Конспект лекций по НСС (1). Конспект лекций по учебной дисциплине направляющие системы связи По специальности (направлению подготовки) 11. 03. 02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи
 Скачать 2.55 Mb.
|
|
– важный узел связан с менее важными одной линией. Достоинства: самая высокая экономичность. Недостатки: самая низкая надёжность. Кольцевая структура. Достоинства:высокая надёжность за счёт большого количества обходных путей. Недостатки:при кольцевом построении сети рёбра должны обеспечивать передачу мощных потоков информации с высокой достоверностью и надёжность, что присуще только волоконно-оптическим кабелям. Реальные сети электросвязистроятся по комбинированному принципу с использованием всех методов на различных участках сети электросвязи. В основном реализуется радиально-узловой принцип построения сети с жёстким выделением иерархии узлов. В структуре сети выделяется главный узел. Для главного узла выполняются условия построения сети «каждый с каждым». Структура реальной сети электросвязи Москва (Главный узел) Близлежащие области, края, республики соединяются непосредственно между собой; удалённые транзитом соединяются через главный узел. (Междугородная магистральная сеть связи) В пределах областей, краёв и республик выделяются зоны единой семизначной нумерации. Каждой зоне присваивается свой трехзначный код. Ёмкость телефонных номеров в пределах зоны 10 7 абонентов. Поэтому зоной может быть отдельный крупный город. Каждый районный центр соединяется с областным по принципу «каждый с каждым». Районные центры соединяются друг с другом напрямую или транзитом через областной центр. (Внутриобластная, зоновая сеть связи) Районные центры или города, крупные населенные пункты. Отдельные населённые пункты, находящиеся на территории района могут соединяться по радиальному принципу с районным центром и соответствующим узлом. В настоящее время в связи с широким внедрением ВОЛП, обладающих большой пропускной способностью, все шире находит применение на всех элементах сети электросвязи кольцевой принцип построения сети с использованием современных цифровых систем передачи. Используется принцип так называемой «наложенной сети», когда вновь строящаяся кольцевая структура дополняет и развивает существующую сеть и в дальнейшем полностью её заменяет. В настоящее время существуют цифровые кольца такой сети для городов, районов и областей, создаётся структура единого цифрового кольца в пределах страны, на этапе создания глобальное цифровое кольцо, соединяющее все страны мира на базе ВОЛП. При построении сети электросвязи соблюдается производственно- территориальный принцип административно-технического управления сетью. Координируют работу средств электросвязи министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций РФ. Магистральную междугороднюю связь обслуживает крупнейший оператор связи - ПАО «Ростелеком» через свои филиалы. Дальнюю связь в настоящее время организуют и ведомственные сети, в частности, сети электросвязи РЖД. Сети общего пользования и ведомственные сети объединяются в пределах единой сети РФ (ЕСЭ РФ) и развиваются на базе единой технической политики. В связи с внедрением кольцевых структур при построении сети электросвязи принята новая терминология названия сетей. Все сети, объединяющие узлы в кольцевую структуру, получили название транспортных сетей. Сети, обеспечивающие подключение абонентов к узлам транспортной сети, получили название «сети доступа». Поэтому в настоящее время можно считать, что транспортные сети включают в себя магистральную, междугородную и зоновую сеть. Местная сеть входит в состав сети абонентского доступа. 1.7 Первичная и вторичная сети: Вся сеть электросвязи делится на первичную и вторичную сети. Первичная сетьпредставляет собой совокупность всех каналов электросвязи без их подразделения по видам связи. Она состоит из направляющих систем электросвязи, образующих линейные сооружения связи, а так же многоканальных систем передачи. Первичная сеть едина для всех потребителей и является основой для вторичной сети. Вторичная сеть состоит из каналов электросвязи одного назначения(телефон, телеграф) и строится на базе первичной сети. Она включает в себя кроме каналов электросвязи ещё и коммутационные узлы определенного назначения (АМТС) а также оконечные устройства, размещённые непосредственно у абонентов, при этом вторичные сети подключаются к первичной сети с помощью соединительных линий. При этом организуется наиболее экономичное и надёжное функционирование отдельных элементов сети электросвязи. Высокая надёжность обеспечивается за счёт резервирования и сочетания различных направляющих сред. Таким образом, структура взаимоувязанной сети электросвязи будет иметь вид: Лекция №2 Конструкции и характеристики направляющих систем электросвязи 2.1. Общие положения На сетях связи страны широкое применение находят электрические и оптические направляющие системы связи. Проводными направляющими системами связи являются кабели связи. В настоящее время в России новые магистральные, внутризоновые и межстанционные линии ГТС Министерства связи и массовых коммуникаций строятся в основном с применением оптических кабелей (ОК). Электрические кабели, проложенные ранее, продолжают эксплуатироваться. На абонентских сетях эти кабели находят еще достаточно широкое применение. В связи с более широким применением на сетях связи волоконно- оптических кабелей в настоящей главе более подробно рассмотрены их конструкции. Конструкции электрических кабелей освещены менее подробно. 2.2 Электрические кабели связи 2.2.1 Классификация электрических кабелей связи Кабель связи представляет собой совокупность изолированных проводников (жил), скрученных по определенной системе и заключенных в общую влагонепроницаемую оболочку (рис. 2.1). Рис. 2.1. Общий вид электрического кабеля: 1 — сердечник; 2 — оболочка; 3 — броневой покров Электрические кабели связи классифицируются по следующему ряду признаков: - область применения выделяют магистральные кабели связи, кабели внутризоновой (внутриобластной) связи, кабели сельской связи, городские телефонные кабели, кабели для соединительных линий и вставок; кабели структурированных кабельных систем (СКС), сетей ШПД, цифровых абонентских линий. - условия прокладки и эксплуатации – кабели подземные, подводные и воздушные (или кабели воздушной подвески); - конструкция – в зависимости от взаимного расположения проводников физической цепи – симметричные и коаксиальные. Симметричная цепь состоит их двух одинаковых в конструктивном и электрическом отношении проводников (рис. 2.2, а). Коаксиальная цепь представляет собой два цилиндра с совмещенной осью, причем один цилиндр – сплошной проводник концентрически расположен внутри другого цилиндра, полого (рис. 2.2,б); Рис. 2.2. Кабельные цепи: а — симметричная; б — коаксиальная - спектр передаваемых частот – кабели низкочастотные (до 10 кГц) и высокочастотные (свыше 10 кГц); - вид скрутки изолированных проводников в группы – кабели парной скрутки и кабели четверочной (звездной) скрутки, кабели повивной и пучковой скрутки; - род защитного покрова – кабели с металлическими, пластмассовыми и металлопластмассовыми оболочками. Броневой покров кабелей выполняется из стальных лент (для подземной прокладки), из круглых стальных проволок (для защиты от растягивающих усилий). 2.2.2 Конструктивные элементы симметричных кабелей связи Токопроводящие жилы. Проводники или токопроводящие жилы должны удовлетворять следующим основным требованиям: обладать высокой электрической проводимостью, большой гибкостью и достаточной механической прочностью. Наибольшее применение при производстве кабелей связи получила медь. Для кабельных жил применяется в основном мягкая проволока марки ММ с удельным сопротивлением 2 Ом мм 0, 0175 м Для симметричных высокочастотных кабелей наибольшее применение находят медные жилы диаметром 0,9; 1,05; 1,2 мм. В кабелях городских телефонных сетей наибольшее распространение получили медные жилы диаметром 0,32; 0,4; 0,5; 0,7 мм. Изоляция токопроводящих жил. В электрическом отношении свойства изоляционных материалов определяются следующими характеристиками: - электрической прочностью U пр , при которой происходит пробой изоляции; - удельным электрическим сопротивлением при постоянном токе , характеризующим величину тока утечки диэлектрика; - диэлектрической проницаемостью ε, характеризующей степень смещения зарядов (поляризации) в диэлектрике при воздействии на него электрического поля; - тангенсом угла диэлектрических потерь tg , характеризующим потери энергии в диэлектрике. Материалы, служащие для изолирования кабельных жил, должны иметь высокое удельное объемное сопротивление, малые диэлектрические потери, низкое значение диэлектрической проницаемости, обладать эластичностью. Кроме того, они должны легко поддаваться технологической обработке, быть стойкими к старению. По электроизоляционным характеристикам желательно, чтобы изоляция приближалась к свойствам воздуха (tg = 0, ε = 1, = ), который является практически идеальным диэлектриком. В кабелях связи в качестве изоляции применяют комбинированный диэлектрик, состоящий из воздуха и твердого материала, что позволяет выполнять условие симметрии цепей. Наибольшее применение в качестве изоляционного материала в кабелях связи получили кабельная бумага, полистирол, полиэтилен и другие полимеризационные пластмассы. В таблице 2.1 представлены основные характеристики кабельных диэлектриков. Таблица 2.1. Основные характеристики кабельных диэлектриков Диэлектрик Плотность, г/см 3 U, кВ/мм tg 10 -4 при частоте 1 МГц Кабельная бумага 0,7 2…2,5 5 400 Полистирол 1,05 2,5…2,7 40 2 Полиэтилен сплошной 0,92 2,2…2,3 30 3 Полиэтилен пористый 0,47 1,45…1,50 6…10 5 Поливинилхлорид 1,26…1,40 3…6 30 400 Наиболее широкое применение в симметричных кабелях связи получили следующие типы изоляции: - трубчатая, выполняется в виде бумажной ленты, наложенной в виде трубки (рис. 2.3, а), бывает и бумажно-пористая изоляция, представляющая собой однородный слой бумаги; - кордельная, состоит из корделя, расположенного спирально на проводнике, и ленты, которая накладывается поверх корделя (рис.2.3,б); - сплошная, выполняется из сплошного слоя пластмассы (рис.2.3,в); - пористая, выполняется из сплошного слоя пенопласта (рис.2.3,г); - баллонная, представляет собой тонкостенную пластмассовую трубку, внутри которой свободно располагается проводник, трубка периодически по спирали обжимается и надежно удерживает жилу в центре изоляции (рис. 2.3,д, е). Рис. 2.3. Типы изоляции симметричных кабелей связи В последние годы получила широкое распространение трехслойная пленко-пористая полиэтиленовая изоляция. На рис. 2.4 показано поперечное сечение изолированной жилы. Изоляция жилы состоит из трех концентрических слоев полиэтилена низкой плотности. Наружный 1 и внутренний 2 слои представляют сплошное пленочное покрытие. Между ними расположен основной промежуточный слой 3, имеющий вспененную (пористую) структуру. Изоляция окрашена в четыре цвета: красный, зеленый, желтый и синий. Пигмент введен в наружное пленочное покрытие. Пленко-пористая изоляция, наложенная на медную жилу, отличается повышенной геометрической и диэлектрической однородностью благодаря автоматическому регулированию диаметра, погонной емкости и эксцентриситета изолированной жилы. Рис. 2.4. Трехслойная пленко-пористая полиэтиленовая изоляция Образование групп. Отдельные изолированный жилы скручиваются в группы, называемые элементами симметричного кабеля. В результате жилы цепи становятся в одинаковые условия по отношению друг к другу, в связи с чем снижаются электромагнитные связи между цепями и повышается защищенность их от взаимных и внешних помех. Существует несколько способов скрутки жил в группы: - скрутка парная «П» (рис. 2.5, а); - скрутка звездная «З» (рис. 2.5, б); - скрутка двойная парная «ДП» (рис. 2.5, в); - скрутка двойная звездная «ДЗ» (рис. 2.5, г). Рис. 2.5. Типы скрутки жил Наиболее экономичной, обеспечивающей лучшую стабильность по электрическим параметрам, является звездная скрутка. Эта скрутка получила преимущественное применение в высокочастотных симметричных кабелях связи. Парная скрутка является наиболее простой в производстве и применяется в основном при изготовлении городских телефонных кабелей. Скрутки «ДП» и «ДЗ» не получили широкого применения в существующих конструкциях симметричных кабелей связи из-за увеличения количества операций скрутки. Построение кабельного сердечника. Скрученные в группы изолированные жилы систематизируют по определенному закону и объединяют в общий кабельный сердечник. Различают две разновидности кабельной скрутки: - однородную, отличительным признаком которой является одинаковая структура и одинаковый диаметр всех образующих сердечник элементарных групп (рис. 2.6,а); - неоднородную, при которой сердечник кабеля образован из групп, разнородных по структуре и имеющих неодинаковый диаметр (рис. 2.6,б). Рис. 2.6. Однородная (а) и неоднородная (б) скрутки в сердечнике Наибольшее распространение получила однородная скрутка. В зависимости от характера образования сердечника различают повивную и пучковую системы скрутки. При пучковой скрутке группы сначала скручиваются в пучки, содержащие по несколько десятков групп (наиболее распространены пучки из 50 и 100 групп), после чего пучки, скручиваясь вместе, образуют сердечник кабеля (рис. 2.7). Пучковая скрутка в основном применяется для кабелей городских телефонных сетей. Рис. 2.7. Пучковая система скрутки групп кабельных жил в сердечнике В сердечнике повивной скрутки группы располагаются последовательными концентрическими повивами, накладываемыми один на другой поверх центрального. При этом смежные повивы должны иметь взаимно противоположные направления скрутки. Для облегчения разделки кабеля при его монтаже каждый повив сердечника обматывается по открытой спирали хлопчатобумажной или капроновой пряжей. В каждом повиве есть контрольные группы, расцветка которых резко отличается от расцветки всех остальных групп, расположенных в данном повиве. В настоящее время для скрутки городских телефонных кабелей в кабельной промышленности в основном применяется так называемая разнонаправленная или SZ скрутка (название скрутки соответствует условному графическому обозначению левой S и правой Z скруток). В отличие от классической скрутки, когда кабельные цепи скручиваются по всей длине в одном направлении, в разнонаправленной скрутке направление скрутки периодически меняется и каждый последующий участок кабеля скручивается в сторону, противоположную той, в которую был скручен предыдущей участок. Основным достоинством SZ скрутки является возможность отказаться от вращения в пространстве отдающих и приемных устройств. Это позволяет в один технологический процесс объединить несколько технологических операций, например, скрутку жил в пары, скрутку пар в пучки, наложение изолирующих покровов и тем самым повысить производительность труда. Защитные оболочки и покровы. Сердечник кабеля покрывают поясной изоляцией и заключают в герметичную оболочку, предохраняющую изоляцию жил от влаги и защищающую кабель от механических воздействий, которые могут возникнуть в процессе транспортировки, прокладки и эксплуатации кабеля. Влагозащитные кабельные оболочки в зависимости от материала, используемого для их изготовления, разделяются на три основные группы: металлические, пластмассовые и металлопластмассовые. К металлическим оболочкам относятся главным образом свинцовые, алюминиевые и стальные. Свинцовые оболочки накладываются на сердечник методом опрессования в горячем виде. Чтобы свинцовая оболочка имела большую твердость и вибростойкость, ее изготавливают из легированного свинца с присадкой 0,4 – 0,8 % сурьмы. Алюминиевые оболочки выпрессовывают в горячем виде или изготавливают из ленты со сварным продольным швом при помощи аргонно-дуговой сварки или сварки токами высокой частоты. Алюминиевые оболочки весьма прогрессивные, т.к. они легкие, дешевые и обладают высокими экранирующими свойствами. Однако они сильно подвержены электрохимической коррозии, поэтому их надежно защищают полиэтиленовым шлангом с предварительно наложенным слоем битума. Стальные оболочки изготавливают путем сварки. Для повышения гибкости их гофрируют, а с целью защиты от коррозии покрывают полиэтиленовым шлангом. Из пластмассовых оболочек наибольшее применение получили полиэтиленовые и поливинилхлоридные. Пластмассовые оболочки сочетают влагостойкость, стойкость против коррозии, придают кабелю гибкость, легкость и вибростойкость. Однако через пластмассу постепенно диффундируют водяные пары, что приводит к снижению сопротивления изоляции кабеля. Поэтому полиэтиленовые оболочки используются в кабелях с полиэтиленовой изоляцией жил. Поливинилхлоридные оболочки по причине низкой влагостойкости применяются в основном в станционных кабелях. Достоинством поливинилхлоридных оболочек является большая огнестойкость. Применяются также полиэтиленовые оболочки, не поддерживающие горение. Из металлопластмассовых оболочек в кабельной технике находит применение алюмополиэтиленовая оболочка, представляющая собой полиэтиленовую трубку, металлизированную внутри слоем алюминиевой фольги. При прокладке кабелей непосредственно в земле или в воде они обязательно снабжаются дополнительной защитой. Защита включает подушку, броневой покров и наружный покров. Подушка бронированных кабелей обычно состоит из последовательно наложенных слоев битумного состава и пропитанной кабельной пряжи (джута). Броневой покров выполняется из стальных лент, плоской или круглой стальной проволоки. Поверх брони на кабель накладывается наружный покров, состоящий из пропитанной битумом кабельной пряжи. В кабелях с алюминиевыми и стальными оболочками, которые сильно подвержены коррозии, применяются усиленные защитные покровы из вязкого подклеивающего битумного слоя и полиэтиленового шланга. 2.2.3. Конструктивные элементы коаксиальных кабелей связи Основным элементом коаксиального кабеля является коаксиальная пара – гибкая металлическая трубка, внутри которой в центре находится изолированный проводник. Трубку принято называть внешним проводником, а центральный провод – внутренним. Коаксиальные кабели различают в зависимости от диаметров внутреннего d и внешнего D проводников и их соотношения d/D. Наибольшее распространение имеют следующие основные типы коаксиальных пар: малые 1,2/4,6; средние 2,6/9,4 и большие 5/18 (в числителе указан диаметр внутреннего проводника, а в знаменателе – внутренний диаметр внешнего проводника в мм). Внешний проводник может быть образован из медных или алюминиевых лент с продольным швом или оплетки. Наибольшее распространение в кабелях среднего и малого типа получил внешний проводник из медной ленты с продольным швом в виде гофра или молнии. Кабели среднего типа 2,6/9,4 находят применение в основном на магистральных линиях, кабели малого типа 1,2/4,6 называются малогабаритными и используются в основном на внутризоновых сетях связи. Кабели большого типа 5/18 используются на подводных кабельных линиях. В коаксиальных парах используются следующие основные типы изоляции: - шайбовая, состоящая из полиэтиленовых шайб толщиной 2,2 мм, расположенных через 20 – 30 мм (рис. 2.8); Рис. 2.8. Шайбовая изоляция коаксиальной пары - баллонно-кордельные или баллонные, аналогичные изоляции жил симметричных кабелей (рис. 2.3, д, е). Кроме своего основного назначения, изоляция коаксиальной пары фиксирует строгую концентричность, т.е. соосность проводников, что является одними из основных требований к коаксиальным конструкциям. Коаксиальный кабель может состоять из одной или нескольких коаксиальных пар, скрученных в общий сердечник. При этом в комбинированные кабели могут входить коаксиальные пары разного диаметра, а также НЧ и ВЧ симметричные четвертки и пары. На скрученный сердечник накладывается поясная изоляция из нескольких бумажных или пластмассовых лент. Защитные оболочки и покровы коаксиальных кабелей обычно имеют такую же конструкцию, как и симметричные кабели. 2.2.4 Маркировка электрических кабелей связи для магистральных, внутризоновых и городских линий Для удобства классификации и пользования кабелям присваивается определенное условное обозначение – марка. Под маркой кабеля понимается система условных обозначений, отражающих при помощи букв и цифр основные классификационные признаки и конструктивные особенности кабеля. Первые одна или две буквы определяют назначение кабеля. Например, городские телефонные кабели обозначаются буквой Т, магистральные симметричные и малогабаритные коаксиальные буквами МК, магистральные коаксиальные – буквами КМ. Последующие одна или две буквы обозначают особенность конструкции или материал изоляции кабеля. Например, звездная скрутка НЧ кабеля обозначается буквой З, кордельно-полистирольная (стирофлексная) изоляция – С, полиэтиленовая изоляция – П, трубчато-полиэтиленовая – Т. Бумажная изоляция в симметричных и шайбовая изоляция в коаксиальных кабелях в марке не имеет буквенных обозначений. Последние одна или две буквы марки кабеля обозначают род защитного покрова. Например, голый освинцованный кабель обозначается буквой Г, алюминиевая оболочка обозначается буквой А, стальная оболочка буквой С или Ст. Буква Б – бронирование кабеля двумя стальными лентами с наружным джутовым защитным покровом; К – бронирование круглыми оцинкованными проволоками с наружным покровом; БГ – бронированный голый, т.е. без наружного защитного покрова. При наличии противокоррозионных изолирующих покровов в подброневой подушке к обозначению прибавляются буквы: л – слой поливинилхлоридных или других пластмассовых лент; 2л – два слоя лент, между которыми наложены битум и крепированная бумага; п – полиэтиленовый шланг; в – поливинилхлоридный шланг. При наличии таких наружных покровов буквы Шп обозначают полиэтиленовый шланг или Шв – поливинилхлоридный шланг. В конце марки кабеля указывают число жил или коаксиальных пар и диаметр жил. Например, четырехчетверочный кабель с жилами диаметром 1,2 мм имеет следующее обозначение: 4х4х1,2, пятисотпарный городской кабель с жилами диаметром 0,4 мм имеет цифровое обозначение: 500х2х0,4. Ввиду разнообразия типов выпускаемых промышленностью кабелей одинаковые буквы в маркировке иногда имеют разные обозначения. Например, буквой З обозначаются звездная скрутка в низкочастотных кабелях, а также кабели зоновой связи, буквой С – «связь», «стирофлекс», «сталь» и т.п. Поэтому при необходимости значения букв в каждом отдельном случае можно уточнить по ГОСТ или техническим условиям на кабели. На сетях электросвязи применение нашли следующие основные типы симметричных кабелей связи (часть из них показана на рис. 2.9): - МКС, МКСА – кабели с кордельно-полистирольной изоляцией в свинцовой и алюминиевой оболочках; - МКП – с баллонной полиэтиленовой изоляцией (специальные кабели для железнодорожного транспорта); - ТЗ, ТЗП – низкочастотные кабели с кордельно-бумажной и пористой полиэтиленовой изоляцией; - ЗКП, ЗКВ, ЗКА – одночетверочные кабели с полиэтиленовой изоляцией жил в полиэтиленовой, поливинилхлоридной, алюминиевой оболочках; - КСПП – одночетверочные кабели сельской связи с полиэтиленовой изоляцией жил; - КСППЗ – одночетверочные кабели сельской телефонной связи (СТС) с полиэтиленовой изоляцией с гидрофобным заполнением (буква З), которое препятствует распространению по кабелю влаги. Рис. 2.9. Типы симметричных кабелей связи Из коаксиальных кабелей распространение получили следующие марки: - КМБ-4 (КМГ-4, КМК-4) – однородный коаксиальный кабель с четырьмя коаксиальными парами (рис. 2.10); - КМБ-8/6 (КМГ-8/6, КМК-8/6) – комбинированный коаксиальный кабель, содержит 8 стандартизированных пар 2,6/9,4 и 6 малогабаритных пар 1,2/4,6 мм. Рис. 2.10. Коаксиальный кабель КМ-4 (Г, Б, К) На рисунке 2.11 показан малогабаритный коаксиальный кабель с парами 1,2/4,6. Рис. 2.11. Малогабаритный коаксиальный кабель МКТ-4 На городских телефонных сетях применяются кабели с бумажной изоляцией жил марки ТГ (ТБ) – в свинцовой оболочке, а также кабели с полиэтиленовой изоляцией и полиэтиленовой оболочкой марок ТПП и ТППэп. Рис. 2.12. Кабель марки ТППэп: 1 – жилы в сплошной полиэтиленовой изоляции; 2 – скрепляющая обмотка пучков жил (капроновая нить); 3 – поясная изоляция из полиэтилентерефталатной пленки; 4 – экран из алюминиевой фольги; 5 – оболочка из полиэтилена; 6 – дренажный провод 2.2.5 Электрические кабели для цифровых абонентских линий Бурное развитие современных сетей связи и непрерывное появление новых услуг в области связи способствуют тому, что все большее число абонентов телефонной и пользователей компьютерной сетей требуют недорого высокоскоростного доступа к различным локальным и ведомственным сетям. Сегодня операторы корпоративных и ведомственных сетей для предоставления абонентам информационных услуг широко внедряют оборудование на основе технологии хDSL (цифровая абонентская линия). Это позволяет увеличить скорость передачи информации по обычным медным витым парам до 8 Мбит/с и более на достаточно большие расстояния. Использование для этих целей обычного кабеля типа ТППэп не позволяет добиться 100% решения задач, так как не все пары в кабеле отвечают требованиям современных систем передачи, в первую очередь по параметрам взаимных влияний. Кабельной промышленностью в последние годы разработаны и выпускаются цифровые телефонные кабели. Эти кабели предназначены для широкополосного абонентского доступа с применением технологий хDSL (цифровые системы передачи с использованием линейных кодов: НДВ-3; 2В1Q; САР; ТС-РАМ; ДМТ). Кабели могут прокладываться в грунт, в телефонной канализации, по стенам здания и подвешиваться на опорах воздушных линий. Кабели выпускаются емкостью от одной до 100 пар с диаметром медных жил 0,5 мм, 0,64 мм и 0,9 мм. В кабелях может использоваться сплошная полиэтиленовая изоляция или трехслойная пленко-пористо-пленочная. Для защиты от влаги в кабельный сердечник вводится гидрофобный заполнитель или водоблокирующие сухие элементы. Экранируется кабель алюмополиэтиленовой лентой, в качестве защитных покровов, в зависимости от заказа, могут применяться спирально наложенная стальная лента, продольная гофрированная стальная лента или оплетка стальными проволоками. Эти кабели имеют повышенную геометрическую однородность и малые шаги скрутки (10-15 мм), что обеспечивает высокую помехозащищенность цепей от внешних и взаимных электромагнитных влияний. Практически эти кабели изготавливаются по технологии производства LAN кабелей (кабели для локальных сетей с витыми парами). Примерами таких кабелей являются кабели марок КЦППэп, КЦППэпЗ(БбШп), КЦПВ. На рис. 2.12 показана конструкция телефонного высокочастотного кабеля КЦППэп для сетей широкополосного абонентского доступа (ШПД), оборудованных системами цифрового абонентского уплотнения xDSL при скорости передачи до 100 Мбит/с. Кабель предназначен для прокладки в телефонной канализации, в коллекторах шахт, по стенам зданий и подвески на воздушных линиях связи для организации сети абонентского доступа. а) Рис. 2.13. Примеры конструкций кабелей для цифрового абонентского доступа: а – КЦППэп; б – КЦППэп-5: 1 - медная токопроводящая жила в сплошной полиэтиленовой изоляции; 2 – поясная изоляция (полиэтилентерефталатная пленка или вспененная полипропиленовая лента); 3 – экран (алюмополиэтиленовая лента); 4 – оболочка (полиэтилен); 5 – дренажный провод (медная луженая проволока). 2.2.6. Электрические кабели для сетей ШПД и СКС На сетях ШПД, а также СКС на сегодняшний день в основном применяются электрические кабели на основе витых пар (реже звездной скрутки), хотя для построения сетей Ethernet возможно также применение «толстого» коаксиального кабеля с диаметром внутреннего проводника примерно равным 1 см. Витые пары состоят из изолированных медных жил, скрученных вместе и заключенных в защитную оболочку. Скручивание жил обеспечивает хорошую гибкость кабеля и позволяет уменьшить взаимные влияния между парами. Кабели на основе витой пары могут быть в экранированном и неэкранированном исполнении. Экранированный симметричный кабель потенциально обладает лучшими электрическими характеристиками по сравнению с неэкранированным. Но при этом кабельные линии на его основе являются очень критичными к качеству выполнения монтажа и заземления, а сами кабели имеют большую стоимость [1]. Кабели СКС имеют следующие особенности: - для снижения взаимных влияний между отдельными парами кабеля, разные пары скручиваются с различным шагом, шаг скрутки отдельных пар при этом специальным образом согласуют [4]; - в состав конструкции кабелей с экраном из фольги обычно вводится дополнительный тонкий неизолированный медный луженый или оцинкованный дренажный проводник, который необходим для обеспечения электрической непрерывности экрана при случайных разрывах экранирующей пленки во время прокладки и эксплуатации; - диаметр проводников в кабелях измеряется в американских калибрах, AWG (American Wire Gauge), при этом, чем больше цифра калибра, тем тоньше проводник; Общих правил в обозначениях конструкций таких кабелей до последнего времени не существовало. Каждый производитель использовал удобную ему маркировку. В связи с этим, в международном стандарте ISO/IEC 11801:2002(E) в информативном специальном приложении E предложено выполнять маркировку конструкций симметричных кабелей в виде, показанном на рис. 2.13 [2]. Предложенная маркировка носит характер рекомендаций и не является пока обязательной. ХХ/ХХХ вид скрутки жил кабеля (TP-витая пара, TQ- звездная скрутка) тип экрана вокруг жил (U - экран вокруг жил отсутствует; F - есть экран из фольги) вид двух возможных слоев внешних экранов кабеля (F - фольга; S - оплетка; U - экран отстутствует) SF – фольгированный, с оплеткой) Рис. 2.13. Маркировка для кабелей СКС, рекомендованная в ISO/IEC 11801:2002(E) Наиболее часто встречаются следующие обозначения кабелей: 1. U/UTP или UTP (Unshielded twisted pair – неэкранированная витая пара) – кабель не имеет защитного экрана (рис. 2.12, а); 2. F/UTP или FTP (Foiled twisted pair - фольгированная витая пара ) – кабель имеет один общий внешний экран из фольги (рис. 2.12, б); 3. U/FTP – кабель имеет экран для каждой пары, но не имеет общего экрана (рис. 2.12, в); 4. S/FTP ( Screened Foiled twisted pair – фольгированная экранированная витая пара) – кабель имеет фольгированную защиту каждой пары и внешний экран из оплетки (рис. 2.12, г). 5. SF/UTP ( Screened Foiled Unshielded twisted pair ) – кабель имеет двойной внешний экран, сделанный из медной оплётки, а также фольги (рис. 2.12, д). а) б) в) г) д) Рис. 2.14. Витая пара: а – UTP; б – FTP; в – U/FTP; г – S/FTP; д – SF/UTP Стандартом ISO/IEC 11801 все виды приложений, которые могут обмениваться данными по витым парам, подразделяются на классы: A, B, C, D, E, F. Для приложений каждого класса определяется соответствующий класс линии связи, который задает предельные электрические характеристики линии, необходимые для нормальной работы приложений соответствующего и более низкого класса [1]. Разным классам соответствует разная ширина полосы пропускаемых частот [2]: • класс А — 0,1 МГц; • класс B — 1,0 МГц; • класс С — 16,0 МГц; • класс D — 100,0 МГц; • класс E — 250,0 МГц; • класс F — 600,0 МГц. Непосредственно компоненты, из которых создается СКС (кабели, коннекторы, вилки, гнезда и т. п.) классифицируются в стандарте ISO/IEC 11801:2002(E) по категориям. Критерием отнесения компонента к категории является также ширина полосы пропускаемых им частот. В табл. 2.2 приведены категории кабелей СКС. Табл. 2.2. Категории кабелей СКС Категория кабеля Полоса частот до, МГц Скорость передачи данных до, Мбит/сек. Назначение и конструкция CAT1 0,1 – Передача речевого сигнала, телефонная «лапша» ТРП CAT2 1 4 2 пары проводников, сейчас не применяется CAT3 16 10 4 парный кабель для телефонных и локальных сетей протяженностью до 100 метров CAT4 20 16 4 парный кабель, сейчас не применяется CAT5 100 100 при использовании 2 пар, 1000 при использовании 4 пар 4 парный кабель для телефонных и локальных сетей CAT5e 125 100 при использовании 2 пар UTP 4 парный кабель для компьютерных сетей CAT6 250 1 000 при использовании 4 пар, 10 000 на расстоянии до 50 метров UTP 4 парный кабель для компьютерных сетей CAT6a 500 10 000 на расстоянии до 100 метров UTP 4 парный кабель высокоскоростных линий Интернет, в перспективе CAT7 600 10 000 на расстоянии до 100 метров S/FTP 4 парный кабель высокоскоростных линий Интернет CAT7a 1200 40 000, 100 000 Разработан для передачи данных на скоростях до 40 ГБит/с на расстояние до 50 м и до 100 ГБит/с на расстояние до 15 м В настоящее время для проектирования и строительства СКС применяются кабели не ниже пятой категории. 2.3 Оптические кабели связи 2.3.1. Классификация оптических кабелей связи Оптические кабели связи (ОК), в отличие от электрических кабелей, нет необходимости классифицировать по принципу их принадлежности на магистральные, внутризоновые, городские и сельские. Объясняется это тем, что в современных ОК, в не зависимости от их принадлежности к тем или иным сетям, используются одинаковые оптические волокна, в большинстве случаев – одномодовое ОВ. В связи с этим ОК классифицируются по назначению на две основные группы [4]: - ОК наружной прокладки (др. название - линейные, т.е. для прокладки вне зданий и сооружений); - ОК внутренней прокладки (др. название внутриобъектовые, т.е. для прокладки внутри зданий и сооружений); Определяющим фактором применения линейных ОК на сетях связи являются условия их прокладки и эксплуатации. Линейные оптические кабели позволяют создавать сети во всех средах: на суше, в воде и воздухе. С учетом этого линейные ОК можно классифицировать на три группы: подземные; подвесные; подводные. Внутриобъектовые ОК по условиям применения можно классифицировать на две группы: распределительные; станционные (монтажные). Условия прокладки и эксплуатации ОК в одной и той же среде далеко не одинаковы, поэтому целесообразно классифицировать ОК и по вариантам их применения. Классификация оптических кабелей по назначению, условиям и вариантам применения представлена на рис. 2.16. [5]. Классификация оптических кабелей По назначению Условия прокладки Внутриобъектовые кабели Линейные кабели Условия применения Подвесные кабели Подземные кабели В тоннелях, коллекторах В кабельной канализации Станционные кабели Распределительные кабели Подводные кабели Варианты применения Варианты применения Варианты применения Варианты применения Варианты применения Для прокладки внутри зданий Для монтажа аппаратуры На опорах ЛЭП На речных переходах и глубоководных участках водоемов В грунте На опорах эл.ж.д. и гор. электрохозяйства На береговых и морских участках Рис. 2.16. Классификация оптических кабелей Здесь представлена обобщенная классификация ОК. Более подробно классификация по конструкциям и условиям работы для подземных, подвесных, подводных ОК изложена в [6 - 8]. 2.3.2 Основные конструктивные элементы ОК и материалы для их изготовления ОК – это сложная опто-физическая система, в которой наиболее уязвимым элементом является кварцевое ОВ. Специфичность ОВ заключается не только в распространении по нему оптического излучения, но в критичности его к механическим нагрузкам (растяжение, сдавливание, изгибы, скручивание, удары), чувствительности к перепадам температуры, химическим воздействиям, влиянию влаги и водорода. Основные воздействующие факторы, которым должны противостоять ОК различного назначения и различных условий прокладки по данным [4], приведены в таблице 2.4. Таблица 2.4. Основные факторы, воздействующие на оптический кабель Условия применения Механические факторы Климатические факторы Электромагнитн ые факторы 1 2 3 4 Подземные Растягивающие и раздавливающие нагрузки: средние – в легких грунтах, в Циклическая смена температур в диапазоне рабочих температур. Импульсный ток молнии. Индуктированно тоннелях, коллекторах; значительные – в остальных грунтах; очень значительные – в вечномерзлых грунтах; меньше средних – в кабельной канализации. Изгибы, кручения, удары, вибрация. Воздействие грызунов. Повышенная относительная влажность. Пониженное атмосферное давление. Плесневые грибы. Влага и вода. Химическое воздействие. е напряжение от источников высокого напряжения. 1 2 3 4 Подвесные Растягивающие и раздавливающие нагрузки: средние – при подвеске на опорах эл.ж.д и низковольтных ЛЭП, опорах городского электрохозяйства; значительные – при подвеске на опорах высоковольтных ЛЭП. Вибрация. Пляска проводов. Ветер. Циклическая смена температур в более значительном диапазоне рабочих температур. Атмосферные осадки (дождь, снег, иней). Воздействие прямого солнечного излучения. Соляной туман. Химическое воздействие. Импульсный ток молнии. Термическое воздействие тока молнии. Подводные Растягивающие и раздавливающие нагрузки – очень значительные. Высокое избыточное гидростатическое давление. Прямое длительное воздействие воды. Циклическая смена температур в диапазоне рабочих температур (меньше, чем для подземных). - Распределите льные и станционные Растягивающие и раздавливающие нагрузки: близкие к средним для распределительных; очень незначительные для станционных. Изгибы и удары. Прямое воздействие огня при пожарах. Циклическая смена температур в диапазоне рабочих температур (меньше, чем для подземных). - Приведенные в таблице 2.4 воздействующие факторы и определяют особенности конструкций ОК различного назначения и использования в них конструктивных элементов, обеспечивающих прокладку и эксплуатацию ОК в заданных интервалах воздействия внешних факторов. Основные конструктивные элементы ОК: оптическое волокно; центральный силовой элемент (ЦСЭ); модули (модульные трубки); заполняющие кордели (при необходимости); профилированные сердечники; скрепляющие нити и ленты; гидрофобные материалы; периферийные силовые элементы и бронепокровы; оболочки ОК (внешняя, внутренняя). Отдельные перечисленные элементы могут отсутствовать исходя из назначения и условий применения ОК. Оптическое волокно – это основной конструктивный элемент ОК, выполняющий роль направляющей среды передачи. Центральный силовой элемент (ЦСЭ) – придает ОК дополнительную устойчивость к механическим нагрузкам, принимает на себя нагрузку при прокладке ОК, обеспечивает большую гибкость кабеля. В качестве центрального силового элемента ОК повивной скрутки используют стеклопластиковый стержень, а также стальную проволоку или трос с полимерным покрытием. Для изготовления ОК, предназначенных для прокладки в грунт, в качестве центрального силового элемента преимущественно используются стеклопластиковый стержень, с целью повышения стойкости ОК к внешним электромагнитным воздействиям. Модуль (модульная трубка) – самостоятельный конструктивный элемент ОК, содержащий одно и более ОВ, выполняет функции защитного элемента, уменьшает опасность обрыва ОВ и обеспечивает стабильность его работы при воздействии продольных и поперечных сил. Представляет собой полую трубку, выполненную из полибутелентерефталата (ПБТ), поликарбоната, полиамида. В модулях кабелей наружной прокладки, применяемых на сетях связи России, содержится, как правило: 4, 6, 8 или 12 ОВ, уложенных свободно. При этом пучок волокон укладывается в модуле по спирали, с определенным шагом скрутки (рис. 2.17). Таким образом, длина ОВ несколько больше длины модуля. Свободное пространство в модуле, не занятое волокнами, заполнено гидрофобным гелем, который также обладает и тиксотропными свойствами. Рис. 2.17. Укладка ОВ в модуле Оптический сердечник формируется из одного центрального модуля (рис. 2.18), либо из нескольких модулей (рис. 2.19, а), скрученных вокруг центрального силового элемента (ЦСЭ), принимающего на себя механические нагрузки при прокладке ОК. Оптический сердечник повышает механическую прочность ОК, защищает ОВ от изгибов и от нагрузок на растяжение и сдавливание, в пределах, не оказывающих влияния на передаточные параметры. Оптические сердечники могут содержать дополнительные элементы: элементы заполнения (заполняющие кордели), медные жилы, пары или четвертки из медных жил. Рис. 2.18. Пример ОК с центральной модульной трубкой Обычно повив оптического сердечника скрепляется нитями или скрепляющей лентой. Конструкция оптического сердечника определяются функциональным назначением и условиями применения ОК. Заполняющие кордели – это сплошные ПЭ стержни для устойчивости конструкции ОК. Оптические кабели, сердечник которого представляет собой повив модулей называют кабелями модульной конструкции (рис. 2.19, а). Вместо модулей в некоторых конструкциях кабелей применяется профилированный сердечник, выполненный из полимера (рис. 2.19, б). В пазы сердечника может укладываться по спирали одно ОВ или пучок ОВ (аналогично укладке в модульных трубках), модули с ОВ или же лента ОВ. Свободное пространство в пазах такого сердечника также заполняется гидрофобным гелем. В центре профилированного сердечника расположен силовой элемент, который обеспечивает необходимые механические параметры и стойкость к температурным изменениям. Следует отметить, что в России ОК с профилированным сердечником встречаются редко, в основном применяются кабели модульной конструкции. |