Цель работы
Изучение конструкций и характеристик симметричных междугородных (магистральных) и зоновых кабелей связи, ознакомление с образцами кабельной продукции различных типов, получение навыков по расчету первичных и вторичных параметров.
Эскизы поперечных сечений предложенных кабелей
Рисунок 1 – Симметричный кабель междугородней связи
Рисунок 2 – Симметричный кабель зоновой связи
Расчет первичных и вторичных параметров кабеля
Таблица 1 – Исходные данные симметричного кабеля
| № варианта | Диаметр жилы d, мм | Частота f, кГц | Тип изоляции | Тип скрутки |
| 1,1 | Баллонно-полиэтиленовая, D=1,55 мм | парная |
Для баллонно-полиэтиленовой изоляции D - толщина изоляции.
1 Активное сопротивление симметричной кабельной цепи переменному току учитывает сопротивление постоянному току, а также увеличение сопротивления за счет поверхностного эффекта в проводниках симметричной цепи, эффекта близости и потерь на вихревые токи в соседних металлических элементах:
где 
‒ сопротивление постоянному току одной жилы двухпроводной линии на 1 км;
‒ удельное электрическое сопротивление стали;
‒ коэффициент укрутки проводников;
‒ коэффициент, учитывающий тип скрутки;
мм ‒ диаметр неизолированной жилы;
мм ‒ расстояние между центрами жил;
‒ температурный коэффициент сопротивления;
‒ температура;
‒ специальные функции, полученные с использованием видоизмененных функций Бесселя, определяются из таблицы 2 по вычисленному значению величины 
:
.
Таблица 2 – Функции Бесселя
| kr | F(kr) | G(kr) | H(kr) | Q(kr) |
| 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 7,0 | 0,00036 0,00519 0,0258 0,0782 0,1756 0,318 0,492 0,678 0,862 1,042 1,743 2,799 | (kr)4/64 0,000975 0,01519 0,0691 0,1724 0,295 0,405 0,499 0,584 0,669 0,755 1,109 1,641 | 0,0417 0,042 0,053 0,092 0,169 0,263 0,348 0,416 0,466 0,503 0,530 0,596 0,643 | 0,9998 0,997 0,937 0,961 0,913 0,845 0,766 0,686 0,616 0,556 0,400 0,286 |
| >10 | 
| 
| 
| 
|
Таблица 3 – Значение специальных функций в соответствии с частотами
| f, кГц | ||||
| kr | 4,125 | 13,0444 | 20,625 | 30,592 |
| F (kr) | 0,724 | 3,862 | 6,542 | 10,0659 |
| G (kr) | 0,60525 | 2,181 | 3,521 | 5,2829 |
| H (kr) | 0,47525 | 0,66714 | 0,6979 | 0,7151 |
| Q (kr) | 0,6685 | 0,21683 | 0,133714 | 0,092456 |
Таблица 4 – Зависимость сопротивления пары от частоты
| f, кГц | ||||
| R, Ом/км | 518,2855 | 1472,1465 | 2286,6835 | 3357,7119 |
Рисунок 3 ‒ Зависимость сопротивления пары от частоты
2 Индуктивность симметричной кабельной цепи определяется суммой внешней L вш и внутренней L вт индуктивностей:
где 
‒ относительная магнитная проницаемость стали;
мм ‒ радиус неизолированной жилы;
‒ вспомогательная функция, определяемая из таблицы 2.
Таблица 5 – Зависимость индуктивности пары от частоты
| f, кГц | ||||
| L, Гн/км | 0,009542 | 0,0036116 | 0,0025203 | 0,0019785 |
Рисунок 4 ‒ Зависимость индуктивности пары от частоты
3 Емкость симметричного кабеля с учетом близости соседних пар и влияния наружной металлической оболочки определяется по формуле:
где 
‒ эквивалентная относительная диэлектрическая проницаемость изоляции;
‒ поправочный коэффициент, характеризующий близость металлических проводников, определяется по формуле:
,
где 
‒ диаметр парной скрутки, мм;
‒ диаметр изолированного проводника, мм;
‒ диаметр голого проводника, мм.
Тогда 
при любых частотах.
Рисунок 5 ‒ Зависимость емкости пары от частоты
4 Проводимость изоляции может быть вычислена по формуле:
,
где 
‒ сопротивление изоляции кабеля;
‒ эквивалентная величина тангенса угла диэлектрических потерь, определяется из таблицы 6.
Таблица 6 – Зависимость tgδэ от типа кабеля и частоты
| Тип изоляции | tgδэ.10-4 при частоте, кГц | |||
| Баллонно-полиэтиленовая |
Таблица 7 – Зависимость проводимости изоляции от частоты
| f, кГц | ||||
| G, См/км | 
| 
| 
| 
|
Рисунок 6 – Зависимость проводимости изоляции от частоты
5 Волновое сопротивление в общем случае определяется выражением
.
В области высоких частот (при f >40 кГц) волновое сопротивление можно определить по формуле:
.
Таблица 7 – Зависимость модуля волнового сопротивления от частоты
| f, кГц | ||||
 , Ом/км
| 693,16503 | 426,44867 | 356,24031 | 315,63486 |
Рисунок 7 – Зависимость модуля волнового сопротивления от частоты
6 Электромагнитная энергия, распространяясь вдоль линии связи, уменьшается по величине и изменяется по фазе от начала к концу линии. Коэффициент затухания и коэффициент фазы в общем виде определяются по формуле расчета коэффициента распространения. Коэффициент распространения является комплексной величиной и может быть определен суммой действительной и мнимой ее частей:
.
7 В области высоких частот коэффициент затухания можно определить по формуле:
Таблица 8 – Зависимость коэффициента затухания от частоты
| f, кГц | ||||
 , дБ/км
| 3,2481455 | 15,006062 | 27,916114 | 46,313311 |
Рисунок 8 – Зависимость коэффициента затухания от частоты
8 В области высоких частот коэффициент фазы можно определить по формуле:
.
Таблица 9 – Зависимость коэффициента фазы от частоты
| f, кГц | ||||
 , дБ/км
| 0,8649333 | 5,3212388 | 11,112942 | 21,661755 |
Рисунок 9 – Зависимость коэффициента фазы от частоты
9 Скорость распространения электромагнитной энергии 
является функцией частоты и фазовой постоянной, которая в свою очередь зависит от первичных параметров линии. В общем виде она определяется по формуле:
.
Таблица 10 – Зависимость скорости распространения энергии от частоты
| f, кГц | ||||
| , км/с
| 72643,582 | 118077,49 | 141348,38 | 159532,41 |
Рисунок 10 – Зависимость скорости распространения энергии от частоты
Вывод
В ходе проделанной лабораторной работы были рассчитаны параметры заданного кабеля с баллонной полиэтиленовой изоляцией. Такой кабель предназначен для магистральных высокочастотных линий связи при уплотнении до 252 кГц. Этим кабелям присвоены марки МКПГ, МКПБ, МКПБГ и МКПК с добавлением цифр - степени уплотнения кабеля. Стальные жилы заданного симметричного кабеля скручены парной скруткой.
Рекомендуемые условия эксплуатации — в грунтах I — III групп, в телефонной канализации, трубах, блоках и по мостам (кабели с покровом Шп) или непосредственно в грунтах всех групп без мерзлотных деформаций и не агрессивных к стальной броне (кабели с покровом Бп); в грунтах всех групп кроме вечномерзлых, при пересечении несудоходных и несплавных рек в районах с повышенным электромагнитным влиянием линий высокого напряжения (кабели с покровом БпШп).
Анализируя полученные зависимости первичных и вторичных параметров данного кабеля от частоты, можно сделать вывод, что его использование на частотах свыше 100 кГц не эффективно.