6. Первичные параметры линии

В электросвязи общепринято использовать понятия первичных параметров однородной цепи, значения которых определяются распределением полей и не меняются вдоль цепи.

Первичными параметрами называются индуктивность и активное сопротивление проводов, а также емкость и проводимость изоляции между проводами, отнесенные к единице длины линии – километру и равномерно распределенные по всей длине линии.

Индуктивность проводов L (Гн/км) характеризует способность цепи накапливать энергию в магнитном поле, а также определяет соотношение между током в проводах цепи и сцепленным с ним магнитным потоком.

L= , (1.19)

где k₂ – коэффициент, учитывающий влияние эффекта, определяется материалами, из которых изготовлена линия, а также учитывает ее конструкцию;

d – расстояние между проводами;

r – радиус проводника (см. рисунок 1).

Индуктивность проводника в этом случае разделяется соответственно на внешнюю и внутреннюю:

L = L_вн+L_внеш. (1.20)

С ростом частоты f индуктивность L уменьшается. Это объясняется тем, что индуктивность, определяемая полем внутри проводника (Lвнутр.) стремится к нулю из-за поверхностного эффекта, а также тем, что часть внешнего потока рассеивается в пространстве (чем больше Lрасс., тем меньше Lвнеш.):

f   I_внут   L_внут  ;

f   L_{рассеян}   L_внеш  ;

f   L .

Емкость C (Ф/км) оценивает способность цепи накапливать энергию электрического поля и связывает заряды на проводах с напряжением между ними.

С= , (1.21)

где k₃ – коэффициент, учитывающий влияние эффекта, определяется материалами, из которых изготовлена линия, а также учитывает ее конструкцию;

d – расстояние между проводами;

r – радиус проводника.

Ввиду того что электрическое поле уединенного провода круглого сечения не зависит от глубины расположения зарядов в нём, поверхностный эффект не оказывает влияния на емкость, значение которой, следовательно не зависит от частоты.

Сопротивление проводов R (Ом/км) характеризует потерю энергии на тепло в проводах и активное падение напряжения на них.

R= , (1.22)

где R₀ – сопротивление на постоянном токе, определяется металлом и сечением проводника;

k₁ – коэффициент, учитывающий влияние эффекта и определяемый металлом;

f – частота протекания тока по проводнику;

r – радиус проводника.

Сопротивление проводов R с увеличением частоты тока растёт. Это происходит из-за поверхностного эффекта и диэлектрических потерь в изоляции. Поверхностный эффект заключается в том, что с ростом частоты ток вытесняется на поверхность проводника, таким образом уменьшается эффективное сечение проводника, а чем меньше площадь протекания тока, тем больше сопротивление R.

Проводимость изоляции G(См/км) между проводами цепи – величина, обратная сопротивлению изоляции, определяет потерю энергии в диэлектрике, окружающем провода, и ток утечки линии.

R= , (1.23)

где G₀ – проводимость при постоянном токе;

tg  – характеризует диэлектрические потери, используемого диэлектрика.

Необходимо помнить, что проводимость изоляции не является величиной обратной сопротивлению проводов:

G . (1.24)

Для идеальной линии первичные параметры R и G равны 0.

Проводимость изоляции G с увеличением частоты тока возрастает. При увеличении частоты за отметку f_кр диэлектрик теряет способность изолировать (его сопротивление уменьшается).

Рисунок 1.1.6 – график зависимости параметра диэлектрика от частоты

Параметры воздушной линии G и C зависят от состояния погоды. Отложения гололёда и изморози на проводах приводят к увеличению ёмкости и проводимости изоляции цепи, так как вода имеет большую диэлектрическую постоянную и высокий коэффициент диэлектрических потерь.