МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Юго-Западный государственный университет»
(ЮЗГУ)
Кафедра телекоммуникаций
УТВЕРЖДАЮ
Первый проректор -
проректор по учебной работе
____________Е.А. Кудряшов
«___»___________2012 г.
НАПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ
Методические рекомендации по практическим занятиям
для студентов специальностей 210403.65, 210406.65
Курск 2012
УДК 621.391
Составитель В.Ю. Демьяненко
Рецензент
Доктор физико-математических наук А.А. Гуламов
Направляющие системы электросвязи: методические рекомендации по практическим занятиям для студентов специальностей 210400.62, 210406.65 / Юго-Зап. гос. ун-т; сост. В.Ю. Демьяненко. Курск, 2012. 49 с.: ил. 5, табл. 13, прил. 4, Библиогр.: с.46.
Содержат краткие сведения о конструкциях симметричных, коаксиальных и оптоволоконных кабелей связи, о порядке расчета основных электрических параметров передачи кабельных цепей и определения количества регенерационных пунктов линии связи.
Методические рекомендации соответствуют требованиям государственного образовательного стандарта по направлению телекоммуникации и рабочим учебным планам по специальностям 210403.65, 210406.65.
Предназначены для студентов специальностей 210403.65, 210406.65 дневной и заочной форм обучения.
Текст печатается в авторской редакции
Подписано в печать . Формат 6084 1/16.
Усл.печ.л. 2,8. Уч.-изд.л. 2,6. Тираж 100 экз. Заказ . Бесплатно.
Юго-Западный государственный университет.
305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................4
1 Основные требования к трассе кабельной линии связи ......... 5
2 Конструкция кабеля и способ организации связи ................... 6
2.1 Конструктивные размеры симметричного ЭКС …..……….... 6
2.2 Конструктивные размеры коаксиального ЭКС ....................... 9
3 Определение параметров передачи кабельных цепей …....... 10
3.1 Первичные параметры передачи симметричного кабеля .......10
3.1.1.Активное сопротивление цепи .................................................10
3.1.2.Индуктивность, емкость и проводимость изоляции симметричной кабельной цепи ..................................................................... 12
3.2 Вторичные параметры передачи симметричного кабеля ...... 13
3.3 Параметры передачи коаксиальных кабелей ………….......... 14
3.4 Размещение регенерационных пунктов ..…………………... 16
4 Взаимное влияние между цепями …………………………… 19
4.1 Взаимное влияние между цепями коаксиального кабеля ..... 20
4.2 Взаимное влияние между цепями симметричного ЭКС ....... 21
5 Защита электрических кабелей связи от влияния внешних электромагнитных полей ................................................................... 27
5.1 Параметры опасных магнитных влияний .............................. 27
5.2 Нормы опасного магнитного влияния ..................................... 31
5.3 Защита кабелей связи от ударов молнии ................................ 32
5.4 Надёжность кабельной магистрали ................................……. 35
6 Волоконно-оптические линии передачи ................................ 37
6.1 Волоконно-оптическая система передачи и тип оптического волокна................................................................................................. 37
6.2 Конструкция оптического кабеля ............................................ 39
6.3 Схема организации связи и длина элементарного кабельного участка ………………………………………………….................... 41
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................. 45
Приложение А ……………………………………………………... 46
Приложение Б …………………………………………………….... 47
Приложение В ……………………………………………………... 48
Приложение Г ……………………………………………………... 49
ВВЕДЕНИЕ
Аудиторные практические занятия играют важную роль в выработке у студентов навыков применения полученных знаний для решения практических задач как совместно с преподавателем, так и самостоятельно.
Основной целью практических занятий является закрепление и углубление знаний, полученных студентами при изучении направляющих систем электросвязи, решение конкретных задач по реконструкции и проектированию кабельных линий на базе медножильных кабелей связи и волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП).
На практических занятиях студент имеет возможность приобрести навыки и сравнить технологический процесс проектирования линий связи (его результаты) на традиционных электрических кабелях и с использованием перспективных оптических кабелей связи.
Предназначение данных методических рекомендаций – в краткой сжатой форме представить студенту основной порядок действий при проектировании линий связи с использованием волоконно-оптических направляющих систем, симметричных и коаксиальных электрических кабелей связи (ЭКС).
При подготовке методических рекомендаций использовались материалы методической разработки по курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности «Многоканальные телекоммуникационные системы» под общей редакцией д.т.н., проф. Андреева В.А., Поволжская Государственная Академия Телекоммуникаций и Информатики, г. Самара, 2005.
1 Основные требования к трассе кабельной линии связи
При проектировании трасса прокладки кабеля определяется расположением оконечных пунктов. Все требования, учитываемые при выборе трассы можно свести к трём следующим: минимальные капитальные затраты на строительство, минимальные эксплуатационные расходы, удобство обслуживания.
Для обеспечения первого требования учитывают протяжённость трассы, количество пересечений рек, шоссейных и железных дорог, возможность применения механизированной прокладки, а так же возможность снижения затрат на защиту линии связи от опасных и мешающих влияний со стороны высоковольтных линий и коррозии. Для обеспечения второго и третьего требований учитывают варианты прохождения трассы, возможность обеспечения хороших жилищно-бытовых условий для обслуживающего персонала.
Для соблюдения указанных требований трасса должна иметь наикратчайшее расстояние между заданными пунктами и наименьшее количество препятствий. За пределами населённых пунктов трассу обычно выбирают в полосе отвода автомобильных дорог. Допускается спрямление трассы кабеля, если прокладка вдоль автомобильной дороги значительно удлиняет трассу. Причем для оптического кабеля связи допускается его подвеска на опорах электрифицированной железной дороги (ЭЖД) и линии электропередачи (ЛЭП).
При выборе варианта трассы используется карта местности между заданными пунктами. Можно пользоваться атласом автомобильных дорог России [1].
На территории городов кабель прокладывается в телефонную канализацию, причём стремятся к максимальному использованию существующей канализацию и резервных каналов. Ориентировочный объём прокладки кабеля в канализации устанавливается в пределах 3-4 км на каждый город с населением до 500 тыс. жителей, расположенный по трассе. Из общей протяжённости канализации 40-50 % принимается как существующая. От всей протяжённости трассы 5-10 % предусматривается на прокладку кабеля вручную, а остальная часть прокладывается кабелеукладчиком.
2 Конструкция кабеля и способ организации связи
Конструкция ЭКС определяется индивидуальным заданием преподавателя, исходя из заданного числа каналов и задействованной СП, которым устанавливается не только вид кабеля (коаксиальный или симметричный), но также его емкость, диаметр проводников, материал и конструкция изоляция жил и оболочки кабеля.
Студенту необходимо изучить и определить, пользуясь учебниками [2,3] или справочниками конструктивные размеры поясной изоляции, оболочки и внешних покровов, наиболее близких по конструкции кабелей, выпускаемых промышленностью. Необходимо учесть, что в грунт прокладывается ЭКС с ленточной броней, под воду - с кругло проволочной броней, в канализацию - без брони.
При этом способ организации связи по коаксиальному кабелю - одно кабельный, т.е. цепи передачи и приёма размещены в одном кабеле, а по симметричному кабелю - двух кабельный, при котором цепи каждого направления передачи расположены в отдельном кабеле.
На внутризоновых кабельных линиях связи, прокладываемых между сетевыми узлами второго класса и соединяющих между собой разные местные сети данной зоны, используется как и на магистральных кабельных линиях связи четырёхпроводная схема организации связи по одно или двух кабельной системе связи.
2.1 Конструктивные размеры симметричного ЭКС
При существенном расхождении исходных данных симметричного ЭКС по заданию преподавателя и стандартных конструкций симметричных кабелей согласно [2, 3] необходимо уточнить конструктивные размеры симметричного ЭКС. Для этого по заданному значению диаметра токопроводящей жилы определяется диаметр изолированной жилы. В симметричных кабелях изоляция жил по конструкции может быть представлена двумя профилями, изображёнными на рисунке 2.1.
 
а) кордельно-полистирольная; б) сплошная или пористая полиэтиленовая
Рисунок 2.1 Профили изоляции симметричных кабелей
Диаметр изолированной жилы для кордельной изоляции (рис. 2.1а) определяется по формуле:
 (2.1)
где d0 - диаметр токопроводящей жилы, мм;
dк - диаметр корделя, мм;
tл - общая толщина лент, наложенных поверх корделя, мм.
Диаметр изолированной жилы со сплошной или пористой изоляцией (рис. 2.1б) определяется по формуле:
dl = d0 + 2 tu , мм (2.2)
где tи - радиальная толщина изоляционного слоя, мм.
Изолированные жилы скручиваются в четвёрки с шагом 80-300 мм. Диаметр элементарной группы, скрученной в звёздную четвёрку (рисунок 2.2), определяется из выражения:
d3 = dl + а , мм (2.3)
где а - расстояние между центрами жил одной пары.
 мм (2.4)
Отсюда d3 = 2,41 dl
Диаметр центрирующего корделя определится соотношением:
dцк = а - dl , мм (2.5)
Рисунок 2.2. Диаметр элементарной группы кабеля
Размеры кабельного сердечника зависят от числа четвёрок в кабеле. Диаметр кабельного сердечника с поясной изоляцией при наличии металлической оболочки будет соответствовать диаметру экрана:
dэ = Dкс + 2tпи , мм (2.6)
где tпи - радиальная толщина поясной изоляции, мм.
Диаметр кабельного сердечника Dкс определяется из выражений:
- для одно четверочного кабеля Dкс = d3 ;
- для четырёх четвёрочного кабеля (рисунок 2.3) Dкс = 2,41d3
- для семи четвёрочного кабеля при расположении в центре одной четвёрки и шести четвёрок в повиве Dкс = 3d3 .
Рисунок 2.3. Диаметр кабельного сердечника 4х4
Как правило, используются кабели небронированные - для прокладки в канализации, бронированные стальными лентами - для прокладки непосредственно в грунте и бронированные круглыми проволоками - для прокладки через судоходные и сплавные реки. Поэтому расчёт диаметров кабеля необходимо выполнить для всех трёх разновидностей конструкции, используя справочные данные.
2.2 Конструктивные размеры коаксиального ЭКС
Определение конструктивных размеров коаксиального кабеля во многом аналогичен расчёту симметричного кабеля. По заданному значению диаметра внутреннего проводника и изоляции коаксиальной пары (КП) прежде всего, исходя из нормируемого значения волнового сопротивления Zв = 75 Ом, определяют внутренний диаметр внешнего проводника:
, (2.7)
где εэ - значение эквивалентной относительной диэлектрической
проницаемости изоляции (табл. 3.5);
d - диаметр внутреннего проводника, мм;
D - внутренний диаметр внешнего проводника, мм.
Используя 2.7 при zв =75 Ом находим D :
мм (2.8)
Наружный диаметр КП определяется по формуле:
Dкп = D + 2t , мм (2.9)
где t - толщина внешнего проводника, определяется из справочника для ближайшего по конструкции коаксиального кабеля.
Диаметр сердечника кабеля, состоящего из четырёх КП одинакового размера, будет равен:
Dкс = 2,41Dкп , мм (2.10)
В кабеле, содержащем четыре одинаковых КП, размещается пять симметричных групп. По результатам выполненного расчёта конструктивных параметров, приводится чертёж сечения кабеля, выполненный в масштабе с указанием всех элементов конструкции и полной марки кабеля.
3 Определение параметров передачи кабельных цепей
Параметры передачи кабельных цепей определяются с целью оценки электрических свойств кабеля и нахождения количества регенерационных пунктов и их размещения по трассе линии связи.
В результате расчёта должны быть построены графики частотной зависимости параметров, поэтому расчёт необходимо провести не менее, чем на пяти фиксированных частотах рабочего диапазона, включая минимальную и максимальную.
Минимальную и максимальную частоту определяет преподаватель. При построении графиков следует иметь в виду, что наиболее резкому изменению подвержены параметры в области нижней части рабочего диапазона.
3.1 Первичные параметры передачи симметричного кабеля
3.1.1 Активное сопротивление цепи
Активное сопротивление цепи определяется по формуле:
+ Rм , Ом/км (3.1)
где R0 - сопротивление цепи на постоянном токе, рассчитываемое по формуле:
Ом/км; (3.2)
- удельное сопротивление материала жил, Ом мм2/м, (таблица 3.1);
d0 - диаметр жил, мм;
χ - коэффициент укрутки, учитывающий увеличение длины цепи за счёт скрутки, принимается равным 1,01.....1,07;
р - коэффициент, учитывающий потери на вихревые токи в жилах второй цепи элементарной группы, для звёздной скрутки р=5;
а - расстояние между центрами жил цепи из формулы (2.4), мм;
µа - абсолютная магнитная проницаемость;
µ - относительная магнитная проницаемость;
k = √ωµa σ - коэффициент вихревых токов, 1/м;
Р(kr0), G(kr0), Н(kr0) – Бесселевые функции, учитывающие потери на вихревые токи вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости, значения которых приведены в Приложении А.
Таблица 3.1
Металл
|
Удельное
сопротивление,
Ом-мм2/м
|
Удельная
проводимость,
См-м/мм2
|
Относительная магнитная проницаемость
|
Коэффициент вихревых токов к, 1/мм
|
медь
|
0.01754
|
57
|
1
|
0,0212√f
|
алюминий
|
0.0295
|
34.4
|
1
|
0,01635√f
|
свинец
|
0.221
|
4.52
|
1
|
0,00597√f
|
сталь
|
0.139
|
7.23
|
100...200
|
0,0756√f
|
|
