Классификация кабельных линий

Современные кабели связи классифицируются по ряду при­знаков: в зависимости от назначения, области применения, ус­ловий прокладки и эксплуатации, спектра передаваемых ча­стот, конструкции, материала и формы изоляции, системы скрутки, рода защитных покровов.

В зависимости от области применения кабели связи разде­ляются на магистральные, зоновые (внутриобластные), сель­ские, городские, а также кабели для соединитель­ных линий и вставок. Изготовляются также радиочастотные кабели для фидеров питания антенн радиостанций и монтажа радиотехнических установок.

Кабельные линии и связи, автоматики и телемеханики, применяемые на железнодорожном транспорте по области применения делятся на:

линии дальней связи, прокладываемые вдоль железных дорог между сетевыми узлами и сетевымистанциями различного уровня для организации на их основе магистральной, дорожной и отделенческой первичных сетей;

линии станционной проводной связи, прокладываемые, как правило, в пределах железнодорожных станций и узлов для организации:

линии местной общетехнологической связи (абонентские и соединительные линии);

линии станционной распорядительной и стрелочной связи;

линии вторичной коммутации отделенческой оперативно-технологической связи:

линии двусторонней парковой связи громкоговорящего оповещения:

линии абонентских участков информационно-вычислительных сетей (ИВС) передачи данных.

Кабельные линии и сети автоматики и телемеханики разделяются на линии и сети автоблокировки, электрической централизации.

Кабельные сети автоблокировки разделяются на станционную и перегонную, к ним относятся также кабельные вставки высоковольтной-сигнальной линии.

По условиям применения кабели связи подразделяются на подземные ( в том числе в кабельной канализации , в трубах, коллекторах, тоннелях ), подводные ( речные, морские). подвесные ( на опорах контактной сети и высоковольтных линий автоблокировки, на опорах ЛЭП, на фермах мостов и др.), прокладываемые в желобах (лотках) и трубах, укладываемых по поверхности грунта, с заглублением в грунт или по мостам и путепроводам.

По спектру передаваемых частот кабели связи делятся на низкочастотные (тональные) и высокочастотные (от 12 кГц и выше).

По конструкции и взаимному расположению проводников цепи кабели подразделяются на симметричные и коаксиальные.

Рис. 1

Симметричная цепь состоит из двух совершенно одинаковых в электрическом и конструктивном отношении изолированных проводников (рис. 1, а). Коаксиальная цепь представляет со­бой два цилиндра с совмещенной осью, причем один цилиндр — сплошной проводник концентрически расположен внутри друго­го цилиндра—полого (рис.1, б).

Кроме того, кабели различаются:

- составом входящих в него элементов — однородные и комби­нированные;

- материалом и структурой изоляции—с воздушно-бумажной, кордельно-бумажной, кордельно-стирофлексной (полистирольной), сплошной полиэтиленовой, пористо-полиэтиленовой, баллонно-полиэтиленовой, шайбовой полиэтиленовой, фторопластной и другой изоляцией;

- видом скрутки изолированных проводников в группы — пар­ной и четверочной (звездной), в сердечник—повивной и пучко­вой скруткой.

Кабели делятся по виду оболочек: металлические (свинец, алюминий, сталь), пластмассовые (полиэтилен, поливинилхлорид), металлопластмассовые (альпэт, стальпэт), а так­же по виду защитных покровов (ленточная или прово­лочная броня, джутовый или пластмассовый покров).

Кабели по передаваемому напряжению делятся на сигнально-блокировочные, предназначенные для работы номинальным переменным напряжением 380 В и постоянным 700 В; контрольные кабели, рассчитанные на переменные напряжения до 660 В и постоянное до 1000 В. Силовые кабели для передачи и распределения электрической энергии от 660 В переменного напряжения до 500 кВ постоянного.

Жилы кабелей

Токопроводящие жилы (обычно круглой формы) кабелей свя­зи должны обладать высокой электрической проводимостью, гиб­костью и достаточной механической прочностью. Наиболее рас­пространенными материалами для изготовления кабельных жил являются медь и алюминий.

Медь, как правило, применяется отожженная, мягкая, марки ММ с удельным сопротивлением 0.01754 Ом*мм²/м и температур­ным коэффициентом сопротивления постоянному току 0,004. Проч­ность на разрыв—260 Н/мм² с относительным удлинением 25% (для жил диаметром 1—1,5 мм). Удельный вес—8,89 г/см³.

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

Медная проволока используется диаметром 0,32; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 мм для кабелей городских телефонных сетей и 0,8; 0,9; 1,0; 1,05; 1,2 мм для междугородных кабелей. На городских сетях наи­более широко применяются кабели с жилами диаметром 0,5 мм, а для междугородной связи—с жилами диаметром 1,2 мм, а на железнодорожном транспорте 1,05..

Алюминиевые жилы имеют диаметры 1,15; 1,55; 1,8 мм. Эти жилы аналогичны по электрической проводимости медным с диаметром 0,9; 1,2; 1,4 мм соответственно. По механическим характеристикам лучшие результаты дают алюминиевые сплавы, содержащие присадку из магния, железа и других металлов.

Наряду со сплошными цилиндрическими проводниками (рис. 2,а) ис­пользуются также проводники несколько более сложной конструк­ции . В тех кабелях, где требуются повышенная гибкость и механическая прочность, токопроводящая жила скручивается в литцу из нескольких проволок (рис. 2,б) (чаще 7, 12, 19 и т. д.).

Рис. 2

Имеются также биметаллические проводники (рис. 2,в) конструкции сталь-медь БСМ, сталь-алюминий БСА, алюминий—медь. В подводных кабелях применяется многопроволочная жила (рис. 2,г), состоящая из проволок разного сечения. В центре такой жилы размещается толстый проводник, а повив состоит из тонких про­волок.

Указанные токопроводящие жилы используются для симмет­ричных кабелей и в качестве внутреннего проводника коаксиаль­ного кабеля. Внешний проводник коаксиального кабеля, имею­щий форму полого цилиндра, изготовляется в виде тонкой трубки из меди и алюминия. Конструктивные разновидности гибких внешних проводни­ков коаксиального кабеля, приведенные на рис. 3.

Рис. 3

Наибольшее применение в коаксиальных кабелях дальней свя­зи получила конструкция внешнего проводника типа молния (рис. 3,а) как более технологичная и обеспечивающая требуемую электрическую однородность по длине, а также: б - гофрированный, в — спиральный, г — гофрированный.

Жилы кабелей для сигнализации и блокировки — медные круг­лые однопроволочные диаметром 0,8; 0,9 и 1 мм. С медными круг­лыми однопроволочными жилами изготавливаются: симметричные ма­гистральные высокочастотные кабели с жилами диаметром 0,70; 0,90; 1,05; 1,20 мм; низкочастотные кабели дальней связи с жилами диамет­ром 0,7; 0,8; 0,9; 1,05; 1,2; 1,4 мм; городские телефонные кабели с жилами диаметром 0,32; 0,40; 0,50; 0,64, 0,70 мм и другие кабели.

Жилы силовых и контрольных кабелей могут быть медными или алюминиевыми, одно- или многопроволочными круглой или фасонной формы сечением от 1 до 500 мм для медных жил и от 2, 5 до 500 мм алюминиевых жил.

Форма одно- и многопроволочных жил зависит от материала жи­лы и ее сечения, вида изоляции кабеля (например, пропитанная бу­мажная, резиновая, пластмассовая).

Материалы и виды изоляции

Материал, применяемый для изоляции кабельных жил, дол­жен обладать высокими и стабильными во времени электрически­ми характеристиками, быть гибким, механически прочным и не требовать сложной технологической обработки. В электрическом отношении свойства изоляции определяются следующими пара­метрами: электрической прочностью U, при которой происходит пробой изоляции; удельным электрическим сопротивлением , характеризующим ток утечки в диэлектрике; диэлектрической про­ницаемостью , характеризующей степень смещения (поляризации) зарядов в диэлектрике при воздействии на него электриче­ского поля; тангенсом угла диэлектрических потерь (или величи­ной диэлектрических потерь) , характеризующим потери высо­кочастотной энергии в диэлектрике.

Наилучшим диэлектриком является воздух, который обладает ; и . Однако создать изоляцию только из возду­ха практически невозможно. Поэтому кабельная изоляция, как правило, является комбинированной и содержит как воздух, так и твердый диэлектрик, причем количество твердого диэлектрика должно быть минимальным и определяться требованием устойчи­вости изоляции и жесткости ее конструкции. Изоляция должна предохранять токопроводящие жилы от соприкосновения между собой и строго фиксировать взаимное расположение жил в груп­пе по всей длине кабеля.

В качестве диэлектриков в кабелях связи широко используют­ся полимеризационные пластмассы типа полистирол (стирофлекс), полиэтилен, фторопласт, полихлорвинил и др. Со­четание высоких электрических характеристик в широком спектре частот, влагостойкости к различным агрессивным средам и срав­нительно несложной технологической обработки обеспечило пласт­массам широкое применение в кабелях связи в качестве изоля­ции и защитных оболочек.

При оценке пригодности того или. иного типа кабеля следует иметь в виду, что ширина полосы частот, передаваемой по кабе­лю, обусловлена качеством используемого диэлектрика ( ) и в первую очередь величиной диэлектрических потерь. Потери высокочастотной энергии в диэлектрике кабеля непосредствен­но связаны с величиной tgδ и прямолинейно возрастают с ростом частоты. Для сравнения укажем, что при частоте 1 МГц величи­на кордельно-бумажной изоляции составляет 400.10^-4, а полиэтилена—не более 5...10^-4. С ростом частоты эта разница в поте­рях линейно возрастает и для высокочастотных кабелей становят­ся пригодными лишь определенные пластмассы.

Для изоляции кабельных жил применяют бумагу, изготов­ляемую из сульфатной целлюлозы. Для магистральных кабе­лей используют бумагу толщиной 0,05 мм, а для междугородных — 0,08; 0,12 и 0,17 мм. Бумагу окрашивают в разные цвета (красный, синий, зеленый), чтобы различать жилы кабеля при монтаже. Бумага может быть также натурального цвета.

Поливинилхлорид устойчив к действию химических реагентов, обладает высокой влагостойкостью, однако легко разлагается при нагревании. Обладает низкой теплостойкостью и подвержен интенсивному старению под действием тепла и света. При низких температурах пластикат теряет прочность, при высоких резко ухудшает свои электрические свойства. Достоинством поливинилхлорида является негорючесть.

Полиэтилен по своим изоляционным свойствам превосходит бумагу. Получают его полимеризацией сжиженного этилена при вы­соких температурах и давлении. Полиэтилен обладает высокой эластич­ностью, прочностью, малой влагопоглощаемостью, имеет небольшую плотность, не тонет в воде. Кроме того, у полиэтилена малый коэф­фициент диэлектрической проницаемости, незначительный угол ди­электрических потерь и высокое объемное сопротивление, причем две последние величины с ростом частоты тока увеличиваются очень мало. Параметры полиэтилена стабильны в широком диапазоне тем­пературы (от —45 до +100 °С).

Пористый полиэтилен получают при специальной терми­ческой обработке смеси полиэтилена с газообразующим веществом (нарофором). Ячеистая структура материала с большим количеством мелких закрытых воздушных включений (35—55%) снижает расход полиэтилена, уменьшает массу и стоимость кабеля, диэлектрическую проницаемость материала, в результате рабочая емкость и затухание кабельной цепи уменьшаются. Существенным недостатком пористого полиэтилена является повышенная влагопоглощаемость.

Стирофлекс изготавливают из жидкого стирола, исходным сырьем для которого является нефть или каменный уголь. Из стирофлекса делают ленты толщиной 0,045 и шириной 10—12 мм и кордели для изоляции ВЧ кабелей связи. Для отличия жил друг от друга стирофлекс окрашивают в различные цвета. При работе со стирофлексом следует иметь в виду его невысокую теплостойкость (65— 80 °С).

Полиизобутилен получают в результате соответствующей обработки изобутилена, который после полимеризации превращается в резинообразный материал, имеющий различные названия (полиизо-бутилен, оппанол, вистонекс и др.). Из-за текучести его редко при­меняют в чистом виде и обычно соединяют с другими материалами.

Полипропилен близок к полиэтилену, отличается от него более высокой теплостойкостью и допускает длительную эксплуата­цию при температуре окружающей среды до 120°С, сохраняет гиб­кость при низких температурах, не разрушается под воздействием сильных кислот (за исключением концентрированной азотной кисло­ты), масел, ацетона, бензина, плохо пропускает водяные пары и газы.

Фторопласт является полимером производных этилена, в которых атомы водорода замещены фтором. Фторопласт имеет высокую теплостойкость (до 300 °С) и стойкость к действию химиче­ских реагентов. Этот материал сохраняет гибкость при очень низких температурах.

В качестве диэлектрика могут применяться изоляционные лаки; шелк натураль­ный и синтетический; полистирольные и триацетатные ленты; хлопча­тобумажная пряжа.

Для силовых и контрольных кабелей используется резиновая изоляция, которая изготавливается на основе каучуков.

Рис. 4

Трубчатую изоляцию (рис.4, а) выполняют из бумажной или пласт­массовой ленты. Кордельная изоляция (рис. 4, б) состоит из нити корделя, располагаемой открытой спиралью на проводнике, и накладываемой на него ленты. Сплошная изоляция (рис. 4, в) представляет собой слои пластмассы. Пористая изоляция (рис. 4,г) это сплошной слой пористой пластмассы, наложенный равномерно на проводник. В последние годы получила широкое распространение трехслой­ная пленко-пористая полиэтиленовая изоляция. Изоляция жилы состоит из трех концентрических слоев полиэтилена низкой плотности. На­ружный и внутренний слои представляют сплошное пленочное покрытие. Между ними расположен основной промежуточный слой, имеющий вспененную (пористую) структуру. Изоляция окрашена в четыре цвета: красный, зеленый, желтый и синий. Пигмент введен в наружное пленочное покрытие. Пленко­пористая изоляция, наложенная на медную жилу, отличается повы­шенной геометрической и диэлектрической однородностью благодаря автоматическому регулированию диаметра, погонной емкости и экс­центриситета изолированной жилы.

Баллонная (рис. 4. д) изоляция представляет собой пластмассовую трубку диаметром 0,2—0,3 мм, внутри которой располагается про­водник. Баллоны создаются обжатием по двум полуокружностям че­рез каждые 7—12 мм, что обеспечивает удержание проводника в центре изоляции. Баллонно-кордельную изоляцию (рис. 4, е) выпол­няют в виде пластмассовой трубки, внутри которой находится провод­ник. Трубка обжата по спирали пласт­массовым корделем, благодаря чему проводник удерживается на линии продольной оси образовавшихся бал­лонов с воздухом.

Шайбовую изоляцию (рис. 4, ж) изго­товляют из твердого диэлектрическо­го материала в виде шайб толщиной 1,5—2,5 мм, насаживаемых на про­водник через равные промежутки.

Спиральная (геликоидальная) изоляция (рис. 3.4 з) представляет со­бой равномерно распределенную по длине проводника пластмассо­вую спираль. Колпачковая изоляция (рис. 4, и) состоит из цилиндриче­ских пластмассовых или керамических колпачков, насаживаемых на проводник вплотную друг к другу.

Кордельно-трубчатая полистирольная и кордельно-трубчатая полиэтиленовая изоляция образуется корделем, наложенным на жилу по винтовой спирали, и полистирольными или полиэтиленовыми трубками или лентами, обмотанными вокруг корделя.

Изоляция коаксиальных кабелей — баллонная, кордельно-трубча­тая пластмассовая (полиэтиленовая или полистирольная), кордельно-бумажная, шайбовая, сплошная из пористого полиэтилена. Шайбовая изоляция образуется полиэтиленовыми шайбами, рас­положенными через определенный интервал на внутреннем провод­нике коаксиальной пары.

Изоляция жил симметричных низкочастотных кабелей связи — кордельно-трубчатая бумажная, кордельно-трубчатая полиэтиленовая, кордельно-трубчатая полистпрольная, сплошная из пористого поли­этилена.

Изоляция жил городских телефонных кабелей — воздушно-бу­мажная, трубчато-бумажная и бумагомассная, полиэтиленовая сплош­ная, пористая, пористо-сплошная. Воздушно-бумажная изоляция обра­зована сочетанием кабельной или телефонной бумаги или бумажной массы и воздуха; трубчато-бумажная изоляция — лентой, наложен­ной на жилу в виде трубки неплотно, с воздушным зазором; бумаго­массная изоляция — пористой бумажной массой, наложенной на жи­лу коаксиальным слоем.

Изоляция жил кабелей для сигнализации и блокировки — поли­этиленовая. Изоляция жил контрольных кабелей — сплошная рези­новая, полиэтиленовая или поливинилхлоридная.

Изоляция силовых кабелей — бумажная пропитанная, резиновая и пластмассовая.

Для изоляции применяется кабельная бумага, пропитанная нестекающим маслоканифольным составом. У силовых кабелей с обедненно-пропитанной бумажной изоляци­ей она освобождена от избытка пропиточного состава (пропиточный состав заполняет только микроструктуру бумажной изоляции). При выполнении изоляции жила обматывается лентами кабельной бумаги в несколько слоев. Резина на жилы силовых кабелей накладывается сплошным слоем.

Контрольные вопросы

1.По каким признакам классифицируются кабели связи?

2.Как классифицируются кабели автоматики и телемеханики?

3. Какие материалы используются в токопроводящих жилах кабелей АТС?

4. Какие диэлектрики используются для изоляции жил кабеля?

5. Назовите виды изоляции, используемых в железнодорожных кабелях связи?

6.Назовите диэлектрик электрические характеристики которого не зависят от частоты?