2 Лінії зв’язку

2.1 Короткі теоретичні відомості

Лінії зв’язку забезпечують проходження електричних сигналів в потрібному напрямку на необхідну відстань.

В залежності від середовища, в якому поширюються електричні сигнали, розрізняють три типи ліній:

• радіолінії;

• волоконно-оптичні лінії;

• проводові лінії.

До радіоліній відносять всі типи ліній, в яких сигнали електричного зв’язку передаються у відкритому просторі у вигляді радіохвиль.

У волоконно-оптичних лініях зв’язку (ВОЛЗ) електричні сигнали перетворені у світлові і поширюються по волоконним світловодам у оптичних кабелях.

В проводових лініях зв’язку – повітряних і кабельних – електричне коло створюють два металевих проводи. В наш час саме проводові лінії залишаються найбільш поширеним видом спрямовуючих систем в електрозв’язку.

Повітряні лінії складаються із металевих проводів, які підвішують на опорах за допомогою ізоляторів і спеціальної арматури.

Проводи повітряних ліній зв’язку виготовляють зі сталевих, мідних і біметалевих сталемідних дротів різних діаметрів.

Сталеві дроти мають відносно невелику вартість, але значний активний опір проводів, який суттєво зростає з ростом частоти, і практично обмежує можливості передачі високочастотних сигналів понад 30 кГц (3^х-канальна апаратура В-3).

Мідні дроти мають високі електричні характеристики, але із-за великої вартості не знайшли широкого застосування.

Біметалеві дроти мають стальне осердя і мідну оболонку товщиною до 0,2 мм. Застосування таких дротів забезпечує економію міді при збереженні відносно малого активного опору на високих частотах. Сталемідні біметалеві дроти виготовляють діаметром 4; 3; 2; 1,6 і 1,2 мм.

Кабелем називають конструкцію, яка складається із скручених разом ізольованих проводів у вологозахисній оболонці з броньовими покровами.

Сучасні кабелі зв’язку класифікують за призначенням, умовами прокладання, конструкцією, матеріалом ізоляції, системою скрутки проводів, родом захисних покровів.

В залежності від застосування кабелі діляться на магістральні (міжобласні), зонові (внутрішньообласні), сільські, міські та кабелі для з'єднувальних ліній та вставок.

В залежності від умов експлуатації кабелі бувають підземними, підводними, підвісними та призначеними для прокладання у телефонній каналізації.

За конструкцією і взаємним розташуванням проводів кабелі бувають симетричними і коаксіальними.

Симетричні кола кабелів складаються з двох однакових проводів. В коаксіальних колах внутрішній провідник розташовується концентрично в середині циліндричного зовнішнього проводу.

Симетричні кабелі застосовують для передачі сигналів в смугах частот до 250 кГц. Коаксіальні кола не створюють взаємних завад і можуть застосовуватись без обмежень частоти.

Скручування ізольованих проводів може бути парним і четвірочним або зірковим (як правило у кабелів дальнього зв'язку).

Вологозахисні оболонки кабелів можуть бути металевими (свинець, алюміній, сталь) або пластмасовими (поліетилен, полівінілхлорид) з додатковою стрічковою або дротяною бронею з джутовим або пластмасовим покриттям.

Струмопровідні мідні жили кабелів виготовляють стандартних діаметрів 0,32; 0,4; 0,5 і 0,7 мм для кабелів міських телефонних мереж, і діаметром 0,8; 0,9; 1,0; 1,05; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4 мм для кабелів дальнього зв'язку.

Для зручності класифікацій кабелів їм надається певне умовне позначення – марка кабелю, яка відображає його основні конструктивні елементи і область застосування. На початку марки кабелю містяться літери, що вказують на область застосування:

МК – магістральний (міжміський) кабель дальнього зв'язку;

Т – телефонний міський низькочастотний кабель;

КМ – коаксіальний магістральний кабель;

ЗК – кабель зонового зв'язку із зірковою скруткою жил.

Наступні літери марки характеризують ізоляцію жил і матеріал захисної оболонки:

П – поліетиленова ізоляція; В – полівінілхлоридна, С – стирофлексна ізоляція;

А – алюмінієва вологозахисна оболонка, П – поліетиленова; В – полівінілхлоридна вологозахисна оболонка.

Подальші літери характеризують вид броні або захисних покровів, наприклад:

Б – стрічкова сталева броня із зовнішнім покриттям з джуту;

Шп – зовнішній шланг з поліетилену.

Після літерних умовних позначок в маркіруванні кабелю проставляються цифри, що вказують на кількість груп струмопровідних жил та їх діаметр.

Як приклад розглянемо маркірування поширеного на лініях зв'язку залізничного транспорту кабелю

МКПАБ 7×4×1,05+5×2×0,7+1×0,7.

З марки кабелю витікає: кабель магістральний з поліетиленовою ізоляцією жил, алюмінієвою оболонкою зі стрічковою бронею, має 7 жил діаметром 1,05 мм із зірковою скруткою, 5 пар діаметром 0,7 мм і одну контрольну жилу діаметром 0,7 мм.

На мережах дальнього зв'язку залізниць України повітряні лінії складають понад 35% від усіх лінійних споруд. Вони відзначаються простотою конструкції, малим згасанням низькочастотних сигналів і відносно невеликою вартістю. Але повітряним лініям притаманні і суттєві недоліки:

• значний вплив метеорологічних факторів і зовнішніх електромагнітних завад, які погіршують умови передачі сигналів і якість зв'язку;

• низьку експлуатаційну надійність ліній і великі експлуатаційні витрати;

• обмежені можливості передачі високочастотних сигналів, що виключає застосування сучасних багатоканальних систем зв'язку.

В зв'язку з викладеним на залізницях України передбачається поступове виведення з експлуатації всіх повітряних ліній дальнього зв'язку.

Кабельні лінії зв'язку мають суттєві переваги перед повітряними. Вони забезпечують високу експлуатаційну надійність і стабільність параметрів, незалежно від метеорологічних і кліматичних факторів, забезпечують більші можливості передачі високочастотних сигналів. Але значне згасання сигналів в області високих частот змушує суттєво збільшувати кількість проміжних підсилювачів в каналах зв'язку, що приводить до значного зростання вартості лінійних споруд.

Кабельні лінії зв'язку на залізничному транспорті будують як одно-, двох- або трьохкабельні системи.

При однокабельній системі всі види зв'язку і кола автоматики і телемеханіки організують по одному симетричному кабелю. Зазвичай використовують кабелі марок МКПАБ 14×4×1,2+5×0,9 або МКПАБ 7×4×1,05+5×2×0,7+1×0,7. Одну або дві пари в кабелі використовують для дванадцятиканальних систем передачі К12+12. Однокабельна система найбільш дешева, але не відповідає сучасним вимогам, насамперед, за кількістю організуємих каналів зв'язку.

Найбільш поширені двохкабельні системи, при яких вздовж залізничної колії прокладають два кабелі марки МКПАБ 7×4×1,05+5×2×0,7+1×0,7. Для усунення взаємних завад між колами високочастотних четвірок сигнали зустрічних напрямків багатоканальної апаратури К-60П передаються в різних кабелях. Суттєвим недоліком двохкабельних систем є об’єднання в одних кабелях всіх видів зв'язку і кіл автоматики та телемеханіки, які потребують частих відводів до перегінних і станційних об’єктів. Це створює труднощі при монтажі і експлуатації, знижує стійкість і якість зв'язку.

В трьохкабельних системах один кабель марки ТЗПАПБП 14×4×1,2 виділяють для низькочастотних кіл оперативно-технологічного зв'язку і кіл автоматики та телемеханіки. Два інших кабелі використовують тільки для кіл багатоканального зв'язку. Така система не має недоліків, характерних для одно- і двохкабельних систем, але набагато дорожча.

В наш час найбільш перспективною спрямовуючою системою зв'язку визнано волоконно-оптичні лінії. На залізницях України найближчим часом передбачається побудувати понад 8 тисяч км ВОЛЗ.

Основними перевагами ВОЛЗ є:

• мале згасання сигналів і велика пропускна спроможність;

• висока завадозахищеність і повна нечутливість до зовнішніх електромагнітних впливів;

• мала маса кабелів і відсутність кольорових металів.

Електричні властивості ліній зв'язку і умови передачі сигналів по ним характеризують первинними і вторинними параметрами.

Первинними параметрами передачі є: активний опір проводів R, їх індуктивність L і ємність C, а також провідність ізоляції G. Ці параметри не залежать від напруги і струму передаваємих сигналів, а визначаються лише конструкцією лінії, діаметром проводів і використовуємими матеріалами та частотою струму.

Для оцінки експлуатаційно-технічних якостей ліній використовують їх вторинні параметри, які визначаються на основі первинних:

хвильовий опір Z_B

Z_B=

і коефіцієнт поширення

= = +jβ,

де - коефіцієнт згасання, дБ/км, який характеризує зменшення електромагнітної енергії в кінці лінії Р_к дліною 1 км порівняно з її початком Р_п

=10 lg , (дБ/км)

β – коефіцієнт фази, рад/км, який враховує зміну фази при проходженні сигналу по лінії довжиною 1 км.

Загальне згасання сигналів в лінії зв'язку довжиною l, км визначають як

а_л= l, дБ.

Величина 1 дБ відповідає відношенню потужностей сигналу 1,259, тобто характеризує зменшення потужності приблизно на 26%.

В таблиці 2.1 наведені значення коефіцієнтів згасання для повітряних і кабельних ліній зв'язку з різними діаметрами проводів, для частоти 800Гц, яка прийнята в якості контрольної при розрахунках каналів низької частоти.

Таблиця 2.1 – Значення коефіцієнтів згасання ліній зв'язку

Тип лінії	Матеріал проводів	Діаметр проводу, мм	Коефіцієнт згасання, дБ/км
1	2	3	4
Повітряні лінії	мідь мідь біметал біметал сталь сталь	4 3 4 3 5 4	0,023 0,037 0,064 0,102 0,125 0,141
Телефонні кабелі міського зв'язку	мідь мідь мідь мідь	0,7 0,5 0,4 0,32	0,87 1,23 1,54 1,92
Магістральні кабелі зв'язку	мідь мідь мідь мідь мідь	1,2 1,1 1,05 0,9 0,8	0,378 - 0,423 0,469 0,612

Максимально допустиме згасання ліній зв'язку між телефонними апаратами абонентів визначається потужністю сигналу, який створює вугільний мікрофон Р_м і чутливістю телефону, тобто мінімальною потужністю необхідною для його нормальної роботи Р_т.

Вважають, що потужність, створювана мікрофоном складає Р_м=1мВт, а чутливість телефону оцінюється в 1 мкВт. Таким чином максимально допустиме згасання телефонної лінії а_тах становить

а_тах=10 lg =10 lg =10 lg10³=30 дБ.

Саме таке значення а_тах=30 дБ прийнято за нормативну величину при розрахунках каналів телефонного зв'язку для частоти 800 Гц. Виходячи з цього можна визначити максимальну дальність телефонного зв'язку l_тах при використанні ліній різних типів

l_тах= .

Так, для повітряної лінії зв'язку з мідними проводами діаметром 4мм l_тах=1304 км, при використанні сталевих проводів того ж діаметра l_тах=212 км, а для кабельної лінії зв'язку з діаметром жил 1,2 мм l_тах=79 км.

Але при реальних розрахунках дальності зв'язку необхідно враховувати встановлену структуру міжміської комутованої мережі телефонного зв'язку [6].