книги из ГПНТБ / Гроднев, И. И. Линейные сооружения связи учебник

ции, спектр передаваемых частот, конструкция, материал и форма изоляции, система скрутки, род защитных покровов.

Взависимости от области применения кабели связи подразде­ ляются на следующие группы: междугородные кабели связи (МТС) „ кабели зоновой (^внутриобластной) связи (ЗТС). кабели сельской связи (СТС), городские телефонные кабели (ГТС), кабели связи для соединительных линий и вставок.

Вотдельную группу магистральных кабелей выделяются мощ­ ные коаксиальные кабели, предназначенные для линий общесоюз­ ного значения первого класса, связывающие Москву с республи­ канскими, краевыми и областными центрами.

Взависимости от условий прокладки и эксплуатации кабели разделяются на подземные, подводные и воздушные (или кабели воздушной подвески). По спектру передаваемых частот кабели

разделяются на низкочастотные (до 10 кГц) и высокочастотные (от 10 кГц и выше). По конструкции и расположению проводни­ ков цепи кабеля делятся на симметричные и коаксиальные.

Симметричная цепь состоит из двух совершенно одинаковых в электрическом и конструктивном отношениях изолированных про­ водников (рис. 2.16а). Коаксиальная цепь представляет собой два цилиндра с совмещенной осью, причем один цилиндр — сплошной проводник, концентрически расположен внутри другого цилиндра— полого (рис. 2.166). В зависимости от скрутки жил в группы кабели связи разделяются на кабели парной скрутки и кабели четверочной (звездной) скрутки. При скрутке групп в кабельный сердечник раз­ личают поливную скрутку и пучковую.

Наконец, по роду защитных оболочек кабели делятся на ка­ бели с пластмассовыми, металлическими или металлопластмассо­ выми оболочками. Кабели могут иметь различные броневые по­ кровы (стальная лента, круглая или плоская проволока).

2.7. КАБЕЛЬНЫЕ ПРОВОДНИКИ

Токопроводящие жилы (обычно круглой формы) кабелей связи должны об­ ладать высокой электрической проводимостью, гибкостью и достаточной меха­ нической прочностью. Наиболее распространенными материалами для изготов­ ления кабельных жил являются медь и алюминий.

Медь, как правило, применяется отожженная мягкая марки ММ с удельны» сопротивлением 0,01754 Ом • мм2/м и температурным коэффициентом сопротив­ ления постоянному току — 0,004. Прочность на разрыв — 27 кг/мм2 с относи­ тельным удлинением 25% (для жил диаметром 1—іі,5 мм). Плотность — 8,89 г/см3.

Алюминий имеет удельное сопротивление 0,0295 Ом-мм2/м, т. е. в 1,65 раза больше, чем у меди. Температурный коэффициент — 0,0042, плотность — 2,72 г/см3.

Медная проволока имеет диаметры 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 мм для кабелей город­ ских телефонных сетей и 0,8; 0,9; 4,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4 мм для междугородных кабелей. Наиболее широко применяются на городских сетях кабели с жилам» диаметром 0,5 мм, а для междугородной связи — жилы диаметром 1,2 мм.

Алюминиевые жилы, применяемые в производстве кабелей связи, имеют диа­ метры 1,15; 1,55; 1,8 мм. Эти жилы аналогичны по электрической проводимости медным с диаметром 0,9; 1,2 и 1,4 мм соответственно.

Применение алюминиевых жил вместо медных вызывает увеличение диамет­ ра кабеля в V 4,65=1,28 раза и увеличение расхода дорогостоящего свинца на

— 40 —

изготовление защитной оболочки. Поэтому применение алюминиевых жил наибо­ лее рентабельно в кабелях без свинцовой оболочки.

Наряду со сплошными цилиндрическими проводниками используются также проводники несколько более сложной конструкции (рис. 2.17). В тех кабелях, где требуется повышенная гибкость и механическая прочность, токопроводящая жила

Рис. 2.17. Конструкции кабельных проводников:

а) оплошной; б) гибкий; в) биметаллический; г) для подводных кабелей

скручивается в литцу из нескольких проволок, чаще 7, 12, 19 и т. д. Имеются также биметаллические проводники конструкции сталь—медь. В подводных ка­ белях применяется многоироволочная жила, состоящая из проволок разного се­ чения. В центре такой жилы размещается толстый про­ водник, а повив состоит из тонких проволок.

Рис. 2.18. Конструкция внеш­ них проводников коакси­ альных кабелей:

а) молния; б) гофра; в) спи­ раль; г) оплетка

Указанные токопроводящие жилы используются для симметричных кабелей и в качестве внутреннего проводника коаксиального кабеля. Внешний проводник

— 41 -

коаксиального кабеля, имеющий форму полого цилиндра, изготовляется в виде тонкой трубки из меди или алюминия. В электрическом отношении наилучшей формой внешнего проводника коаксиального кабеля является однородная по всей длине трубка. Однако изготовить достаточно длинный гибкий кабель со сплош­ ным цилиндрическим внешним проводником крайне затруднительно. Промышлен­ ное применение имеют конструктивные разновидности шибких внешних проводни­ ков коаксиального кабеля, которые приведены на рис. 2.48.

Наиболее широкое применение в коаксиальных кабелях дальней связи по­ лучила конструкция внешнего проводника типа молния как более технологичная и обеспечивающая требуемую электрическую однородность по длине.

Основные характеристики проводниковых материалов приведены в табл. 2.8.

2.8. ДИЭЛЕКТРИКИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ КАБЕЛЬНОЙ ИЗОЛЯЦИИ

Материал, применяемый для изоляции кабельных жил, должен обладать вы­ сокими и стабильными во времени электрическими характеристиками, быть гиб­ ким, механически прочным и не требовать сложной технологической обработки.

В электрическом отношении свойства изоляции определяются следующими четырьмя параметрами:

— электрической прочностью U, при которой происходит пробой изоляции;

—удельным электрическим сопротивлением р, характеризующим величину тока утечки в диэлектрике;

—диэлектрической проницаемостью е, характеризующей степень смещения (поляризации) зарядов в диэлектрике при воздействии на него электрического поля;

—тангенсом угла диэлектрических потерь tg б (или величиной диэлектриче­ ских потерь), характеризующим потери высокочастотной энергии в диэлектрике.

Наилучшим диэлектриком является воздух, который обладает е->-1; р-»-°о и tg б->-0. Однако создать изоляцию только из воздуха практически невозможно. Поэтому кабельная изоляция, как правило, является комбинированной и должна содержать как воздух, так и твердый диэлектрик, причем количество твердого диэлектрика должно быть минимальным и определяться требованием устойчи­ вости изоляции и жесткости ее конструкции. Изоляция должна предохранять токопроводящие жилы от соприкосновения между собой и строго фиксировать взаимное расположение жил в группе по всей длине кабеля.

Современные успехи в развитии высокомолекулярной химии и производства пластмасс открывают широкие возможности получения высокочастотных кабелей с новыми диэлектриками. Если до последнего времени основным изоляционным материалом в кабелях связи была бумага и ее различные модификации, то сей­ час все более широкое применение находят лолимеризационные пластмассы типа стирофлекс, полиэтилен, фторопласт, поливинилхлорид и др. Выгодное сочетание высоких электрических характеристик в широком спектре частот, влагостой­ кости, стойкости к различным агрессивным средам и сравнительно несложной технологической обработки обеспечило пластмассам широкое применение в ка­ белях связи в качестве изоляции и защитных оболочек.

При оценке пригодности того или иного типа кабеля следует иметь -в виду, что -ширина полосы частот, передаваемой по кабелю, обусловлена качеством ис­ пользуемого диэлектрика и, в первую очередь, величиной диэлектрических потерь tg б. Потери высокочастотной энергии в диэлектрике кабеля а д непосредственно связаны с величиной tg б и прямолинейно возрастают с ростом частоты. Для сравнения укажем, что при частоте 4 МГц tg б кордельно-бумажлой изоляции

составляет 400-ІО-4, а полиэтилена не более 5 -10"4. С ростом частоты эта раз­ ница в потерях линейно возрастает, и для высокочастотных кабелей становится пригодными лишь определенные пластмассы.

Основные электрические характеристики диэлектриков приведены в табл. 2.9. Бумага, предназначаемая для изоляции кабельных жил, вырабатывается из сульфатной целлюлозы. Для городских телефонных кабелей применяется бумага толщиной 0,05 мм, а для междугородных — толщиной 0,08; 0,12 и 0,17 мм. Что­ бы при монтаже можно было различить жилы кабеля, бумагу окрашивают в

— 42 -

Т а б л и ц а 2.9

разный цвет: красный, синий, зеленый. Бумага может быть также натурального цвета.

Бумажный кордель — это нить, окрученная из телефонной бумаги. Кордель, наложенный спирально «а провод, поддерживает постоянный воздушный зазор ■между проводом и бумажной трубкой и улучшает равномерность электрических

лучившего за последние годы широкое применение в кабельной технике. Поли­ винилхлоридная смола является продуктом переработки газа этана. Под воздей­ ствием пластификаторов, придающих эластичность, температурную стойкость и пластичность путем введения стабилизаторов и наполнителей, повышающих ме­ ханическую прочность, получают изоляционный материал, носящий название «поливинилхлорид».

Основными достоинствами поливинилхлоридной изоляции является высокая влагостойкость, хорошие механические свойства и стойкость против воздействия щелочей и кислот. К недостаткам следует отнести подверженность поливинил­ хлорида интенсивному старению под воздействием температуры и солнечных лучей и возможность применения его в качестве изоляции только в низкоча­ стотных кабелях связи.

Стирофлекс и полистирол вырабатывают из жидкого стирола, исходным сырьем для которого является нефть или каменный уголь.

Из полистирола, представляющего собой твердое вещество, изготовляют дис­ ки (шайбы), колпачки, используемые в коаксиальных кабелях связи. Стирофлекс — это прозрачный, габкий и негигроскопичный материал. Из стирофлекса вырабатывают ленты толщиной 0,045 мм и шириной 10— 12 мм и кордели для изоляции высокочастотных кабелей связи. Для отличия жил друг от друга стирофлексу придают различную расцветку. При работе с этим материалом следует иметь в виду его сравнительно невысокую теплостойкость, находящуюся в пре­ делах 65ч-80°С. Известны также пористые модификации полистирола (стиропор), обладающие весьма хорошей диэлектрической проницаемостью (е « 1 ,2 ).

Полиэтилен получают путем полимеризации жидкого этилена при высоких температурах и высоких давлениях. Достаточная плотность, эластичность, негигроскопіичность и стабильность электрических свойств полиэтилена^ делают его весьма ценным изолирующим и шланговым материалом для кабелей связи. Ма­

— 43 —

лые значения тангенса утла диэлектрических потерь и диэлектрической прони­ цаемости в широком спектре частот обеспечили полиэтилену широкое применение в качестве изоляции для высокочастотных симметричных и коаксиальных кабе­

ком давлении. Этот материал, обладая свойствами полиэтилена высокого давле­ ния, имеет существенно большую разрывную прочность (200—230 кг/см2) и стоит дешевле.

Для изоляции кабелей связи применяют пористый полиэтилен, представляю­ щий собой полиэтилен с большим количеством мелких закрытых воздушных включений (35—55%). Благодаря наличию пористости значительно снижается диэлектрическая проницаемость материала, 'Следовательно, уменьшаются рабочая емкость и затухание кабельной цепи. Кроме того, сокращается расход полиэти­ лена и уменьшается стоимость кабеля.

Полиизобутилен получается в результате соответствующей обработки газа изобутилена, который после полимеризации превращается в реэинообразный ма­ териал, имеющий различные названия (полиизобутилен, оппанол, вистонекс и др.). Но из-за текучести этот материал редко применяют в чистом виде и его обычно соединяют с другими материалами для улучшения свойств.

Полипропилен, будучи по своим электрическим и физико-механическим ха­ рактеристикам, весьма близким к полиэтилену, выгодно отличается более вы­ сокой теплостойкостью и допускает длительную эксплуатацию при температурах до +120°С. По твердости полипропилен равноценен или несколько лучше поли­ этилена низкого давления. Полипропилен сохраняет гибкость даже при низких температурах, не разрушается под воздействием сильных кислот (за исключе­ нием действия концентрированной азотной кислоты), стоек к воздействию ма­ сел, ацетона, бензина слабо пропускает водяные пары и газы.

Фторопласт является полимером производных этилена, в которых атомы водорода замещены фтором. По внешнему виду фторопласт напоминает поли­ этилен. Фторопласт обладает необычной высокой для органического вещества теплостойкостью (до 300°С) и исключительной стойкостью к действию хими­ ческих реагентов. По стойкости к химически активным веществам фторопласт превосходит золото и платину. По своим электроизоляционным свойствам фто-

ш)

Рис. 2.19. Типы изоляций кабелей связи

— 44 —

ропласт принадлежит к лучшим высокочастотным диэлектрикам .и широко ис­ пользуется в производстве кабелей для сверхвысоких частот. Морозостойкость его характеризуется сохранением гибкости .при очень .низких температурах. Ши­ рокому внедрению фторопласта пока препятствуют его высокая стоимость я

сложность технологии наложения его на жилы кабеля. При температурах выше +400°С фторопласт начинает разлагаться и выделять газообразный фтор.

На основе указанных диэлектриков в настоящее время разработаны и при­ меняются различные конструкции изоляционных покровов. Наиболее широкое применение в кабелях связи получили следующие типы изоляции кабелей связи:

—трубчатая, выполняется в виде бумажной или пластмассовой ленты, на­ ложенной в виде трубки .(рис. 2.19а);

—кордельная, состоит из нити корделя, расположенного открытой спиралью на проводнике, и ленты, которая накладывается поверх корделя (рис. 2.196);

— сплошная, выполняется из оплошного слоя пластмассы (рис. 2.19в);

—пористая, образуется из слоя -пенопласта (рис. 2.19г);

—баллонная, представляет собой тонкостенную пластмассовую трубку, внут­ ри которой свободно располагается проводник. Трубка -периодически в точках или по спирали обжимается и надежно удерживает жилу в центре изоляции

(рис. 2.196 и е);

—шайбовая, выполняется в виде шайб из твердого диэлектрика, насажи­ ваемых на проводник через определенные промежутки (рис. -2.19ж);

—спиральная (геликоидальная), представляет собой -равномерно распреде­ ленную по длине проводника -пластмассовую спираль, и-меющую .прямоугольное сечение (ри-с. 2.19з);

—колпачковая, выполняется из цилиндрических .пластмассовых или кера­ мических колпачков, насаженных на проводник вплотную фрис. 2.19и).

Известна также кордельно-т.рубчатая изоляция, состоящая из пластмассо­ вых корделя -и трубки.

Из различных диэлектриков и конструктивных форм изоляции -наибольшее применение в настоящее время получили:

— для кабелей .городской и сельской связи — трубчатая, выполненная в виде обмотки бумажными лентами, -сплошная -полиэтиленовая, пористая бумаж­ ная или -полиэтиленовая;

—для -симметричных кабелей междугородной связи — кордельно-бумажная, кордельно-стирофлек-сная, -баллонная, кордельно-трубчатая или пористая из -поли­ этилена;

—для коаксиальных кабелей — шайбовая, баллонная, геликоидальная и

пористая, во всех случаях диэлектриком является полиэтилен;

— для подводных коаксиальных кабелей — оплошная полиэтиленовая изо­ ляция.

2.9. ОБРАЗОВАНИЕ ГРУПП В СИММЕТРИЧНЫХ КАБЕЛЯХ

Отдельные жилы обычно -скручивают 'в группы, называемые элементами симметричного кабеля. В результате жилы цепи ста­ вятся в одинаковые условия по отношению друг к другу, в связи с чем снижаются электромагнитные связи между цепями и по­ вышается защищенность их от взаимных и внешних помех. Кроме того, -ск-рутка облегчает взаимное перемещение -жил при изгибах кабеля и обеспечивает ему более устойчивую и круглую форму.

Существует несколько способов скрутки жил в группы. Парная скрутка (П). Две изолированные жилы окручивают

вместе в пару, -с шагом скрутки не более 300 мм (рис. 2.20а).

Скрутка четверочная или звездная (3). Четыре изолированные жилы, расположенные по углам квадрата, скручивают с шагом скрутки примерно 1504-300 мм. Разговорные пары в этой скрутке

— 45 —

Т а б л и ц а 2.10

ных шагах скрутки пар защищенность между цепями заметно боль­ ше, чем между цепями внутри четверки. Однако при высокой культуре производства звездная скрутка обеспечивает вполне до­ статочную защищенность от взаимных помех между цепями.

Парная скрутка является наиболее простой в производстве и применяется в основном при изготовлении городских телефонных кабелей. Скрутки ДП и ДЗ не получили широкого применения в современных конструкциях кабелей связи.

2.10. СТРОЕНИЕ СЕРДЕЧНИКА КАБЕЛЯ

Рис. 2.21. Кабельные скрутки: а) однородная; б) неоднородная

—однородную, отличительным признаком которой является одинаковая структура (и, следовательно, одинаковый диаметр) всех образующих сердечник элементарных групп;

—неоднородную, при которой сердечник кабеля образован из

групп, разнородных по структуре и имеющих'неодинаковый диаметр. Наибольшее раопространение получила однородная скрутка.

— 47 —

ли имеется какая-либо кабельная скрутка, у которой, считая от центра, повив имеет т групп, то в следующем повиве будет групп = 2 я « т + 6. Следовательно, при повивной скрутке число групп (элементов) в каждом последующем повиве увеличивается

Рис. 2.23. Различные варианты числа групп в центральном повиве

на шесть по сравнению с предыдущим. Исключением из этого пра­ вила является второй повив в том случае, когда в первом (цен­ тральном) повиве имеется лишь одна группа. Тогда во втором повиве увеличение будет не на шесть, а на пять групп.

Число групп кабеля по повивам при правильной скрутке сер­ дечника иллюстрируется табл. 2.11.

-49 —