CC BY
84
п
GH
КАБЕЛЬНАЯ ПРОДУКЦИЯ ЕШ
Ч СП
АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА
______шшш м электрические
характеристики
симметричных кабелей связи с пленко-пористо-пленочной изоляцией
В.В. БАННОВ,
главный инженер филиала «СКЗ» ЗАО «Самарская Кабельная Компания», к.т.н
А.К. БУЛЬХИН,
председатель Совета директоров ЗАО «Самарская Кабельная Компания», к.т.н., профессор
Б.В. ПОПОВ,
ФГОБУ ВПО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»; к.т.н., профессор
Ю.П. БОЛОЧАГИН,
доцент ФГОБУ ВПО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»
В.Ф. КЛЮЧНИКОВ,
директор филиала «СКЗ» ЗАО «Самарская Кабельная Компания», к.э.н.
В.Б. ПОПОВ,
ФГОБУ ВПО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики», к.т.н., профессор
В статье рассматриваются характеристики и особенности симметричных кабелей связи, применительно к кабелям с ППП-изоляцией. Проведен сравнительный анализ конструктивных и электрических характеристик (в первую очередь параметров передачи) симметричных кабелей четверочной конструкции, применяемых на железнодорожном транспорте. Проанализированы вопросы преимущества телефонных кабелей связи с ППП-изоляцией применительно к конструкции кабеля, параметрам передачи и помехозащищенности от взаимных влияний.
Проведенная оценка экспериментальных исследований параметров взаимного влияния цифровых кабелей марки КЦПппВП с ППП-изоляцией в диапазоне частот до 100 МГц, описанная в статье, показала полное соответствие современным требованиям как высокочастотных систем хЭБЬ, так и СКС в диапазоне частот до 100 МГц.
Общие положения
В настоящее время на единой сети электросвязи России достаточно широко используются волоконно-оптические кабели (ВОК) связи, обладающие высокой пропускной способностью. ВОК распространены на ведомственных линиях связи, например, на магистральных линиях железнодорожного транспорта, крупных газо- и нефтепроводов. В то же время в этих ведомствах для решения технологических задач еще достаточно широко применяются симметричные кабели с медными жилами. Кроме того, на сетях абонентского доступа активно применяются технологии передачи xDSL, позволяющие использовать как симметричные кабели существующей местной сети, так и новые кабели, специально разработанные для широкополосного цифрового абонентского доступа (ШПД) и изготовленные по технологии витой пары. Эти кабели отличаются от обычных телефонных кабелей более высокими геометрической и диэлектрической однородностью, а также помехозащищенностью.
При производстве симметричных кабелей связи наряду с кордельно-полистирольной и сплошной полиэтиленовой изоляцией применяется также пленко-пористо-пленочная (ППП) полиэтиленовая изоляция. Кабели с ППП-изоляцией обладают наибольшей стабильностью рабочей емкости, а следовательно, и других электрических характеристик, в том числе помехозащищенности цепей. Обусловлено это тем, что данному типу изоляции, в отличие от других типов, присуща повышенная однородность. Изоляция жилы состоит из трех концентрических слоев полиэтилена низкой плотности. Наружный и внутренний слои представляют собой сплошное пленочное покрытие. Между ними расположен основной по объему промежуточный слой, имеющий вспененную (пористую) физическим методом при помощи азота структуру. Повышенная геометрическая и диэлектрическая однородность изоляции обусловлена автоматическим регулированием диаметра, погонной емкостью, а также
□ '
пп ппп ппп пп
п .••*
Ключевые слова:
симметричные кабели связи, пленко-пористо-пленочная полиэтиленовая изоляция, кабели связи для широкополосного доступа, широкополосный доступ.
п Ч нн Ч.
АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА ВЕВ КАБЕЛЬНАЯ ПРОДУКЦИЯ
пп н
контролем эксцентриситета изолированной жилы в процессе ее изготовления на экструдере.
За последние десять лет в ЗАО «СКК» совместно с ОАО «ВНИИКП» было разработано и освоено серийное производство нескольких конструкций симметричных кабелей с ППП-изоляцией: ^ железнодорожные кабели четверочной скрутки; ^ телефонные кабели типа ТПпп; ^ кабели для ШПД емкостью от одной до 100 пар.
На сегодняшний день кабели с ППП-изоляцией заказываются операторами связи и ведомствами наиболее активно. Так, например, в 2013 г. и первом квартале 2014 г. таких кабелей заказано 72% от общего количества по группе кабелей связи четверочной и парной скруток.
Железнодорожные кабели связи
На железных дорогах России используются следующие виды симметричных кабелей с медными жилами: ^ диаметром 1,05 мм с кордельно-трубчатой изоляцией; ^ диаметром 1,2 мм с кордельно-полистирольной изоляцией;
^ диаметром 1,05 или 1,2 мм (по требованию заказчика) с ППП-изоляцией.
Все перечисленные кабели разработаны с учетом требования идентичности основных характеристик, таких как коэффициент затухания и волновое сопротивление.
Важнейшей электрической характеристикой, зависящей от конструкции изолированной жилы и кабеля в целом и влияющей на величину коэффициента затухания и волнового сопротивления, является рабочая емкость Сраб. Для рассматриваемых кабелей с жилами диаметром 1,05 мм Сраб = 23,5±1 нФ/км; а с жилами диаметром 1,2 мм - Сраб = 24,5±1 нФ/км.
Чем стабильнее величина рабочей емкости, тем стабильнее и величина волнового сопротивления Zв, характеризующая однородность линейного тракта. Именно по величине рабочей емкости делается подбор строительных длин кабеля на линии связи: среднее значение рабочей емкости Сраб. двух соединяемых строительных длин не должно отличаться друг от друга более чем на 0,2 нФ/ км. Индуктивность L слабо зависит от изменения конструктивных размеров кабеля (диаметра жил и рассто-
Конструкция магистрального симметричного кабеля связи для аналоговых и цифровых систем передачи с ППП-изоляцией марки МКПпАШп
яния между ними), а емкость Сраб сильно меняется при изменении конструктивных размеров конкретной строительной длины кабеля, и в конечном итоге она определяет стабильность Zв. Подбор кабельных цепей по емкости эквивалентен подбору по волновому сопротивлению, поскольку на высоких частотах между ними существует зависимость:
^ е ~ ^^ I ^ раб .
Для оценки стабильности рабочей емкости статистически обработаны результаты измерения 40 строительных длин кабеля с ППП-изоляцией марки МКПпАШп 4x4x1,2. В результате обработки 320 значений рабочей емкости определено среднее значение Сраб = 24,3 нФ/км при среднеквадратическом отклонении 0,36 нФ/км. Результаты измерения позволяют сделать вывод о высокой геометрической и диэлектрической однородности кабеля с ППП-изоляцией в целом.
Весьма актуален вопрос о возможности применения кабеля с ППП-изоляцией жил в качестве вставок на линиях связи, где используются кабели с кордельно-полистирольной и кордельно-трубчатой изоляцией. С точки зрения параметров передачи, такая возможность допустима, так как основные характеристики этих видов кабелей практически одинаковы. Внутренние диаметры алюминиевой оболочки тоже практически совпадают. Например, у кабеля 4x4 с кордельно-полистирольной изоляцией этот диаметр составляет 16,3 мм, а у аналогичного кабеля с ППП-изоляцией - 17,3 мм. Рассматриваемые кабели хорошо согласуются по электрическим характеристикам передачи и легко монтируются с помощью соединительных кабельных муфт, что важно для специалистов железнодорожной связи.
Нормативные значения параметров взаимного влияния и измеренные значения параметров кабеля с ППП-изоляцией марки МКПпАШп 4x4x1,2
Параметр Частота, кГц Норма для 1 стр=825 м Результаты измерений
Переходное затухание на ближнем конце, дБ 1-252 стэ 5 68
4200(ИКМ-120) СП со 49
Защищенность на дальнем конце, дБ 1-252 >68 75
4200(ИКМ-120) >34 (внутри четверок) 43
>44 (между четверками) 57
век КАЧЕСТВА №2 • 2015
КАБЕЛЬНАЯ ПРОДУКЦИЯ
V БП □ СП
АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА
Основными параметрами, определяющими качество передачи по высокочастотным симметричным кабелям при работе аналоговых (АСП) и цифровых (ЦСП) систем передачи, считаются параметры взаимного влияния между цепями на ближнем и дальнем концах. Для АСП и ЦСП нормы на параметры взаимного влияния (переходное затухание на ближнем конце А0 и защищенность на дальнем конце А3) кабеля с ППП-изоляцией установлены в соответствии с требованиями ГОСТ 15125-92 [1].
В таблице представлены нормативные значения этих параметров и измеренные значения параметров кабеля с ППП-изоляцией марки МКПпАШп 4x4x1,2. Анализ данных показывает, что строительные длины кабеля с ППП-изоляцией полностью отвечают требованиям, предъявленным к кабелю как АСП, так и ЦСП, при этом параметры взаимного влияния в среднем на 7-10 дБ выше установленных норм.
Специалисты ЗАО «СКК» и ФГОБУ ВПО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» принимали участие в работе по обеспечению нормативных значений Ао и А3 на пяти усилительных участках длиной 10-15 км десятичетверочного кабеля с ППП-изоляцией, изготовленного в ЗАО «СКК» и проложенного вдоль одного из участков железной дороги в Турции. Строительные длины кабеля удалось сгруппировать так, что среднее значение Сраб. в местах их соединения (муфтах) отличалось не более чем на 0,1 нФ/км. Это позволило обеспечить нормативные параметры взаимного влияния на линии в основном за счет подбора оптимальных операторов скрещивания основных цепей в муфтах.
Телефонные кабели
Несмотря на постепенное сокращение числа устанавливаемых стационарных аппаратов, телекоммуникационные телефонные компании не прекращают прокладку медных кабелей. Эти кабели применяются для ремонта действующих линий связи, а в некоторых случаях и для строительства новых. Достаточно отметить, что более 35 млн домохозяйств подключены оператором ОАО «Ростелеком» по «меди» [2].
В ЗАО «СКК» телефонные кабели с ППП-изоляцией могут выпу-
скаться с гидрофобным заполнителем емкостью от 5 до 1200 пар с диаметром медных жил 0,4; 0,5; 0,64 и 0,7 мм (по требованию заказчика). Кроме прочего, преимущество этих кабелей, по сравнению с кабелями со сплошной изоляцией, заключаются в следующем:
- на сегодняшний день ППП-изоляция имеет лучшие диэлектрические характеристики;
- уменьшенная диэлектрическая проницаемость материала изоляции за счет вспенивания приводит к уменьшению потерь в линии;
- физическое вспенивание материала изоляции позволяет уменьшить диаметр изолированной жилы.
Конструкция телефонного кабеля с полиэтиленовой изоляцией в пластмассовой оболочке с гидрофобным заполнением марки ТППэпЗ
Формально телефонные кабели являются низкочастотными, однако в силу отмеченных преимуществ кабели с ППП-изоляцией отвечают требованиям высокочастотных, в первую очередь - по параметрам взаимного влияния. В телефонных кабелях, как правило, взаимные влияния на ближнем конце больше, чем на дальнем, поэтому экспериментальная оценка взаимных влияний в настоящей работе проводилась по результатам измерения переходных затуханий на ближнем конце А0.
Экспериментальные исследования проводились на строительных длинах кабеля марки ТПппПЗ 100х2х0,4. Измерение характеристик А0 проводилось при помощи комплекта приборов ПДМ-60 в диапазоне частот до 32 МГц.
вз
80 75 70 65 60 55 50 « о" 35 30 25 20 15 ■ 10 5 V
■.Ч
чч
—
ч—
—»— Для кабеля ТППэпЗ 100*2*0,4 —•— Для кабеля ТПппПЗ 100*2x0.-«
0,1 0,5 1 2 4 8 16 32 МГц
Рис. 1. Частотные характеристики средних значений Ао между цепями внутри пучка кабелей типа ТПппПЗ 100х2х0,4 и ТППэпЗ 100х2х0,4
АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА
КАБЕЛЬНАЯ ПРОДУКЦИЯ
В связи с тем, что наибольшие взаимные влияния наблюдаются между цепями элементарных 10-парных пучков, то измерения внутри пучков проводились между всеми комбинациями взаимовлияющих цепей.
Для проведения сравнительного анализа аналогичные измерения одновременно проводились и на строительных длинах серийно выпускаемого кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией марки ТППэпЗ 100х2х0,4. Кроме того, были определены и частотные характеристики коэффициента затухания исследуемых кабелей, которые оказались, как и ожидалось, практически совпадающими.
На рис. 1 приведены усредненные частотные характеристики А0 между цепями внутри элементарных 10-парных пучков.
Анализ кривых частотной зависимости А0, представленных на рис. 1, показал, что величины переходных затуханий на ближнем конце, между цепями кабеля с пленко-пористо-пленочной изоляцией в среднем на 5-10 дБ выше, чем в кабеле со сплошной полиэтиленовой изоляцией жил, что отвечает требованиям ШПД [3]. Отметим также, что исследуемый кабель имеет меньшие габариты. Так, например, диаметр кабеля со сплошной изоляцией емкостью 100 пар такой же, как у кабеля с ППП-изоляцией емкостью 150 пар, что весьма важно при прокладке кабеля в загруженной телефонной канализации.
Специальные кабели связи для широкополосного доступа
Сегодня ШПД является одной из наиболее динамично развивающихся областей рынка телекоммуникаций. Современные технологии ШПД обеспечивают предоставление пользователю широкого спектра современных мультимедийных инфокоммуникационных услуг (передача голоса, данных, видеоинформации и т.д). Для достижения высокой скорости передачи и 100% уплотнения кабельных цепей при строительстве новых сетей ШПД с применением архитектуры FTTx наиболее целесообразно применять на абонентском участке специальные кабели, изготавливаемые по технологии витой пары. Применение высокочастотной технологии УОБ-2+ на медном участке позволяет поднять скорость доступа до 100 Мбит/с. Для решения этих задач в ЗАО «СКК» выпускаются серийно симметричные цифровые кабели с пленко-пористо-пленочной полиэтиленовой изоляцией жил (в том числе с гидрофобным заполнителем) марки КЦПппП. В этих кабелях внутри пучков используется классическая однонаправленная скрутка. Кабели имеют емкость от 5 до 100 пар с диаметром медных жил 0,4; 0,5; 0,64; 0,7 мм. Освоены также кабели с пятипарными экранированными пучками.
век| КАЧЕСТВА № 2 • 2015
Конструкция высокочастотного кабеля местной связи для цифровых систем передачи в частотном диапазоне до 100 МГЦ марки КЦПппП-5
Основными электрическими характеристиками симметричных кабелей связи, позволяющими работать на абонентских линиях системами хйБ-, являются параметры взаимного влияния: переходное затухание на ближнем и защищенность на дальнем концах.
Для наиболее часто применяемых асимметричных технологий УйБ-2+ и УйБ-2 ключевое значение имеет защищенность на дальнем конце А3 (Е-РЕХТ), в первую очередь между цепями внутри пучков, так как здесь имеет место наибольшее взаимное влияние.
Электромагнитное влияние на дальнем конце обусловлено в основном непосредственным переходом энергии за счет нерегулярной составляющей электромагнитной связи [4]. И для этого случая получено аналитическое выражение, которое можно применить при оценке степени взаимного влияния между цепями кабеля внутри пучков в процессе его изготовления. Это выражение имеет вид:
( с- а I
л]2-2со$& Т,1 2ДГ
-аЬ
где - величина электромагнитной связи на дальнем конце;
а - коэффициент затухания; L - строительная длина кабеля; ДТ3 = 1в1 - \32 - разница времени задержки сигнала во взаимовлияющих цепях.
Время задержки сигнала определяется так: , с/км;
где Lвн - внешняя межпроводниковая индуктивность цепи, Гн/км;
С - емкость цепи, Ф/км.
С =
■10"
361п
где а - расстояние между центрами проводников, мм; г - радиус проводника; - коэффициент укрутки;
Я - эквивалентная относительная диэлектриче-проницаемость изоляции жил; - коэффициент, учитывающий близость соседних проводников и металлической оболочки.
КАБЕЛЬНАЯ ПРОДУКЦИЯ
п
V GH HGH GGG . СП
АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 О
16
31.25
62,5
100 f.Mfu
Р6-7 Р7-8 P8-1Q
Р6-8 Р7-9 Р9-10
Р6-9 Р7-10 ■Сред, значение■
Р6-10 Р8-9 -Нижний предел
Рис. 2. Частотные характеристики ELFEXT внутри 2-го пятипарного пучка (оранжевый)
Как видно из приведенных для LBH и С формул, параметр АТз зависит от различия шагов скрутки, геометрических размеров, типа изоляции взаимовлияющих цепей. Подбирая эти параметры, можно добиться оптимально допустимого значения ЛТз.
Экспериментальные исследования параметров взаимного влияния цифровых кабелей марки КЦПппВП 20х2х0,5 проводились в диапазоне частот до 100 МГц, так как эти кабели предназначены не только для работы систем хйБЬ для реализации ШПД на высоких скоростях передачи, но и для использования на структурированных кабельных системах (СКС). Измерения проводились при помощи прибора PSM-39 и стационарной, специализированной системы AESA 9500/9600, которая фиксирует величину Аз как ELFEXT.
На рис. 2 в качестве примера показаны частотные характеристики ELFEXT внутри пятипарного пучка.
Анализ результатов измерения параметров взаимного влияния показывает, что защищенность на дальнем конце ELFEXT в диапазоне частот до 100 МГц полностью отвечает нормам как систем хDSL, так и кабелей СКС 5-й категории. Снижение защищенности ELFEXT с ростом частоты не превышает 6 дБ на октаву. Это говорит о том, что в исследуемых цифровых кабелях с ППП-изоляцией преобладает непосредственное влияние между цепями.
Некоторые выводы
1. В результате проведенного сравнительного анализа конструктивных и электрических характеристик симметричных кабелей четверочной конструкции, применяемых на железнодорожном транспорте, выявлено,что:
^ по сравнению с кабелями с кордельно-трубчатой и кордельно-полистирольной изоляцией кабели с ППП-изоляцией жил отличаются более высокой геометрической и диэлектрической однородностью;
^ все рассмотренные конструкции кабелей имеют весьма близкие геометрические размеры защитной алюминиевой оболочки и основные электрические характеристики передачи, в первую очередь Сраб., Zв и коэффициент затухания, следовательно, с точки зрения параметров передачи эти кабели в случае необходимости можно соединить друг с другом при помощи стандартных кабельных муфт;
^ переходное затухание на ближнем и защищенность на дальнем концах строительных длин кабеля с ППП-изоляцией в среднем на 7-10 дБ выше установленных норм для АСП и ЦСП.
2. Телефонные кабели с ППП-изоляцией, по сравнению с аналогичными кабелями со сплошной изоляцией, имеют меньшие размеры, одинаковые параметры передачи и более высокую помехозащищенность от взаимных влияний.
3. Цифровые кабели с парной однонаправленной скруткой и ППП-изоляцией по параметрам взаимного влияния полностью отвечают требованиям высокочастотных систем хDSL и СКС в диапазоне частот до 100 МГц. ■
Литература
1. ГОСТ 15125-92. Кабели связи высокочастотные с кордельно-полистирольной изоляцией.
2. Куффнер Х. Стратегический поворот // Вестник связи. 2014. № 2.
3. ГОСТ Р 53538-2009. Многопарные кабели с медными жилами для цепей широкополосного доступа. М.:Стандартинформ, 2011.
4. Баннов В.В., Попов В.Б. Математическая модель электромагнитных влияний на дальнем конце между цепями кабеля для широкополосного абонентского доступа // Электросвязь. 2010. № 2.
