Классификация и конструкция кабелей связи

Подводные кабели

Коаксиальные кабели

Оптические кабели

Кабелем называется электротехническое изделие (рис. 1), состоящее из скрученных изолированных проводников, заключенных в герметичную оболочку.

Рис. 1
Симметричный  (а)  и коаксиальный (б) кабели связи и скрутка жил симметричных кабелей (в):

1 — свинцовая   (пластмассовая)   оболочка,
2 —поясная изоляция,
3 — изолированные жилы,
4 —экран,
5 — внешний проводник,
6 — изоляция (сплошная, шайбовая и др.),
7 — внутренний проводник;
Н — шаг скрутки;
/ — IV — токопроводящие жилы

Кабели связи предназначены для передачи различной информации. В зависимости от назначения кабели подразделяются на междугородные (МТС), зоновые, межобластные (ЗТС), городские (ГТС) и сельские (СТС). В отдельную группу выделены коаксиальные кабели, связывающие Москву с республиканскими, краевыми и областными центрами. По условиям прокладки и эксплуатации кабели подразделяются на подземные, воздушные, настенные и подводные, а по спектру передаваемых частот — на низкочастотные (до 10 кГц) и высокочастотные (от 10 кГц и выше).

По расположению токоп-роводящих проводников (проволок, жил) кабели делятся на симметричные и коаксиальные. Симметричная цепь состоит из двух конструктивно одинаковых, скрученных между собой изолированных жил, называемых парой жил или просто парой. По способу скрутки жил в группы симметричные кабели подразделяются на парные, когда скручиваются каждые две жилы, образуя пару, и четверочные, в которых звездообразно скручиваются четыре жилы, образуя четверку. При этом скрутка жил в общий пучок (сердечник) может быть повивной, когда пары жил размещаются послойно с изменением направления повива каждого последующего слоя, и пучковой, при которой вначале пары скручиваются в одинарные пучки и затем в сердечник.

Коаксиальная цепь представляет собой два цилиндрических проводника с совмещенной осью, из которых один сплошной расположен концентрически внутри другого полого проводника.

По роду защитных покровов кабели делятся на кабели с металлическими, пластмассовыми и металлопластмассовыми оболочками, которые могут быть голыми или иметь различные броневые покровы (стальную ленту, проволоки, джут). Токопроводящие жилы кабелей изготовляют из отожженной медной проволоки диаметром 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3 и 1,4 мм для МТС и 0,32; 0,4; 0,5 и 0,7 мм для ГТС. Внедряются также жилы из алюминия и его сплавов диаметром 1,15 — 1,8 мм.

Для изоляции токопроводящих жил применяются кабельная телефонная бумага, полиэтилен и полистирол (стирофлекс) при накладке на жилу в виде ленты, сплошной массы и с использованием корделя. В последнем случае на жилу вначале наматывается по открытой (разреженной) спирали бумажная или пластмассовая нить (кордель), а поверх нее лента из того же материала (рис. 2).

Рис. 2
Изоляция жил симметричных кабелей:

а — воздушно-бумажная,
б — сплошная,
в — кордельная,
г — баллонно-кордельная,
д — баллонная

В симметричных кабелях изолированные жилы скручены в группы, называемые элэлементами. Скрутка обеспечивает одинаковые условия обеим жилам цепи, снижает взаимное влияние и повышает защищенность от внешних воздействий (помех) . Одновременно обеспечивается ограничение взаимного перемещения жил при изгибах кабеля и сохранение его стабильной круглой формы. Распространение получили парная и четверочная скрутки жил, а также двойная парная и двойная четверочная (звездная) скрутки, при которых жилы, образующие разговорную пару, скручиваются между собой, а две пары скручиваются в четверку (двойная парная) или скрученные четыре пары свиваются в четверку, образуя восьмерку (двойная звездная). Для обеспечения правильного монтажа кабелей изоляция жил каждой группы имеет различную расцветку. В четверке жилы чаще имеют красную, белую (желтую), синюю и зеленую расцветки, а в парах — натуральный и красный или синий цвет либо различные цветовые кольца (полоски). Каждая скрученная группа обматывается цветной хлопчатобумажной или синтетической пряжей. Скрученные по заданному числу элементы (группы) изолированных жил образуют сердечник кабеля. Скрутка сердечника может быть простой и однородной, когда жилы предварительно не скручивались в группы и все они однородны, и сложной и неоднородной, если в ней предварительно скручены пары и четверки и разнородные группы (различные диаметры жил, пары и четверки). Количество пар или четверок в кабеле принято называть его емкостью: 1X2, 100X2, 1X4, 37X4 и т.д. (одна пара, 100 пар, одна четверка, 37 четверок).

В междугородных кабелях распространение получила повивная скрутка, при которой обычно в каждом последующем повиве располагается на шесть групп больше, чем в предыдущем. В кабелях ГТС применяется повивная и пучковая скрутки. Так, например, в кабеле емкостью 100X2 при повивной скрутке имеется шесть слоев (повивов), из которых в центральном слое имеются 2X2 (две пары), в первом слое — 8X2, во втором — 14X2, в третьем — 20X2, в четвертом — 26X2 и в пятом — 31X2 (одна запасная). При пучковой скрутке в кабеле емкостью до 100X2 пучки состоят из 10 пар (10X2) или пяти четверок (5X4), а в кабелях большей емкости — из 50X2 (25X4) или 100X2 (50X4). Например, в кабеле 100X2 (50X4) система скрутки (3 + 7) X (10Х2) или соответственно — (3 + 7) X (5X4). Первые цифры (3 + 7) означают, что элементарные пучки располагаются в главном двумя повивами: в центральном повиве три пучка и в периферийном — семь пучков.

Для защиты изоляции жил и сохранения круглой формы сердечника кабеля на него накладывается поясная изоляция из лент телефонной или кабельной бумаги либо пластмассы и синтетических материалов. В кабелях с пластмассовыми или стальными оболочками поверх поясной изоляции накладывается ленточный алюминиевый экран, обеспечивающий защиту цепей сердечника от внешних электромагнитных влияний. В качестве экрана используют алюминиевую фольгу толщиной 0,1 — 0,2 мм. Вдоль экрана на сердечнике размещают медную луженую проволоку диаметром 0,4 — 0,5 мм. Для предохранения от влаги и других механических, а также химических и электрических внешних воздействий на сердечник накладывается металлическая или пластмассовая оболочка, представляющая собой непрерывную герметичную трубку на всем протяжении кабеля. Металлические оболочки могут быть свинцовыми, алюминиевыми и стальными, а пластмассовые — полиэтиленовыми, поливинилхлоридными или алюмополиэтиленовыми. Свинцовые оболочки весьма долговечны и являются наиболее технологичными как при их наложении в заводских условиях, так и в процессе строительно-эксплуатационных работ. В зависимости от емкости кабеля толщина свинцовых оболочек находится в пределах 1 — 3 мм. Однако cвинец весьма дефицитен и его запасы в земле незначительны. По этой причине в последнее время интенсивно изыскиваются другие материалы для изготовления оболочек кабеля. Алюминиевые оболочки кабелей изготовляют из чистого алюминия (до 99,5%) толщиной 1,1 — 1,7 мм. Алюминий весьма распространен, не дефицитен, дешев, прочен и в 4 раза легче свинца. Однако в сравнении со свинцом он обладает большей жесткостью, менее устойчив против коррозии и в меньшей степени технологичен при производстве монтажных кабельных работ. Стальные оболочки изготовляют толщиной 0,4 — 0,5 мм, в виде сплошной гофрированной трубки. Сталь еще менее дефицитна и распространена в сравнении с алюминием, обладает в десятки раз большей механической прочностью, однако стальные оболочки кабелей менее гибки, в большей степени подвержены коррозии и обладают худшими экранирующими свойствами от внешних электромагнитных влияний. Вследствие этого на сердечник кабеля накладывается алюминиевый экран, а оболочка делается гофрированной. Для предотвращения коррозии алюминиевых и стальных гофрированных оболочек кабелей на них накладывается полиэтиленовый шланг толщиной 2,0 — 3,0 мм с подклеивающим слоем.

Все металлические оболочки являются абсолютно герметичными, что особенно важно в кабельной технике. Пластмассовые оболочки не обладают абсолютной герметичностью. Пары влаги с той или иной скоростью все же проникают через пластмассовую оболочку в сердечник кабеля, что зависит в первую очередь от используемого материала и увлажнения окружающей среды. Полиэтиленовые оболочки кабелей получают широкое распространение, как значительно менее влагопроницаемые. Они изготовляются толщиной 1,7 — 4,2 мм также в зависимости от емкости (диаметра) кабеля. Полиэтилен менее дефицитен и в 12,5 раз легче свинца. Однако полиэтилен обладает значительной жесткостью (упругостью), что затрудняет укладку кабелей в колодцах и других местах, он не экранирует сердечник кабеля от внешних электромагнитных влияний, не стоек к воздействию солнечного света, горюч. Для повышения светостойкости в полиэтилен приходится добавлять до 2% сажи. Поливи-нилхлоридные оболочки в 10 — 100 раз более влагопроницаемы в сравнении с полиэтиленовыми. Поэтому они получили ограниченное применение и используются только для изготовления кабелей емкостью до 100X2 включительно, прокладываемых внутри помещений. Их достоинством является неподверженность горению. По-ливинилхлорид внешне весьма сходен с полиэтиленом, но их легко различить, так как кусочек поливинилхлорида в воде тонет, а кусочек полиэтилена плавает.

Алюмополиэтиленовые оболочки кабелей представляют собой соединение в одно монолитное целое полиэтилена и алюминия, что обеспечивает герметичность и защиту от внешних электромагнитных влияний. При изготовлении алюминиевая лента с одной стороны покрывается тонкой полиэтиленовой пленкой, обращенной во внешнюю сторону кабеля. На ленту накладывается при температуре 220 — 240° С полиэтиленовая оболочка, что обеспечивает их монолитность.

Для защиты кабелей от механических повреждений и коррозии при прокладке их непосредственно в грунт или через водные преграды поверх оболочек накладывается защитный покров. Кабели, прокладываемые в грунте, имеют броневой покров из двух стальных лент толщиной по 0,3; 0,5 или 0,8 мм (рис. 3).

Рис. 3
Бронированные кабели:

а — двумя   стальными  лентами   с   наружным   покровом  (Б), 
б— круглыми проволоками с наружным покровом (К),
в — двумя стальными лентами (БГ);
1 — кабельная пряжа,
2 — стальная лента,
3 — подушка под броню,
4 — свинцовая оболочка,
5 — изолированные жилы,
6 — круглые проволоки

Ленты наложены спиралеобразно с прозорами (некоторым расстоянием между витками), но так, чтобы витки верхней ленты перекрывали зазоры нижней. Ленты накладываются на подушку, состоящую из ряда чередующихся слоев битума и мягких материалов (пропитанной кабельной бумаги или пряжи). Подушка предохраняет оболочку кабеля от повреждений стальными лентами (броней) при их наложении и в процессе изгибов кабеля во время намотки на барабан и при укладке в грунт. Поверх стальных лент для защиты от коррозии накладывается наружный покров, состоящий из пропитанных битумом волокнистых материалов или полиэтиленового шланга. В первом случае используют также меловой раствор для предохранения витков кабеля от слипания на барабане. В кабелях, предназначенных для прокладки в тоннелях метрополитена и других подобных местах, наружный покров не делается, а стальные ленты предварительно покрываются антикоррозийным цинковым покрытием.

Подводные кабели имеют бронепокров в виде сплошных стальных круглых или плоских проволок. По условиям прокладки такие кабели делятся на речные и морские. Речные кабели конструктивно не отличаются от подземных, но имеют повышенную толщину свинцовой оболочки и броню из стальных круглых проволок. Морские кабели делятся на береговые, прибрежные и глубоководные, отличающиеся между собой главным образом конструкцией сложных защитных покровов. Береговые кабели, подверженные волновым ударам, перемещению по скалистому дну, воздействию донного льда, обычно защищаются двумя слоями проволочной брони диаметром проволок 4 — 6 мм. Прибрежные кабели отличаются от береговых наличием только одного слоя брони из стальных круглых проволок диаметром 6 мм. Глубоководные морские кабели помимо брони из стальных круглых проволок имеют дополнительную опорную стальную ленту, защищающую свинцовую оболочку от сдавливания водой на больших глубинах. В последнее время разработаны также безброневые, самонесущие кабели, в которых прочность достигается упрочнением внутреннего проводника коаксиальной пары.

Для подвески на воздушных линиях применяются самонесущие кабели с встроенным под общую пластмассовую оболочку стальным несущим тросом диаметром 3 — 4 мм, скрученным из нескольких проволок (обычно семи). Такие кабели имеют в сечении форму восьмерки и изготовляются емкостью до 100X2.

Коаксиальные кабели представляют собой гибкую металлическую трубку, внутри которой (в центре) помещен изолированный от нее проводник. Трубку называют внешним проводником, а центральный провод — внутренним. Поскольку их продольные оси совпадают, такую пару называют концентрической или коаксиальной. Кабели различаются в зависимости от диаметров внутреннего (d) и внешнего (D) проводников и их соотношений d/D: малые 1,2/4,6; средние 2,6/9,4 и большие 5/18. Внутренний проводник представляет собой медный или биметаллический провод, который для большей гибкости может состоять из свитых в жгут тонких проволок. Внешняя трубка изготовлена из медных или алюминиевых лент с продольным швом, из медных плоских проволок или повива тонких медных лент. Внутренний и внешний проводники изолированы друг от друга посредством полиэтиленовых или керамических шайб, расположенных на внутреннем проводнике через каждые 20 — 30 мм; сплошного или пористого полиэтилена; колпачковой, втулочной, баллонной или баллонно-кордельной изоляции. Кабель может состоять из одной или нескольких коаксиальных пар, скрученных в общий сердечник. Комбинированные коаксиальные кабели изготовляют с несколькими коаксиальными парами разного диаметра и симметричными четверками и парами.

Рис. 4
Оптические кабели

а — многожильный,
б — восьмиволоконный с фигурным стержнем,
в — восьмиволоконный отечественного производства,
1 — волокно,
2 — арии ровка,
3, 4, 6 — пористая, полиэтиленовая и алюминиевая оболочки,
5 — пластмассовый стержень,
7 — центральный силовой элемент

 

Оптические кабели (рис. 4) состоят из двухслойного стекловолокна, изготовленного из кварцевого или многокомпонентного стекла диаметром 100 — 150 мкм, армирующих металлических или пластмассовых нитей и защитной оболочки. Каждое стекловолокно состоит из сердечника и отражающей оболочки, оптические свойства которых различны. Сердечник делается более плотным с большим коэффициентом преломления, чем оболочки, что позволяет оптическому сигналу многократно отражаться на границе сердечник — оболочка и быстро распространяться по сердечнику. Предохранение сердечника от растяжения обеспечивают армирующие элементы. В кабеле может быть до 10 — 12 и более световеду-щих жил. Оболочка оптических кабелей изготовляется из пластмассы, алюминия или комбинированной с бронепокровами.

Кабельные Линии СвязиМаркировка Кабелей

Hosted by uCoz