластмассы.
Основные физико-механические и электрические свойства указанных материалов приведены в табл. 13.2.
Таблица 13.2
Материал |
Плот-ность, г/см3 |
Предел прочности при растяжении |
Относи-тельное удлинен-ие при разрыве, % |
Тепло-стой-кость, °С |
Диэлект-рическая проницаемость |
tgδ·10-4 при частоте 1 кГц | |
МПа |
кгс/см2 | ||||||
Кабельная бумага
Поли-стирол
Сплошной полиэтилен
Пористый полиэтилен
Поливинил-хлорид |
0,7
1,05
0,92
0,47
1,26... 1,40 |
80
120...50
12... 18
2,5... 5
10... 22 |
800
1200... 500
120... 180
25... 50
100... 220 |
2
1,5...12,5
150...600
1200
150...400 |
—
70
120
120
— |
2...2,5
2,5...2,7
2,28...2,120
1,45...1,50
12...6 |
80
2
12
4
1200...1000 |
Бумага, предназначенная для изоляции жил НЧ кабелей, вырабатывается из сульфатной целлюлозы. Для междугородных кабелей применяется бумага толщиной 0,12 и 0,17 мм. Для удобства монтажа бумагу окрашивают в разный цвет: красный, синий, зеленый.
Бумажный кордель представляет собой нить, скрученную из кабельной бумаги диаметром 0,6; 0,76 и 0,85 мм. Прочность бумажного корделя равна 70 МПа (7 кгс/мм2).
Полистирол (стирофлекс) вырабатывают из жидкого стирола, исходным сырьем для которого является нефть или каменный уголь. Полистирол прозрачный, гибкий и негигроскопичный материал, из которого вырабатывают ленты толщиной 0,045 мм и шириной 10... 12 мм и кордель диаметром 0,8 мм для изоляции жил высокочастотных кабелей связи.
Полистирол имеет различную расцветку - красную, синюю, зеленую. Недостатком полистирола является его низкая теплостойкость, находящаяся в пределах 65 ... 80° С.
Полиэтилен получают путем полимеризации жидкого этилена. Полиэтилен представляет собой молочно-белый (иногда желтовато-белый) материал, на ощупь напоминающий парафин. При поджигании загорается медленно и горит синеватым пламенем без копоти. Полиэтилен термопластичен, температура его размягчения около 120° С. При обычной температуре на него не действуют кислоты и щелочи.
Существуют два способа получения полиэтилена: при высоком давлении (150... 1250 МПа, или 1500... 12500 атм.) и температуре 200° С и при низком давлении (0,12 ... 0,4 МПа, или 12 ... 4 атм.) и температуре 70° С. Полиэтилен низкого давления отличается большей плотностью (до 0,97 г/см3) и более кристаллической структурой, чем полиэтилен высокого давления. Полиэтилен выпускается в виде мелких частиц-гранул размером 12 мм.
Пористый полиэтилен получается введением в состав композиции полиэтилена газообразователей или порофоров, способных при определенных температурах переходить в газообразное состояние.
Поливинилхлорид получается путем полимеризации винилхлорида. Чтобы получить из поливинилхлорида мягкий материал, его смешивают с пластификатором. Поливинилхлорид весьма устойчив к действию химических реагентов, однако сравнительно легко разлагается при нагревании, выделяя хлористый водород. Важным свойством его является негорючесть, поэтому он нашел широкое применение в качестве оболочек станционных кабелей связи.
Существенным недостатком поливинилхлорида является сравнительно низкая теплостойкость (не выше 70°С). При низких температурах пластикат теряет прочность, а при высоких резко ухудшает свои электрические свойства.
На основе указанных диэлектриков в настоящее время разработаны и применяются различные конструкции изоляционных покровов. В основном в кабелях связи используются следующие типы изоляции:
трубчатая, выполняемая в виде бумажной или пластмассовой ленты, наложенной в виде трубки (рис. 13.5, а);
кордельная, состоящая из нити корделя, расположенного открытой спиралью на проводнике, и ленты, которая накладывается поверх корделя (рис. 13.5, б);
сплошная, выполняемая из сплошного слоя пластмассы (рис. 13.5, в);
пористая, образуемая из слоя пенопласта (рис. 13.5, г);
баллонная, представляющая собой тонкостенную пластмассовую трубку, внутри которой свободно располагается проводник. Трубка периодически в точках или по спирали обжимается и надежно удерживает жилу в центре изоляции (рис. 13.5, д,e);
шайбовая, выполняемая в виде шайб из твердого диэлектрика, насаживаемых на проводник через определенные промежутки (рис. 13.5, ж);
спиральная (геликоидальная), представляющая собой равномерно распределенную по длине проводника пластмассовую спираль, имеющую прямоугольное сечение (рис. 13.5, з).
Рис. 13.5. Конструкции и типы изоляции проводников
Известна также кордельно-трубчатая изоляция, состоящая из пластмассовых корделя и трубки.
Из различных диэлектриков и конструктивных форм изоляции наибольшее применение в настоящее время получили:
для кабелей городской и сельской связи — трубчатая, выполненная в виде обмотки бумажными лентами, сплошная полиэтиленовая, пористая бумажная или полиэтиленовая;
для симметричных кабелей междугородной связи — кордельно-стирофлексная, баллонная, кордельно-трубчатая или пористая из полиэтилена;
для коаксиальных кабелей — шайбовая, баллонная, геликоидальная и пористая (во всех случаях диэлектриком является полиэтилен);
для подводных коаксиальных кабелей — сплошная полиэтиленовая изоляция.