Расчет соединительной линии звукового вещания

 

 

 

Формула в полосе звуковых частот является недостаточно точной, но она наглядно показывает зависимость  затухания от L. С ростом L первое слагаемое уменьшается, а второе увеличивается. Существует некоторое  оптимальное значение при котором проходит через минимум.

Существует несколько  способов искусственного увеличения индуктивности  линии: пупинизация, т.е. включение в  линию через равные промежутки S сосредоточенных индуктивностей , крарупизация - обматывание жил кабеля ферромагнитной проволокой или лентой. В технике проводного вещания получил распространение метод пупинизация (рисунок 8).

 

 

Рисунок 8 –  Корректировка АЧХ методом пупинизации

 

По электрическим свойствам  пупинизированная линия аналогична ФНЧ. В полосе частот ниже так называемой предельной частоты пупинизации (в полосе пропускания) затухание линии мало, а выше этой частоты велико.

 

 

 

где - индуктивность, приходящаяся на участок линии, равный шагу пупинизации S, а CS – ёмкость между проводами на участке длиной S.

Коэффициент затухания пупинизированной линии в два с лишним раза меньше коэффициента затухания аналогичной  по конструкции непупинизированной линии. Лишь на частотах, близких к  предельной, он резко возрастает и  становиться даже больше, чем у  непупинизированной линии. Модуль характеристического  сопротивления пупинизированной линии  пости в три раза больше модуля волнового сопротивления аналогичной  по конструкции непупинизированной линии и в рабочем диапазоне  частот изменяется значительно меньше, чем . Возрастание приводит к увеличению и при неизменном входном напряжении к уменьшению потребления мощности.

Чтобы уменьшить амплитудно-частотные  искажения при передаче по пупинизированной линии, обычно используют диапазон частот от 0 до

 

 

 

 

4 ЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА

 

 

Цепи и тракты линий  связи постоянно находятся под  воздействием сторонних электромагнитных полей того или иного происхождения. Различают  две  основные  группы  источников  сторонних  полей:  внешние энергетически и  конструктивно не  связанные с линией связи и внутренние - соседние физические и искусственные цепи данной ЛС.

Внешние  источники  помех  по  своему  происхождению  делятся  на естественные  -  грозовые  разряды,  солнечная  радиация,  космическое излучение,  магнитные  бури  и  созданные  человеком  -  высоковольтные  ЛЭП, радиостанции  различного  назначения,  линии  электрифицированных железных  дорог,  метро  и  трамвая,  электрические  сети  промышленных предприятий и отдельных энергоемких устройств.

При допускаемом для ЛС  затухании, например 28,6 дБ  (3,3 Нп), лишь малая доля  переданной  в линию энергии поступает в приемник.  Основная часть  энергии  рассеивается  в самой линии,  главным образом на тепловые  потери  и диэлектрическую поляризацию.  Часть энергия переходит  на  соседние  цепи  в  виде  тока  помех.  В  силу  этого  передача, осуществляемая  по  какой-либо  цепи,  в  той  или  иной  мере прослушивается в соседних цепях кабельных или воздушных линий.

Характер  и  природа  влияния  между  цепями  воздушных  линий  и симметричных  кабелей  принципиально  идентичны.  Переход  энергии  с одной  цепи  на  другую  обусловлен  электромагнитным  взаимодействием между  ними  и  может  быть  условно  представлен  в  виде  суммарного действия электрического и магнитного полей.

При  прохождении  тока  по  какой-либо  цепи (влияющей), например 1—2  (рисунок 9), на проводах этой цепи образуются заряды +Q1 и -Q2.  Эти заряды  создают электрическое поле,  силовые линии которого частично  соприкасаются с проводами 3—4  смежной цепи (подверженной  влиянию).  Вследствие  этого между проводами 3—4 образуется  разность  потенциалов,  которая создает в них ток, распространяющийся  вдоль цепи.  Наведенный  ток достигает приемников,  включенных  на  концах  цепи,  и проявляется в виде мешающего влияния.  Влияние,  обусловленное действием электрического поля, называют электрическим.

 

Рисунок 9 –  Схема электрического влияния

Наряду  с  электрическим  влиянием  одновременно  действует  и магнитное  влияние (рисунок 10).  При прохождении тока  по  влияющей  цепи 1—2  вокруг  проводов  этой  цепи  образуется  магнитное поле,  силовые линии которого  частично  воздействуют  на  провода 3—4.  Эти магнитные силовые линии,  пересекая провода 3—4,  наводят в них ЭДС,  которая создает в цепи  3—4  ток.  Этот  ток,  распространяясь вдоль цепи, достигает  включенных  на  ее  концах  приемников  и  создает  мешающее действие.  Влияние,  обусловленное  действием  магнитного  поля, называется магнитным.

 

Рисунок 10 –  Схема магнитного влияния

 

Различают  следующие  основные  меры  защиты  цепей  и  трактов  линий связи от взаимных влияний:

Применение систем передачи и типов линий связи, обеспечивающих малые значения  взаимных  влияний.  Этот  способ  реализуется  на  практике  в  очень широких  масштабах.  Так,  применение  коаксиальных  кабелей  или  волоконно-оптических  линий  практически  полностью  решает  проблему  защиты  цепей  и трактов  линий  связи  от  взаимных  влияний.  К  этому  способу  можно  отнести также  мероприятия,  связанные  с  повышением  однородности  линий  связи, улучшением  качества  строительства  линий,  рациональным  выбором  цепей  для различных  систем  передачи.  Взаимная  компенсация  помех  между  цепями симметричных  линий  связи,  наводимых  на  различных    участках  линии.  Этот способ  используется  в  воздушных (ВЛС)  и  симметричных  кабельных (КЛС) линиях связи путем скрещивания  цепей ВЛС и соответствующего подбора шагов скрутки  цепей  симметричного  кабеля.  В  процессе  монтажа  кабеля  в симметрирующих  муфтах  производят  скрещивание  цепей  по  критерию максимального  ослабления  взаимных  влияний.  Способы  сосредоточенной компенсации  взаимных  помех  реализуются  на  усилительных  участках  линии,  а также  на  участках  ОУП—ОУП.  Принцип  этого  способа  основан  на  включении специальных  компенсирующих  схем,  называемых  противосвязями. Противосвязи  синтезируются  таким  образом,  чтобы  токи (напряжения), проходящие  через  них  в  цепь,   подверженную  влиянию,  ослабляли  токи (напряжения) помехи.

Данные методы применяются  при строительстве низкочастотных и высокочастотных линий связи.

Экранирование  цепей  кабельных  линий  связи  используется  в коаксиальных, симметричных и оптических кабелях и осуществляется в процессе их  изготовления (на  заводах).  Защита  от  взаимных  влияний  в  этом  случае достигается  путем  ослабления  интенсивности  влияющего  электромагнитного поля  в  экране.  Отбор  цепей  многопарных  телефонных  кабелей,  взаимная защищенность  между  которыми  равна  или  превышает  требуемые  нормами  значения.  Этот  метод  применяется  на  кабельных  линиях  ГТС  при  уплотнении цепей кабелей  цифровыми или аналоговыми системами  передачи.

Каждый  из  перечисленных  способов  защиты  цепей  от  взаимных  влияний характеризуется  своей  технологией  реализации,  эффективностью  защиты  от взаимных  помех,  стабильностью,  стоимостью,  надежностью,  рабочим диапазоном  частот,  эксплуатационными  характеристиками  — ремонтоспособностью,  эксплуатационными  расходами,  технологией эксплуатации,  методикой  контроля  исправности  и  стабильностью  значения эффективности"  подавления  помех.  В  зависимости  от  типа  линии  связи  и  системы  передачи  в широких  пределах  изменяются  эффективность  каждого  из указанных выше способов защиты от взаимных влияний, а также  конструктивная и технологическая  его реализация. В связи с этим рассмотрение методов защиты от взаимных влияний осуществляется раздельно  для каждого типа линии связи.

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 настоящее время используется ещё один комплекс  мероприятий,  проводимых в процессе монтажа симметричных кабелей связи с целью уменьшения взаимных влияний между цепями  кабеля. Он называется симметрированием. В этот  комплекс  входят  методы  взаимной компенсации влияний с отдельных участков линии (метод скрещивания цепей) и метод ослабления влияния с помощью контуров противосвязи.

В  кабелях  низкой  частоты (НЧ),  используемых  в  тональном  диапазоне  частот (до  4  кГц),  преобладают  электрические (емкостные)  связи,  а  с магнитными  связями можно  в первом приближении не  считаться. Поэтому на коротких  участках  кабеля  взаимные  влияния  на  ближнем  и  дальнем  концах становятся  одинаковыми  и  на  первом  этапе  симметрирования  их  ослабление осуществляется путем уменьшения только емкостных связей.

Участки  кабельной  линии,  на  которых  выполняется  первый  этап симметрирования  НЧ  кабелей,  называется  шагом  симметрирования.  Длина шага  симметрирования  обычно  не  превышает  17...20  км (для пупинизированных  цепей  кабеля  он  равен  шагу  пупинизации,  т.  е.  1,7  км). Основной  задачей  симметрирования  НЧ  кабелей  является  уменьшение взаимных влияний  между цепями, расположенными внутри четверки.

Влияние  между  цепями  различных  четверок (межгрупповые  связи),  как правило,  не  превышает  допустимых  нормами  значений. В  отдельных  случаях, когда значения емкостных связей между цепями различных  групп оказываются выше допустимых нормами величин их уменьшают  путем включения контуров противосвязи  между  соответствующими  цепями.  Конечной  целью симметрирования  НЧ кабеля является обеспечение требуемой  защищенности от взаимных помех на ближнем и дальнем концах линии.

Симметрирование  НЧ  кабелей  производится  в  три  этапа:  внутри  шагов симметрирования, при  соединении шагов и на смонтированном (усилительном) участке.

 

5 ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ПОМЕХ

 

 

Для  внешних  электромагнитных  влияний  высоковольтных  линий  на линии  связи  характерны  следующие  особенности:  во-первых.  практическое отсутствие  влияния  за  счет  поперечной  асимметрии  в  расположении проводников,  свойственной  процессу  взаимных  влияний;  во-вторых, определяющая роль влияний за счет продольной асимметрии цепей проводник - земля (оболочка)  и,  в-третьих,  возможность  пренебречь  активными составляющими электромагнитных связей:

Кроме того, для внешних  источников влияния характерно следующее:

• разные длины влияющих, подверженных влиянию и третьих цепей;
• пренебрежимо  малое  затухание  высоковольтных  линий  по  сравнению  с линиями связи, подверженными влиянию;
• необходимость  учета  искажения  электромагнитного  поля  за  счет  других электропроводящих  предметов,  таких  как  грозозащитные  тросы, железнодорожные  рельсы,  рядом  расположенные провода и  кабели,  деревья и др.

Различают следующие виды внешних влияний:

электрические, обусловленные  действием электрического поля;

магнитные, возникающие за счет действия магнитного поля;

гальванические, появляющиеся вследствие наличия в земле блуждающих токов;  последние  создаются  высоковольтными  линиями,  использующими землю в качестве обратного проводника. Под действием блуждающих токов на оболочках  кабелей  связи  появляется  напряжение,  и  в  цепях  связи  возникает влияние.  Особенно  велико  гальваническое  влияние  при  аварийных  режимах высоковольтных линий и в местах электростанций.

Под  действием  внешних  электромагнитных  полей  в  сооружениях  связи могут возникать напряжения и токи:

опасные,  при  которых  появляются  большие  напряжения  и  токи, угрожающие жизни обслуживающего персонала и абонентов или приводящие к повреждению  аппаратуры  и  линейных  сооружений.  Опасными  считаются: напряжение U >36 В, ток I >15мА;

мешающие,  при  которых  возникают  помехи,  шумы,  искажения, приводящие  к  нарушению  нормальной  работы  средств  связи.  Мешающими считаются: напряжение Uª1...2 мВ, ток I ª1 мА.

Внешние  влияния  подразделяются  также  на  длительные  и кратковременные. Границей раздела между ними является время t =1 с.

Действие  внешних  источников  бывает  постоянным  или  случайным. Время действия колеблется; в широких  пределах: от долей секунды (молния) до непрерывной  длительности. Спектр  частот  внешних  источников,  как  правило, имеет широкую полосу. Амплитуда влияющих напряжений и  токов, исходящих от внешних источников, зависит от мощности установки и места расположения ее по отношению к линии связи.

Источниками  внешних  электромагнитных  влияний  на  сооружения  связи  являются:  атмосферное  электричество (гроза);  ЛЭП;  электрификация  железных дорог;    причем атмосферное электричество и ЛЭП, особенно в аварийном режиме, оказывают опасное влияние, а, ЛЭП электрификация  железных дорог - мешающее влияние. Влияние оказывают также индустриальные  помехи (бытовые электроаппараты,  городской транспорт), магнитные бури и др. Кроме того, металлические оболочки кабелей подвержены  коррозии,  т.  е.  разрушению  под действием блуждающих  токов и электрохимических процессов в грунте.

Опасному  воздействию  атмосферного  электричества  подвержены  как воздушные,  так  и  кабельные  ЛС.  Опасность  повреждений  кабельной  линии  существенно  зависит  от состояния  грунта  и  проводимости  кабельной  оболочки. В  грунтах с большим сопротивлением (песке,  скале,  глине,  граните и др.)  и при больших сопротивлениях  оболочки опасность повреждения кабеля  возрастает.  Грозоповреждаемость кабелей в алюминиевой оболочке, имеющей малое сопротивление,  существенно меньше, чем в свинцовой и стальных оболочках.

Молния  -  это  электрический  разряд  через  воздух.  Путь,  образованный разрядом  атмосферного  электричества,  называется  каналом  молнии.  Канал молнии  обладает примерно  следующими параметрами: напряжение 1...10 млн. В;  ток  молнии  20...  ...  30  кА;  длительность  удара  молнии  0,3...  0,5  с;  число разрядов  за  один  удар  3—10;  время  одного  разряда  100...200  мкс;  основная частота  колебаний  5...10  кГц;  фронт  нарастания  волны  молнии  10...40  мкс; фронт спадания 40... 120 мкс; длина  канала молнии 2...3 км; скорость движения лидера  100  км/с;  температура  в  канале  молнии  20000°  С;  волновое сопротивление  300  Ом.