Основные положения скрутки.
| Рис. 4.12. Расположение влияющей и подверженной влиянию цепей в кабеле: а-общий случай, б-звездная скрутка |
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) α13, α14, α23, α24 (рис. 4.12). Условием отсутствия емкостной и индуктивной связей является ln [α14 α23/ α13 α24] = 0;
| Рис. 4.13. Скрутка повивов |
Для выполнения этого условия необходимо, чтобы α13 = α14 = α23 = α24;
Достаточно также, чтобы соблюдалось следующее равенство: α14 α23= α13 α24.
| Рис. 4.14. Секция симметрии двух цепей |
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 величины 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, главным образом, зависят 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 (см. рис. 3.9). 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. 4.13). Подбор и согласование шагов скрутки различных цепей и кабельных групп производятся по участкам, называемым секциями симметрии (рис. 4.14).
| Рис. 4.15. Изменение расстояний между проводниками двух цепей на отрезке кабеля |
Секция симметрии связана с шагом скрутки следующим соотношением: lв = h1h2/D, где D - общий наибольший делитель h1 и h2. Например, если имеются две цепи, скрученные с шагом h1 = 40 мм и h2 = 50 мм, то общий наибольший делитель 10 и ld = 40*50/10 = 200 мм. Для исключения действия неуравновешенной длины и обеспечения требуемой компенсации связей небходимо, чтобы ls=(h1+h2)/D нечетным числом. В нашем случае ls=(40+50)/10 = 9.
Необходимо также соблюдать условие, по которому секция симметрии не должна превышать 1/8 длины волны высшей передаваемой частоты тока (ls<l/8).
На рис. 4.15 показано, как совершается полный цикл защиты от помех (симметрии) между двумя рассмотренными цепями на участке длиной ls = 200 мм. В пределах этой длины кабеля положение жил в парах по отношению друг к другу, а вместе с тем и расстояния между жилами α13, α14, α23, α24 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 ls повторяются все положения жил.
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 h1, а остальные с четными номерами - с шагом h2. В случае нечетного числа групп в повиве необходимо иметь еще третий согласованный шаг скрутки h3 (для последней группы).
В кабелях дальней связи, предназначенных для высокочастотной передачи, большое значение имеет магнитное влияние, поэтому необходимо производить согласование каждой группы кабеля.
Расчет согласованных шагов скрутки.
Взаимно согласованные шаги скрутки кабельных групп, находящихся в любых повивах, могут быть определены из следующего выражения: M[H1H2/(H1±H2)] = vh1 = [(ωn2±1)/n2]h2.
Для групп, находящихся в одном повиве, выражение для парной скрутки групп запишется в виде h1/h2=(2ω±1)/2v, а для звездной h1/h2=(4ω±1)/4v.
Для устранения влияний между группами, находящимися в смежных повивах с шагами повивов H1 и H2, должна существовать следующая зависимость: M[H1H2/(H1±H2)] = vh1.
В формулах H1 и H2 - шаги скрутки первого и второго повивов; h1 и h2 - шаги скрутки согласуемых групп; v, ω, m - целые положительные числа.
Указанные уравнения выведены из расчета согласования шагов скрутки лишь двух групп (h1 и h2) или двух повивов (H1 и Н2). 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 v, ω, m рассчитывают значительное число шагов, а затем выбирают соответствующие шаги скруток для каждой группы. Например, требуется подобрать шаг скрутки звездных групп в кабеле 4X4. Шаги скрутки звездных групп должны находиться в пределах 100-300 мм; в этом интервале берем определенный шаг скрутки первой четверки и, пользуясь формулой h1h2= (4ω+1)/4v, рассчитываем приемлемые шаги скруток остальных трех групп. Результаты расчета шагов скрутки при значениях о и и от 1 до 4 приведены в табл. 3.12.
| Таблица 4.1. Результаты расчета шагов скрутки | |||||||||
| ω | Величина шага скрутки, мм, при v, равном | ω | Величина шага скрутки, мм, при v, равном | ||||||
| 1 | 2 | 2 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| 1 2 | 160 89 | 320 178 | 480 267 | 640 356 | 3 4 | 61,5 47 | 123 94 | 184 141 | 246 188 |
Любой из приведенных 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: h1 = 125 мм; h2=160 мм; h3 = 203 мм; h4=175 мм; h5 = 228 мм; h6=142 мм; h7 = 241 мм. В кабеле МКСБ-4Х4 используются первые четыре шага скрутки.
