3.3.3. Меры защиты от взаимных влияний

Меры по уменьшению взаимных влияний между направляющими системами принимают: либо только на этапе изготовления изделия в за­водских условиях (волоконно-оптический кабель); либо только на этапе строительства (воздушные линии связи); либо на обоих этапах (симметричный и коаксиальный кабель). Основной мерой защиты от взаимных влияний цепей воздушных линий связи является скрещива­ние, а цепей симметричных кабелей  скрутка жил в группу и сим­метрирование (комплекс мероприятий, направленных на уменьше­ние влияний в процессе выполнения монтажных работ на кабель­ной магистрали).

Скрещивание цепей воздушных линий

Скрещивание цепей, т. е. перемена их проводов местами через определенные расстояния, уменьшает взаимные и внешние влия­ния, обусловленные поперечной асимметрией, а при подвеске про­водов на различном расстоянии от земли (крюковой профиль) и вли­яние из-за продольной асимметрии.

Уменьшение влияний за счет скрещивания для электрически ко­ротких линий показано на рис. 3.14. Если провод a цепи 2 (рис. 3.14 ,а) расположен ближе к влияющей цепи 1, чем провод б, то ток влияния  . Через нагрузки на концах цепи 2 прой­дет результирующий ток влияния. В случае, показанном на рис. 3.14 а, в цепи 2 создается результирующий ток помех

Iрез =I^а_б - I^б_м ≠0 (3.28)

( б – большая величина тока, м – меньшая величина тока) так как в проводе а, находящемся ближе к влия­ющей цепи, будет индуцироваться большая помеха, чем в проводе б (I^а_б > I^б_м ). При скрещивании цепи, показанном на рис. 3.14, б, меняется положение проводов а и б относитель­но влияющей цепи и результирующий ток будет приближать­ся к нулю:

Iрез =(I^а_б + I^а_м ) – (I^б_б + I^б_м )  0. (3.29)

Практически равен­ства нулю не будет, так как из-за затухания токов по длине линии I^а_б  I^б_б , I^а_м  I^б_м . Из рис. 3.14, в видно, что если обе цепи (1 и 2I) скрещены в одной точке, то эффект скрещивания пропадает и защищенность между ними аналогична защищенности между нескрещенными цепями. Поэтому необходимо скрещивать цепи по различным схемам.

Рис. 3. 14

Те же процессы будут происходить, если скрестить одну из цепей в нескольких точках, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. При этом число участков, на которые будут поделены цепи, должно быть четным. В случае нечетного числа участков всегда остается не скомпенсированный уча­сток, называемый неуравновешенной длиной.

Практически при скрещивании токи влияния одного участка полностью не компенсируются токами влияния другого участка, по­скольку токи с различных участков проходят неодинаковый путь и отличаются по амплитуде и фазе.

При подвеске на линии нескольких цепей каждая цепь должна скрещиваться по своей схеме [1-4].

Скрутка кабельных жил. Для уменьшения взаимных и внешних влияний две и более изолированные жилы симметричных кабелей скручиваются в группы парной или четверочной (звездной) скруткой. При рассмотрении влияний между цепями симметричных кабелей различают внутригрупповые (между цепями одной и той же группы) и межгрупповые (между цепями различных групп) электромагнитные связи.

При парной скрутке необходимо учитывать только межгруппо­вые связи. При четверочной скрутке необходимо рассматривать оба вида связей.

Допустимых значений внутригрупповых связей (влия­ний) достигают за счет симметричного расположения одной цепи в группе относительно другой (по углам квадрата) и высоких требований к однородности материалов, используемых при изготовлении кабеля. В случае межгрупповых влияний допустимые значения последних, обеспечи­ваются за счет различных шагов скрутки четверок (в четверке все жилы имеют одинаковый шаг скрутки). Жилы пар, взятых из одной и той же четверки, на всей строительной длине параллельны друг другу. Действие скрутки аналогично скрещиванию проводов на воздушных линиях, и основные положения об электрических процессах, возникающих при скрещивании, спра­ведливы и для скрутки. В настоящее время кроме классической (равномерной однонаправленной) скрутки жил используется скрутка с переменным случайным шагом и разнонаправленная скрутка (SZ-скрутка). Разнонаправленная скрутка допускает совмещение операций, например, скрутку жил в пары и пар в элементарный пучок. Разнонаправленная скрутка бывает волновой, когда направление скрутки изменяется через 1/2 … 3/4, или циклической, когда направление скрутки изменяется после цикла из нескольких витков.

Отличие скрутки от скрещивания заключа­ется в том, что скрещивание устраивают в точках, и расстояния между соседними скрещиваниями могут быть различными (при схе­ме скрещивания по нескольким индексам), а классическая скрутка представля­ет собой равномерное, непрерывное вращение жил относительно оси с неизменным шагом по всей длине кабеля. Шагом скрутки на­зывают длину участка, на котором жилы группы совершают пол­ный оборот вокруг оси скручивания. Шаг скрутки соответствует двум шагам скрещивания по схеме с одиночным индексом.

Шаг скрутки желательно выбирать как можно меньше, так как эффективность скрутки будет больше, но с уменьшением шага увеличиваются объем кабеля и длины жил, что невыгодно. Поэто­му с учетом требований к гибкости и устойчивости конструкций ка­беля длину шагов скрутки в группы принимают равной 100—300 мм.; при выборе шагов повивной скрутки в сердечнике исходят из рекомендуемой кратности шага m=H/D, где Ншаг скрутки, Dдиаметр скручиваемого повива. Кратность шага для высокочастотных симметричных кабелей равна 18-20, для низкочастотных кабелей дальней связи – от 20 (для внешних повивов) до 25 (для внутренних повивов), для пар коаксиальных магистральных кабелей 22-25. Шаги скрутки различных групп должны быть согласованы. Подбор и со­гласование шагов выполняют по участкам, называемым секциями симметрии или секциями за­щиты. Длина секции не дол­жна быть более 1/8 длины волны высшей передаваемой частоты.

Если кабель низкочастот­ный, то при четном числе групп в повиве достаточно взять два согласованных шага I и II и чередовать их. При нечетном числе групп в повиве потребуется три различных шага во избежание появления соседних групп, скрученных с одинаковым шагом. В высокочастотных кабелях шаги скрутки всех групп должны быть неодинаковы и согласованы между собой. Это объясняется тем, что в низкочастотных кабелях влияние между цепями обусловлено только одной емкостной связью, для которой промежуточные группы действуют как экран. В высокочас­тотных кабелях необходимо считаться со всеми видами связи.

Для уменьшения влияния между группами, находящимися в со­седних повивах, последние скручивают в разные стороны, и шаги их скрутки согласовывают с шагами скрутки групп. При пучковой скрутке (городские кабели) повивы в пучках скручивают в одну сто­рону, что позволяет уменьшить сечение сердечника кабеля. Для обе­спечения механической устойчивости при такой скрутке направление скрутки всего сердечника противоположно направлению скрутки его пучков.

Принятых мер по уменьшению влияний при изготовлении кабе­лей оказывается недостаточно для обеспечения требуемого качества каналов связи, поэтому во время монтажных работ выполняют сим­метрирование кабельной магистрали.

Симметрирование кабелей. Кабельные цепи в строительных длинах одного и того же типа кабеля всегда имеют различные электрические характеристики (в допустимых пределах по техническим условиям), и от того, как они будут соединены, зависит защищенность их от взаимных влияний и влияний внешних источников. Поэтому при выполнении монтажных работ с симметричными кабелями проводят симметрирование  комплекс мероприятий, направленных на уменьшение влияний.

Способы симметрирования. Взаимные влияния возникают в результате наличия между цепями электромагнитных связей. При этом в низкочастотных (до 4 кГц) кабелях преобладают электрические связи, а в высокочастотных - электромагнитные комплексные связи. Исходя из этого в НЧ кабелях достаточно проводить симметрирование емкостных связей; в ВЧ кабелях необходимо симметрировать все составляющие (активные и реактивные) электрических и магнитных связей. Для симметрирования НЧ кабелей применяют метод скрещивания жил и конденсаторный метод. Симметрирование ВЧ кабелей производят методами скрещивания жил и концентрированного симметрирования контурами противосвязи.

Сущность симметрирования скрещиванием жил заключается в компенсации электромагнитных связей между цепями на одном участке кабельной линии связями другого участка. Компенсация объясняется тем, что при скрещивании связи изменяют свой знак.

При симметрировании конденсаторным методом последние устанавливают в промежуточной муфте (рис. 2.28), соединяющей два участка кабельной линии, и включают между жилами цепей (жилы 1,2 – первая цепь, 3,4 - вторая цепь). Емкость их выбирают такой, чтобы сумма частичных емкостей С₁₃+С₂₄ (рис.3.15) была близка к сумме С₁₄+С₂₃ . В случае равенства сумм достигается равновесие электрического моста, и емкостная связь равна нулю.

Рис.3.15

Концентрированное симметрирование контурами противосвязи заключается в том, что токи помех, вызываемые электромагнитными связями между цепями, компенсируются токами влияния противоположной фазы, создаваемыми с помощью контуров, включаемых между жилами взаимовлияющих цепей.

Методика симметрирования высокочастотных и низкочастотных цепей различна. Высокочастотные цепи имеют большое затухание на высоких частотах, а токи влияния на ближний конец участков, расположенных на расстоянии, соответствующем затуханию 10-11 дБ (на верхних частотах передаваемого спектра), незначительны. Это позволяет производить симметрирование на всем усилительном участке. Низкочастотные цепи имеют значительно меньшее затухание, и , снижая влияние на дальний конец, можно увеличить влияние на ближний конец и наоборот. Низкочастотные кабели симметрируют небольшими участками, называемыми шагами симметрирования: участки кабельной линии, состоящие из нескольких строительных длин общей протяженностью до 4 км. Обычно длину шага симметрирования низкочастотных кабелей принимают равной 2 км.

В железнодорожных кабелях дальней связи имеются высоко- и низкочастотные четверки. При симметрировании таких кабелей приходится применять оба метода.