Элементы теории. Токопроводящей жилой (или просто жилой) называется элемент кабеля, провода или шнура, предна­значенный для прохождения электрического тока при передаче

Токопроводящей жилой (или просто жилой) называется элемент кабеля, провода или шнура, предна­значенный для прохождения электрического тока при передаче электрической энергии или сигналов связи. Токопроводящие жилы городских телефонных кабелей должны отвечать следующим тре­бованиям.

1. Обладать малым электрическим сопротивлением, чтобы по­тери электромагнитной энергии при передаче сигналов связи были как можно меньше.

2. Обладать достаточными механической прочностью и пластич­ностью, чтобы без повреждений выдержать деформации растяже­ния, кручения, многократных изгибов, возникающие как в процессе изготовления кабеля, так и при его прокладке.

3. Иметь малый диаметр, чтобы в пространстве, выделенном для подземных коммуникаций (кабельные каналы), размещалось как можно больше телефонных цепей.

4. Изготовляться из недорогого и недефицитного металла.

5. Обладать стойкостью против коррозии.

6. Изготовляться из металла с малым удельным весом, чтобы облегчить транспортировку и прокладку кабеля.

Токопроводящие жилы любого кабеля характеризуются, в пер­вую очередь, материалом, из которого они изготовлены, и разме­рами, т. е. диаметром, ибо в кабелях связи применяются только круглые жилы. Токопроводящие жилы городских телефонных кабе­лей —сплошные, однопроволочные (диаметр токопроводящей жилы принято обозначать d₀).

Лучше других металлов удовлетворяют перечисленным выше требованиям медь и алюминий. Серебро, хотя и обладает несколько большей (на 7—8%), чем медь, электропроводностью, слишком до­рогой (драгоценный) металл. Железо — недефицитный и недорогой элемент, обладающий высокой механической прочностью, но срав­нительно плохо электропроводящий: его электропроводность в 6 раз меньше электропроводности меди и в 3,5 раза меньше электропро­водности алюминия. Если расположить металлы последовательно по значениям их электропроводности, то серебро окажется на пер­вом месте, медь — на втором, алюминий - на четвертом (после зо­лота), а железо — на двадцатом.

Основные характеристики медной и алюминиевой проволоки приведены в табл. 4.1.

В качестве материала для токопроводящих жил городских те­лефонных кабелей предпочтительнее использовать медную мягкую проволоку, как обладающую наилучшим сочетанием электрических, механических и химических характеристик (наибольшая удельная проводимость при высоких разрывной прочности, пластичности и коррозионной устойчивости).

Таблица 4.1

ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕДНОЙ И АЛЮМИНИЕВОЙ ПРОЗОЛОХИ (ПО ГОСТ 2112—62 и ГОСТ 6132—63)

Характеристика	Размерность	Медная проволока	Алюминиевая проволока
твердая марки МТ	мягкая марки ММ	твердая марки AT	мягкая марки AM
Плотность	г/см3	8,89	8,89	2,7	2,7
Относительная плотность	%			30,4	30,4
Удельное сопротивле­ние ρ, не более	Ом-мм2/км	18,0	17,24	28,3	28,0
Относительное удельное сопротивление	%
Удельная проводимость не менее	См • м/мм2	56,5		35,2	35,6
Относительная удель­ная проводимость	%				61,5

Медные жилы. В кабелях отечественного производства при­меняются медные однопроволочные жилы диаметром 0.32; 0,40; 0,50 и0,70 мм, в зарубежных кабелях — диаметром 0,40; 0,51; 0,64 (в отдельных странах—0,60; 0,63; 0,65), 0,80 и даже 0,91 мм. В последние годы четко проявляется стремле­ние к дальнейшему уменьшению диаметра жил.

Рассмотрим, чем вызвано стремление к уменьшению диаметра токопроводящих жил и чем обусловлены возможности подобного уменьшения. В связи с быстрым ростом телефонизации. городов плотность телефонной нагрузки на каждом направлении абонентских линий возрастает. Следовательно, должно увеличиться число цепей в магистральных кабелях. Предельно допустимый наружный диаметр кабеля ограничен стандартными размерами трубопровода кабельной канализации. Итак, чтобы увеличить на данной магист­рали число цепей, необходимо либо сооружать новую канализацию, что весьма трудоемко, дорого и даже не всегда возможно из-за насыщенности подземного пространства различными коммуника­циями (водопровод, газо- и теплопровод, кабели электроснабже­ния и т. д.), либо, не трогая самой канализации, заменять старый кабель на новый, имеющий большее количество пар при меньшем диаметре жил.

Уменьшение диаметра токопроводящих жил ведет к увеличению их электрического сопротивления и, следовательно, коэффициента затухания цепей, т. е. в конечном счете к сокращению дальности связи по линии. Но на современном этапе развития городских телефонных сетей это допустимо по двум причинам. При стремлении к сплошной телефонизации многоэтажных многоквартирных, домов телефонные станции располагаются все ближе и ближе к зоне своей нагрузки, т. е. к абонентам. При этом число цепей па ма­гистральных направлениях, возра­стает, а протяженности магистралей в то же время сокращаются. По данным проектных институтов в современных крупных городах большинство магистральных телефонных линий будет иметь про­тяженность менее 2 км.

Чтобы получить представление о том, как зависит допустимая дальность связи в абонентской линии от диаметра токопроводящих жил кабелей, произведем расчеты по уже известным из курса основы тео­рии цепей формулам:

, км 4.1

4.2

здесь а — собственное затухание линии; для абонентских линий а ≤ 4,ЗдБ; α — коэффициент затухания, дБ/км; ω = 2πf — угловая частота, Гц; f — частота тока, Гц; С_р—рабочая емкость цепи, Ф/км; — электрическое сопротивление обеих жил (шлей­фа) одной цепи постоянному току, Ом/км.

Расчеты выполним для частоты 800 Гц. В этом случае ω = 2πf =6,28*800 = 5024≈ 5∙10³ Гц. С целью упрощения расчетов примем С_р = 50∙10^-9 Ф/км одинаковой для всех кабелей независимо от диа­метра жил и типа изоляции. В качестве примера рассчитаем кабель с жилами диаметром 0.32 мм ( = 2X225 Ом/км)

дБ

км

Результаты расчетов для остальных диаметров токопроводящих жил сведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2

ЗАВИСИМОСТЬ ДОПУСТИМОЙ ДАЛЬНОСТИ СВЯЗИ ПО АБОНЕНТСКИМ ЛИН ИЯМ ОТ ДИАМЕТРА ТОКОПРОВОДЯЩИХ ЖИЛ ПРИ а=4,34 дБ, С_р=5010 Ф/км и f=800 Гц

Диаметр жил кабеля d, мм	0,32	0,40	0,50	0,70
Электрическое сопротивление жил Rж, Ом/км
Коэффициент затухания цепи а, дБ/км	2,07	1,64.	1,30	0,92
Допустимая дальность связи l, км	2,1	2,65	3,3	4,7

Совершенствуется оборудование телефонных станций, более чувствительными становятся телефонные аппараты. Возникает ре­альная возможность несколько повысить норму на собственное за­тухание абонентской линии и тем самым еще больше способство­вать внедрению тонкожильных кабелей. Последнее, кроме того, весьма важно, как фактор экономии дефицитной меди. Если при­нять расход меди на 1 км любого кабеля с жилами диаметром 0,50 мм за 100%, то при переходе на жилы диаметром 0,40 и 0,32 мм расход меди в кабелях одинаковой парности соответственно соста­вит 64 и 41 %, т. е. уменьшится на 36 и 59%.

Недостатком жил малого диаметра (0,30—0,32 мм) является, естественно, меньшая их механическая прочность.

Алюминий имеет удельное сопротивление 0,0295 Ом-мм²/м, т. е. в 1,65 раза больше, чем у меди. Температурный коэффициент 0,0042. Удельный вес 2,72 г/см³.

Медная проволока используется диаметром 0,32; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 мм для кабелей городских телефонных сетей и 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2 мм для междугородных кабелей. На городских сетях наи­более широко применяются кабели с жилами диаметром 0,5 мм, а для междугородной связи — с жилами диаметром 1,2 мм.

Алюминиевые жилы, применяемые в производстве кабелей связи, имеют диаметры 1,15; 1,55; 1,8 мм. Эти жилы аналогичны по электрической проводимости медным с диаметром 0,9; 1,2; 1,4 мм соответственно. По механическим характеристикам лучшие результаты дают алюминиевые сплавы, содержащие присадку из магния, железа и других металлов.