Экранирование кабелей связи

Скрещивание цепей воздушных линий

Скрещивание цепей, т.е. перемена их проводов местами через определенные расстояния, уменьшает взаимные и внешние влияния, обусловленные поперечной асимметрией, а при подвеске проводов на различном расстоянии от земли (крюковой профиль) и влияния вследствие продольной асимметрии.

Эффект скрещивания наглядно представлен на рисунке 9.1

Рисунок 9.1 – Уменьшение влияний за счет скрещивания цепей

Здесь цепь I – влияющая, а цепь II – подверженная влиянию. В случае рисунка 9.1, а в цепи II создается результирующий ток помех , т.к. в проводе а, находящимся ближе к влияющей цепи, будет индуцироваться большая помеха, чем в проводе б ().

При скрещивании цепи, показанном на рисунке 9.1, б,в, меняется положение проводов а и б относительно влияющей цепи и результирующий ток будет приближаться к нулю: . Практически равенства нулю не будет, т.к. из-за затухания токов по длине линии . Таким образом, при скрещивании токи влияния одного участка компенсируются токами влияния другого участка.

Из рисунка 9.1, г видно, что если обе цепи (I и II) скрещены в одной точке, то эффект скрещивания пропадает и защищенность между ними аналогична защищенности между нескрещенными цепями. Поэтому необходимо скрещивать цепи по различным схемам.

При скрещивании одной из цепей емкостная k и индуктивная m связи, оставаясь неизменными по величине, меняют свой знак на противоположный. Изменение знака перед коэффициентом электромагнитной связи физически соответствует перемене направления тока, индуцируемого в цепи, подверженной влиянию. Поэтому токи помех с двух соседних участков одинаковой длины, но с разными знаками электромагнитных связей направлены навстречу др.др., благодаря чему влияние уничтожается.

В случае нечетного числа участков всегда остается некомпенсированный участок, называемый неуравновешенной длиной.

Физическое скрещивание – это фактическое скрещивание проводов, осуществляемое на линиях связи. Шаг физического скрещивания определяется расстоянием между двумя соседними точками скрещивания.

Электрическое скрещивание – это процесс естественного скрещивания за счет изменения фазы тока в цепи. В данном случае токи помех с одних участков линии компенсируются токами с других участков.

Это явление равноценно эффекту физического скрещивания це­пей и происходит на участке линии λ/2 (что соответствует изменению угла на 180°) (рисунок 9.2).

Рисунок 9.2 - Принцип электрического скрещивания

Явление поглощения энергии соседней цепью называется абсорбцией. Она наблюдается, если переходное затухание между цепями меньше 25 дБ.

Экранирование кабелей связи

Наиболее радикальным средством защиты коаксиальных и симметричных кабельных цепей от помех является их экраниро­вание. По конструкции и принципу действия различают экраны, защищающие от внешних помех и от внутренних (взаимных) по­мех. Для защиты от внешних помех кабель поверх сердечника покрывается металлическими оболочками. Они, как правило, имеют сплошную цилиндрическую конструкцию и выполняются из свинца, алюминия или стали (рисунок 9.16). Известны также конструкции двухслойных экранирующих оболочек типа алюминий—свинец, алюминий—сталь и др. Применяются также экраны лен­точного типа преимущественно из алюминиевых, медных, сталь­ных лент, накладываемых спирально или продольно вдоль кабе­ля, и оплеточные экраны преимущественно из плоских и круглых проволок.

Экраны, защищающие от взаимных помех, являются состав­ным элементом самого кабельного сердечника. В этом случае це­пи с высоким уровнем передачи размещаются в экране и обес­печивается возможность организации высокочастотной связи по однокабельной системе (прокладывается один кабель). При однокабельной связи экраны электрически делят цепи прямого и об­ратного направлений и исключают взаимные помехи.

Рисунок 9.16 – Металлические оболочки-экраны кабелей связи:

а) сплошные; б) ленточные; в) оплеточные

В коаксиальных кабелях для обеспечения требуемых норм по­мехозащищенности при однокабельной связи внешний проводник выполняется биметаллическим (медь—сталь).

В радиочастотных кабелях антенно-фидерного назначения при­меняются экраны гибкой конструкции типа оплетки из медных или стальных проволок.

Электромагнитостатический режим характеризует стационар­ные и статические поля и распространяется на диапазон частот до 4 кГц. В этой частотной области экраны действуют на прин­ципе замыкания соответствующих полей вследствие повышенной электро- и магнитопроводности металлов. В данном случае для расчета экранов могут быть использованы уравнения Максвелла в стационарном режиме rotН=σЕ и rotЕ =0.

Электростатическое и магнитостатическое экранирования име­ют принципиальное различие.

Электростатическое экранирование обеспечивает экранирую­щий эффект, равный бесконечности при постоянном поле (f =0), который с ростом частоты уменьшается. Это обусловлено частот­ной зависимостью волнового сопротивления диэлектрика относи­тельно электрического поля Z_Д^Е= l/iωεr_э и природой экраниро­вания статического электрического поля.

Магнитостатическое экранирование основано на замыкании магнитного поля в толще экрана, происходящее вследствие его повышенной магнитопроводимости.