Тема 21. Схрещування ланцюгів повітряних ліній зв'язку

1. ПРИНЦИПИ СХРЕЩУВАННЯ

2. ОСНОВНІ ПРАВИЛА СКЛАДАННЯ СХЕМ СХРЕЩУВАННЯ

3. КОНСТРУКТИВНЕ ВИКОНАННЯ СХРЕЩУВАННЯ ЛАНЦЮГІВ

4. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ КАБЕЛЬНОЇ СКРУТКИ

5. РОЗРАХУНОК ПОГОДЖЕННЯ КРОКІВ СКРУТКИ

1. ПРИНЦИПИ СХРЕЩУВАННЯ

Для зменшення величини взаємних і зовнішніх впливів на повітряних лініях зв'язку застосовують схрещування ланцюгів, тобто міняють місце розташування дротів ланцюга через певні проміжки по всій довжині лінії

Рис 21.1 Ефект схрещування (скручування) ланцюгів: а) ланцюги не схрещені; б) схрещений один ланцюг; в) схрещені обидва ланцюги

Ефект схрещування наочно предсталено| на мал. 21.1. Тут ланцюг I — що впливає, а ланцюг II—підверджений впливу. У разі мал. 21.1,а в ланцюзі II створюється результуючий струм перешкод Ірез = l- l, оскільки в дроті а, що знаходиться ближче до впливаючого ланцюга, індукуватиметься велика перешкода чим в дроті б ( І> І). При схрещуванні ланцюга показаному на мал. 21.1,6, міняється положення дротів а і б щодо впливаючого ланцюга і результуючий струм наближатиметься до нуля: Ірез = ( l - l ) - ( l - l ) 0

Практично рівності нулю не буде, оскільки із-за згасання струмів по довжині лінії l lи l l

З мал. 21.1,б видно, що якщо ланцюги (І і II) схрещені в одній точці, то ефект схрещування пропадає і захищеність між ними аналогічна захищеності між не|схрещеними ланцюгами. Тому необхідно схрещувати ланцюги по різних схемах.

При схрещуванні одного з ланцюгів к індуктивного т ємнісного зв'язку , залишаючись незмінними по величині, міняють свій знак на протилежний (з плюса на мінус або з мінуса на плюс). Зміна знаку перед коефіцієнтом електромагнітного зв'язку фізично відповідає зміні напряму струму, що індукується в ланцюзі, схильному до впливу. Тому струми перешкод з двох сусідніх ділянок однакової довжини, але з різними знаками електромагнітних зв'язків направлені назустріч один одному, завдяки чому вплив знищується.

З мал. 20.2, а видно, що струми перешкод, що поступають з окремих ділянок несхрещеної лінії, мають однаковий знак і підсумовуються: lрез==l1+l2+lз+l4. На схрещеній лінії (мал. 21.2,6) струми перешкод з сусідніх ділянок мають різні знаки, тому вони компенсуються: lрез==l1-l2+lз-l4 . Результуючий струм перешкод | на схрещеній лінії істотно менше, ніж на несхрещеній. Проте струми перешкод при схрещуванні повністю не компенсуються через наявність згасання і фазового зрушення в лінії, а також конструктивних неоднорідностей| ланцюгів.

а)

б)

Рис.21.2. Результуючий струм перешкод між ланцюгами: а) без схрещування; б) при схрещуванні

Слід мати на увазі, що разом з фізичним схрещуванням на лінії діє також електричне схрещування, обумовлене властивостями самого змінного струму.

Фізичне зхрещування - це| фактичне схрещування дротів, здійснюване на лініях зв'язку. Крок фізичного схрещування визначається відстанню між двома сусідніми точками схрещування.

Електричне схрещування — це процес природного схрещування за рахунок зміни фази струму в ланцюзі. В даному випадку струми перешкод з одних ділянок лінії компенсуються струмами з інших ділянок. При проходженні по ланцюгу струм зменшується по амплітуді і змінюється по фазі: I_L = Ie^-αl e^-iβl . На ділянці лінії завдовжки l за умови βl=180º =π струм міняє свій знак на зворотний і рухається в протилежну сторону в порівнянні із струмом на попередній ділянці лінії. Це явище рівноцінно ефекту фізичного схрещування ланцюгів і проходить на ділянці лінії λ/2 (що відповідає зміні кута на 180°) (мал. 21.3).

Крок електричного схрещування Sэ рівний ділянці лінії λ/4, а не λ/2 , оскільки струм перешкод проходить половину шляху по впливаючому ланцюгу і половину — по ланцюгу, схильному до впливу. В результаті струм перешкод з кожної ділянки лінії завдовжки 1=λ/4 міняє фазу на 180°, що відповідає ефекту схрещування. Чим вищий діапазон частот, передаваний по лінії, тим менше довжина хвилі і коротше крок електричного схрещування. Це ілюструється мал. 21.4, де показана ділянка лінії завдовжки 1=λ/16. З малюнка видно, що струм перешкод на ділянці д—з| (II) має напрям, зворотний напряму струму на ділянці а—г| (I).

Якщо на лінії проводити схрещування з кроком Sф, рівним електричному кроку схрещування Sэ, то електричне схрещування компенсується і впливаючий струм буде більший, ніж без схрещування. Тому у всіх випадках необхідно, щоб Sф<Sэ.

При Sф=Sэ=λ/4 негативний ефект від схрещування може бути настільки величезним, що велика частина енергії перейде на сусідній ланцюг, внаслідок чого значно збільшиться згасання впливаючого ланцюга. Явище поглинання енергії сусіднім ланцюгом називається абсорбцією.

Рис.21.3. Принцип електричного схрещування

Рис.21.4. Еффект електричного| схрещування|.

10 20 30 40 50 60 70 80 1. кГц|

Рис.21.5. Власне згасання при наявності| абсорбції

Довжина хвилі змінюється від частоти і при багатоканальних системах для окремих частот, при яких Sф==λ/4, за рахунок абсорбції зв'язок стає неможливим. На мал. 21.5 показаний характер кривої власного згасання ланцюга за наявності абсорбції. Абсорбція спостерігається, якщо перехідне згасання між ланцюгами менше 25 дБ|.

При виборі схем схрещування необхідно враховувати наступне:

1. Крок схрещування Sф повинен бути менше за λ/8, тільки в даному випадку від схрещування виходить позитивний ефект.

2. Зниження перешкод при схрещуванні відбувається в стільки разів, в скільки крок схрещування менше за λ/8.

3. Максимальний негативний ефект має місце при схрещуванні з кроком λ/4. В цьому випадку крок схрещування рівний кроку електричного схрещування (Sф==Sэ) і що заважає вплив максимально.

4. При розрахунках схрещувань слід проводити перевірку на відсутність абсорбції для частот, відповідних Sф==λ/4 і близьких до неї.

5. При виборі схеми схрещування перевагу слід віддавати такій схемі, яка забезпечує задану захищеність, але вимагає мінімальної витрати засобів на її здійснення.

2. ОСНОВНІ ПРАВИЛА СКЛАДАННЯ СХЕМ СХРЕЩУВАННЯ

При складанні схем схрещування лінію розбивають на парне число ділянок, тому що тільки в цьому випадку відбувається взаємна компенсація струмів перешкод із сусідніх ділянок. При непарному числі ділянок з'являються перешкоди. Нескомпенсована ділянка лінії називається неврівноваженою довжиною. Так, якщо лінія розбита на п'ять равныхучастков, те перші чотири будуть по двох взаємно скомпенсовані, а п'ята ділянка є джерелом перешкод між ланцюгами, тобто неврівноваженою довжиною. Сукупність схрещувань ланцюгів, що забезпечує відсутність неврівноваженої довжини, називається закінченим циклом схрещування.

Ділянка лінії, протягом якого укладається закінчений цикл схрещування для всіх ланцюгів, що підвішуються на даній лінії, називається секцією схрещування. Елементарні відрізки рівної довжини, на які розбивається секція, називається елементами схрещування.

Схемою схрещування називається закономірність розподілу окремих схрещувань на кожнім ланцюзі уздовж лінії. Схема схрещування складається в такий спосіб. Ділянка лінії, рівна секції схрещування, розбивається на 2ⁿ елементів схрещування. Чим більше ціле позитивне число п, тим більше число різних схем схрещування може бути складено. Протягом секції можна одержати (2ⁿ—1) різних схем схрещування. Наприклад, при n=3 (восьмиэлементная секція) одержуємо 2³—1=7 різних схем схрещування, а при n=7 (128-елементна секція) відповідно маємо 2⁷—1==127 різних схем схрещування.

Для умовного зображення різних схем схрещування служать індекси схрещування. Практично знаходять застосування наступні основні індекси схрещування: 'А, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 і 128. На мал. 21.6 зображена 16-елементна секція, двухпроводная лінія позначена однією суцільною рисою, а місця схрещування на цьому ланцюзі відзначені хрестами. Перший ланцюг схрещений рівномірно через один елемент. Такий порядок розподілу схрещування умовно позначається індексом 1. На другому ланцюзі схрещування виконані рівномірно через два елементи, що відповідає індексу 2. Треті і четверті ланцюги схрещені відповідно по індексах 4 і 8. Таким чином, перші чотири ланцюги схрещені по основних індексах. Основний індекс відповідає числу елементів, через яке виробляється рівномірне схрещування ланцюга.

Крім схем схрещування, що відповідають основним індексам, шляхом накладення основних схем можна одержати ще стільки похідних схем схрещування, скільки виходить сполучень з основних індексів. Вторинне схрещування ланцюга в тій же самій точці означає усунення попереднього схрещування, тому якщо в ланцюзі, схрещеної по індексі 1, зробити вторинне схрещування по індексі 2, то в точках збігу двох схрещувань хрести знищуються і вийде схема схрещування для п'ятого ланцюга.

Якщо схема схрещування одного ланцюга відрізняється від іншої, то розглянуті ланцюги

Рис. 21.6. Шіснадцятиелементна схема схрещування

взаємно захищені, причому ступінь взаємної захищеності визначається тими хрестами, що не збігаються на обох ланцюгах. Таким чином, взаємна захищеність між ланцюгами визначається незбіжними схрещуваннями, чи незбіжними індексами схрещувань.

Як приклад визначимо індекс взаємної захищеності між другим і третім ланцюгами (див. мал. 21.7), схрещеними відповідно по індексах 2 і 4. Для наочності схеми схрещування цих ланцюгів зображені окремо на мал. 21.7, а. Схема взаємної захищеності, зображена на мал. 21.7, б, відповідає індексам взаємної захищеності 2—4.

За довжину елемента схрещування приймають два прольоти. За основну секцію схрещування приймається 128-елементна секція. Лінія на секції розбивається по підсилювальних ділянках. Підсилювальну ділянку розбивають на основні 128-елементні секції. Якщо на довжині підсилювальної ділянки не укладається ціле число основних секцій, топрименяют укорочені (8-, 16-, 32-, 64-елементні) секції. Підходи і відгалуження ланцюгів необхідно робити наприкінці секції схрещування, інакше з'являється неврівноважена довжина.

Рис. 21.7. До визначення схеми взаємної захищеності ланцюгів: а) індекси схрещування;

б) індекси взаємної захищеності

2-4	1-128	1/2-1-32	1-2-32-64
8-16-32-64 (12-4)	16-32 (1-128)	8-16-64 (4-8)	16-64 (1-2-32-64)
16	8-64 .	4	8-16-32
1-4-16-32	16-64	8-32 (1-2-4-16)	2
8-16 (1-4-16-32)			8-32-64 (2-4-8-64]
8-32 (4-8-321	16-32-64 (1-4)	8-16 (1-2)	16-64 (4-16)
		В)

Рис. 21.8. Типові схеми схрещування для профілю: а) крюкового; б) змішаного; в) траверсного

Типові схеми схрещування, що рекомендуються, на основних секціях для ліній крюкового, змішаного і траверсного профілів приведені на мал. 21.8, де схеми схрещування кольорових ланцюгів зазначені в чисельнику. Всі інші індекси відносяться тільки до сталевих ланцюгів, у дужках дані індекси для високочастотних ланцюгів.

3. КОНСТРУКТИВНЕ ВИКОНАННЯ СХРЕЩУВАННЯ ЛАНЦЮГІВ

Розрізняють схрещування в прольоті і точкове схрещування. Схрещування в прольоті здійснюється впродовж двох прольотів. Точкове схрещування по довжині лінії займає всього 18—25 см.

Залежно від того, які підвішені дроти — на крюках або траверсах, —прольотне і точкове схрещування конст-|

Рис.21.9. 'Пролітне схрещування при профілі, крюка

руктивно| виконується по-різному. При профілі, крюка, схрещування ланцюгів в прольотах проводиться на Г-подібних кронштейнах (мал. 21.9), а точкове — за допомогою дугоподібних кронштейнів (мал. 21.10). При профілі, траверсу, схрещування в прольотах здійснюється за допомогою підвісних крюків (мал. 21.11), а точкове схрещування — на накладках (мал. 21.12).

Точкове схрещування дає найменші конструктивні неоднорідності.

Для того, щоб середня відстань між дротами впливає і схильної до впливу ланцюгів було вирівняне| у вертикальній і горизонтальній площинах, напрям обертання дротів при схрещуванні в прольоті повинен проводитися на довжині секції в одну і тугіше сторону.

|

Рис.21.10. Точкове схрещування при профілі, крюка

|

Рис.21.11. Прольотне схрещування при профілі, траверсу

Рис.21.12. Точкове схрещування при профілі, траверсу

4. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ КАБЕЛЬНОЇ СКРУТКИ

Взаємний вплив між кабельними ланцюгами і величини електромагнітного зв'язку обумовлені розташуванням струмопровідних жил, що залежать від способу їхньої скрутки і від неоднородностей у кабелі (відхилення діаметрів жив, неоднорідна ізоляція і т.д.), що практично не піддаються попередньому обліку. Кабельна скрутка зменшує електромагнітні зв'язки і взаємний вплив між кабельними ланцюгами.

У кабельних ланцюгах розрізняють зв'язку: внутрігрупові (між ланцюгами однієї і тієї ж групи) і межгрупповые (між ланцюгами різних груп). Ємнісний і індуктивний зв'язки виражаються через відстані між що впливає (I) і підданої впливу (II) ланцюгами а₁₃, а₁₄, а₂₄ , а₂₃ (мал. 21.13). Умовою відсутності ємнісного й індуктивного зв'язків є

lg[а₁₄а₂₃ / (а₁₃a₂₄)]=0.

Для виконання цієї умови необхідно, щоб

а₁₃ = а₁₄ = а₂₄ = а₂₃

б)

а]

Рис. 21.13. Розташування впливаючого і підданої впливу ланцюгів у кабелі: а) загальний випадок; б) зоряна скрутка

Досить також, щоб дотримувалася наступна рівність:

а₁₄ а₂₃ = а₁₃ а₂₄

Ці умови виконуються при зоряній скрутці, коли ланцюг, що впливає (жили 1—2) і ланцюг, підданий впливу (жили 3—4), розташовані на взаємно перпендикулярних осях. При цій скрутці зв'язку усередині групи обумовлюються лише допусками і неоднородностями виробничого характеру. Внутрігрупові зв'язки залежать також від величини кроку скрутки. Це обумовлено тим, що часткові зв'язки між жилами залежать не тільки від відстаней між ними, але і від відстаней цих жил від свинцевої оболонки жив інших четвірок. Зв'язку між зоряними четвірками, головним чином, залежать від співвідношення кроків скрутки четвірок. При всіх інших типах скрутки (ДП, ДЗ і П) відстані між жилами ланцюгів, що впливає і підданої впливу, безупинно міняються уздовж кабелю. Щоб вплив як усередині груп, так і між групами було мінімальним, необхідно спеціальне узгодження кроків скрутки.

Принципово кабельна скрутка аналогічна схрещуванню ланцюгів повітряних ліній, але в кабельному ланцюгу скрутка являє собою рівномірно розподілене схрещування проводів по

всій довжині кабелю. Кожен ланцюг скручується різним кроком скрутки. Під кроком скрутки Н. розуміється довжина, на якій ізольована жила чи ланцюга група описує повне коло по осі скручування. При малих кроках скрутки подовжуються жили, зростає діаметр кабелю і збільшуються витрати матеріалів. При великих кроках скрутки виходить хитлива, “пухка” конструкція кабелю. Найбільш прийнятним для груп є крок скрутки порядку 100—300 мм, а повива—400— 600 мм. Кожен наступний повивши скручується в зворотну сторону в порівнянні з попереднім повивом (мал. 21.14). Підбор і узгодження кроків скрутки різних ланцюгів і кабельних груп виробляються по ділянках, називаним секціями симетрії (мал. 21.15).

Секція симетрії зв'язана з кроком скрутки наступним співвідношенням:

1s =(h₁ h₂)/ D,

де D — загальний найбільший дільник h₁ i h₂. Наприклад, якщо є два ланцюги, скручені з кроком h₁ =40 мм і h₂=50 мм, те загальний найбільший дільник D=10 і 1s=40·50/10= 200 мм. Для виключення дії неврівноваженої довжини і забезпечення необхідної компенсації зв'язків не-

Рис. 21.14. Скрутка повивів

Рис. 21.15. Секція симетрії двох ланцюгів

Рис. 21.16. Зміна відстаней між провідниками двох ланцюгів на відрізку кабелю

обхідно, щоб 1s =(h₁ h₂)/ D, було непарним числом. У нашому випадку 1s=(40+50)/10=9.

Необхідно також дотримувати умова, по якому секція симетрії не повинна перевищувати 1/8 довжини хвилі вищої переданої частоти струму (1s<1/8λ).

На мал. 21.16 показано, як відбувається повний цикл захисту від перешкод (симетрії) між двома розглянутими ланцюгами на ділянці довжиною 1s==200 мм. У межах цієї довжини кабелю положення жил у парах по відношенню друг до друга, а разом з тим і відстані між жилами а₁₃, а₁₄, а₂₄ , а₂₃ постійно міняються, причому наприкінці відрізка кабелю виходить таке ж положення жил, як і на його початку. На другому і всіх наступних відрізках кабелю довжиною 1s повторюються всі положення жил.

Вплив магнітного полючи проникає у віддалені групи кабелю. Вплив електричного характеру існує лише між прилеглими групами, тому що електричний зв'язок більш віддалених груп у силу електричного екранування мізерно малий. Тому в низькочастотних кабелях, у яких взаємовплив між ланцюгами обумовлено практично ємнісними зв'язками, можна погоджувати кроки скрутки лише в сусідніх груп кабелю. У цьому випадку досить прийняти два різних, узгоджених між собою кроку скрутки і чергувати їх. Так, у повиві з десятьма групами п'ять груп з непарними номерами скручуються з кроком h₁ , а інші з парними номерами— із кроком h₂. У випадку непарного числа груп у повиве необхідно мати ще третій погоджений крок скрутки з (для останньої групи).

У кабелях далекого зв'язку, призначених для високочастотної передачі, велике значення має магнітний вплив, тому необхідно робити узгодження кожної групи кабелю.

5. РОЗРАХУНОК ПОГОДЖЕННЯ КРОКІВ СКРУТКИ

Взаємно узгоджені кроки скручування кабельних груп, що знаходяться в будь-яких повивах|, можуть бути визначені з наступного виразу:

m[H₁H₂ /(H_1±H₂)]=vh₁=[(wn₂±1) /n₂]h₂.

Для груп, що знаходяться в одному повиві|, вираз для парного скручування груп запишеться у вигляді

h₁ /h₂=(2w±1)/2v

а для зоряної

h₁ /h₂=(4w±1)/4v

Для усунення впливів між групами, що знаходяться в суміжних повивах| з кроками повивів| H₁ і H₂, повинна існувати наступна залежність:

m[H₁H₂ /(H_1±H₂)]= vh₁.

У формулах H₁ і H₂ — кроки скручування першого і другого повивов|; h₁ і h₂ — кроки скручування груп, що погоджують; v, w, т — цілі позитивні числа.

Вказані рівняння виведені з розрахунку узгодження кроків скручування лише двох груп (h₁ і h₂) або двох повивів| (H₁ і H₂). Насправді кабель складається з великого числа груп, і всі вони повинні бути взаємно узгоджені і захищені від перешкод. Для цього задаються яким-небудь кроком скручування першої групи і повива| і, підставляючи різні значення v, w, m, розраховують значне число кроків, а потім вибирають відповідні кроки скручувань для кожної групи. Наприклад, потрібно підібрати крок скручування зоряних груп в кабелі 4X4. Кроки скручування зоряних груп повинні знаходитися в межах 100—300 мм; у цьому інтервалі беремо певний крок скручування першої четвірки і, користуючись формулою h₁ /h2=(4w±1) /4v, розраховуємо прийнятні кроки скручувань решти трьох груп. Результати розрахунку кроків скручування при значеннях v і w від 1 до 4 приведені табл. 21.1.

Таблиця 21.1

w	Величина кроку скручування, мм, при v рівному				w	Величина кроку скручування, мм, при v рівному
	1	2	3	4		1	2	3	4
1 2	160 89	320 178	480 267	640 356	3 4	61.5 47	123 94	184 141	246 188

Будь-який з приведених кроків забезпечує належну перешкодозахисну ланцюгів кабелю, але для зменшення впливу неврівноважених довжин слід вибирати такі кроки скручування в межах 100—300 мм, при яких секція симетрії буде найменшою.

У кабелі МКСБ-7Х4| прийняті наступні кроки скручувань: h₁ = 125 мм; h₂ =160 мм; h₃ = 203 мм; h₄ =175 мм; h₅ = 228 мм; h₆ =142 мм; h₇ = 241 мм. У кабелі МКСБ-4Х4| використовуються перші чотири кроки скручування.