Добавил:
хачю сдать сессию Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ПР-8-Р_Задачи

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
28.01.2026
Размер:
311.37 Кб
Скачать

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 8-Р Решение задач

Электрические кабели связи

1. ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ и ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.1 Расчет элементов конструкций симметричных кабелей

Умение проводить расчеты элементов конструкций электрических кабелей может оказаться необходимым специалистам в области городских кабельных сетей. Существует большое разнообразие типов городских низкочастотных симметричных кабелей, использующих различные методы скрутки проводников. От вида скрутки зависит степень широкополосности кабеля и чувствительность к взаимным влияниям.

В симметричных кабелях применяется несколько видов скрутки изолированных проводников:

парная скрутка (П) – два изолированных проводника скручиваются в пару с шагом скрутки не более 300 мм;

скрутка звездой (З) – четыре изолированных проводника, расположенные по углам квадрата, скручиваются с шагом скрутки 150 – 300 мм;

скрутка двойная парная (ДП) – две предварительно свитые пары скручиваются между собой в четверку с шагом 150 – 300 мм;

скрутка двойной звездой (ДЗ) – четыре предварительно свитые пары скручиваются между собой по способу звезды с шагом 200 – 400 мм, образуя восьмерку;

восьмерочная скрутка (В) – восемь жил группы располагаются концентрически

вокруг сердечника из изолированного материала.

Геометрические размеры кабеля зависят от диаметра группы, образующей основополагающую единицу конструкции. При парной скрутке толщина, прибавляемая каждым повивом к диаметру кабеля, будет равна средней ширине пространства, занимаемого парой (рис. 1). И, как видно из рисунка, эта толщина не будет равной двойному диаметру изолированной жилы – 2d1.

Рисунок 1 – Ширина пространства повива

На практике при скрутке проводников с воздушно-бумажной изоляцией происходит их деформация, в результате чего размеры скрученных групп становятся меньше, чем расчетные. Для таких конструкций кабелей вводится понятие эффективного диаметра группы – dэ, который определяется произведением диаметром группы на коэффициент, зависящий от типа скрутки (табл. 1).

1

Таблица 1 – Расчет эффективного диаметра

 

 

Скрутка

Коэффициент

Эффективный диаметр

Парная dп

0,965

0,965 dп

Звездная dз

0,909

0,909

dз

Двойная парная dдп

0,956

0,956

dдп

Двойная звездная dзп

0,980

0,980

dзп

Восьмерочная dв

0,983

dв

0,983

Повивная скрутка является основным методом общей скрутки сердечника кабеля. Группы располагают последовательными концентрическими слоями (повивами) вокруг центрального повива, состоящего из одной – пяти групп. Диаметр центрально повива определяется по формуле:

= ∙ %1 + "#$(!&'/$)(

, мм,

(1)

!

где – диаметр группы, мм;– число групп в центральном повиве (формула справедлива для числа групп от 2 до 5).

Зная число групп в центральном (первом) слое кабеля, можно определить число групп второго и последующего слоев.

Ввиду того, что группа каждого последующего слоя накладываются на предыдущий по винтовой линии, длина жил увеличивается по сравнению с длиной кабеля. Эта величина удлинения характеризуется коэффициентом укрутки, который показывает, во сколько раз группа длиннее оси кабеля. В зависимости от типа кабеля и его размеров коэффициент укрутки принимается = 1,01 ÷ 1,07 и определяется по формуле:

= /1 + * 1+,2*

!/*

,

(2)

3

 

 

где – средний диаметр кабельной скрутки, мм;– шаг скрутки, мм.

Из-за расположения группы проводников вокруг сердечника по винтовой линии в повиве они занимают пространство несколько большее, чем в случае параллельного расположения к оси кабеля. Число групп во втором слое определяется из выражения:

-- =

.(+!/0),

(3)

1"

 

где - – диаметр первого (центрального) повива;

– диаметр группы проводников;

– коэффициент укрутки.

Число групп в третьем слое определяется из выражения:

 

 

 

--- =

.(+!!/0)

,

(4)

где

 

– диаметр второго повива;

1"

= -- + 6

 

--

– число групп во втором повиве.

 

 

 

 

--

Для упрощенных расчетов можно считать, что число групп в каждом последующем слое

увеличивается на шесть по сравнению с предыдущим. Исключением из этого правила является только второй слой в том случае, когда в первом (центральном) содержится одна группа. При таком построении сердечника кабеля во втором слое увеличение будет не на 6, а на 5 групп.

1.2 Влияние соотношения размеров проводников коаксиальной пары на параметры передачи

2

От соотношения размеров коаксиальной пары зависят область применения коаксиальных кабелей. Оптимальное соотношение размеров коаксиальной пары может меняться, если кабель необходимо получить с минимальным затуханием, по кабелю следует обеспечить передачу большой мощности или создать кабель на максимальное напряжение.

Для получения кабеля с минимальным затуханием необходимо соблюдение определенного соотношения диаметров внутреннего и внешнего проводников:

+0 = 1 + +0, (5)

где – диаметр внешнего проводника; – диаметр внутреннего проводника.

Оптимальное соотношение достигается при +0 = 3,6 для коаксиальной пары с медными

проводниками. Если же проводники из различных материалов, то минимальное затухание достигается при соотношении диаметров из выражения:

+0 = 1 + +0 ∙ 822аб,

(6)

где б – проводимость металла внешнего проводника; а - проводимость металла внутреннего проводника.

Оптимальные соотношения диаметров проводников для различных металлов внешнего проводника (при медном внутреннем) приведены в таблице 2.

Таблица 2

 

 

 

 

 

Материал внешнего проводника

Медь

Алюминий

Сталь

Свинец

Цинк

Отношение диаметров проводников

3,6

3,9

4,2

5,2

4,3

При применении в конструкциях коаксиальных кабелей различных типов изоляции может меняться значение эквивалентной диэлектрической проницаемости - Э, тогда при соблюдении оптимального соотношения +0 = 3,6 будет меняться величина волнового

сопротивления. В таблице 3 приведены значения 6, изменяющегося в зависимости от Э при

+0 = 3,6.

Эквивалентное значение относительной диэлектрической проницаемости для шайбовой изоляции коаксиальной пары определяется по выражению:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

7в∙9/7д∙:

,

 

(7)

где

a

– толщина шайбы, мм;

b

 

 

:/9

в

 

 

 

 

д

 

 

расстояниеЭ

между шайбами, мм;

– диэлектрическая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

проницаемость воздуха;

 

- диэлектрическая проницаемость материала шайбы.

Таблица 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,05

1,15

 

1,25

1,45

1,54

 

 

 

75

 

67

 

 

61

 

53

50

 

 

Э

, Ом

 

 

 

 

 

 

Но, если величина волнового сопротивления коаксиального кабеля строго нормирована, приходится отступать от оптимального соотношения +0. Например, для 6 = 75 Ом

соотношение +0 определяется по формуле:

+0 = ')*(>7Э.

(8)

3

В таблице 4 показано соотношение между Э и +0 при нормированной величине волнового сопротивления 6 = 75 Ом.

Таблица 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Э

1,0

 

 

1,05

1,1

1,2

1,3

1,4

 

 

1,5

2,36,8

3,5

 

 

3,6

3,7

3,9

4,2

4,36

 

 

4,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При существующих типах изоляции трудно получить низкую

 

 

 

, поэтому при

повышенных значениях

 

, приходится отступать от оптимальной

конструкции коаксиальной

 

0

Э

= 1,05

 

 

необходимо

 

 

= 1,1

 

 

 

= 3,7

. Если по кабелю

пары. Например, при

 

 

приходится принять соотношение +

 

 

обеспечитьЭпередачу большой мощности или создать кабель на максимальное

напряжение,

то оптимальные

соотношения

диаметров + будут другими. В таблице 5

представлены значения отношения диаметров и волновых

сопротивлений.

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

Таблица 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

76,6

 

 

Свойства конструкции

 

 

 

 

3,6

Минимум затухания

 

 

 

 

 

 

 

 

= G

 

 

 

 

 

 

 

2,72

59,9

 

 

Максимум электрической прочности на пробой

 

 

J Э

 

 

 

1,65

30

 

 

Максимум передаваемой мощности

 

 

 

 

 

J Э

 

 

 

 

 

 

J Э

Коэффициент затухания (без учета потерь в диэлектрике) коаксиального кабеля с медными проводниками в спектре частот до 17 МГц при оптимальном соотношении +0 определяется из выражения:

= м =

*!,A∙>B∙7Э∙!'--

,

дБ/км.

(9)

C

 

 

2. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача 1

Во сколько раз отличается толщина повивов, состоящих из двух разных типов групп проводников, если в первом случае использована парная скрутка, а во втором – звездная?

Решение:

При решении задачи следует учесть, что под толщиной повива из проводников с парной скруткой понимается средняя ширина пространства, занимаемая парой в повиве (рис. 1). Для определения толщины повива, состоящего из проводников парной скрутки – dп, необходимо найти стороны прямоугольного треугольника, гипотенузой которого является расстояние, равное диаметру изолированного проводника – d1 (рис. 2).

4

Рисунок 2 – Средняя ширина пространства, занимаемая парой

На основании рисунка 2 можно записать, что !* = 2 ∙ *, откуда = 0*.. Тогда диаметр парной скрутки равен: п = ! + 0*., или п = 1,71 ∙ !.

При звездной скрутке диаметр группы определяется на основании расчета элементов четырехугольника, сторонами которого являются радиусы изолированных проводников (рис. 3): з = ! + , где определяется из * = 2 ∙ !*.

Рисунок 3 – Построение звездной группы

Тогда диаметр звездной скрутки равен: з = ! + ! ∙ √2 или з = 2,41 ∙ !.

Исходя из полученных выражений, находим соотношение: 0п = !,A!∙ 0. = 0,71.

0з *,H!∙0..

Ответ: толщина повива, состоящего из проводников с парной скруткой, будет в 0,71 раз меньше толщины повива из проводников со звездной скруткой.

Задача 2

Найдите расстояние между центрами пары проводников, находящихся внутри четверки в кабеле МКС-7х4х1,2, и определите диаметр звездной группы.

Решение:

Необходимо учесть, что под парой проводников понимаются противоположно расположенные проводники внутри четверки. Определим диаметр изолированной жилы:

= + + ∆= , + ∙ , + ∙ , = , мм,

где по справочным данным d=1,2 мм – диаметр токопроводящей жилы; =0,8 мм – диаметр корделя; ∆= 0,05 мм – толщина полистирольной ленты.

Расстояние между центрами жил соответствует величине х на рисунке 3, которое можно

найти из выражения: х = √2 ∙ = , ∙ = , 09 мм.

Тогда диаметр звездной группы будет равен: з = х + ! = 4,09 + 2,9 = 6,99 мм. Ответ: расстояние между центрами жил равно 4,09 мм. Диаметр звездной группы равен 6,99 мм.

5

Задача 3

Определите каким должно быть расстояние между полиэтиленовыми шайбами толщиной 2,2 мм в коаксиальной паре 2,6/9,4 мм с волновым нормированным сопротивлением в 75 Ом.

Решение:

В таблице 2 найдем оптимальную эквивалентную диэлектрическую проницаемость при известном соотношении диаметров и при нормированном волновом сопротивлении в 75 Ом:

Э = 1,05.

Далее по формуле (7) определим величину расстояния между полиэтиленовыми шайбами. Величину диэлектрической проницаемости полиэтилена д = 2,1 найдем в справочной литературе [2]. Диэлектрическая проницаемость воздуха в = 1. Размеры поперечного сечения первого и второго диэлектрика определяются исходя из конструктивных размеров коаксиальной пары.

Толщина шайбы 2,2 мм, а расстояние между шайбами пусть b = X, тогда эквивалентная диэлектрическая проницаемость измененной коаксиальной пары равна в соответствии с формулой (7):

Э = 7в∙9/7:/9д∙: = 1,05 = !∙K/*,!∙*,**,*/K ,

X = 46 мм.

Ответ: расстояние между шайбами должно быть равным 46 мм.

Задача 4

Какое минимальное затухание может быть достигнуто в коаксиальных парах на верхней частоте аппаратуры К – 3600, если известно, что диаметр внутреннего проводника равен 2,6 мм, оба проводника медные, а волновое сопротивление равно 75 Ом.

Решение:

Минимальное затухание в коаксиальных парах достигается при оптимальном соотношении диаметров внешнего и внутреннего проводников, равном 3,6. Воспользуемся формулой (9).

Для начала найдем величину внутреннего диаметра внешнего проводника исходя из известной величины диаметра внутреннего проводника. Величина D = 9,36 мм. Далее в таблице 2 найдем оптимальную эквивалентную диэлектрическую проницаемость при известном соотношении диаметров и при нормированном волновом сопротивлении в 75 Ом. Ее величина равна 1,05. Высокочастотная составляющая передаваемого сигнала в аппаратуре К – 3600 равна 17600 кГц [2].

Используя формулу (9), найдем минимально возможное затухание в данных коаксиальных парах:

= м =

*!,A∙>B∙7Э∙!'--

=

*!,A∙√!AL'''''∙!,'M∙!'--

= 9,97 дБ/км.

C

N,OL

 

Ответ: =9,97 дБ/км.

3. ЗАДАНИЕ

Вариант задания определяется в соответствии с последней цифрой студенческого номера студенческого билета, каждый вариант содержит три задачи, которые необходимо решить. Решение оформляется в соответствии с приведенными примерами задач.

6

Номер

варианта

ВАРИАНТ 1

последняя цифра номера студенческого билета 0 - 3

ВАРИАНТ 2

последняя цифра номера студенческого билета 4 - 6

ВАРИАНТ 3

последняя цифра номера студенческого билета 7 - 9

Задача № 1

 

Задача № 2

 

 

Задача № 3

 

 

Найдите расстояние

Определите

каким

Какое

 

минимальное

между

 

центрами

должно

быть

затухание

может

быть

пары

проводников,

расстояние

между

достигнуто

 

 

 

в

находящихся внутри

полиэтиленовыми

 

коаксиальных

парах

на

четверки в кабеле с

шайбами толщиной 2

полутактовой

 

частоте

кордельно-бумажной

мм

в коаксиальной

аппаратуры

 

ИКМ-1920,

изоляцией

МКГ-

паре

2,6/9,4

мм

с

если известно, что диаметр

4х4х1,2,

и

волновым

 

 

внутреннего

проводника

определите

диаметр

нормированным

 

равен

2,6

мм,

оба

звездной скрутки

сопротивлением

75

проводника

 

медные,

а

 

 

 

Ом.

 

 

 

волновое

сопротивление

Найдите расстояние

Определите

каким

равно 75 Ом.

 

 

 

Какое

 

минимальное

между

 

центрами

должно

быть

затухание

может

быть

пары

проводников,

расстояние

между

достигнуто

 

 

 

в

находящихся внутри

полиэтиленовыми

 

 

 

 

 

коаксиальных

парах

на

четверки в кабеле с

шайбами толщиной

верхней

 

 

частоте

балонно-

 

2,4

мм

 

в

 

 

 

 

аппаратуры К – 1920, если

полиэтиленовой

коаксиальной

паре

изоляцией

МКПГ-

5/18 мм с волновым

известно,

что диаметр

4х4-1,2, и определите

нормированным

 

внутреннего

проводника

диаметр

звездной

сопротивлением

75

равен

2,6

мм,

оба

скрутки

 

Ом.

 

 

 

проводника

 

медные,

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

волновое

сопротивление

 

 

 

 

 

 

 

равно 75 Ом.

 

 

 

Найдите расстояние

Определите

каким

Какое

 

минимальное

между

 

центрами

должно

быть

затухание

может

быть

пары

проводников,

расстояние

между

достигнуто

 

 

 

в

находящихся внутри

полиэтиленовыми

 

коаксиальных

парах

на

четверки в кабеле со

шайбами толщиной 2

полутактовой

 

частоте

сплошной

 

мм

в коаксиальной

аппаратуры

 

ИКМ-480,

полиэтиленовой

паре

2,5/9,0

мм

с

если известно, что диаметр

изоляцией

МКПВ-

волновым

 

 

внутреннего

проводника

1х4х1,2,

и

нормированным

 

равен

2,45

мм,

оба

определите

диаметр

сопротивлением

75

проводника

 

медные,

а

звездной скрутки

Ом.

 

 

 

волновое

сопротивление

 

 

 

 

 

 

 

равно 75 Ом.

 

 

 

Список используемых источников:

1.Гроднев, И.И. Линии связи : Учебник для вузов / И.И. Гроднев, С.М.Верник. — 5-е изд., перераб. и доп.. — Москва : Радио и связь, 1988. — 544 с. (https://djvu.online/file/6djgddUzMer1J)

2.Справочник строителя кабельных сооружений связи [Текст] / [Барон Д.А., Гершман Б.И., Гроднев И.И. и др. ; Науч. ред. Равич И.С. и др.]. — 2-е изд., доп. и перераб. — Москва : Связь, 1977. — 672 с. : ил. : 22 см.

(https://djvu.online/file/xgEjGPbGv5oUD?ysclid=mbl8h191ax136761443)

7

Соседние файлы в предмете Направляющие теклекоммуникационные среды