Лекция № 3. Общая характеристика кабельных изделий.

Кабелем связи называется электротехническое изделие, со­держащее изолированные проводники, объединенные в единую конструкцию и заключенные в общую металлическую или пласт­массовую оболочку и защитные покровы.

Электрические кабели классифицируют по следующим признакам: область применения, спектр передаваемых частот, конст­рукция, условия прокладки и эксплуатации.

1. В соответствии c построением сети связи, в зависимости от области применения, кабели связи подразделяют на магистральные, зоновые (внутриобластные), местные (городские и сель­ские), станционные (внутриобъектные).

2. По спектру передаваемых частот кабели делят на низкочастотные (до 10 кГц) и высокочастотные (свыше 10 кГц).

З. В зависимости от условий прокладки и эксплуатации кабели подразделяют на воздушные (подвесные), подземные (для пpoкладки в грунте), подводные и кабели для прокладки в канализации.

4. По конструкции и взаимному расположению проводников цепи электрические кабели бывают симметричные и коаксиальные. Симметричная цепь (пapa) состоит из двух изолированных проводников c одинаковыми конструктивными и электрическими свойствами. У коаксиальной цепи внутренний проводник концен­трически расположен внутри внешнего проводникa, имеющего форму полого цилиндра (рис. 2.1, ж). Внутренний проводник изолирован от внешнего различными изоляционными прокладка­ми (шайбами, баллонами, корделями и т.д.).

Конструктивные элементы электрических кабелей. B кон­структивном отношении кабель состоит из сердечника и защит­ных покровов. Сердечник - это скрученные в определенном по­рядке изолированные проводники, образующие электрические цепи.  Защитные покровы - это влагонепроницаемая оболочка (ме­талл, пластмасса и металлопластмасса) и наружные покровы (джут, броня, шланг).

Сердечник содержит следующие конструктивные элементы:

1. Токопроводящие жилы - изготавливают из меди, алюминия или алюминия и меди (биметалла). Медь, как правило, использу­ют отожженную, мягкую марки ММ c удельным сопротивлением ρ=0,01754 Ом•мм²/м и температурным коэффициентом сопротив­ления постоянному току а_r0= 0,004 (1/град).

Для ВЧ кабелей связи чаще всего применяют медные жилы диаметрами 0,9 и 1,2 мм, a также алюмомедные жилы (на алюми­ниевую жилу наносят тонкий слой меди). B подводник и радио­частотных кабелях используют многопроволочную жилу, со­стоящую из скрученных проволок разного сечения.

Для городских кабелей применяют медные жилы диаметром 0,32; 0,4; 0,5 и 0,7 мм. B коаксиальных кабелях в качестве внеш­него проводника служат цилиндрические медные трубки c про­дольным швом, гофрированные или оплеточные, а также алюми­ниевые трубки.

2. Изоляция токопроводящих жил. Для изоляции жил кабелей связи наряду c бумагой используют полимеризационные пласт­массы - полистирол (стирофлекс), полиэтилен, фторопласт. При конструировании кабельной изоляции стремятся сделать так, чтобы количество твердого диэлектрика было минимальным, обес­печивающим устойчивость изоляции и жесткость конструкции кабеля, а количество воздуха, как наилучшего диэлектрика.

Известны следующие конструкции сплошной и воздушной комбинированной изоляции в кабелях связи:

трубчатая - выполняется в виде бумажной или пластмассовой ленты, наложенной в виде трубки (рис. 2.1, а);

кордельная - состоит из корделя, накладываемого на провод­ник по спирaли, из тонкой ленты, наложенной поверх корделя (рис. 2.1, б);

сплошная - выполняется из сплошного слоя пластмассы (рис. 2.1, в);

пopистая -образуется из слоя пенопластa (рис. 2.1, г);

баллонная - представляет собой тонкостенную пластмассовую трубку, внутри которой свободно располагается проводник. Трубка периодически в точках или по спирали обжимается горя­чим инструментом и надёжно удерживает после затвердевания жилу в центре изоляции (рис. 2.1, д, е);

шайбовая - выполняется в виде шайб из твердого диэлектрика, насаживаемых на проводник через определенное расстояние.

Наибольшее применение находят следующие виды изоляции:

- для кабелей ГТС и СТС трубчатая бумажная, сплошная по­лиэтиленовая, пористая бумажная и полиэтиленовая;

- для симметричных ВЧ кабелей кордельно-бумажная, кордельно-полистирольная, сплошная и пористо-полиэтиленовая.

Изолированные жилы, скрученные определенным образом, образуют элемнтрные группы. Жилы скручивают для защиты от взаимных электромагнитных влияний.

B симметричных кабелях применяют следующие наиболее распространенные способы скрутки изолированных проводников в группы (рис. 2.2):

- парная скрутка (П) - два изолированных проводника скру­чиваются c шагом до 300 мм, обозначается 1x2 (одна пара);

- звездная скрутка (3) - четыре изолированные жилы, распо­ложенные по углам квадрата, скручивают c шагом 150...300 мм, обозначается 1х4 (одна четверка);

- двойная парная скрутка (ДП) - две предварительно свитые пары скручивают между собой в четверку c шагoм 150...300 мм;

Скрученные в группы изолированные жилы систематизируют по определенному закону и объединяют в общий кабельным сердечник. Различают сердечники c однородной (одинаковая структypa элементарных групп - четверки, пары) и неоднородной (раз­нородные по структуре и диаметру элементарные группы) скрутками. В зависимости от характера образования сердечника различают повивную и пучковую скрутки (рис. 2.3).

B повивной скрутке элементарные группы располагают после­довательными концентрическими слоями (повивами) вокруг цен­трального повива, состоящего из 1...5 групп (рис. 2.3, a, б). Смежные повивы скручивают в противоположные стороны для уменьшения взаимного влияния и придания кабельному сердеч­нику большей механической прочности.

При пучковой скрутке группы сначала объединяют в пучки (50 или 100 групп), a затем, пучки скручивают вместе, образуя сердечник кабеля (рис. 2.3, в). Пучковую скрутку применяют лишь для НЧ кабелей ГТС. Также применяется разнонаправленный способ скрутки кабелей ГТС, заключающийся в том, что от­дельные отрезки кабеля имеют попеременно то правую, то левую скрутку (SZ-скрутка).

Защитные покровы. Сердечник кабеля покрывают поясной изоляцией из полиэтиленовой или бумажной ленты и заключают в герметичную оболочку для защиты жил от влаги, света и других атмосферных факторов, а также механических и электромагнит­ных воздействий. Оболочки бывают металлические (свинцовые, алюминиевые, стальные, гофрированные), пластмассовые (поли­этиленовые) и металлопластмассовые.

K металлическим оболочкам относятся главным образом свинцовые, алюминиевые и стальные. Свинцовые оболочки на­кладываются на сердечник методом опрессовывания в горячем виде. Чтобы свинцовая оболочка имела большую твердость и вибростойкость, ее изготавливают из легированного свинца c присадкой 0,4...0,8% сурьмы. Алюминиевые оболочки выпрессовывают в горячем виде или изготавливают из ленты со сварным продольным швом при помощи аргонно-дуговой сварки или сварки токами высокой частоты. Алюминиевые оболочки более предпочтительны, так как они легкие, дешевые и обладают высо­кими экранирующими свойствами. Однако они сильно подвержены электрохимической коррозии, поэтому их надежно защищают полиэтиленовым шлангом c предварительно наложенным слоем битума. Стальные оболочки изготавливают путем сварки. Для повышения гибкостю их гофрируют, a c целью защиты от корро­зии покрывают полиэтиленовым шлангом.

Из пластмассовых оболочек наибольшее применение получи­ли полиэтиленовые и поливинилхлоридные. Пластмассовые обо­лочки сочетают влагостойкость, стойкость против коррозии, придают кабелю гибкость, легкость и вибростойкость. Однако через пластмассу постепенно диффундируют водяные пары, что приво­дит к снижению сопротивления изоляции кабеля. Поэтому поли­этиленовые оболочки используются в кабелях c полиэтиленовой изоляцией жил. Поливинилхлоридные оболочки по причине низ­кой влагостойкости применяются в основном в станционных кабeлях. Достоинством поливинилхлоридных оболочек является большая огнестойкость.

Из металлопластмассовых оболочек в кабельной технике на­ходит применение алюмополиэтиленовая оболочка, представ­ляющая собой полиэтиленовую трубку, металлизированную внутри слоем алюминиевой фольги.

Металлические оболочки не только защищают сердечник кабeля от механических воздействий, но и выполняют функцию экрана, т.е. защищают электрические цепи от электромагнитных воздействий. При прокладке кабелей непосредственно в земле или в воде они обязательно снабжаются дополнительной защи­той. Защита включает подушку, броневой покров и наружный покров. Подушка бронированных кабелей обычно состоит из по­следовательно наложенных слоев битумного состава и пропитан­ной кабельной пряжи (джута). Броневой покров (броня) выполня­ется из стальных лент, плоской или круглой стальной проволоки. Поверх брони на кабель накладывается наружный покров, со­стоящий из пропитанной битумом кабельной пряжи. B кабелях c алюминиевыми и стальными оболочками и бронепокровами, которыe сильно подвержены коррозии, применяются усиленные защитные покровы из вязкого подклеиваемого битумного слоя и стирофлексного шланга.

Для удобства классификации и пользования электрическим кабелям связи присваивается буквенно-цифровое обозначение - марка кабеля, которая позволяет определить его конструкцию и назначение.

Под маркой кабеля понимается система условных обозначений, отражающих при помощи букв и цифр основные классификации.­

Первые одна или две буквы определяют назначение кабеля.

1. Магистральные симметричные кабели обозначают буквами МК, магистральные коаксиальные-буквами КМ.

2. Зоновый кабель (симметричный) - ЗК; внутризоновый коаксиальный - ВК.

3. Местные кабель: КС - кабель сельский; Т – телефонный низкочастотный. Марки низкочастотных кабелей отличает стоящая на втором месте буква: «С» - станционный (ТС); распредели­тельный (ТР); дальней связи «З» (обозначает звездную четвероч­ную скрутку, например, ТЗБ).

Малогабаритные коаксиальные кабели имеют маркировку МКТ (с трубчато-полиэтиленовой изоляцией). Основу марок радиочастотных кабелей составляет буква "Р».

Последующие одна или две буквы обозначают особенность конструкции или материал изоляции кабеля. Например, звездная скрутка НЧ кабеля обозначается буквой 3, полиэтиленовая изоляция - П, кордельно-лолистирольная (стирофлексная) изоляция - С, трубчато-полиэтиленовая - T. Бумажная изоляция в симметричных и шайбавая изоляция в коаксиальных кабелях не имеет буквенных обозначений (маркируются отсутствием буквы).

Последние одна или две буквы марки кабеля обозначают материал и род защитного покрова.

Оболочка: голый освинцованный кабель обозначается буквой Г, стальная оболочка - буквой C или Ст, алюминиевая оболочка - буквой A. Свинцовая оболочка маркируется отсутствием буквы.

Броня: буква Б - бронирование кабеля двумя стальными лентам с наружным джутовым защитным покровом; К - бронирование, круглыми оцинкованными проволоками c наружным покро­вом; БГ - бронированный голый, т.е. без наружного защитного покрова.

При наличии противокоррозионных изолирующих покровов в подброневой подушке к обозначению прибавляются строчные буквы: л - слой поливинилхлоридных лент, п- полиэтиленовый шланг; в - поливинилхлоридный шланг. При наличии таких на­ружных покровов буквы Шп обозначают полиэтиленовый шланг.

B конце марки кабеля указывают число жил или коаксиальных пар и диаметр жил (проводников). Например, четырехчетверочный кабель c жилами диаметром 1,2 мм имеет следующее обозна­чение: 4x4-1,2; пятисотпарный городской кабель c жилами диаметром 0,32 мм имеет цифровое обозначение: 500х2-0,32; одна четверочный коаксиальный кабель обозначается: 4-2,6/9,4.

Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) - это вид систем передачи, при котором информация передаётся по оптически диэлектрическим волноводам, называемым «оптическое волокно».

Волоконно-оптическая сеть - это информационная сеть, связующими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические линии связи.

Передача информации по ВОЛС имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю.

Достоинства ВОЛC:

1. Широкая полоса пропускания обусловлена высокой частой несущей 10¹⁴ Гц. Это даёт потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду;

2. Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания путем передачи различно модуляции сигналов c малой избыточностью кода;

3. Высокая помехозащищенность объясняется тем, что волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования. многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения;

4. Малое затухание светового сигнала в волокне позволяет строить участки линий без ретрансляции протяженностью до 100 километров и более;

5. Малый вес и объем; внешний диаметр оптического кабеля, (1,5 см) в несколько раз меньше медного телефонного кабеля такой же пропускной способностью;

6. Высокая защищенность от несанкционированного доступа обусловлена тем, что ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приемо-передачи. Системы мониторинга (непрерывного контроля) целостности ВОЛС могут мгновенно отключи «взламываемый" канал связи и подать сигнал тревоги;

7. Гальваническая развязка элементов сети - данное пре­имущество оптического волокна заключается в его изолирующем свойстве. Волокно позволяет избежать электрических «земель­ных» петель;

8. Взрыво- u пожаробезопасность - из-за отсутствия искрообразования оптическое волокно повышает безопасность сети на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях;

9. Экономичность - волокно изготавливают из кварца, более распространённого, в отличие от меди, материала. При этом ВОК позволяет передавать сигналы на значительно большие расстояния без ретрансляции (уменьшается количество повторителей на протяженных линиях);

10. Длительный срок эксплуатации - срок службы ВОК со­ставляет 25 лет, за это время может смениться несколько поколений стандартов приемо-передающей аппаратуры.

Наряду c преимуществами, волоконно-оптические системы имеют ряд недостатков, обусловленных главным образом дороговизной прецизионного монтажного оборудования и надежностью лазерных источников излучения.

Высока стоимость интерфейсного оборудования (оптические приемники и передатчики, пассивное коммутационное оборудование, оптические соединители и разветвители). Стоимость работ по монтажу, тестированию и поддержке ВОЛС также остаётся высокой.

Несмотря на перечисленные недостатки, преимущества от применения ВОЛС значительны, поэтому дальнейшее развитие технологии ВОЛС в информационных сетях является перспективным.

По существу ВОЛС состоит из модулей и узлов, которые присутствуют в любой рaдиотехнической системе передачи инфор­мации. Ряд особенностeй оптического диапазона и используемой в нем элементной базы наклaдывает свои ограничения на конст­рукцию отдельных узлов системы или приводит к техническим решениям, отличным от традиционных. Существуют анaлоговые и цифровые волоконно-оптические системы связи. Из-за значи­тельной сложности обеспечения требуемых качественных показателей оптического тракта аналоговые системы не получили ши­рокого распространения и большинство современных ВОЛС предназначены для передачи цифровых сигналов.