8.7. Меры защиты цепей и трактов линии связи от взаимных влиянии

Различают следующие основные меры защиты цепей и трактов линий связи от взаимных влияний:

Применение систем передачи и типов линий связи, обеспечивающих малые значения взаимных влияний. Этот способ реализуется на практике в очень широких масштабах. Так, применение коаксиальных кабелей или волоконно-оптических линий практически полностью решает проблему защиты цепей и трактов линий связи от взаимных влияний. К этому способу можно отнести также мероприятия, связанные с повышением однородности линий связи, улучшением качества строительства линий, рациональным выбором цепей для различных систем передачи. Взаимная компенсация помех между цепями симметричных линий связи, наводимых на различных участках линии. Этот способ используется в воздушных (ВЛС) и симметричных кабельных (КЛС) линиях связи путем скрещивания цепей ВЛС и соответствующего подбора шагов скрутки цепей симметричного кабеля. В процессе монтажа кабеля в симметрирующих муфтах производят скрещивание цепей по критерию максимального ослабления взаимных влияний. Способы сосредоточенной компенсации взаимных помех реализуются на усилительных участках линии, а также на участках ОУП—ОУП. Принцип этого способа основан на включении специальных компенсирующих схем, называемых противосвязями. Противосвязи синтезируются таким образом, чтобы токи (напряжения), проходящие через них в цепь, подверженную влиянию, ослабляли токи (напряжения) помехи.

Данные методы применяются при строительстве низкочастотных и высокочастотных линий связи.

Экранирование цепей кабельных линий связи используется в коаксиальных, симметричных и оптических кабелях и осуществляется в процессе их изготовления (на заводах). Защита от взаимных влияний в этом случае достигается путем ослабления интенсивности влияющего электромагнитного поля в экране. Отбор цепей многопарных телефонных кабелей, взаимная защищенность между которыми равна или превышает требуемые нормами значения. Этот метод применяется на кабельных линиях ГТС при уплотнении цепей кабелей цифровыми или аналоговыми системами передачи.

Каждый из перечисленных способов защиты цепей от взаимных влияний характеризуется своей технологией реализации, эффективностью защиты от взаимных помех, стабильностью, стоимостью, надежностью, рабочим диапазоном частот, эксплуатационными характеристиками — ремонтоспособностью, эксплуатационными расходами, технологией эксплуатации, методикой контроля исправности и стабильностью значения эффективности" подавления помех. В зависимости от типа линии связи и системы передачи в широких пределах изменяются эффективность каждого из указанных выше способов защиты от взаимных влияний, а также конструктивная и технологическая его реализация. В связи с этим рассмотрение методов защиты от взаимных влияний осуществляется раздельно для каждого типа линии связи.

Взаимное влияние между кабельными цепями и величины электромагнитной связи обусловлены расположением токопроводящих жил, зависящим от способа их скрутки и от неоднородностей в кабеле (отклонение диаметров жил, неоднородная изоляция и т. д.), практически не поддающихся предварительному учету. Кабельная скрутка уменьшает электромагнитные связи и взаимное влияние между кабельными цепями.

В кабельных цепях различают связи: внутригрупповые (между цепями одной и той же группы) и межгрупповые (между цепями различных групп). Емкостная и индуктивная связи выражаются через расстояния между влияющей (I) и подверженной влиянию (II) цепями (рис. 8.20). Условием отсутствия емкостной и индуктивной связей является

(8.68)

Для выполнения этого условия необходимо, чтобы

===. (8.69)

Рис. 8.20. Расположение влияющей и подверженной влиянию цепей в кабеле: а - общий случай; б - звездная скрутка.

Достаточно также, чтобы соблюдалось равенство

=. (8.70)

Эти условия, выполняются при звездной скрутке, когда влияющая цепь (жилы 1-2) и цепь, подверженная влиянию (жилы 3-4), расположены на взаимно перпендикулярных осях. При этой скрутке связи внутри группы обусловливаются лишь допусками и неоднородностями производственного характера. Внутригрупповые связи зависят также от шага скрутки. Это обусловлено тем, что частичные связи между жилами зависят не только от расстояний между ними, но и от расстояний этих жил от свинцовой оболочки жил других четверок. Связи между звездными четверками зависят главным образом от соотношения шагов скрутки четверок. При всех других типах скрутки (ДП, ДЗ и П) расстояния между жилами цепей влияющей и подверженной влиянию непрерывно меняются вдоль кабеля. Чтобы влияние как внутри групп, так и между группами было минимальным, необходимо специальное согласование шагов скрутки. Принципиально кабельная скрутка аналогична скрещиванию цепей воздушных линий, но скрутка представляет собой равномерно распределенное скрещивание проводов по длине кабеля. Каждая кабельная цепь скручивается с различным шагом скрутки. Под шагом скрутки h понимается длина, на которой изолированная жила цепи или группа описывает полный круг по оси скручивания. При малых шагах скрутки удлиняются жилы, возрастает диаметр кабеля и увеличиваются расходы материалов. При больших шагах скрутки получается неустойчивая, «рыхлая» конструкция кабеля. Наиболее приемлемым для групп является шаг скрутки порядка 100...300 мм, а повива - 400...600 мм. Каждый последующий повив скручивается в обратную сторону по сравнению с предыдущим повивом (рис. 7.21). Подбор и согласование шагов скрутки различных цепей и кабельных групп производятся по участкам, называемым секциями симметрии.

Рис. 8.21. Скрутка повивов	Рис. 8.22. Секция симметрии двух цепей

Секция симметрии связана с шагом скрутки следующим соотношением: , гдеD - общий наибольший делитель и. Например, если имеются две цепи, скрученные с шагом=40 мм и =50 мм, то общий наибольший делительD=10 и мм. Для исключения действия неуравновешенной длины и обеспечения требуемой компенсации связей необходимо, чтобыбыло нечетным числом. В нашем случае=(40+50)/10=9.

Необходимо также соблюдать условие, по которому секция симметрии не должна превышать 1/8 длины волны высшей передаваемой частоты тока (<1/8).

На рис. 8.22 показано, как совершается полный цикл защиты от помех (симметрии) между двумя рассмотренными цепями на участке длиной =200 мм. В пределах этой длины кабеля положение жил в парах по отношению друг к другу, а вместе с тем и расстояния между жилами постоянно меняются, причем в конце отрезка кабеля получается такое же положение жил, как и в его начале. На втором и всех последующих отрезках кабеля длиной повторяются все положения жил. Поэтому достаточно рассмотреть один лишь цикл симметрии.

Из рис. 8.23, где показан характер изменения расстояний между жилами двух цепей на отрезке кабеля длиной видно, что эти расстояния являются функцией длины кабеляпричем функциявзятая на отрезкеобнаруживает такие же изменения, как функцияна отрезке. Функция в интервалеравна функциив интервале. В середине секции защитыв точкеА, происходит взаимное изменение расстояний между жилами. Следовательно, на участке кабеля длиной , выполняется соотношение между функциями=, т. е., отсутствуют емкостныеk и индуктивные т связи, а мешающее влияние между цепями I и II сводится к минимуму.

Рис. 8.23. Изменение расстояний между проводниками двух цепей на отрезке кабеля	Рис. 8.24. Частотная зависимость переходного затухания между скрученными цепями

Влияние магнитного поля проникает в отдаленные группы кабеля. Влияние электрического характера существует лишь между близлежащими группами, так как электрическая связь более отдаленных групп в силу электрического экранирования ничтожно мала. Поэтому в низкочастотных кабелях, в которых взаимовлияние между цепями обусловлено практически емкостными связями, можно согласовывать шаги скрутки лишь у соседних групп кабеля. В этом случае достаточно принять два различных, согласованных между собой шага скрутки и чередовать их. Так, в повиве с десятью группами пять групп с нечетными номерами скручиваются с шагом , а остальные с четными номерами - с шагом . В случае нечетного числа групп в повиве необходимо иметь еще третий согласованный шаг скрутки (для последней группы) .

В кабелях дальней связи, предназначенных для высокочастотной передачи, большое значение имеет магнитное влияние, поэтому необходимо производить согласование каждой группы кабеля с каждой.

Расчет согласованных шагов скрутки производится по формуле

. (8.71)

Для групп, находящихся в одном повиве, выражение для парной скрутки групп запишется в виде

, (8.72)

а для звездной - в виде

. (8.73)

Для устранения влияний между группами, находящимися в смежных повивах с шагами повивов и, должна существовать следующая зависимость:

. (8.74)

В формулах и- шаги скрутки первого и второго повивов; и - шаги скрутки согласуемых групп;- целые положительные числа.

Указанные уравнения выведены из расчета согласования шагов скрутки лишь двух групп ( и ) или двух повивов(и). В действительности кабель состоит из большого числа групп, и все они должны быть взаимно согласованы и защищены от помех. Для этого задаются каким-либо шагом скрутки первой группы и повива и, подставляя различные значения, рассчитывают значительное число шагов, а затем выбирают соответствующие шаги скруток для каждой группы. Например, требуется подобрать шаг скрутки звездных групп в кабеле 44. Шаги скрутки звездных групп должны находиться в пределах 100...300 мм; в этом интервале берем определенный шаг скрутки первой четверки и, пользуясь формулой, рассчитываем приемлемые шаги скруток остальных трех групп.

Любой из указанных шагов обеспечивает должную помехозащищенность цепей кабеля, но для уменьшения влияния неуравновешенных длин следует выбирать такие шаги скрутки в пределах 100... 300 мм, при которых секция симметрии будет наименьшей.

В кабеле МКСБ-7х4 приняты следующие шаги скруток: = 125 мм,=160 мм,=202 мм,=175 мм,=228 мм,=142 мм,=241 мм. В кабеле МКСБ-4х4 используются первые четыре шага скрутки.

Эффективность скрутки кабельных цепей () видна из рис. 6.46, где показано значение переходного затухания на ближнем конце без скрутки (А) и с учетом скрутки ().

В настоящее время кроме классической равномерной скрутки групп широко используется скрутка с переменным случайным шагом, а также скрутка с так называемым SZ шагом.

8.8. СИММЕТРИРОВАНИЕ НИЗКОЧАСТОТНЫХ КАБЕЛЕЙ СВЯЗИ

Симметрированием называется комплекс мероприятий, проводимых в процессе монтажа симметричных кабелей связи с целью уменьшения взаимных влияний между цепями кабеля. В этот комплекс входят методы взаимной компенсации влияний с отдельных участков линии (метод скрещивания цепей) и метод ослабления влияния с помощью контуров противосвязи.

В кабелях низкой частоты (НЧ), используемых в тональном диапазоне частот (до 4 кГц), преобладают электрические (емкостные) связи, а с магнитными связями можно в первом приближении не считаться. Поэтому на коротких участках кабеля взаимные влияния на ближнем и дальнем концах становятся одинаковыми и на первом этапе симметрирования их ослабление осуществляется путем уменьшения только емкостных связей.

Участки кабельной линии, на которых выполняется первый этап симметрирования НЧ кабелей, называется шагом симметрирования. Длина шага симметрирования обычно не превышает 17...20 км (для пупинизированных цепей кабеля он равен шагу пупинизации, т. е. 1,7 км). Основной задачей симметрирования НЧ кабелей является уменьшение взаимных влияний между цепями, расположенными внутри четверки.

Влияние между цепями различных четверок (межгрупповые связи), как правило, не превышает допустимых нормами значений. В отдельных случаях, когда значения емкостных связей между цепями различных групп оказываются выше допустимых нормами величин их уменьшают путем включения контуров противосвязи между соответствующими цепями. Конечной целью симметрирования НЧ кабеля является обеспечение требуемой защищенности от взаимных помех на ближнем и дальнем концах линии.

Симметрирование НЧ кабелей производится в три этапа: внутри шагов симметрирования, при соединении шагов и на смонтированном (усилительном) участке.

Основным способом уменьшения взаимных влияний между цепями НЧ кабелей на первом и втором этапах симметрирования является скрещивание цепей. Как указывалось выше, при скрещивании цепей стремятся осуществить компенсацию электромагнитных связей одного участка кабеля (А) связями другого участка кабеля (Б) путем соответствующего соединения жил цепей заданной четверки. Возможны восемь различных схем соединения жил, представленных. Каждая из этих схем условно обозначается оператором скрещивания, содержащим три индекса. Первый индекс определяет способ соединения первой основной цепи (нумерация цепей производится со стороны А), второй индекс — второй основной и третий индекс — фантомной (искусственной) цепи, образованной из цепей 1 и 2. Индекс (•) соответствует соединению цепей «напрямое», индекс (х) — соединению цепей со скрещиванием.

Значения коэффициентов связи и емкостной асимметрии связаны с частичными емкостями между жилами кабеля (рис. 8.25) следующими соотношениями:

Рис. 8.25. Эквивалентная схема образования емкостных связей и асимметрии внутри четверки	Рис. 8.26. Схемы симметрирования НЧ кабеля: а – семиточечная; б – трехточечная; в – одноточеченая.

Связи

- между основными цепями в четверке;

- между первой основной и фантомной цепями;

- между второй основной и фантомной цепями

Асимметрия

- первой цепи относительно оболочки;

- второй цепи относительно оболочки;

- фантомной цепи относительно оболочки.

Из этих соотношений нетрудно установить закономерности алгебраического суммирования емкостных связей и асимметрии для различных операторов скрещивания, представленных в табл. 8.5.

Выбор оптимального оператора скрещивания при уменьшении емкостных связей и асимметрии внутри шага симметрирования осуществляется обычно по критерию получения наименьшего максимального значения связи и асимметрии в каждой симметрирующей муфте.

Возможны и другие критерии, например получение минимального значения остаточной связи на всей секции симметрирования.

Скрещивание цепей внутри шага симметрирования (первый этап) может осуществляться по семиточечной, трехточечной и одноточечной схемам (рис. 8.26). Схема скрещивания цепей обычно задается проектом строительства линий. Выбор той или иной схемы зависит от средних арифметических значений емкостных связей и асимметрий в отдельных строительных длинах, которые определяются из паспортных данных. Семиточечная схема дает самый большой эффект ослабления связей, но она является наиболее трудоемкой.

Муфты, в которых производится симметрирование скрещиванием, называются симметрирующими; муфты, в которых осуществляется симметрирование с помощью скрещивания и включения компенсирующих конденсаторов, называются конденсаторными. Муфты, в которых все жилы соединяются «напрямое», т. е. без симметрирования, называются «прямыми».

При симметрировании по семиточечной схеме (рис. 8.26, а) сначала монтируются симметрирующие муфты А, затем - симметрирующие муфты Б и, наконец, - конденсаторная муфта К, в которой симметрирование производится скрещиванием цепей. Остаточные связи компенсируются конденсаторами. В этой же муфте с помощью конденсаторов осуществляется симметрирование смежных четверок.

По трехточечной схеме (рис. 8.26, б) вначале монтируются прямые муфты а, б, в, г, потом - симметрирующие муфты Б и в конце - конденсаторная муфта К.

В случае одноточечной схемы симметрирования (рис. 8.26, б) после монтажа всех прямых муфт осуществляется симметрирование скрещиванием и с помощью конденсаторов в муфте К.

Для обеспечения высокой эффективности симметрирования соединяемые в муфтах А, Б, В и К отрезки линии должны быть примерно одинаковой длины.

Симметрирование цепей на каждом шаге симметрирования осуществляется в следующей последовательности.

1. Производят монтаж прямых муфт.

2. Измеряют прибором ИЕА в муфтах А или Б и К значения связей и асимметрий ,,между цепями, расположенными внутри четверок соединяемых отрезков кабеля.

3. Измеренные значения связей и асимметрии записывают в табл. 8.5 (с примером заполнения).

4. Пользуясь приведенными в табл. 8.5 формулами для определения результирующих связей, определяют значения результирующих связей и асимметрии для каждого оператора скрещивания.

5. В соответствующие графы табл. 8.6 заносят максимальные значения остаточных связей для каждого оператора скрещивания и выбирают оператор скрещивания, при котором эти значения минимальны.

Таблица 8.5

Измеряе-мый пара-метр	Результат измерения на стороне		Результирующие связи при различных операторах
	А	В	. . .	х . .	хх .	. х .	. . х	х . х	х х х	х . х
	-30	45	15	-75	15	-75	15	-75	15	-75
	60	50	110	10	10	110	88	32	32	88
	45	28	73	73	17	17	95	95	-5	-5
	-85	-70	-155	-15	-15	-155	-2	-168	-168	-2
	67	83	150	150	-16	-16	-3	-3	137	137
	-130	200	70	70	70	70	-370	-370	370	-370
Максимальное значение остаточной связи и асимметрии			110	75	17	110	15	95	32	88
			150	150	70	155	370	370	370	370
Выбранный оператор соединения цепей			хх .

Возможны случаи, когда этот критерий для значений k и е не совпадает, т. е. по наименьшей максимальной величине емкостной связи (,,) следует выбрать один оператор скрещивания, а по значению остаточной асимметрии (,,) - другой. В этом случае, как правило, предпочтение отдается критерию уменьшения емкостных связей.

6. В соответствии с выбранным оператором соединяют проводники, затем измеряют остаточные связи и асимметрию смонтированных цепей.

7. Производят симметрирование скрещиванием цепей в дан­ной муфте остальных четверок кабеля.

8. Аналогичным образом уменьшают емкостные связи и асимметрию в других муфтах шага симметрирования.

9. В конденсаторной муфте вначале производят скрещивание цепей соединяемых участков шага симметрирования. В случае достижения допустимых значений емкостных связей и асимметрии (табл. 8.6) симметрирование внутри шага заканчивается.

Таблица 8.6

Емкостная связь и ассиметрия
Допустимое значение на шаге скрещивания, пФ	Среднее	10	10	30	20	10	100
	Максимальное	20	20	80	60	30	300

Примечание. - емкостная связь между искусственными цепями разных четверок;- между основными и искусственными цепями разных четверок;— между основными цепями разных четверок.

10. Если остаточные связи превышают эти значения, их уменьшают путем включения симметрирующих конденсаторов. Симметрирование конденсаторами осуществляется раздельно для емкостных связей и асимметрии.

Пример симметрирования остаточных емкостных связей кабельной четверки по результатам измерений ,,приведен в табл.8.7.

Подбор симметрирующих конденсаторов выполняется следующим образом. Из измерений (см. табл. 7.8) известно, что =-30 пФ. Это означает, что сумма частичных емкостей () меньше () на 30 пФ. Включив между жилами1-3 или 2-4 конденсатор емкостью 30 пФ, доведем значение до нуля. Однако если конденсатор подключить лишь к одной паре жил(1-3) или (2-4), то при этом изменятся величины и. Поэтому при симметрировании конденсаторы подключают к обеим парам жил (1-3) и (2-4) емкостью по 15 пФ. Аналогично определяют значения и схемы включения конденсаторов для ослабления и. Далее вычисляют суммарные значения емкостей дополнительных конденсаторов. Поскольку симметрия цепей не изменится при уменьшении емкости всех дополнительно включаемых конденсаторов на одинаковую наименьшую величину, из суммарных значений емкостей производится вычитание этого значения (в нашем примере 10 пФ).

Таблица 8.7

Измерение значения остаточных емкостных связей	Емкости симетрирующих конденсаторов, пФ, которые небходимо включить между жилами
	1-3	1-4	2-3	2-4
	15	-	-	15
	-	-	10	10
	-	15	-	15
Суммарное значение	15	15	10	10
Вычитаемая наименьшая величина емкости	10	10	10	10
Величина емкости включаемых конденсаторов	5	5	0	30

Рис. 8.27. Схема включения симметрирующих конденсаторов в кабельную четверку (к примеру табл. 7.8).

На рис. 8.27 показана схема включения симметрирующих конденсаторов для нашего примера. Такое уменьшение емкостей снижает число включаемых конденсаторов.

Для симметрирования применяют специальные влагостойкие и теплостойкие малогабаритные конденсаторы типов КТН-1 и КТН-2.

Конденсаторное симметрирование используется также для уменьшения емкостных связей между четверками.

Второй этап симметрирования состоит в соединении шагов симметрирования между собой путем скрещивания цепей по критерию достижения максимального значения переходного затухания. Двенадцать ближайших к станции муфт симметрирования цепей соединяют по результатам измерения переходного затухания на ближнем конце линии. Остальные муфты симметрирования соединяют по результатам измерения на дальнем конце линии. Измерения затуханий производят на частоте 800 Гц.

В случае достижения заданных норм для усилительного участка переходных затуханий процесс симметрирования заканчивается. Если значения переходных затуханий оказались ниже нормы, то производится ослабление взаимных помех с помощью контуров противосвязей, включаемых по концам усилительного участка.

В табл. 8.8 приведены этапы симметрирования НЧ кабелей.

Таблица 8.8

Этап симметрирования	Измеряемый параметр	Способ сим-метрирования	Норма	Место симметрирования
Внутри шага симметрирова-ния	, , , ,	Скрещивание	Наименьшая величина	Симметрирую-щая муфта
	, ,	Скрещивание и включение конденсаторов	См. табл. 7.7	Конденсатор-ная муфта
Соединение шагов симметри-рования	Переходное затухание на ближнем конце	Скрещивание	Наибольшая величина	12 муфт, ближайших к станции
	То же, на дальнем конце ()			Все остальные муфты
На смонтиро-ванном участке	Переходное затухание на дальнем конце	Включение контуров противосвязи	Защищиенность 61 дБ для двухпроводных и 65 дБ для четырех проводных систем передачи	Усилительная станция