Вторичные параметры передачи симметричных цепей

Вторичные параметры передачи следует рассчитывать по формулам (3.11, 3.14, 3.15, 3.16). Вторичные параметры с некоторыми допущениями можно выразить непосредственно через геометрические параметры цепейи параметры изоляционных материалов. Волновое сопротивление определяется

,. (5.20)

Затухание рассчитывается по формуле:

,. (5.21)

Коэффициент фазы и скорость распространения определяются

или,;

,,

где – скорость света в свободном пространстве,.

Для симметричных цепей, в которых (воздушные линии связи, ленточные кабели), волновое сопротивление и затухание рассчитывается по формулам:

;

. (5.22)

Первое слагаемое в (5.21) и (5.22) определяет потери в металлах, а второе – потери в диэлектрике. Потери в диэлектрике значительно меньше, чем потери в металле. С ростом частоты оба вида потерь возрастают – потери в металле пропорционально , а в диэлектрике – пропорционально частоте.

11. Физические процессы в световодах.

В отличие от обычных кабелей, обладающих электрической проводимостью и током проводимости I_пр, ОК имеют совершенно другой механизм - они обладают токами смещения I_см, на основе которых действует также радиопередача. Отличие от радиопередачи состоит в том, что волна не распространяется в свободном пространстве, а концентрируется в самом объеме световода и передается по нему в заданном направлении. Передача волны по световоду осуществляется за счет отражений ее от границы сердцевины и оболочки, имеющих разные показатели преломления (n₁ и п₂). В обычных кабелях носителем передаваемой информации является электрический ток, а в OK - лазерный луч.

В обычных широко используемых в настоящее время симметричных и коаксиальных кабелях передача организуется по двухпроводной схеме с применением прямого и обратного проводников цепи (рис. 4.1).

В световодах, волноводах и других направляющих средах (НС) нет двух проводников, и передача происходит волноводным методом по закону многократного отражения волны от границ раздела сред. Такой отражательной границей может быть металл-диэлектрик, диэлектрик-диэлектрик с различными диэлектрическими (оптическими) свойствами и др.

Граница раздела двухпроводных (двухсвязных) и волноводных (односвязных) НС характеризуется в первую очередь соотношением между длиной волны (λ) и поперечными размерами направляющей среды (d).

При λ>d должно быть два провода: прямой и обратный, и передача происходит по обычной двухпроводной схеме. При λ<d не требуется двухпроводная система, и передача осуществляется за счет многократного отражения волны от границ раздела сред с различными характеристиками. Поэтому передача по волноводным системам (световодам, волноводам и другим НС) возможна лишь в диапазоне очень высоких частот, когда длина волны меньше, чем поперечные размеры - диаметр НС.

Оптические микронные волны подразделяются на три диапазона: инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый. В настоящее время используются в основном волны длиной 0,7...1,6 мкм и ведутся работы по освоению ближнего инфракрасного диапазона: 2; 4; 6 мкм.

В разных системах используются различные среды (направляющая или открытая) и токи (I_пр и I_см). Особенности этих НС связаны с частотными ограничениями при передаче энергии.

Принципиально различен частотный диапазон передачи по волноводным и двухпроводным системам. Волноводные системы имеют частоту отсечки - критическую частоту f_o, ведут себя как фильтры ВЧ, и по ним возможна лишь передача волн длиной менее чем λ₀. Двухпроводные системы свободны от этих ограничений и способны передавать весь диапазон частот - от нуля и выше.

Основным элементом OK является волоконный световод, выполненный в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы. Волоконный световод имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с разными оптическими характеристиками (показателями преломления n₁ и п₂). Сердцевина служит для передачи электромагнитной энергии. Назначение оболочки: создание лучших условий отражения на границе «сердцевина-оболочка» и защита от излучения энергии в окружающее пространство. Снаружи располагается защитное покрытие для предохранения волокна от механических воздействий и нанесения расцветки. Сердцевина и оболочка изготовляются из кварца SiO₂, покрытие — из эпоксиакрилата, фторопласта, нейлона, лака и других полимеров.

12. Характеристики световодов. Затухание и дисперсия.

Дисперсия в световодах

С количеством мод, которые распространяются вдоль ВС, связано такое важное понятие как дисперсия. Дисперсия приводит к расширению оптических импульсов, которыми передается информация рис.7.9).Уширение импульсов определяется как

.

Рис. 7.9 – Уширение импульсов в ВС

Уширение импульсов вызывает их перекрытие или даже слияние, что приводит к появлению ошибки при передаче импульсных последовательностей. Дисперсия является погонным параметром, измеряется на длину линии в км.

Дисперсия обусловлена такими факторами:

- разностью скоростей модовых составляющих или лучей в ВС (межмодовая дисперсия);

- зависимостью скорости распространения света от длины волны оптической несущей;

- зависимостью показателя преломления от длины волны.

Cоставляющие дисперсии приведены на рисунке 2.28.

Рис. 7.10 - Виды дисперсии

Смысл межмодовой дисперсии легко понять с рис.7.6 а. Оптический импульс передается множеством лучей, каждый с которых по длине ВС, многократно отражаясь от границы сердцевине/оболочка, проходит разный путь. Кратчайший путь имеет осевой луч, время его распространения меньше, чем время распространения лучей, которые образуют моды высшего порядка. Поэтому увеличивается длительность оптического импульса. В одномодовых волокнах межмодовая дисперсия отсутствует (рис. 7.6 в).

Волноводная и материальная дисперсии образуют хроматическую дисперсию.

Рис. 7.11 - Спектр оптического излучателя

Этот вид дисперсии присутствует как в одномодовых, так и многомодовых волокнах. Он обусловлен тем, что ширина спектра оптического излучателя не равна нулю (рис. 7.11), он имеет множество составляющих. Каждая составляющая распространяется по ВС со своей скоростью, что и обуславливает волноводную дисперсию.

Кроме того, показатель преломления зависит от длины волны света, это обуславливает материальную дисперсию, потому что скорость распространения света в среде равна . Волокно характеризуется удельной дисперсией, приходящейся на ширину спектра излучения в 1мм, тогда хроматическая дисперсия определяется как

,

где - удельная материальная дисперсия,- удельная волноводная дисперсия,. На рис. 7.12 приведена спектральная зависимость хроматической дисперсии. Следует отметить, что удельная хроматическая дисперсияпрактически равна нулю на длине волны 1.3 мкм (рис.2.30). Разработаны ВС со смещенной дисперсией (рис.2.25), в которых хроматическая дисперсия отсутствует при=1.55 мкм. Все виды дисперсии объединены соотношением :,(с/км).

Дисперсия ограничивает длину регенерационного участка, поэтому на линиях с высокоскоростными ЦСП большой протяженности используются только одномодовые ВС.

Рис. 7.12-Спектральная зависимость удельной хроматической дисперсии

Дисперсия и затухание являются параметрами передачи оптических кабелей.

Затухание в волоконных световодах

Одним из основных требований, предъявляемых к любой системе передачи, является большая длина участка регенерации, которая определяется потерями в среде передачи. Поэтому важнейшим параметром ВС является его затухание. Затухание ВС зависит от нескольких факторов, и, в первую очередь, от материала световода и длины волны излучения. В таблице 7.2 приведены значения коэффициентов светоослабления (затухания) различных сред, а также для сравнения даны коэффициенты затухания кабелей и атмосферы..

Из приведенных данных следует, что оптическое волокно имеет достаточно малое затухание, которое зависит от длины волны излучения. На рис. 7.13 приведена спектральная зависимость затухания, на которой ярко выражены минимумы затухания в некоторых диапазонах длин волн. Эти диапазоны длин волн называются окнами прозрачности ВС. Центральные длины волн в этих окнах составляют: 0,85 мкм для первого, 1,3 мкм для второго и 1,55 мкм для третьего окон прозрачности. Первоначально для практического применения было освоено первое окно прозрачности, т.к. уже в середине 70-х годов существовали источники оптического излучения с длиной волны 0,85 мкм, это красная граница видимого спектра. В настоящее время освоены второе и третье окна прозрачности (невидимое излучение) и ведутся работы по освоению ближнего инфракрасного диапазона (=2–4 мкм). Освоение этого диапазона позволит несколько увеличить диаметр сердцевины одномодового ВС, что упростит технологию производства ВС.

Рисунок 7.13 – Спектральная зависимость затухания ВС

Таблица 7.2 – Затухание для различных сред передачи

Среда распространения	, дБ/км	, мкм
Обычное силикатное стекло	3000	0.4–0.8
Многокомпонентное стекло	30	0.4–0.8
Кварцевое волокно	7	0.85
Кварцевое волокно	2	1.3
Кварцевое волокно	0.5	1.55
Волокна на основе циркониевых стекол	0.01–0.005	2–10.6
Полимерные волокна	200–400	0.4–1.5
Атмосфера	10	0.85
Симметричный кабель	2–5	–
Коаксиальный кабель	8–13	–

Основными причинами возникновения потерь в ВС являются поглощение и рассеяние энергии. Потери вследствие поглощения подразделяются на собственные и несобственные. Собственное поглощение вызвано взаимодействием распространяющейся световой волны с компонентами материала световода и оболочки, не содержащего примесей. Поглощение энергии в этом случае ведет к квантовым переходам между различными электронными и молекулярными энергетическими уровнями вещества. Эти явления носят резонансный характер, чем объясняются всплески на кривых (рис. 7.13).

Несобственное поглощение обусловлено наличием примесей даже в ничтожном количестве, исчисляемом иногда единицами атомов примеси на миллион атомов собственного вещества. Особенно значительное поглощение вызывает наличие ионов некоторых металлов (медь, хром, железо, никель) и наличие в материале ионов гидроксильных групп ОН. Основным механизмом этих потерь является резонансное поглощение энергии атомами и ионами примесей на различных длинах волн.

В общем случае в BС в режиме линейной оптики (при малых значениях оптической мощности) наблюдается три основных вида рассеяния: рэлеевское, молекулярное и лучевое. Фундаментальным линейным эффектом является рассеяние Рэлея. Это рассеяние не зависит от интенсивности света. Оно обусловлено микролокальными флюктуациями показателя преломления вещества, которые, в свою очередь, возникают за счет микроскопических неоднородностей в материале, т.к. стекло имеет аморфную, а не кристаллическую структуру. Эти неоднородности намного меньше длины волны ирастут пропорционально . Эти потери являются неустранимыми.

Увеличение числа компонентов в стекле для формирования необходимого профиля показателя преломления увеличивает рэлеевское рассеяние. Кварцевое стекло имеет минимальные потери на рэлеевском рассеянии.

Полное затухание в материале волоконного световода определяется суммой потерь

;;,

где - потери вследствие поглощения;- потери вследствие рассеяния;- собственные потери;- потери рэлеевского рассеяния;- потери молекулярного рассеяния;- потери лучевого рассеяния.

Лучевое рассеяние возникает на крупных частицах, размеры которых больше длины волны излучения. Молекулярное рассеяние возникает на частицах соизмеримых с длиной волны оптической несущей.

Кроме этих потерь в кабеле возникают дополнительные - кабельные потери. При производстве волокна и в процессе его укладки в кабель возникают микро- и макроизгибы. Микроизгибы – это искажения прямолинейности оптического волокна в процессе его производства, макроизгибы возникают при укладке ОВ в кабель. Механизм потерь при микро- и макроизгибах ясен из рис. 7.14. На микроизгибах возникает рассеяние свет, на макроизгибах нарушается условие полного внутреннего отражения.

Рис. 7.14 – Механизм потерь на микроизгибах а) и макроизгибах б)

13. Устройство ввода и вывода энергии на ВОЛС. Определение длины регенерационного участка.

Оптический тракт ВОЛС содержит специальные устройства (оптические соединители) для соединения разных элементов друг с другом. Основные тре­бования к ним: малые оптические поте­ри, надежность, простота сборки, низкая стоимость.

Соединители волоконных световодов чаще всего строятся или на непосредственном торцевом соединении световодов, или с применением коллимирующих и фокусирующих элементов. Неза­висимо от оптической схемы соединители делятся на два класса: неразъемные и разъемные. Неразъемные соединители обеспе­чивают минимально возможные оптические потери, в свою оче­редь, разъемные соединители позволяют осуществлять много­разовое соединение различных устройств. При непосредственном соединении волоконных световодов их специально обработанные торцы соединяются друг с другом. В неразъемных соединителях (рис.15.4) удаляется часть оболочки, а сердечники сращиваются друг с другом с помощью сплавления, сварки или склеивания. Кор­пус соединителя 1, в который иногда помещают отрезки ме­таллических или керамических стержней 2, обеспечивает необхо­димую прочность соединения. Для качественного соединения во­локон в разъемных соединителях их торцевые поверхности поли­руют и шлифуют, стараясь сделать их плоскими и параллельными друг другу (перпендикулярными оси волокон). После этого сое­диняемые концы закрепляются в армирующих наконечниках, кото­рые обеспечивают требуемое совмещение световодов, прочное и надежное закрепление в соединителе [41].

При торцевом соединении одинаковых световодов оптические потери, в соединителе зависят от взаимного расположения све­товодов (рис.15.5) и от отражений от торцов световодов. Оценить зависимость оптических потерь от величины радиального смеще­ния ∆r/а, от углового рассогласования Θ и от величины зазора ∆z/a (рис.15.5) можно по формулам и графикам, приведенным в [41, 63]. Это позволяет выбрать необходимую точность совмещения воло­кон. Например, для обеспечения оптических потерь менее 0,5 дБ

радиальное смещение должно быть ∆r/ ≤ 0,2, что для многомодо-вых волокон с 2а≈50 мкм требует точность совмещения не хуже 5 мкм, а для одномодовых с 2а≈7 мкм-не хуже 0,7 мкм; угловое рассогласование на Θ= 1° приводит в многомодовых световодах к потерям порядка 0,3 дБ, а в одномодовых-0,8 дБ; оптические по­тери менее 0,5 дБ обеспечиваются в мнгогомодовых световодах при зазоре ∆r/a < 0,7, а в одномодовых при ∆r/a< 7. Соединители на основе торцевого соединения требуют при изготовлении весьма жестких допусков на положение соединяемых волокон. В настоя­щее время технология изготовления неразъемных соединителей хорошо отработана и обеспечивает потери порядка 0,1...0,ЗдБ. Однако жесткие допуски затрудняют создание качественных разъ­емных соединителей. Как правило, для обеспечения малых опти­ческих потерь в разъемных соединителях используются микролин­зы. Основным достоинством соединителей такого типа является слабая зависимость оптических потерь от взаимного расположе­ния микролинз, жестко связанных с волоконными световодами. На рис. 15.6 показаны некоторые схемы оптических соединителей с микролинзами. В этом случае излучение, выходящее из волокон­ного световода 1 с помощью линзы 2 преобразуется в широкий параллельный световой пучок (коллимируется), который с помо­щью второй фокусирующей линзы 3 вводится в выходной све­товод. Наиболее широкое применение нашли сферические (рис.15.5, а) и градиентные (рис.15.6, б) стержневые линзы. В схе­мах с линзами для получения малых оптических потерь требуется весьма высокая точность совмещения торцов световодов с фоку­сами линз. Например, в случае соединения многомодовых свето­водов для обеспечения оптических потерь менее 0,5 дБ требуется точность совмещения ±5 мкм [41]. Кроме того, в схемах со сферическими линзами нельзя крепить волокно на поверхно­сти линзы, поскольку фокус линзы находится на некотором расстоянии от нее. Градиентная стержневая линза представ­ляет собой отрезок цилиндрического стержня, выполненного из стекла, показатель преломления которого уменьшается от оси стержня к его боковой поверхности, как в градиентном световоде (см. 10.7). Распростране­ние световых пучков в таком стержне аналогично распрост­ранению в градиентном свето­воде. При определенной длине отрезок стержня ведет себя как линза, причем фокус такой лин­зы находится на торцевой по­верхности стержня. Это позво­ляет крепить волоконный световод непосредственно к торцу стержня.

Применяемые в нас­тоящее время оптические со­единители с микролинзами име­ют величину оптических потерь 0,5...2дБ[41].

Важной характеристикой световода является так назы­ваемая числовая апертура NA. Ее необходимо учитывать при стыковке и возбуждении воло­кон. Числовая апертура волокна равна NA=sin(φ_max), φ_max -наибольший угол падения лучей на то­рец световода (рис.15.7), при котором преломленный (вошедший в сердечник) луч испытывает полное отражение от границы раздела сердечник-оболочка. Лучи, падающие на торец под углами φ< φ_max, образуют лучи, распространяющиеся внутри сердечника (лучи 1 и 2 на рис.15.7). Если луч падает на торец под углом φ< φ_max, то преломленный луч попадает на оболочку под углом па­дения меньше критического (луч 3 на рис.15.7), что приводит к вы­теканию энергии из сердечника в оболочку. Используя законы Снеллиуса, нетрудно показать, что

При соединении разных волокон на оптические потери в сое­динителе кроме рассмотренных выше факторов, оказывают влия­ние отличия волокон в числовой апертуре, диаметре сердечников и в количестве распространяющихся волн [41, 42]. Например, если по входному световоду мощность P1переносится М₁ волнами, то при идеальном соединении его с выходным световодом, по кото­рому распространяется М₂ волн, в выходной световод можно пе­редать мощность Поэтому для обеспечения минимальных оптических потерь при соединении многомодовых световодов необходимо, чтобы полное число мод входного световода не превосходило полного числа мод выходного световода, т.е. M₂>M_1. При реализации однонап­равленных соединений это условие является и достаточным. Если же предполагается через соединение передавать мощность как в прямом, так и в обратном направлении, данное условие следует заменить строгим равенством.

Соединители источников излучения с волоконными све­товодами. Для ввода излученной источником мощности Р_и в воло­конный световод используют специальные устройства. Одним из главных параметров таких устройств является эффективность ввода ζ=Р_B/Ри, где Р_B - оптическая мощность, введенная в све­товод. Величина ζ, зависит от величины излучающей площадки источника, его диаграммы направленно­сти, спектрального состава излучения, диаметра сердечника и числовой аперту­ры световода, количества мод, возбуж­даемых источником, и количества мод, направляемых световодом, взаимного расположения источника и световода, па­раметров используемых микролинз и ря­да других факторов. В качестве источни­ков оптического излучения наиболее широ-

кое применение в ВОЛС находят светоизлучающие диоды (СИД) и полупроводниковые лазеры. Сравнительные характеристики СИД и лазеров приведены в [42]. По основным параметрам, в первую очередь по спектру излучаемых частот и диаграмме направленно­сти излучения, СИД значительно уступают лазерам. Однако благо­даря низкой стоимости, простоте изготовления и высокой надеж­ности они находят применение в ВОЛС небольшой протяженности, с низкой скоростью передачи информации, где можно использо­вать многомодовые световоды с достаточно большим диаметром сердечника 2а и большой числовой апертурой NА

Обычно для увеличения излучаемой мощности СИД выпол­няют со сравнительно большой излучающей площадкой, диаметр которой 2а_и, как правило, больше диаметра сердечника много-модового волокна. Каждый элемент излучающей площадки СИД имеет диаграмму направленности в виде поверхности вращения, сечение которой (рис.15.8) плоскостью, проходящей через перпен­дикуляр к излучающей площадке, описывается функцией cos φ. Поэтому СИД применяют для возбуждения многомодовых свето­водов, используя торцевое соединение: торец волокна прибли­жают непосредственно с излучающей площадке СИД (см. рис. 15.8). При этом отражения от торца волокна уменьшают или заполняя зазор между диодом и волокном иммерсионным маслом, коэф­фициент преломления которого равен коэффициенту преломления сердечника волокна щ, или наносят на торец волокна просвет­ляющее покрытие, выполненное из диэлектрика с коэффициентом преломления n=√n₁ и имеющее толщину Λ/4. Если а_и≤а, то излу­чение каждого элемента излучающей площадки диода попадает в волокно и переносится там с помощью направляемых волн, при­чем волокном направляется не вся мощность, излучаемая каждым элементом, а только та часть, которая излучается в пределах уг­лов φ≤arcsin NA. Если а_и> а, то излучение элементов излучающей площадки диода, расстояния от которых до точки пересечения продольной оси волокна с излучающей площадкой диода больше а ,не направляется волокном. В этом случае максимально достижимая

эффективность ввода при торцевом соединении СИД с многомодовым волокном составляет ζ_тах = (NАа/а_и)²[65], а при соединении СИД с градиентным волокном, имеющим параболиче­ский профиль и такое же значение NА, величина ζ_тах будет вдвое меньше. Применение фокусирующих линз в этом случае не увели­чивает, а наоборот, лишь уменьшает ζ из-за потерь в линзе. Обычно при вводе излучения СИД в многомодовое волокно опти­ческие потери составляют 14...20 дБ [41].

Для возбуждения одномодовых волокон СИД не используют из-за низкой эффективности ввода (ζ<<1, так как а<<а_и). В этом случае применяют разные типы лазеров. Наиболее широкое при­менение находят полупроводниковые лазеры с одинарной и двой­ной гетероструктурой [42]. В таких лазерах полосковой геометрии светящаяся площадка обычно имеет прямоугольную форму с раз­мерами а_ихb_и (рис.15.9), диаграмма излучения которой предс­тавляет несимметричный лепесток с углами раскрыва 2φ_х и 2φ_у в соответствующих плоскостях. Типичные значения: а_и = 2...6мкм, b_и = 20...100мкм, φ_х=10...20°, φ_у=5...10°. Благодаря столь малым размерам светящейся площадки и узкой диаграмме направлен­ности эффективность ввода излучения в волокно при торцевом соединении гораздо выше, чем у СИД. Например, потери при вво­де излучения лазера в многомодовое волокно составляют 6...7 дБ, а в одномодовое 8...12 дБ[41]. Для повышения эффективности ввода излучения лазера в волокно применяют разнообразные оп­тические согласующие элементы: разные типы микролинз, поме­щаемые на торце волокна (рис. 15.10), или сферические и гради­ентные микролинзы и их комбинации, помещаемые между лазером и волокном (рис.15.11). Отметим, что в случае, когда площадь из­лучающей площадки меньше площади сердечника световода, применение микрооптических линзовых элементов позволяет по­лучить ζ = 0,8...0,9. На эффективность ввода излучения в волокно влияют также факторы, рассмотренные при соединении волокон (децентровка, угловое смещение и т.д.). В настоящее время сред­ние оптические потери при вводе излучения лазера в стандартное градиентное волокно составляют около 1 дБ, а в одномодовое во­локнооколо 3...6 дБ [41]. Полупроводниковые полосковые лазеры идеально подходят для возбуждения полосковых световодов. На основе таких лазеров строят оптические интегральные схемы ,включающие источник излучения [64]. Отметим, что в настоящее время находят применение волоконные лазеры [42]. Это твердо­тельные лазеры, одним из элементов которых является воло­конный световод. Использование таких лазеров позволяет с высо­кой эффективностью вводить излучение в волоконные световоды, в том числе и в одномодовые.

Определение длины регенерационного участка

Длина регенерационного участка lру ВОЛС определяется передаточными характеристиками кабеля: его коэффициентом затухания a и дисперсией t.

Затухание кабеля приводит к уменьшению передаваемой мощности, что соответственно лимитирует длину регенерационного участка.

Дисперсия кабеля приводит к наложению передаваемых импульсов и как следствие к их искажению, и чем длиннее линия, тем больше вносимые искажения импульсов, что, в свою очередь, также накладывает ограничения на пропускную способность кабеля ∆F.

Длина регенерационного участка должна удовлетворять значениям, как затухания, так и дисперсии. Поэтому производится расчет длины регенерационного участка сначала исходя из допустимого значения по затуханию , затем исходя из требуемых значений дисперсии и пропускной способности. Из полученных двух значенийидлин регенерационного участка выбирается наименьшее значение как отвечающее условиям затухания и дисперсии.

Допустимая длина регенерационного участка ВОЛС по затуханию км, определяется исходя из энергетического потенциала аппаратуры Ώ:

, (1.4.1)

lру = (43-5-1,54)/(0,95+7,64)=4.24 км

где Аз - энергетический запас системы (в среднем - 5 дБ), необходимый для компенсации эффекта старения аппаратуры и ОК компенсации дополнительных потерь, возникающих после проведения ремонтных работ на кабеле, случаев некачественного сращивания сростков ОК и других отклонений параметров участка в процессе эксплуатации.

Для расчета длины регенерационного участка по пропускной способности определим расчетную пропускную способность световода на 1 км длины (Мбит-км/с)

∆Fx=1/τ, (1.4.2)

где τ - дисперсия, c/км.

∆Fx=1/7,49*10-9=130 Мбит/с

Длина регенерационного участка по пропускной способности км. определяется из выражения

∆Fx=∆F, (1.4.3)

где ∆F - скорость передачи волоконно-оптической системы, Мбит/с.

=14.61 км

Из полученных значений ивыбирается наименьшее, которое и будет являться значением длины регенерационного участка. Из данных расчетов можно сделать вывод, что длина регенерационного участкабудет равна 4.24 км.

Рисунок 1.1 Структурная схема волоконно-оптической системы передачи

14. Физическая сущность электрического и магнитного влияния между цепями кабелей связи. Электрическая и магнитная связь.

Индуцированные напряжения и токи опасного и мешающего влияний удобнее рассматривать, когда влияющей цепью (1) является однопроводная цепь, подключенная к источнику энергии. Цепь, подверженная влиянию (2), рассматривается как пассивная, никаких токов и напряжений, кроме индуцированных, в ней нет. Также будем считать цепи однородными по длине и параллельными в пределах сближения, длину цепей равной , а сопротивление земли. Обозначим электрические влияния символами, магнитные влияния –.

Электрические влияния. Если цепь 1 находится под напряжением , то через емкостную связь между проводами цепей1 и 2 и изоляцию ток переходит с провода цепи 1 на провод цепи 2 (рис.3.4.). Когда цепи короткие и волновые процессы можно опустить, то напряжение постоянно по всей длине сближения. Введем характеристику электрического влияния – это коэффициент электрической связи, являющийся коэффициентом пропорциональности между напряжением во влияющей цепи и индуцированным током цепи, подверженной влиянию.

,

где - проводимость изоляции между проводами цепей1 и 2 на 1 км сближения;

- емкость между проводами цепей 1 и 2 на 1 км сближения.

(3.2.)

Напряжение, индуцированное из-за электрического влияния, действует между проводом и землей. Поэтому ток , перешедший с цепи1 на цепь 2, будет протекать через нагрузки, включенные в цепь в одном направлении, и по каждой из них пройдет ток .

Электрическое влияние ЛЭП и тяговых сетей на цепи автоматики, телемеханики и связи имеет смысл учитывать лишь тогда, когда обе линии воздушные, т. к. металлические защитные покровы кабелей или слой земли, покрывающий подземный кабель, практически полностью устраняют воздействие электрического поля.

Магнитное влияние (МВ).Допусти сначала, что цепь 2, подверженная влиянию, также однопроводная. Когда во влияющей цепи 1 протекает переменный ток , то в результате магнитной индукции по всей длине цепи2 будет индуцироваться ЭДС, действующая вдоль провода, называемая продольной.

Значение продольной ЭДС определяется проще, когда ток во влияющей цепи не изменяется в пределах всего сближения. Практически это может быть при электрически коротких цепях.

Введем характеристику магнитного влияния – это коэффициент магнитной связи , показывающий полное взаимное сопротивление цепей1 и 2 на 1 км параллельного сближения.

,

где - сопротивление общей заземленной части цепей 1 и 2 на 1 км сближения;

- взаимная индуктивность между цепями 1 и 2 на 1 км сближения.

; (3.3.)

Величины ( ,,,), которые учитываются в формулах (3.2.) и (3.3.) называются первичными параметрами влияний. Определив их значения и подставив в формулы (3.2.) и (3.3.), а результат в (3.1.), можем рассчитать электромагнитные влияния на однопроводной цепи, сравнить с нормой и принять необходимые меры защиты.

Результирующее значение величины для I определяется по закону Кирхгофа.

Значение U по квадратичному закону:

15. Первичные параметры влияния. Мостовые схемы электрической и магнитной связи.

В кабеле наличие изоляции, небольшие расстояния между жилами, их несимметричное взаимное расположение и с металлическими защитными покровами создают дополнительные связи между цепями. Эти причины увеличивают влияние за счёт потерь в диэлектрике и металле.

Как известно, электрические связи между цепями определяются по формуле:

,

а магнитные связи:

Эквивалентные схемы электрической и магнитной связей между цепями показаны на рис.2(а,б).

На рис.2 показаны две цепи:

жила 1-2 -

влияющая - цепь 1;

жила 3-4 - подверженная влиянию - цепь 2.

-частичные ёмкости;

- частичные проводимости;

- частичные индуктивности;

- частичные сопротивления.

Связь между цепями будет отсутствовать, если электрический мост будет сбалансированным.

Рассмотрим природу и характер действия электрических и магнитных связей между цепями.

Емкостная связь. С12 является результатом асимметрии частичных ёмкостей между жилами влияющей и подверженной влиянию цепей (рис.2а). Частичные ёмкости образуют так называемый мост. Если мост симметричен и находится в уравновешенном состоянии, то перехода энергии из цепи 1 в цепь 2 не будет.

Условием симметрии моста является равенство:

.

Связь между цепями будет осуществляться, если мост неуравновешен. Эта связь является причиной возникновения мешающих влияний между цепями связи и называется ёмкостной связью:

. (1)

Индуктивная связь по аналогии может быть представлена мостом частичных индуктивностей, имеющих трансформаторную связь (рис. 2,б). Здесь имеем дело с магнитными потоками. Условием симметрии моста является выражение:

.

Коэффициент индуктивной связи характеризует асимметрию моста и соответственно степень перехода энергии из цепи 1 в цепь 2, т. е. будет наблюдаться мешающее влияние одной цепи на другую:

. (2)

Активная составляющая электрической связи g12 обусловлена асимметрией потерь энергии в диэлектрике. В этом случае плечи моста представляют собой эквивалентные потери энергии в диэлектрике, окружающем кабельные жилы, (рис. 2,а).

Если по жилам кабеля протекает переменный ток, то диэлектрик вносит потери, пропорциональные проводимости изоляции

.

Если диэлектрик неоднороден по своим электрическим свойствам, или толщина изоляции жил различна, или кабель деформирован в разных местах и т. д. , то частичные проводники диэлектриков

будут неодинаковы. Это нарушает симметрию моста и создаёт условия для взаимного перехода энергии между цепями. Активная составляющая электрической связи:

. (3)

Активная составляющая магнитной связи r12, или так называемая активная связь, обусловлена вихревыми токами. При прохождении переменного тока по цепи кабеля в соседних жилах за счёт переменного магнитного поля наводятся вихревые токи, вызывающие дополнительные потери энергии в цепи передачи. Аналогичные потери имеют место в экране, свинцовой, алюминиевой оболочке и других металлических частях кабеля.

Несимметричность расположения жил одной цепи относительно жил другой цепи и металлических оболочек кабеля, а также применение жил различного диаметра и электрических свойств приводят к асимметрии потерь на вихревых токи, что проявляется в виде расстройки моста связей (рис. 2,б). В результате создаётся асимметрия активных потерь энергии, характеризуемая связью

. (4)

Величина активной связи тем больше, чем больше различаются жилы по активному сопротивлению и потерям энергии на вихревые токи в соседней цепи, экране, оболочке и других металлических частях кабеля.

Активная составляющая электрической связи обуславливается асимметрией потерь в диэлектрике, а активная составляющая магнитной связи - асимметрией потерь в металле.

Величины называются первичными параметрами влияния.

16. Вторичные параметры влияния.

Величина переходного затухания А, характеризующая затухание токов влияния при переходе с 1-ой цепи на вторую называется вторичными параметрами влияния.

Как уже указывалось ранее, при взаимных влияниях всегда учитывают совместное действие электрического и магнитного полей и поэтому необходимо рассматривать отдельно влияние на ближнем и дальнем концах.

Коэффициенты электромагнитной связи между цепями в кабеле на ближнем и дальнемконцах определяются:

- на ближнем

, См/км;

- на дальнем

, См/км.

Эти коэффициенты зависят от частоты.

Рассмотрим зависимость электромагнитной связи от частоты.

В кабельных цепях необходимо учитывать все четыре первичных параметра влияния, причем в зависимости от частоты соотношение и удельная значимость их меняется.

Примерное соотношение отдельных связей в строительных длинах при разных частотах от общей величины связи представлено на рисунке 3.

Из графика следует:

1) В области НЧ (тональный спектр) доминируют емкостные связи , другие составляющие связей в этом диапазоне можно не учитывать;

2) С возрастанием частоты увеличивается удельная значимость магнитного влияния и, уже начиная примерно с 35 кГц, индуктивные связи становятся равными емкостным ;

3) Активные связи и, практически равные нулю на низких частотах и при постоянном токе, в области ВЧ существенно возрастают, В среднем соотношение активных и реактивных составляющих равно;;

4) Индуктивные и ёмкостные связи в кабелях соотносятся как: . Для кабелей со звездной скруткойОм , т.е.Гн/Ф. Поэтому, если известны величины(которая обычно нормируется в ТУ на кабели связи), то легко определить и величину. Так еслипФ на строительную длину кабеля, тонГн.

При ВЧ передаче по кабелям необходимо считаться со всеми составляющими связей. В области НЧ достаточно учитывать лишь ёмкостную связь, а с остальными можно не считаться.

17. Меры защиты от взаимных влияний. Методы симметрирования.

Скрещивание цепей воздушных линий

Переходное затухание между нескрещенными цепями недопустимо велико. Для его уменьшения все двухпроводные цепи скрещивают, т.е. периодически меняют их провода местами.

При скрещивании цепи токи влияния, поступающие в нагрузки, включенные на концах цепей с каждых двух соседних участков, имеют противоположное направление и общее влияние между цепями уменьшается.

Такое положение равносильно изменению знака коэффициентов электромагнитной связи при скрещивании. Если на первом участке считать K0величиной положительной, то на втором участке после скрещивания K0 отрицательна, на третьем - снова положительна и т.д.

При скрещивании обеих цепей в одном месте уменьшение влияния не будет, так как K0 и Kl дважды изменяют свой знак. Поэтому при подвеске на линии нескольких цепей каждая из них должна быть скрещена по своей схеме. Однако полная компенсация токов влияния скрещиванием все таки невозможна, так как токи влияния на ближний конец с отдельных участков отличаются по амплитуде и фазе. При нечетном числе участков всегда остается полностью нескомпенсированный участок, называемый неуравновешенной длиной линии. Линии связи всегда многопроводны и имеют различную длину. Поэтому скрещивание удобнее устраивать отдельными участками, секциями, на которых заканчивались бы схемы скрещивания всех цепей и отсутствовала неуравновешенная длина линии.

Секции составляют из 2n-элементов, где n ¾ целое положительное число. За длину элемента принимают отрезки линии, равные одному, двум, трем пролетам. Чем больше в секции элементов, тем больше можно получить различных схем скрещивания.

На протяжении секции можно получить 2N-1 различных схем скрещивания.

Практически применяют секции из 8, 16, 32, 64, 128 и реже 256 элементов. Секции из 128 и 256 элементов называют основными, а остальные ¾ укороченными.

При проектировании и строительстве воздушных линий в первую очередь размещают основные секции, так как они позволяют получить лучшую взаимную защищенность для большого количества цепей. Укороченные секции применяют, если на линиях не укладывается целое число основных секций.

При составлении схемы скрещивания пользуются условными обозначениями, называемыми индексами.

Скрещивание цепей через равные промежутки (рис. 1) обозначают одноцифровыми индексами.

Через один эемент ¾ 1, через два элемента ¾ 2, через четыре ¾ 4 и т.д. Эти индексы и схемы скрещивания называют основными. Схемы, обозначаемые двумя индексами, получаются наложением основных схем. Например, если цепь, скрещенную по индексу 1, вторично скрестить по индексу 2, то через каждые два элемента скрещивания совпадут. Два скрещивания в одной точке взаимно компенсируются, и в результате цепь будет скрещена по индексам 1-2.

Цепь, скрещенную по индексам 1-2, можно дополнительно скрестить по индексу 8, и тогда схема скрещивания будет определяться индексами 1-2-8 и т.д.

Увеличение переходного затухания на ближний конец между скрещенными цепями зависит от схемы взаимной защищенности, которая определяется скрещиваниями цепей, не совпадающими при наложении схем друг на друга.

Например, если одна цепь скрещена по индексам 1-4, а вторая по 1-8 (рис. 1), то, наложив одну схему на другую, можно видеть, что схема взаимной защищенности имеет индексы 4-8.

Следовательно, для того, чтобы установить схему взаимной защищенности между любыми цепями, достаточно исключить одинаковые индексы из схемы скрещивания обеих цепей. Оставшиеся индексы и будут определять схему взаимной защищенности.

Симметрирования кабелей связи

Кабельные цепи в строительных длинах одного и того же типа кабеля всегда имеют различные электрические характеристики ( в пределах допустимых ТУ), и от того, как они будут соединены, зависит их защищенность от взаимных влияний и влияний внешних источников. Поэтому при выполнении монтажных работ с симметричными кабелями проводят симметрирование.

Симметрированием называют комплекс мероприятий, направленных на уменьшение влияний.

Взаимные влияния возникают в результате наличия между цепями электромагнитных связей. При этом в НЧ (до 4 кГц) кабелях преобладают электрические связи, а в ВЧ ¾ 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.

Скрутка кабельных цепей. Для уменьшения взаимных и внешних влияний изолированные жилы симметричных кабелей скручиваются в группы звездной (четверочной) или парной скруткой.

При звездной скрутке четыре изолированные жилы располагаются по углам квадрата, чем достигается симметричное расположение жил одной цепи относительно жил другой, и, таким образом, снижается влияние вследствие поперечной асимметрии. Однако строго симметричного расположения жил получить невозможно из-за конструктивных неоднородностей. Влияние между цепями различных четверок уменьшается скруткой.

Скрутка жил не только снижает влияние вследствие поперечной симметрии, но и уменьшает продольную асимметрию, так как выравниваются расстояния жил относительно оболочки.

Действие скрутки аналогично скрещиванию проводов на воздушной линии связи. 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.

С учетом требований к гибкости и устойчивости конструкций кабеля длину шагов скрутки в группы принимают равной 100-300 мм, а повивов ¾ 400-600 мм (кабели дальней связи).

Шаги скрутки различных групп должны быть согласованы. Подбор и согласование шагов производится по участкам, называемым секциями симметрии или секциями защиты.

Длина секции не должна быть больше одной восьмой длины волны высшей передаваемой частоты.

Согласование шагов каждой группы со всеми остальными находится в зависимости от спектра передаваемых частот. Если кабель НЧ, то при четном количестве групп в повиве достаточно взять два согласованных шага I, II и чередовать так, как показано на рис. 1.

При нечетном количестве групп в повиве потребуется 3 различных шага для того, чтобы избежать появления соседних групп, скрещенных с одинаковым шагом.

В ВЧ кабелях шаги скрутки всех групп должны быть неодинаковы и согласованы между собой.

Это объясняется тем, что в НЧ кабелях влияние между цепями обусловлено только одной емкостной связью, для которой промежуточные группы действуют как экран. В ВЧ кабелях необходимо считаться со всеми видами связи.

Для уменьшения влияния между группами, находящимися в соседних повивах, последние скручиваются в разные стороны, и шаги скрутки согласовываются с шагами скрутки групп.

При пучковой скрутке (городские кабели) повивы в пучках скручиваются 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.

Изобразим кабель, содержащий одну четверку, помещенную в оболочку (рис. 2).

Переход энергии на кабельные цепи происходит через землю и защитные металлические оболочки кабеля.

18. Особенности влияния ЛЭП и электрифицированных железных дорог на сооружения связи.

ВЛИЯНИЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Электроэнергия может передаваться по ЛЭП переменного и постоянного токов (рис. 11.6). Напряжения ЛЭП переменного тока: 3,3; 6,6; 11; 35; 220; 500 и 1050 кВ. Напряжения ЛЭП постоянного тока: 400; 500; 600; 800; 1000 кВ. Разрабатываются ЛЭП на 1500 кВ. На ЛЭП переменного тока используют, как правило, трехфазный ток (рис. 11.7). Режимы работы: 1) симметричный с изолированной нейтралью (рис. 11.7, а) или с заземленной нейтралью (рис. 11.7, б); 2) несимметричный по схеме «два провода-земля» (рис. 11.7, в). Линии с изолированной нейтралью применяются при напряжениях не свыше 35 кВ. При больших напряжениях, исходя из техники безопасности, нейтрали обязательно заземляются.
Рис. 11.6. Линия электропередачи переменного тока	Рис. 11.7. Режим работы ЛЭП: а - симметричный с изолированной нейтралью; б - то же, с заземленной нейтралью; в - несимметричный; «два провода - земля».

Влияния, оказываемые ЛЭП на линии связи, могут быть электрическими и магнитными. В зависимости от режима работы ЛЭП преобладает то или иное влияние. Симметричные системы обладают высоким потенциалом и создают большие электрические воздействия (). Несимметричные системы (с заземленной фазой) в аварийном режиме имеют большой уравнительный ток и являются источником сильных магнитных воздействий (). Заземленные ЛЭП оказывают гальваническое влияние.

Отметим, что линии связи находятся под влиянием ЛЭП как переменного тока, так и постоянного. Первые влияют в основном на частоте 50 Гц и на высших гармониках (главным образом в тональном диапазоне частот). Влияние вторых обусловлено наличием пульсирующих составляющих при выпрямлении тока преимущественно ртутными выпрямителями. Влияние гармонических составляющих распространяется на диапазон порядка 30 кГц и ухудшает качество трехканальных ВЧ систем передачи.

Сравнивая агрессивное воздействие ЛЭП переменного и постоянного токов на ЛС, можно отметить, что первые действуют гораздо сильнее, чем вторые, и требуют относа линий связи на значительное расстояние. По диапазону частот наиболее вредное воздействие оказывают ЛЭП постоянного тока (табл. 11.1).

Таблица 11.1

Показатель	Ток
	переменный	постоянный
Частота, кГц	0,05…3	0…30
Сила влияния, усл. ед.	50	1
Относ трассы, км	5	0,1
Характер влияния	Опасное	Опасное, мешающее

При рассмотрении влияний на цепи связи различают нормальный, вынужденный и аварийный режимы работы высоковольтных линий.

Под нормальным понимается такой режим, при котором линия работает постоянно. Вынужденный режим - это тот, при котором линия вынуждена работать определенный промежуток времени в режиме, отличающемся от нормального. Аварийный режим возникает при нарушении нормальной работы высоковольтной линии, например при обрыве и заземлении провода одной из фаз трехфазной линии с заземленной нейтралью. При заземлении одной из фаз линии с изолированной нейтралью возникает неуравновешенное напряжение, равное 1,103 линейного напряжения

Влияющий ток, замыкающийся на каждой паре проводов высоковольтной линии, принято называть током прямой последовательности, а замыкающийся в цепи «провод—земля» - током нулевой последовательности. Наибольшее влияние на ЛС оказывают токи нулевой последовательности.

11.1.5. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Контактные сети магистральных и пригородных электрифицированных железных дорог, трамвая, троллейбуса (рис. 11.8) также оказывают влияние на линии связи. Напряжения в контактных сетях постоянного тока: трамваи и троллейбусы - 0,6 кВ, пригородная эл. ж. д. - 3,3 кВ. Напряжения в сетях переменного тока магистральных эл. ж. д. 25 кВ.

Электрифицированный транспорт представляет собой однопроводную несимметричную систему с использованием земли (рельсов) в качестве обратного провода, в которой протекает сильный неуравновешенный ток и возникает сильное магнитное влияние (). Ток в контактных сетях эл. ж. д. может достигать нескольких сотен ампер.

Электрифицированный транспорт является источником и опасного, и мешающего влияний на ЛС. Наряду с магнитным существует гальваническое влияние.

Электрифицированные железные дороги переменного тока влияют в основном на частоте 50 Гц и в диапазоне тональных частот; эл. ж. д. постоянного тока за счет высших гармонических составляющих при выпрямлении тока действуют как в тональном, так и в высокочастотном диапазоне (до 30 кГц).

Сравнивая агрессивное воздействие на ЛС линий электропередачи и эл. ж. д., можно установить (табл. 11.2), что эл. ж. д., как однопроводная система, оказывает существенно более сильное и длительное влияние, чем ЛЭП.

Таблица 11.2

Показатель	ЛЭП	Эл. ж. д.
Трасса	Неизвестна	Известна
Длительность действия	Кратковременно	Длительное
Схема влияния	Симметричная	Несимметричная
Сила влияния (условная единица)	1	10-20

Рис. 11.8. Электрифицированная железная дорога.

Однако протяженность ЛЭП по стране значительно больше, и, кроме того, при новом строительстве часто неизвестно, где пройдет трасса этих линий, поэтому существенно сложнее обеспечить должную защиту от них.

Таблица 11.3

Параметр	Грунт
	слабый чернозем	глина	суглинок	известняк	песок	Гранит
Удельная проводимость, См/м	0,2	0,1	0,05	0,02	0,01	0,001
Критические расстояния, м	200/300	260/3100	350/560	480/830	600/1200	14100 /3800

Примечание. В числителе указано значение для эл ж. д., а в знаменателе - для ЛЭП.

В табл. 11.3 приведены допустимые критические расстояния, м (средние значения), сближения кабеля связи (МКСБ-4х4) с ЛЭП и эл. ж. д. Из таблицы видно, что чем хуже грунт, т. е. меньше его удельная проводимость, тем дальше надо относить трассу кабеля от ЛЭП и эл. ж. д.

19. Меры защиты от опасных и мешающих влияний. Экранирование кабелей связи.

При проектировании линий сильного тока или линии А. ,Т. и С. необходимо размещать их трассы таким образом, чтобы избежать появления в цепях А., Т. и С. индуктированных напряжений и токов, превышающих допустимые величины. Если сделать это нельзя, по местным условиям или по экономическим соображениям, то применяются меры защиты.

Таблица 3

Линия	Меры защиты от влияний
	опасного	мешающего
ЛЭП, контактная сеть	Уменьшение t КЗ; снижение IКЗ , подвеска защитных тросов, включение в контактную сеть отсасывающих трансформаторов.	Транспозиция проводов, подвеска защитных тросов, отсасывающих трансформаторов, включение в контактную сеть фильтров.
Линия АТС	Применение разрядников, дренажных катушек, разделительных трансформаторов, замена ВСЛ кабельной	Дренажные катушки, отказ от работы по однопроводным цепям; замена крюкового профиля траверсным. Замена ВЛС кабельной.

Разрядники РБ-280, Р-350, Р-35, РВНШ-250, РВН- 250.

Разрядники типа РБ-280 включаются между проводом и землёй и срабатывают в случае, когда индуктированное напряжение относительно земли превышает их разрядное напряжение.

Обозначение:Р - разрядник; Б - бариевый; 280 В - среднее разрядное напряжение. Отклонение допускается ± 30 В.

Устройство. Разрядник состоит из колбы, в которой помещаются 2 электрода, в состав которых входит барий. Колбы заполняются аргоном. Разрядники должны выдержать ток 30 А в течение 10 сек.

Неодинаковое разрядное напряжение разрядников, подключённых к проводам 2-проводной телефонной цепи, вызывает опасность акустического удара. При появлении на проводах цепи индуктированного напряжения один из разрядников срабатывает по времени раньше другого, подключённого ко 2-му проводу, и индуктированная энергия со 2-го провода будет отводиться в землю через телефон и работающий разрядник 1-го провода (рис. 2 ). В результате возможно резкое колебание мембраны телефона с большой амплитудой и, как последствие, - акустический удар, могущий привести к нарушению слуха.

Для защиты от акустического удара применяются диоды, включаемые параллельно телефону и шунтирующие его при появлении на проводах индуктированного напряжения.

Такие устройства называются ограничителями акустического удара (фриттер). Расчётами определяются места установки разрядников РБ - 280 и сопротивления заземления для них.

Кол-во разрядников на 100 км линии для уплотнённой цепи 15 штук, для неуплотнённой - 25.

Устройство разрядников Р-350, Р-35 аналогичное РБ-280, только колба имеет цилиндрическую форму. Р-350 - двухэлектродный, а Р-35 - трёхэлектродный.

РВН-250, РВНШ-250 отличается тем, что последовательно с разрядником включается веллитовое сопртивление. Оно имеет ВАХ:

Оно включается в тех цепях, у которых рабочее напряжение меньше остаточного напряжения на разряднике.

Разрядник Р-350 имеет стеклянный баллон, наполненный аргоном или водородом, в котором имеются 2 металлических электрода, в состав которых входит барий. На оба конца баллона надеты латунные колпачки с ножевыми контактами, соединёнными с электродами.

Разделительные трансформаторы. Величина индуктированной продольной ЭДС на проводах 2-хпроводной цепи может быть уменьшена путём деления цепи на отдельные, гальванически не соединённые между собой участки с помощью разделительных трансформаторов Ртр1 - Ртр3 (рис. 4).

Количество устанавливаемых трансформаторов ,

где - ЭДС,

индуктированная на всём участке;

- допустимая ЭДС.

Трансформаторы должны пропускать необходимую полосу частот, иметь достаточную электрическую прочность изоляции, малые частотные искажения в пропускаемой полосе частот и малое затухание.

Недостаток - невозможность передачи постоянного тока, что необходимо для измерения цепей.

Дренажные катушки.

Для уменьшения помех и снижения опасности акустического удара разрядники Р-350 включаются вместе с дренажной катушкой (рис. 5)

Две полуобмотки катушки, намотанные на общий сердечник из ферромагнитного материала, препятствуют замыканию цепи во время пробоя разрядников. При работе 1-го из разрядников во 2-ой полуобмотке, включённой с ещё не работающим разрядником, индуктируется ЭДС, увеличивая U провода относительно земли, и тем самым ускоряется срабатывание 2-го разрядника. Дренажная катушка должна быть симметричной и пропускать Iдоп.

Экранирование.

Уменьшение опасных и мешающих влияний возможно с помощью экранов. Практически экранами могут быть :

1) металлические защитные оболочки и броневые покровы кабелей;

2) тросы, подвешиваемые на влияющих линиях;

3) рельсы и т. д.;

4) металлические трубопроводу и другие металлические сооружения, расположенные вдоль участка сближения, а также

5) лесные насаждения, разделяющие трассы линий.

Экранирование на НУ заключается в следующем:

Пусть имеем (рис. 6):

1- влияющий провод;

2- провод, подверженный влиянию;

Э- металлический экран.

Когда по проводу 1 протекает I1, то в экране и проводе 2 появятся индуктированные ЭДС, векторы которых ЕЭ и Е2 (рис. 7) будут отставать от I1 на 90°.

Индуктированная в экране ЭДС вызовет в нём ток IЭ, который будет отставать от ЕЭ на угол j. Ток IЭ в свою очередь возбуждает в проводе 2 ЭДС Е2Э, которая будет отставать от него на 90°. Результирующая ЭДС в проводе 2 определяется геометрической суммой Е2 и Е2Э, которая будет тем меньше, чем ближе угол j к 90°. Угол j зависит от соотношения индуктивного и активного сопротивлений экрана.

Таким образом, защитное действие экрана будет тем больше, чем меньше и большеиндуктивность. Следовательно, защитное действие медного троса больше, чем сталеалюминиевого и стального. Защитное действие оболочки кабеля из алюминия больше, чем из свинца. Броня кабеля из стальных лент с повышеннойдаст больший экранирующий эффект, чем обычная броня из стальных лент. Чем чаще и лучше экран заземлён, тем эффективность его больше.

Количественно экранирующее действие экранов оценивается коэффициентом экранирования S0.

Коэффициентом экранирования называется отношение ЭДС, индуктированной в проводе при наличии экрана, к ЭДС, индуктированной при его отсутствии:

Коэффициент экранирования также оценивается через параметры сопротивлений между цепями:

Коэффициент экранирования рельсов

Таблица 4

Проводимость Земли,	Электрифицированный участок		Неэлектрифицированный участок
См/м	Однопутный	2-х путный	Однопутный	2-х путный
1×10-3 - 10×10-3	0,45 - 0,50	0,40 - 0,45	В среднем	В среднем
10×10-3 - 50×10-3	0,50 - 0,55	0,45 - 0,50	0,85	0,80
50×10-3 - 100×10-3	0,55 - 0,60	0,50 - 0,55	-	-

Коэффициент экранирования заземлённых тросов

Таблица 5

Сопротивле-	Коэффициент экранирования при сечении троса, мм
ние r,	50		120
Ом/м	медного	алюминиевого	медного	алюминиевого
5 - 100	0,65	0,7	0,58	0,6
100 - 500	0,58	0,63	0,52	0,53

где - полное взаимное сопротивление между влияющим проводом и экраном (рис. 7.11)

- то же между проводом 2 и экраном Э;

- то же между проводами 1 и 2;

- полное сопротивление экрана, включая сопротивления заземлений.

При определении рельсов электрифицированных железных дорог следует учитывать экранирующее действие обратного тягового тока Im, текущего в рельсах. Рельсы полностью не изолированы от земли, и поэтому обратный Im частично проходит в земле. Im обратное наибольше в рельсах будет у тяговых подстанций и у электровоза, а наименьшее посередине между электровозом и подстанцией.

Значение величины коэффициента экранирующего действия соседних жил кабеля 7´4´1,2, а кабеля 14´4´1,2 -.

При определении величины электрического влияния на цепи ВЛ учитывают экранирующее действие заземлённых тросов, подвешиваемых на ЛЭП, и деревьев, .

Экранирующее действие деревьев учитывают лишь в том случае, если линии проходят через лес по отдельным просекам.

Отсасывающие трансформаторы.

Отсасывающие трансформаторы применяются для уменьшения магнитного влияния тяговых сетей электрических железных дорог переменного тока. Это силовые трансформаторы с n=0,8 ¸ 1, р ³ 800 кВА, первая обмотка которых включается последовательно в тяговую сеть, а вторая - в провод обратного тока (ПОТ), подвешиваемый на опорах тяговой сети (рис. 8) или в рельсы (рис. 9).

При протекании Im по первым обмоткам трансформаторов во вторых обмотках и проводе обратного тока будет проходить ток, близкий по величине току тяговой сети, но обратного направления.

Таким образом, несимметричная цепь тяговой сети становится более симметричной, приближаясь с точки зрения влияний к двухпроводной цепи.

Если отсасывающие трансформвторы ОТ включаются в рельсы, то ток в них значительно увеличивается, что улучшает экранирующее действие рельсов.

Защитное действие ОТ зависит от расстояния между трансформаторами, взаимного расположения линии, подверженной влиянию, и тяговой сети, сопротивления рельсов относительно земли, удельного сопротивления земли и т. д.

При включении ОТ в провод обратного тока , при включении в рельсы (рис. 9).

Использование отсасывающих трансформаторов в качестве меры защиты от опасных и мешающих влияний удорожает строительство тяговой сети, усложняет эксплуатацию и увеличивает потери электроэнергии, но при необходимости защиты дорогостоящих действующих сооружений (магистральных кабелей, трубопроводов, сконцентрированных кабельных сетей местной связи и т. п.) их применение может быть оправдано.

Сглаживающие фильтры.

Сглаживающие фильтры препятствуют распространению гармонических составляющих вдоль линии. Широко применяются на э.ж.д. постоянного тока.

Устанавливаются на тяговых подстанциях и включаются в тяговую сеть.

В тяговой сети присутствуют гармоники (300, 600, 900 Гц и т. д.) создаваемых шестифазными выпрямителями, но и кратные 100 Гц из-за несимметрии фазных U ЛЭП, питающих тяговые подстанции, и нарушение режима работы и регулирования выпрямителей во время эксплуатации. Поэтому применяемые в настоящее время сглаживающие устройства содержат резонансные контуры, настроенные на частоты гармоник, имеющих наибольшие амплитуды, реакторы L1 и L2 и конденсаторы, образующие фильтры, запирают гармоники и более высоких частот (рис. 10).

Принцип действия 1-го звена сглаживающего устройства:

Гармоника напряжения с частотой f, возникшая на зажимах выпрямительного агрегата РВ, создаёт ток в цепи: один из зажимов РВ, резонансный контур, реактор L1, 2-ой зажим агрегата. Если контур настроен в резонанс с частотой этой гармоники, то его сопротивление для токов этой частоты будет весьма мало, т. к. определяется только величиной активного сопротивления катушки индуктивности.

Полное сопротивления реактора ZР с индуктивностью L1 для тока гармоники с частотой f равно

Индуктивность реактора выбирают таким образом, стобы его полное сопротивление >> активного сопротивления катушки индуктивности контура. В этом случае падение напряжения, вызванного током f, на реакторе будет >> падения напряжения на соответствующем этой гармонике резонансном контуре.

Следовательно, только небольшая часть напряжения с частотой f попадёт в цепь “контактная сеть - рельсы”, параллельно которой присоединены резонансные контуры.

2-ое звено состоит из реактора L2, параллельно которому включены Lш и Cш; С11 включён между контактным проводом и рельсами. L2, Сш и Lш представляют фильтр пробку, настроенную на f = 300 Гц. Эта гармоника таким образом ещё сильнее снижена в контактной сети. С11 - шунт, через которые замыкаются высшие гармоники.

Эффективность фильтров оценивается коэффициентом сглаживающего действия.

Коэффициентом сглаживающего действия называют отношение псофометрического напряжения , измеренного на входе фильтра, к псофометрическому напряжению, измеренного на его выходе

При L1 = L2 = 5 мГн КСД1 =65, а фильтра 2 КСД2 = 250.

Если индуктивность реакторов = 4,5 мГн, то КСД1 = 55, КСД2 = 180.

Для уменьшения мешающего влияния устраняют транспозицию проводов ЛЭП, выравнивают загрузку фаз. Линии связи переводят с крюкового профиля на траверсный, повышают уровни передачи в телефонных цепях и т. д.

20. Коррозия подземных кабелей, связи.

21. Меры защиты от коррозии.

22. Основные положения по проектированию линейных сооружений. Этапы проектирования.

Линейные сооружения связи (ЛСС) — наиболее дорогая, громоздкая и сложная часть сети связи. Затраты на линейные сооружения достигают 60 ... 70% общих капиталовложений, затрачиваемых на строительство сооружений связи.

Проект строительства ЛСС является комплексным технико-экономическим документом, в котором техническая и экономическая стороны строительства неразрывно связаны. Он представляет собой обоснованное техническими и экономическими расчетами и изображенное графически решение по строительству проектируемого линейного сооружения, сети, здания отдельного объекта, узла или подсистемы кабельной магистрали.

При проектировании ЛС особое внимание должно быть обращено на уменьшение удельного веса расходов по строительству и эксплуатации линии, обеспечение высокого качества строительства, эффективности и надежности работы линии связи.

Проектирование нового строительства, расширение и реконструкция действующих сетей и магистралей связи осуществляются в основном государственными проектными институтами в соответствии с народнохозяйственным планом. Обеспечение высокого качества проектов на основе внедрения передовых достижений науки и техники требует специализации проектных организаций.

По каждому проекту назначается главный инженер проекта. Деятельность главного инженера проекта, его права, обязанности и ответственность регламентируются Положением о главном инженере проекта, которое утверждается Госстроем РФ.

Основанием для выполнения работ по проектированию является задание на проектирование, которое выдается организацией—заказчиком проектирующей организации. Задание на проектирование, а также основные положения проекта согласовываются с соответствующими организациями и утверждаются в установленном порядке.

Технологический процесс проектирования обычно организуется с соблюдением следующих общих положений.

Последовательность проектирования реализуется путем соблюдения принципа от общего к частному. Сначала решаются вопросы обоснования экономической целесообразности и производственно-хозяйственной необходимости строительства или реконструкции, затем—основные объемно-планировочные, технологические, конструктивные и другие вопросы дальнейшей детализацией и доведением проектных материалов до обеспечения возможности непосредственного осуществления строительных и монтажных работ.

Оптимизация (или вариантность) проектирования используется с целью нахождения оптимальных, квазиоптимальных или рациональных проектных решений. До недавнего времени поиск лучшего решения осуществлялся в основном путем разработки нескольких вариантов проектов, их сравнением между собой и типовыми проектами и отбором лучшего по технико-экономическим показателям, при котором достигается максимальный эффект при минимуме затрат.

Подобный подход не дает уверенности, что отобранное проектное решение является оптимальным. Использование вычислительной техники и различных методов оптимизации позволяет в настоящее время находить решения, близкие к оптимальным.

Использование типовых проектов позволяет уменьшать трудоемкость проектирования, снижать затраты на проектные работы, повышать их качество, улучшать технико-экономические показатели строительства по сравнению с индивидуальными проектами.

Комплексность проектирования повышает качество проектирования вследствие учета большего числа различных факторов, определяющих экономичность проекта и правильность проектных решений.