Коэффициенты асимметрии

L₁ = C₁₀- C₂₀ – между цепью I и землей ( III )

L₂ = C₃₀- C₄₀ - между цепью II и землей ( III )

L₃ =( C₁₀+ C₂₀)- ( C₃₀- C₄₀) между искусственной цепью и землей ( III )

Имея четверку организовать третью – искусственную, разговорную цепь.

k₁ , k₂ , k₃, L₁, L₂, L₃ – оговариваются в ГОСТе (не более), могут быть как отрицательные, так и положительные. Частичные емкости замеряют у готовых кабелей, а коэффициент рассчитывают и указывают в паспорте на кабель.

Связи между четверками учитываются коэффициентами k₉ , k₁₀ , k₁₁ , k₁₂ (смотри рисунок).

Где I и II – номера четверок, 1 и 2 – номера цепей,

k₄ – коэффициент емкостной связи между искусственными цепями соседних четверок,

k₅– k₈ – коэффициенты емкостных связей между искусственной и основными цепями соседних четверок.

Пусть k_А – электромагнитные связи участка кабеля ( участок А ),

k_Б - электромагнитные связи участка кабеля ( участок Б ).

При прямом соединении жил (смотри Рис.17) электромагнитные связи обоих участков алгебраически складываются ( k_А + k_Б ), а пр скрещивании вычитаются ( k_А - k_Б ). Например, если соединенные участки А и Б имеют участки разных знаков, то эти участки следует соединить напрямую, при k_А = -400 пФ, k_Б = 500 пФ, суммарное значение k_А+Б = k_А + k_Б = 100 пФ.

№	Схема соединения жил кабеля	Оператор скрещивания	Емкостные связи	Емкостная асимметрия
А Б	I II III	k₁	k₂	k₃	L₁	L₂	L₃
		· · ·	k₁^А+ k₁^Б	k₂^А+ k₂^Б	k₃^А+ k₃^Б	L₁^А+ L₁^Б	L₂^А+ L₂^Б	L₃^А+ L₃^Б
		X · ·	k₁^А- k₁^Б	K₂^А- k₂^Б	K₃^А- k₃^Б	L₁^А- L₁^Б	L₂^А+ L₂^Б	L₃^А+ L₃^Б
		· X ·	k₁^А- k₁^Б	K₂^А+ k₂^Б	K₃^А- k₃^Б	L₁^А+ L₁^Б	L₂^А- L₂^Б	L₃^А+ L₃^Б
		X X ·	k₁^А+ k₁^Б	K₂^А- k₂^Б	K₃^А- k₃^Б	L₁^А- L₁^Б	L₂^А- L₂^Б	L₃^А+ L₃^Б
		· · X	k₁^А+ k₁^Б	K₂^А+ k₃^Б	K₃^А+ k₂^Б	L₁^А+ L₂^Б	L₂^А+ L₁^Б	L₃^А- L₃^Б
		X · X	k₁^А- k₁^Б	K₂^А- k₃^Б	K₃^А+ k₂^Б	L₁^А- L₂^Б	L₂^А+ L₁^Б	L₃^А- L₃^Б
		· X X	k₁^А- k₁^Б	K₂^А+ k₃^Б	K₃^А- k₂^Б	L₁^А+ L₂^Б	L₂^А- L₁^Б	L₃^А- L₃^Б
		X X X	k₁^А- k₁^Б	K₂^А- k₃^Б	K₃^А- k₂^Б	L₁^А- L₂^Б	L₂^А- L₁^Б	L₃^А- L₃^Б

Таблица комбинаций скрещивания жил кабеля.

Четыре первых приведенных в таблице комбинаций перекрещивания даны для основных цепей, а последующие с учетом искусственной цепи.

При соединении строительных длин кабелей связи скрещивают цепи так, чтобы остаточные значения коэффициентов связей и асимметрии по абсолютной величине ( без учета знака) были наименьшими.

Если симметрирование кабеля производится без учета искусственных цепей, то задача значительно упрощается, т.к. остаются параметры k₁ , L₁ , L₂ . Перекрещивание производится лишь по первым четырем схемам.

После симметрирования методом перекрещивания (для низкочастотных кабелей) производят конденсаторное симметрирование, при помощи которого устраняют остаточные значения коэффициентов асимметрии и связи. Конденсаторы соответствующей емкости подключают в соединительных муфтах между жилами кабеля, и между жилами и металлической оболочкой.

Пример

k₁ = (C₁₃+ C₂₄) – (C₁₄ + C₂₃)

Предположим, что k₁ = 20 пФ

20 + C₁₄ + C₂₃ = C₁₃+ C₂₄

Таким образом емкостям C₁₄+ C₂₃ необходимо прибавить 20 пФ. При симметрировании к обеим парам жил с меньшей суммарной емкостью подключаются конденсаторы, емкость которых равна половине значения симметрируемой связи. В данном случае в плечи 1 – 4 и 2 – 3 надо подключить конденсаторы емкостью по 10 пФ.

Концентрированное симметрирование (симметрирование высокочастотных кабелей). Природой электромагнитных влияний между цепями в области высоких частот обуславливает особенность симметрирования высокочастотных кабелей. В этих кабелях действуют комплексные электрические (емкостные) и магнитные (индуктивные) связи, соединенные между собой. На дальнем конце действует разность электрических и магнитных связей и происходит их взаимная компенсация. Уничтожение только электрических связей увеличивает влияние между цепями. По этой причине при симметрировании высокочастотных кабелей применяются только скрещивание жил в четверке и включение контуров противосвязи, т.е. выполняется концентрированное симметрирование в одной – трех точках усилительного участка (18 – 20 км).

В практике концентрированного симметрирования высокочастотных кабелей используют контуры, представляющие собой последовательное соединение высокоомных сопротивлений и конденсаторов. При параллельном соединении R и C снижается сопротивление изоляции кабеля.

В основе рассматриваемого метода лежит компенсация токов помех, вызванных электромагнитными связями между цепями кабеля, токами компенсации противоположной связи, создаваемыми с помощью включаемых между цепями компенсирующих контуров. Компенсирующий контур, включаемый между цепями, создает ток компенсации I_K , равный по величине и обратный по знаку току помех, действующему между цепями.

3.7 Взаимные влияния между коаксиальными цепями

Электромагнитное поле коаксиальных цепей является закрытым, т.е. вне коаксиального кабеля оно не существует, что приводит к отсутствию непосредственных влияний между коаксиальными цепями. Взаимные влияния между коаксиальными цепями обусловлены продольной составляющей напряженности электрического поля Ez на внешней поверхности внешнего проводника, влияющей коаксиальной цепи (см. Рис.18).

1 – влияющая цепь

2 – цепь, подверженная влиянию

3 – промежуточная цепь, состоящая из внешних проводников цепей 1 и 2.

Физическая сущность влияния между двумя коаксиальными парами можно объяснить следующим образом;

Если по внешнему проводнику влияющей цепи 1 течет ток, то на его внешней поверхности создается падение напряжения и действует продольная составляющая электрического поля Ez. Она вызывает ток на поверхности внешнего проводника цепи 2, подверженной влиянию. Следовательно, из двух внешних проводников коаксиальных пар, создается промежуточная цепь тока, в которой действует эдс, равная Ez на внешней поверхности внешнего проводника влияющего кабеля. Ток, протекающий во внешнем проводнике подверженного влиянию кабеля, вызывает падение напряжения, создающее помехи в его цепи. Таким образом, в коаксиальных кабелях влияющая цепь создает напряжение и ток в цепи 3, которая в свою очередь становится влияющей цепью по отношению к цепи 2 и вызывает в ней ток помех. Интенсивность влияния между цепями обуславливается напряжением продольной составляющей электрического поля Ez на внешней поверхности внешнего проводника, влияющей коаксиальной цепи. Чем больше величина Ez, тем больше напряжение и ток промежуточной цепи 3, и, соответственно, ток помех в цепи, подверженной влиянию.

Частотная зависимость влияния в коаксиальных цепях имеет другой характер, чем в симметричных. В симметричных цепях с ростом частоты возрастает скорость изменения электромагнитных силовых линий (E и H) и поэтому возрастает взаимное мешающее влияние между цепями. В коаксиальных цепях с ростом частоты взаимное влияние уменьшается и улучшается защищенность от внешних помех.

Из-за эффекта близости плотность тока во внешнем проводнике коаксиального кабеля увеличивается по направлению к внутренней его поверхности, причем с ростом частоты ток концентрируется на внутренней поверхности внешнего проводника, а на внешней поверхности плотность уменьшается. Поэтому с ростом частоты уменьшается напряженность поля Ez на внешней поверхности внешнего проводника и возрастает эффект самоэкранирования коаксиального кабеля. При очень высоких частотах, когда весь ток сконцентрирован внутри коаксиального кабеля, напряженность поля Ez вне кабеля приближается к нулю, экранирующий эффект достигает максимума и влияние между цепями теоретически отсутствует.

Степень взаимосвязи между коаксиальными цепями 1 и 2 характеризуется сопротивлением связи или взаимным сопротивлением Z₁₂, представляющим собой отношение напряжения Uc, возбуждаемого на внешней поверхности внешнего проводника влияющей коаксиальной цепи

току I, протекающему в этой цепи. Значение Uc численно равно , поэтому:

; (55)

Характер частотной зависимости сопротивления Z₁₂ падает вследствие возрастания потерь энергии электромагнитного поля при прохождении от внутренней поверхности внешнего проводника ( r = r_б ) до внешней его поверхности (r = r_в). На этом же рисунке характер изменения полного продольного сопротивления влияющего проводника. Из рисунка видно, что при постоянном токе сопротивление Z₂ = Zпр и равны сопротивлению постоянного тока R0.

Сопротивление связи Z12 (Ом/км) определяется так же, как и сопротивление внешнего проводника коаксиального кабеля, только напряженность поля Ez принимается не на внутренней (r = r_б), а на внешней поверхности внешнего проводника (r = r_в);

(56)

Где:

– коэффициент вихревых токов;

r_ви r_c– внутренний и внешний радиусы внешнего проводника, мм;

t – толщина внешнего проводника, мм;

s – проводимость.

(57)

Значения необходимые для расчета сопротивления связи Z₁₂ приведены в таблице. Это уравнение пригодно для расчета замкнутых сплошных оболочек.

На основании формулы по определению Z₁₂ можно получить уравнение для первичного параметра влияния между коаксиальными цепями

(58)

где:

Z_{12 –}сопротивление связи влияющей цепи ;

Z₂₁ – сопротивление цепи, подверженной влиянию;

- полное сопротивление третьей промежуточной цепи;

Z₁₁ и Z₂₂ – собственные сопротивления внешних проводников;

jwL_{3 –}сопротивление третьей цепи, обусловленное внешней индуктивностью L_3,создаваемой магнитным полем между внешними проводниками коаксиальных пар.

Если коаксиальные пары соприкасаются, то внешняя индуктивность равна нулю.

(59)

В отличие от симметричных цепей, где е на ближнем и дальнем концах действуют различные электромагнитные связи, N₁₂ и F₁₂, в коаксиальных цепях магнитные связи одинаковы для обоих концов цепи. Определим переходное затухание и защищенность в коаксиальных цепях при условии согласованности всех нагрузок и равенства Z_в1= Z_в2 = Z_в, g₁ = g₂ = g и Z₁₂= Z₂₁

(60)

Воспользуемся выражением для тока помех в начале и в конце линии I₂₀ и I₂_L, полученными для симметричных цепей.

(61)

При условии, что

Тогда ток помех вначале цепи определиться как

(62)

В реальных условиях коаксиальный кабель имеет чаще всего внешний проводник ввиде медной трубки и стального экрана из спирально наложенной ленты. Поэтому сопротивление связи, Ом/км

(63)

Где: Lz – продольная индуктивность, Гн/км, обусловленная спиральными лентами:

(64)

Lвн – внутренняя индуктивность стальных лент:

(65)

Значения r_в, t₂, h определяются из конструкции кабеля.

Индуктивность промежуточной цепи L₃ зависит от типа оболочки, расположенной поверх внешних проводников коаксиальных пар. Если коаксиальные пары изолированы, то

(66)