Байланыс кабельдеріне монтаж жасау

Алматы - 2015

М.Тынышбаев атындағы Қазақ көлік және коммуникациялар

Академиясы

«Байланыс желілер»

пәнінен курстық жұмысты орындауға арналған

ӘДІСТЕМЕЛІК НҮСҚАУЛАР

(5В071900-Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар

мамандығында оқитын студенттері үшін)

Алматы-2015

Таңдау бойынша компоненттің«Байланыс желілер»элективті пәні бойынша курстық жұмысы орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар 5В071900-Радиотехника және телекоммуникациялар мамандығындабакалавриат студенттері үшін, пәннің жұмыстық оқу бағдарламасына сәйкес құрастырылған. 

Пікір берушілер:

Касимов А.О. – т.ғ.к., ҚазҰТУ-нің доценті;

Достиярова А.М. – т.ғ.к., ҚазККА-ның доценті.

Авторлар: Кусамбаева Н.Ш., – аға оқытушы, докторант;

                Ерішова М.Ө. – оқытушы.

Әдістемелік нұсқауларда байланыс жолдарының біріншілік және екіншлік параметрлерінің типтік есептерін орындау бойынша талаптар баяндалған, жоспарланатын желі үшін кабель маркасын таңдау әдісі келтірілген, электрлік өлшеулер мен байланыс құрылыстарын сыртқы әсерлерден және тотығудан қорғау әдістері баяндалған. Құрылыс трассасын таңдау, байланыс кабельдерін төсеу, ілу және жөндеу әдістері келтірілген. Бұл әдістемелік нұсқаулар осы курс бойынша тәжірибелік тапсырмаларды шешуге мүмкіндік береді.

Әдістемелік нұсқаулар «Радиотехника және телекоммуникациялар» кафедрасының отырысында талқыланды және қолдау туралы шешімге ие болды (08 қаңтар 2015ж. Хаттама № 9).

Әдістемелік нұсқаулар «Автоматтандыру және телекоммуникациялар» факультетінің Оқу-әдістемелік бюросында қолдау тапқан ( 5 қаңтар 2015ж. Хаттама № 5).

Әдістемелік нұсқаулар академияның Оқу-әдістемелік кеңесінде ашық басылымға шығаруға және оқыту үдерісіне қолдануға ұсынылды                   ( 23 _ақпан_ 2015ж. Хаттама №  2^а).

КІРІСПЕ

«Байланыс желілер» пәні әр түрлі желілі байланыс жолдарының құрылу принциптерін (магистарльды, аймақтық және жергілікті байланыс желілері); бағыттаушы жүйелердің конструкцияларын (симметриялық, коаксиалдық, оптикалық, толқындық, жоғары өткізгіштік және әуе байланыс жолдары, және т.б.); бағыттаушы жүйелер бойымен энергияны тарату теориясын, сыртқы және ішкі әсерлердің теориялары мен олардан қорғау шараларын; желілік байланыс құрылыстарын жобалауды, салуды және пайдалануды оқып үйренуге арналған.

«Байланыс желілер» пәні әр түрлі желілі байланыс жолдарының (магистрльды, аймақтық және жергілікті байланыс желілерін) негізгі принциптерін құруды; бағыттаушы жүйелердің конструкциясын (симметриялық, коаксиалды, оптикалық және де жоғары өткізгішті, толқын жолды, әуе жолдары және т.б.); бағыттаушы жүйелер бойымен энергияларды тарату теориясын; ішкі және сыртқы әсерлер теориясын және олардан қорғану әдістерін; кабельді байланыс құрылыстарын жобалау, салу және пайдалануға беруді оқып үйренуге арналады.

Курстық жұмыстың негізгі мақсаты, студенттердің оқу үдерісінде алған білімдерін бекіту, әр түрлі байланыс жолдарына арналған бағыттаушы байланыс жүйелерінің параметрлері мен электрлік сипаттамаларын есептеу тәжірибелерін жетілдіру болып табылады.

«Байланыс желілер» пәні бойынша курстық жұмыс эскизді сипаттамаға ие, яғни бұл жағдайда элементтер мен құрылғыларды өңдеу және жете есептеу талап етілмейді. Курстық жұмысты орындау кезінде байланыс жолдары бойында есептеулердің қысқартылған әдістемелерін қолданып, жобаланатын байланыс жолының ортақ параметрлерін анықтау керек.

Курстық жұмысты орындау барысында студенттердің:

- бағыттаушы байланыс жүйелерінің эскизді жобаларының принциптері мен тәртіптерін білуі қажет;

- берілген техникалық параметрлер бойынша бағыттаушы байланыс жүйелерінің негізгі сипаттамалары мен параметрлерін анықтай алуы, байланыс жолдарын төсеудің функционалды сұлбаларын өңдей алуы; электромагниттік үйлесімділікті бағалай алуы; сыртқы әсер мен тотығудан қорғау түрлерін анықтай алуы қажет;

- қолданыстағы байланыс жолдарының типтері туралы, оларды құру принциптері туралы, сыртқы және ішкі әсерлер туралы, олардан қорғану әдістері туралы, байланыс жолдарын жөндеу принциптері туралы түсінігі болуы тиіс.

Курстық жұмысты орындау барысында студенттер берілген мәліметтерді талдау негізінде және жобаланатын жүйелер қолданыстағы түрлерімен таныса отырып, төмендегі тапсырмаларды орындауы тиіс:

- бағыттаушы байланыс жүйелерінің негізгі техникалық сипаттамалары

мен параметрлерінің есебін жасауы керек. Сипаттамалары: (погонды): сыйымдылық пен индуктивтілік, кедергі мен өшулік. Параметрлері: жиіліктердің жұмыстық ауқымдары, қолданылатын жиілік ауқымындағы тарату жолдарының сипаттамалық кедергісі, арна бойымен берілетін шектік қуат, сигналдың таралу жылдамдығы, таралудың фазалық коэффициенті, тарату жолдарындағы толқын ұзындығы және т.б.;

- бағытталған байланыс жолының құрылымын анықтау; жүріп өту трассасын анықтау, байланыс жолдары қандай қауіпті және кедергі келтіруші әсерлерге ұшырайтынын анықтау, және осы әсерлердің алдын-алу үшін немесе мүлдем болдырмау үшін қолданылатын іс-шаралар жиынтығын жобалау;

- нақты іс-жүзінде қолдану үшін қажет болатын техникалық талаптарды құрастыру.

Түсіндірмелі жазба мен сызуларды орындау барысында МСТ 2.105-95, МСТ 2.106-96. нормаларына сай БҚҚЖ талаптары бойынша орындау қажет.

1. БАСТАПҚЫ МӘЛІМЕТТЕР

1.1 Курстық жұмысқа тапсырма және оны қорғау

Тапсырмада қарастырылатындар:

- курстық жұмыс тақырыбы;

-  есептеуге арналған жобаланатын желі, кабель типі, арналар саны, мүмкін болатын әсерлер және т.б. көрсетілген бастапқы мәліметтер;

- жұмыс көлемі;  

- есептеулерді өткізу уақыты.

    Тапсырманың типтік формасы 1 - қосымшада көрсетілген. Студент техникалық мәліметтер негізінде сымды бағыттаушы байланыс жүйелерін іске асыру бойынша өздігімен шешім қабылдайды.

Қорғауға осы әдістемелік нұсқауларда аталып өткен талаптарға сай орындалған жұмыстар ғана, оқытушының тексеруінен кейін жіберіледі.

Қорғау кезінде студентке курстық жұмыста қолданылған негізгі принциптер мен жағдайларға байланысты білімін, сонымен қатар байланыс жүйелерін сыртқы әсерлерден қорғаудың қажет әдістерін таңдай алу қабілеттілігін көрсетуі қажет. Бұл дегеніміз курстық жұмыс бойынша техникалық тапсырмаларға қойылатын талаптарды тиімді орындауға мүмкіндік береді.

Бастапқы мәліметтер жоба объектісінің қарастырылған  нәтижелері бойынша қабылданады және 1.1-1.2 кестелерінен студент шифрының соңғы және соңғының алдындағы сандары бойынша алынады. Егер шифр бір санмен аяқталатын болса, онда соңғының алдындағы санды 0 деп есептеу керек.

1.1-кесте

Алыс байланыс арналарының саны

1.2-кесте

Желідегі мәліметтер

1.2 Курстық жұмыс тематикасы

Төменде типтік тапсырманың үлгілері көрсетілген:

1. Коаксиалды магистральді желі.

2. Оптикалық магистральді желі.

3. Симметриялық кабельдегі магистральді желі.

4. Аз габаритті коаксиалды кабельдегі магистральді желі.

5. Жоғары өткізгішті кабельдегі магистральді желі.

6. Коаксиалды аймақтық желі.

7. Оптикалық аймақтық желі.

8. Симметриялық кабельдегі аймақтық желі.

9. Бір коаксиалды кабельдегі аймақтық желі.

10.Жоғары өткізгішті кабельдегі аймақтық желі.

11.Оптикалық кабельдегі қалалық телефондық желісі.

12.Коаксиалды кабельді қалалық телефондық желісі.

13.Екісымды кабельдегі қалалық телефондық желісі.

14.Екісымды кабельдегі ауылдық телефондық желісі.

15.Оптикалық кабельдегі ауылдық телефондық желісі.

16.Коаксиалды кабельдегі ауылдық телефондық желісі.

17.Су асты кабельді желісі.

18.Симметриялық кабельдегі темір жол желісі.

19.Оптикалық кабельдегі темір жол желісі.

20.Коаксиалды кабельдегі темір жол желісі.

1.3 Түсіндірмелік жазбаны құрастыру

Курстық жұмыс графикалық бөлімнен (бағыттаушы байланыс жүйесінің құрылымдық сұлбасы мен диаграммасы немесе көркемдеуші материал) және шамамен 20-30 бет көлеміндегі түсіндірмелік жазбадан тұрады.

Түсіндірмелік жазба келесі түрде құрастырылады:

- алғашқы бет (титульный лист);

- курстық жұмыс тапсырма бланкісі (техникалық шарттар);

- бөлімдердің беттері көрсетілген мазмұны;

- жазба бөлімі;

- әдебиеттер тізімі.

Түсіндірмелік жазба материалы әдетте (жазба бөлімі) бөлімдерге бөлінеді. Әрбір бөлімде байланыс жолының қандай-да бір параметрінің есебі немесе таңдауы, оған әсер ету факторы мен оны қорғау әдістері болуы керек. 

Курстық жұмыста жобаланатын байланыс желісінің негізгі техникалық және эксплуатациялық сипаттамаларының жалпылама есебі және техникалық тапсырма негізінде таңдалған кабель типі мен маркасы, оның техникалық сипаттамалары мен параметрлері келтірілген.

Ерекше көңілді электромагниттік үйлесімділік сұрақтары мен жобаланатын байланыс жүйелерін сыртқы әсерлерден және тотығудан қорғау сұрақтарына аудару керек. Қолданыстағы әдістермен таныса отырып, курстық жұмысты қорғаудың қажет нұсқасын негіздей отырып таңдау керек. Осы құрылғылардың жұмыс істеу принциптері туралы, оларды қолданудағы тиімді бағалау туралы қысқаша мәліметтер беру қажет.

Түсіндірмелік жазбаның қорытындысына орындалған жұмыс қорытындысын келтіру керек, жобаның негізгі нәтижелерін көрсету қажет, тапсырмадағы талаптарды қамтамасыз ету үшін қабылданған техникалық шешімдердің тиімділігіне баға беру керек.

Курстық жұмыстың графикалық бөлімі [13] әдебиетте баяндалған талаптарға сәйкес орындалуы керек.

2. ТАҢДАУ ЖӘНЕ ЕСЕПТЕУ ӘДІСТЕРІ

2.1 Тарату жүйесі, байланыс жолдарының типтері, кабель таңбасы (маркасы)

Тарату жүйесін, байланыс жолының үлгісін, кабель маркасын таңдау талап етілетін арналар саны мен магистраль қуатын талдау негізінде іске асырылады. Арналар саны магистраль трассасы бойында орнасқан соңғы және аралықтағы қоныстанған пункттерге қалааралық байланыстың қажеттілігімен, жалпы айтқанда магистральді және аймақтық желілер жұмысының сенімділігі мен тұрақтылығын, ыңғайлылығын арттыру үшін   резервті арналарды құрумен анықталады. Төмендегі 2.1-кестеде таңдалған кабель бойынша тарату жүйесі көрсетілген.

 2.1-кесте

                                    Цифрлы тарату жүйелері

Кабель үлгісі мен сыйымдылығын және байланыс жолының татару жүйесін таңдау біріншілік және екіншілік желілердегі арналар санымен анықталатын байланыс жолының жобаланатын қуатын ескере отырып іске асырылады. Таңдалған кабель үлгісі бойынша оның параметрлері анықталады: ені бойынша сыйымдылығы, индуктивтілігі, кедергісі; өшулік коэффициенті, фазасы, таралу жылдамдығы.

Кабельді жолдардың екіншілік параметрлері: α– өшулік коэффициентін, β– фаза коэффициентін, Z_В – толқындық кедергіні, v– байланыс тізбегі бойымен энергияның таралу жылдамдығын қысқартылған формулалар арқылы есептеуге болады:

1) тұрақты ток болған кезде:

, β=0, ,                                            (2.1)

,                                                     (2.2)

2) төменгі жиілік ауқымында (f 800 Гц):

R/ωL > 5 параметрлерінің қатынасы кезінде

, ,                                                  (2.3)

,                                                             (2.4)

R/ωL > 50 параметрлерінің қатынасы кезінде

, ,                                                    (2.5)

3) жоғарғы жиілік ауқымынды (f 40 кГц):

ωL/R > 5 және ωC/G > 5 параметрлерінің қатынасы кезінде

, ,                                                    (2.6)

, .                                                         (2.7)

2.1.1 Коаксиалды кабельдерің біріншілік және екіншілік параметрлері

Коаксиалды жұптың кедергісі R, Ом/км мен индуктивтілігі L, Гн/км, келесі формулалармен анықталады:

,                                                                       (2.8)

,                                                  (2.9)

мұндағы d және D – ішкі өткізгіш диаметрі мен сыртқы өткізгіштің ішкі диаметрі. k мәні2.2-кестеден алынады.

Коаксиалды кабельдің сыйымдылығы С, Ф/м мен өткізгіштігі G, См/м мына мәндер арқылы ε_r және tgδ анықталады:

С = 2πε₀ε_r/ln(D/d) = ε_r10^-6/18ln(D/d),                                         (2.10)

2.2-кесте

k коэффициентінің мәні

Өткізгіш материалы	K
Мыс	0,021
Алюминий	0,0164
Болат	0,075

G = 2nσ/ln(D/d) = ωCtgδ,                                                                                  (2.11)

мұндағы ε_r және tgδ – оқшаулағыштың диэлектрлік шығындарының диэлектрлік  өткізгіштігі мен тангенс бұрышы. ε_r және tgδ шамаларының тиімді мәндері 2.3-кестеде келтірілген.

2.3-кесте

ε_r және tgδ шамаларының тиімді мәндері

Өшулік коэффициенті α, дБ/км, фаза коэффициенті βрад/км, толқындық кедергі Z_В, Ом, таралу жылдамдығы v, км/с, келесі формулалар арқылы есептелінеді:

, ,                                               (2.12)

, ,                                                                 (2.13)

2.1.2 Симметриялық кабельдердің біріншілік және екіншілік параметрлері

Симметриялық кабельдердің толқындық кедергісі Z_В, Ом,

,                                                           (2.14)

мұндағы а – өткізгіштер аралығындағы ара-қашықтық; r – өткізгіш радиусы. Белсенді кедергі R, Ом/км, индуктивтілік L, Гн/км, өткізгіштіктік G, См/м, және сыйымдылық С, Ф/м, келесі өрнек түрінде болады:

R=0, ,                                                              (2.15)

, ,                                                  (2.16)

Коаксиалды кабельдер үшін өшулік коэффициенті α, фаза коэффициенті β, тарату жылдамдығы v симметриялық желі үшін R, G, C, L мәндерін ауыстыра отырып есептеу керек.

2.1.3 Оптикалық кабельдердің параметрлері

Талшықты жарық жол толқынының сындық (критическая) ұзындығы:

,                                                                          (2.17)

мұндағы n₁ және n₂ – өзекше мен қабықшаның сыну көрсеткіштері; d - өзекше диа­метрі.

Жарық жол режимі жалпылама V параметрімен сипатталады, бұл па­раметр нормаланған жиілік деп аталады  және  де (2.18) формуламен анықталады:

,                                                                         (2.18)

мұндағы а – өзекшерадиусы, λ– толқын ұзындығы.

Жарық жоддағы мода саны келесі формулалармен анықталады:

- сатылы профиль үшін;                           (2.19)

- градиентті профиль үшін.         (2.20)

Жарық жолдағы жұтылуға кеткен жоғалуды есептеу а_п, дБ/км

,                                                                         (2.21)

мұндағы n =  - сыну көрсеткіші, λ– толқын ұзындығы, tgδ – жарық жолдағы диэлектрлік жоғалудың тангенс бұрышы.

а_Р, дБ/км, ара-қашықтығындағы жоғалулар:

α_Р=К_Р /λ⁴,                                                                                              (2.22)

мұндағы К_Р – шашырау коэффициенті, бұл коэффициент кварц үшін                (1… 1,15) (дБ/км) × мкм⁴ тең болады.

Жалпы жоғалулар:

α = α_П+α_Р.

Оптикалық кабельдің негізгі сипаттамасы болып дисперсия табылады. Дис­персия дегеніміз τ – оптикалық сигналдың спектрлік және модалық құрамдарының уақыт бойынша шашырауы, ол дегеніміз қабылдау кезінде импульстің кеңеюіне әкеліп соғады және де келесі формуламен анықталады:

 сатылы жарық жол үшін,                                         (2.23)

 градиентті жарық жол үшін,                         (2.24)

мұндағы  - сандық апертура; ∆ = (n₁² - n₂² )/2n₁² ≈ (n₁ - n₂)/n₁; n₁ - өзекшенің сыну көрсеткіші; n₂ - қабықшаның сыну көрсеткіші; l - жарық жол ұзындығы; с – жарық жылдамдығы.

Осы бөлім бойынша түсіндірмелік жазбада студент талап етілген арналар саны мен магистраль қуатына талдау жасай отырып, таңдалған тарату жүйесіне, байланыс жолының үлгісіне және кабель маркасына негіздеме жасау керек, сондай-ақ таңдалған кабель бойынша оның параметрлерін: ені бойынша сыйымдылығын, индуктивтілігін, кедергісін; өшулік коэффициентін, фаза коэффициентін, таралу жылдамдығын анықтап, есептеулерін жасау керек.

2.2 Кабель маркасын таңдау

Байланыс кабельдерінің маркасын таңдау техникалық тапсырманың анализі бойынша (өткізу қабілеттілігіне, тарату жылдамдығына, байланыс жолының түріне және т.б.), кабельді төсеу әдісіне (жер бедеріне (рельеф), топырақтың геологиялық құрылымына және олардың тотығу белсенділігіне, найзағайға қарсы разрядниктердің қарқындылығына, электр тарату желілері (ЛЭП) мен электрлік темір жолдарының болуына және оның жақындасу параметрлеріне)  және т.б., сонымен қатар желілік трактілердің электрлік сипаттамаларын қамтамасыз ету мен оларды сыртқы және ішкі әсерлер мен бөгеуілдерден және сыртқы орта әсерлерінен қорғауға байланысты жүргізіледі.

Темір жолдар мен электрлендірілген жолдар бойында айнымалы ток жүйесі бойынша төселген кабельді магистральдар үшін, қабықшаларының жоғарғы қорғаныс әсері бар, тізбектерінің тығыздығы 252 кГц дейін рұқсат етілген МКПАБ, МКПАП, МКПАБП, МКПАК, МКПАПКП кабельдері, сонымен қатар тізбектерінің тығыздығы 150 кГц дейін рұқсат етілген МКБАБ кабельдері шығарылады.

Магистральді кабельдердің құрылыстық ұзындығы 850 м.

МКПАБ және МКБАБ кабельдері химиялық агрессивтігі бойынша ерекшеленбейтін жер астына, қайрандарда төселуге арналған.

МКБАБ кабельдері алты сигналды сымдары бар 7×4 және бес сигналды сымдары бар 14×4 сыйымдылықты болып шығарылады.

МКПАБ, МКПАП, МКПАБП кабельдері 4, 7, 14 төрттік сыйымдылықмен, ал МКДАК және МКПАПКП кабельдері тек 7 төрттікпен дайындалады. 4×4 кабельдері төрт жоғарғы жиілікті (ВЧ) төрттікке, бір сигналды жұпқа және бір бақылау сымына ие болады; 7×4 кабельдері төрт ВЧ төрттікке, үш төменгі жиілікті (НЧ) төрттікке, бес сигналды жұпқа және бір бақылау сымына ие болады. Төрттік сымдардың диаметрі 1,05 мм, ал сигналды және бақылау сымдарының сымы - 0,7 мм болады.

МКПАБП маркалы кабельдерде сауыт (бронь) үстіне полиэтиленді шланг төселеді, бұл шланг кабель қабықшасы мен сауытты тотығудан қорғайды. Сол себептен бұндай кабельдер өте агрессивті жерлерде төселеді.

МКПАК кабельдері сауыт үстіне тотығуға қарсы жабындысы дөңгелек болат сымдардан жасалған жұмыр сауытқа ие болады. Бұл кабельдер 45°С жоғары бұрышпен сулы бөгеттерде төсеу үшін немесе қабықшаларының жоғары механикалық төзімділігі талап етілетін жағдайларда төсеу үшін қажет.

МКПАПКП кабельдерінің алюминді қабықшасы пластмассалы (полиэтиленді) жабындымен қапталады, броньдалған болат сымдарының сыртында полиэтиленді шланг болады. Бұл кабельдер алюминді қабықша мен болат сауытқа (бронь) байланысты аграссивті болып саналатын сулы бөгеттерде және өзен сағаларында төселуге арналған.

МКПАП кабельдері (бронь жабындысы жоқ) телефон құбырларында төселеді.

Қалалық телефон желілерінің кеңінен қолданысқа енуі соңғы жылдары АТС нөмірлі сыйымдылығының өсуіне және желілі-кабельді құрылыстардың көлеміне ғана әсер еткен жоқ, сондай-ақ қалалық телефон желілерінің (ҚТЖ) көп сымды кабельдеріне жаңа, бұрынғыдан да жоғары талаптар қойды. Негізгі талаптар санына, ең алдымен ҚТЖ жоғарғы сенімділікке, электрлік және физикалы-механикалық сипаттамаларға ие болатын кабельдерді құру мен қолдану жатады, бұл кабельдер ең маңызды тапсырманы, әсіресе экономика жағынан (дефицит) мыс және қорғасын сияқты тапшы металлдардың материал сыйымдылығын азайтуға мүмкіндік береді. Бұдан басқа, заманауи ҚТЖ кабельдері АТС арасындағы өзара қарым-қатынас және басқару сигналдарын, телеграфты, фототелеграфты байланыс сигналдарын беруді; орта және жоғары жылдамдықты дискретті ақпараттар тарату сигналдарын, сонымен қатар аналогты және цифрлы тарату жүйелерінің жоғары жиілікті арналарын тығыздауға арналған тізбектер бөлігін қолдану мүмкіндігін қамтамасыз ете алуы керек.

Қазіргі уақытта ауылдық телефондық желілерінде пластмассалы біртөрттікті жоғарғы жиілікті КСПП және КСПЗП кабельдері, көпжұпты пластмассалы ТПП және ТППЗ кабельдері, алюминді өзекті ТСПЗПб және біп жұпты ПРППМ кабельдері, сонымен қатар станциялық кабельдер мен сымдар қолданылады. 

Оптикалық кабельдер ақпараттарды таратудың заманауи және келешегі зор оптикалық технологиялары базасындағы ақпараттардың барлық түрлерін тарату мүмкіндігіне ие болуы керек. Ереже бойынша сыртқы электромагниттік әсерлерден қорғау үшін қосымша шығындар туындамау үшін, желілік оптикалық кабельдердің (ОК) оптикалық өзекшесінің ішінде металл элементтер болмау керек.

Оптикалық кабельдердің конструкциясының техникалық қолданысқа енгізілуін қымбаттатпау үшін және қиындатпау үшін, бұл кабельдерді шамадан артық ауа қысымында ұстамау керек.

Осы бөлім бойынша түсіндірмелік жазбада студент құрылатын желіге түріне қарай байланыс кабелінің типі, олардың негізгі конструкциялық элементтерінің қысқаша сипаттамасымен негіздеме келтіру керек.

2.3 Электрлік өлшеулер мен өлшеуші құрылғылар

Өлшеулер дегеніміз – адамның табиғатты тануна мүмкіндік бетерін негізгі жол болып табылады. Өлшеулер адамзатқа табиғатта кездесетін заңдылықтарды ашатын қоршаған әлемнің сандық сипаттамасын береді. Барлық технологиялық процестерді анықтайтын, оларды бақылап, басқару секілді, шығарылатын продукцияның құрамы мен сапасы да кеңінен таралған өлшеу жүйесі болмаса, техниканың бүкіл салалары болмас еді.

Өлшеу нәтижелерін алу әдістері бойынша, оларды былайша топтастырады: тура, жанама, жиынтықты; біріктірілген.

Өлшеу әдісі дегеніміз (2.1-сурет) – бұл физикалық шама мәнін тәжірибелік анықтау тәсәлі, яғни физикалық құбылыстарды өлшеу кезінде қолданылатын жиынтық пен өлшеу құралдары.

2.1-сурет. Өлшеу әдістері

Өлшеу құралдарының біркелкілігін қамтамасыз ету негізінде, өлшенетін шама бірлігінің көлемі жатыр. Өлшеу құралдарының біркелкілігін қадағалаудың техникалық формасы болып, өлшеу құралдарын мемлекеттік (ведомствалық) тексеру жатады, бұл тексеру өлшеу құралдарының метрологиялық дұрыстығын қадағалайды.

Аналогты электромеханикалық құралдың құрылымдық сұлбасын жалпы түрде 2.2-суретінен көруге болады.

2.2-сурет. Аналогты электромеханикалық құралдың

құрылымдық сұлбасы

Өлшеу тізбегі – Х электрлік шамасын аралықты Y электрлік шамасына түрлендіруді қамтамасыз етеді. Бұл Y шамасы функционалды түрде Х шамасымен байланысты және де өлшеу механизмін тікелей өңдеуге жарамды. Өлшеу механизмі – электромагниттік энергияны мехиникалық энергиясына түрлендіру үшін тағайындалған, өлшеу құралының негізгі бөлігі.

Кернеуді өлшеу.

Осындай түрдегі өлшеулер үшін, қосымша регистрі бар сұлбаны қолданады, 2.3-сурет. Өлшеу 0-109 Гц (бұдан жоғарғы жиіліктерде кернеу нормативті параметр болып қала алмайды) жиілік ауқымында іске асырылады. Тұрақты токтағы кернеуді милливольт үлесінен бастап жүздеген вольтқа дейін магнитті электрлік вольтметрлермен өлшейді (дәлдік классы 0,05 дейін).

 2.3-сурет. Кернеуді өлшеу сұлбасы

Негізгі кемшілігі – қосымша кернеу (ондаған кОм) шамасымен анықталатын төменгі кіріс кедергісі. Элекронды аналогты вольтметрлер бұл кемшілікке ұшырамайды. Олардың шығыс кедергісі ондаған кОм-құрайды. Бұндай вольтметрлер арқылы бір мкВ бастап кВ дейінгі кедергіні өлшеуге болады. Бұл жердегі негізгі қателік көздері: элементтердің тұрақты еместігі және электронды сұлбалардың меншікті шуылы. Аталып өткен құралдардың ділдік классы – 1,5 дейін. Магнитоэлектрлік және электронды вольтметрлерге температуралық қателік, сонымен қатар өлшеу механизмінің механикалық қателігі мен шкала қателіктері де тән.

Тұрақты токтағы кернеуді дәл өлшеу тұрақты токтағы компенсаторлардың көмегімен іске асырылады («Өлшеу әдістері» бөліміндегі «Орын басу әдістері» тақырыбын қараңыз). Бұл кезде өлшеу дәлдігі 0,0005 % құрайды. Тұрақты токтың орташа квадратты (қолданыстағы) мәні электромагнитті (1-2 кГц дейін), электродинамикалық (2-3 кГц дейін), ферродинамикалық (1-2 кГц дейін), электростатикалық (10МГц дейін) және термоэлектрлік (100 Мгц дейін) құралдармен өлшенеді. Өлшенетін кернеу формасының синусоидалы формадан басқаша болуы үлкен қателіктерге әкеліп соғады.

Қолданыстағы ең ыңғайлы құрал болып цифрлы вольтметрлер табылады. Бұл вольтметрлер тұрақты, сонымен қатар айнымалы кернеулерді өлшей алады. Дәлдік классы – 0,001 дейін, ауқымы – бір микровольттан бірнеше киловольтқа дейін. Заманауи микропроцессорлы цифрлық вольтметрлер клавиатурамен қамтамасыз етілген, және де олар көп жағдайда кернеуді ғана емес, сонымен қатар токты, кедергіні және т.б. өлшей алады, яғни көпфункционалды өлшеу құралы – тестерлер (мультиметрлер немесе авометрлер) болып табылады.

Токты өлшеу.

Төменде көрсетілген өлшеу түрінде шунтталуы бар сұлбаны қолданады, 2.4-сурет.

2.4-сурет.  Токты өлшеу сұлбасы

Басқа жағдайда, кернеуді өлшеуге қатысты барлық айтылған мәселелер, токты өлшеуге де қатысты.

Электрлік қуатты өлшеу.

Айнымалы және тұрақты ток тізбектерінде электрлік қуатты өлшеу электродинамикалық және ферродинамикалық ваттметрлердің көмегімен іске асырылады. Шектердің (шегараның) өзгеруі токты катушка секцияларын коммутациялау мен әр түрлі қосымша резисторларды қосу арқылы жүзеге асырылады. Жиілік ауқымы: 0 ден 2-3 кГц дейін. Дәлдік класы: электродинамикалық ваттметрлер үшін 1-0,5 және ферромагниттік ваттметрлер үшін 1,5– 2,5 тең. Қуатты жанама әдіспен амперметрдің және вольтметрдің көмегімен өлшеуге болады. Бұл принципте цифрлық ваттметрлердің әрекеті негізделген.

Үшфазалы тізбектерде қуатты өлшеуге арналған ваттметрлердің құбылулары (модификация) болады.

Электр энергиясын өлшеу.

Электр энергиясын өлшеу көп жағдайларда индукцияланған өлшеу құралдарымен іске асырылады. Соңғы жылдары энергияның цифрлық есептегіштері (счетчики) кеңінен тарала бастаған, бұл есептегіштер уақыт бойынша нәтижелерді үдетуді интеграциялай отырып, амперметр-вольтметр принципінде негізделген.

Осы бөлім бойынша түсіндірмелік жазбада студент тұрақты және айнымалы токтағы өлшеулерді жүргізу үшін, электрлік өлшеулер мен электрлік аппаратураларына қойылатын талаптарды келтіру керек. Қолданыстағы өлшеу әдістері мен тәсілдеріне және кабельдің электрлік параметрлерін өлшеуге арналған аппаратуралар мен оларды құрылыс процессінде қолдануға дейін тексеруге арналған жабдықтарға қойылатын талаптарды көрсету керек; кабельді салу процессі кезіндегі оның электрлік параметрлеріне бақылау жүргізу керек; күшейтілетін учаскелер бойынша кабельдік жолдардың электрлік паспорттарын құру керек; зақымдану орны мен сипаттамасын анықтау керек. Талдау нәтижелері бойынша студент бақылау мен тексеруге қажет болатын кабель параметрлерінің тізімін; өлшеу жабдығының тізімін; өлшеулер мен бақылауларды жүргізуге арналған әдістер мен тәсілдердің тізімін кұру керек.

2.4 Байланыс құрылыстарын сыртқы әсерлерден қорғау

2.4.1 Электромагниттік үйлесімділік

Шеттегі өріс көздерін шартты түрде екі топқа бөледі: сыртқы – энергетикалық және конструкциялық байланыс жолымен байланысы жоқ; және де ішкі – физикалық көршілес және осы байланыс жолындағы жасанды тізбектер.

Сыртқы бөгеуіл көздері келесідей түрде топтастырылады:

– табиғи –найзағай разрядтары, күн радиациясы, ғарыштық шашырау, магниттік борандар;

– адам қолымен жасалған – жоғары вольтті тарату жолдары, әр түрлі бағыттағы радиостанциялар, электрлендірілген темір жол желілері, метро мен трамвай, өнеркәсіптік кәсіпорындар мен жеке көп энергияны қажет ететін құрылғылардың электрлік желілері.

Сыртқы әсерлерді жоюға арналған іс-әрекеттер 2.4-кестеде келтірілген.

                                                                                                     2.4-кесте

Сыртқы әсерлерді жоюға арналған іс-әрекеттер

2.4-кестенің жалғасы

Экрандау принципі

Электрлік және магниттік өрістердің сыртқы ортаға әсерін азайту үшін белсенді түрде экран қолданады. Байланыс техникасы мен радиотехникада экрандарды бағалау, экранмен енгізілетін өшулік шамасын сипаттайтын экранды өшулік А_Э арқылы жүргізіледі. Магнитті өріс үшін экрандау өшулігі (2.25) формуласымен анықталады (n=1 тең болған кезде):

.             (2.25)

Электрлік өріс үшін (2.26) (n=1 тең болған кезде):

,             (2.26)

мұндағы k_M = - металдағы таралу коэффициенті (ұйытқушы токтар коэффициенті); k_Д=ω  -  диэлек­триктегі таралу коэффициенті; Δ- экран қалыңдығы; r_Э - экран радиусы; J₁ и H₁ – біріншілік (Бессель)  және үшіншілік (Хенкель) қатарлардың цилиндрлік функциялары; J₁' и H₁' – осы функциялардың туындысы; Z₀ =  - жазық толқындағы диэлектриктің толқындық кедергісі; Z_M =  - металдың толқындық кедергісі.

Экрандар үш режимде жұмыс істейді:

- төмен жиілікті аймақ - электромагнитостатикалық режим;

- жоғары жиілікті аймақ - электромагниттік режим;

- аса жоғары жиілікті аймақ - толқындық режим.

Электростатикалық және магнитостатикалық экрандау прин­циптік түрде өзгеше болады. Электромагниттік экрандау экранның металл массасының үстіндегі электрлік өрістің қысқа тұйықталуынан және жерге немесе құрал корпусына электрлік зарядтардың берілуінен тұрады. Магнитоста­тикалық экрандау экран қабығындағы магниттік өрістің аса жоғары магниттік өткізгіштігінің әсерінен пайда болатын қысқа тұйықталуға негізделген.

2.5-кестесінде әр түрлі толқын типтеріне арналған мыс, болат, алюминий және қорғасыннан жасалған қабықшалардың экрандаушы іс-әрекеттерінің нәтижелері келтірілген. 

2.5-кесте

Әр түрлі толқын типтеріне арналған қабықшалардың экрандаушы

 іс-әрекеттері

2.5-кестенің жалғасы

Мұндағы А_П – жұтылудың экранды өшулігі; А_О – шашыраудың экранды өшулігі.

Әр түрлі металдардың толқындық кедергілерінің мәні 2.6-кестеде келтірілген, ал диэлектриктің мәні (2.27) және (2.28) формулалар бойынша анықталады

2.6-кесте.

Металдардың толқындық кедергісі

f, Гц	Толқындық кедергі (модуль бойынша), Ом
	Медь	Сталь	Алюминий	Свинец
103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012	0,0118х10-3 0,0372х10-3 0,118х10-3 0,372х10-3 1,18х10-3 3,72х10-3 11,8х10-3 37,2х10-3 118х10-3 372х10-3	0,3303х10-3 1,044х10-3 3,303х10-3 10,44х10-3 33,03х10-3 104,43х10-3 330,3х10-3 1044,3х10-3 3303х10-3 10443х10-3	0,0153х10-3 0,0483х10-3 0,153х10-3 0,483х10-3 1,53х10-3 4,826х10-3 15,3х10-3 48,26х10-3 153х10-3 482,6х10-3	0,0418х10-3 0,1322х10-3 0,418х10-3 1,322х10-3 4,18х10-3 13,22х10-3 41,8х10-3 132,2х10-3 418х10-3 1322х10-3
Есептеу формуласы	0,372х10-6	10,44х10-6	0,483х10-6	1,32х10-6

,                                             (2.27)

.                                        (2.28)

Сыртқы бөгеуіл көздерінен және тізбектер арасындағы өзара әсерлерден қорғану үшін қарастырылған ортақ кабельде орналасқан экрандардың тиімділігі маңызды айырмашылыққа ие. Сыртқы бөгеуілдерден қорғау кезінде қабықша-жер тізбектері үлкен рөл атқарады. Бұл жерде бойлық ток құрамдарының қызметі өте жоғары, сонымен қатар құйынды ток (А_Э) пен бойлық токтың (А_ПР) әрекеттерін де ескеру қажет. Ортақ кабельде орналасқан тізбектер үшін құйынды токтардың тиімділігі жоғары болады, сол себептен бірінші жақындасуда ол экранның қорғаныс әрекетін анықтайды. Қорытынды экрандық өшулік А_Э.РЕЗ кабель қабықшасында жүріп жатқан құйынды (А_Э) және бойлық (А_ПР) токтардың экрандалуымен анықталады. (А_Э) мәнін (2.25) және (2.26) формулалары арқылы анықтайды. А_ПР шамасы (2.29), дБ формуласымен есептеледі:

,                                                                      (2.29)

мұндағы L_ВШ –қабықша-жер тізбегінің ішкі индуктивтілігі, ол 2х10^-6Гн/м тең; - қабықша кедергісі, Ом/м, где Z_M = ;r – қабықша радиусы; k = ; Δ – қабықша қалыңдығы.

Төменгі жиіліктер үшін қабықша кедергісі тұрақты ток кедергісіне тең тока Z_ОБ = R₀ = 1/2πrσΔ. Бұл формула 10 кГц дейінгі магнитті емес, 1кГц дейінгі магнитті экрандар үшін дұрыс болып саналады.