Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ принципов построения цифровых кабельных систем и их электротехнических характеристик 11
1.1. Анализ построения цифровых кабельных систем 11
1.2. Классификация цифровых кабелей и их характеристики 20
1.2.1. Кабели транспортных сетей 20
1.2.2. Кабели цифровых сетей доступа 23
1.3. Параметры передачи цифровых кабелей 26
1.3.1. Первичные параметры передачи 26
1.3.2. Вторичные параметры передачи 30
1.4. Параметры влияния цифровых кабелей 33
1.5. Постановка задачи исследования 41
1.6. Выводы 43
2. Расчет эффективности экранирования аксиальных электрических цепей цифрового кабеля 45
2.1. Постановка задачи исследования 45
2.2. Расчет процессов экранирования и передачи энергии по электрическим цепям цифровых кабелей 47
2.3. Экранирующий эффект магнитных и немагнитных экранов 50
2.4. Расчет эффективности экранирования цифровых кабелей от внешних электромагнитных помех 57
2.5. Расчет эффективности экранирования составных экранов 62
2.6. Расчет эффективности многослойных экранов при использовании диэлектрических прокладок 66
2.7. Расчет и оптимизация конструкции многослойных экранов 68
2.8. Расчет параметров передачи симметричных экранированных цепей... 73
2.8.1. Активное сопротивление 73
2.8.2. Индуктивность 76
2.8.3. Электрическая емкость 78
2.8.4. Проводимость 80
2.9. Выводы 81
3. Расчет эффективности экранирования скрученных электрических цепей цифрового кабеля 85
3.1. Постановка задачи исследования 85
3.2. Скрутка цепей в цифровых кабелях 86
3.3. Скрутка изолированных жил в группы 91
3.4. Расчет эффективности экранирования скрученной симметричной цепи цифрового кабеля 97
3.5. Выводы 105
4. Оптимизация конструкции цифровых кабелей 111
4.1. Постановка задачи исследования 111
4.2. Системный подход к конструированию цифровых кабелей 112
4.3. Метод оптимизации цифрового кабеля при его конструировании 116
4.4. Оптимизация параметров цифрового кабеля 121
4.5. Алгоритм расчета конструкции цифрового кабеля 125
4.6. Расчет токопроводящих жил цифрового кабеля 127
4.7. Выбор типа и расчет изоляции токопроводящих жил герметизированных цифровых кабелей 128
4.8. Выбор конструкции и расчет сердечников цифровых кабелей 131
4.9. Выбор конструкции и расчет поясной изоляции цифровых кабелей... 135
4.10. Конструирование и расчет оболочек и экранов цифровых кабелей... 137
4.11. Выводы 139
Заключение 140
Список используемых источников 143
Приложение 1 152
Приложение 2 157
- Анализ построения цифровых кабельных систем
- Постановка задачи исследования
- Скрутка цепей в цифровых кабелях
- Метод оптимизации цифрового кабеля при его конструировании
Введение к работе
Фундаментальные исследования в области разработки теории передачи и взаимных влияний между цепями линий связи относятся еще к началу шестидесятых годов прошлого столетия [1.. .5]. Большую роль в их развитии сыграли такие отечественные ученые, как: В.Н. Кулешов, И.И. Гроднев, P.M. Лакерник, Л.И. Мачерет, Д.Л. Шарле, К.Я. Сергейчук, В.А. Привезенцев, Л.И. Кранихфельд. Теория экранирования кабельных цепей связи подробно изложена в работах таких ученых как В.О. Шварцмам, А.Ю. Цым, В.Е. А.Б. Цалиович, Власов, Ю.А. Парфенов и др. [6... 12].
Однако, расширение области применения кабельных систем, новые структуры связи и материалы для создания современных кабелей, ставят на повестку дня задачу разработки методики расчета электротехнических характеристик и конструкции кабелей с позиции цифровой среды передачи информации, в условиях электромагнитной совместимости и защиты от интенсивных внешних электромагнитных воздействий.
В условиях интенсивного внедрения цифровых технологий современные кабельные системы должны обеспечить не только неискаженный прием импульсных сигналов, но и оптимальные параметры передачи в диапазоне частот, необходимом для воспроизведения исходной информации; требуемую величину защищенности между цепями внутри сердечника кабеля; отсутствие воздействия внешних электромагнитных источников на сигналы, передаваемые по цепям кабеля [ 13... 17].
Как известно, главное назначение цифровых кабелей - прием и передача цифровой информации, по возможности, без искажений и помех на требуемое расстояние в условиях разнообразных внешних воздействий. Это определяет соответствующие требования не только к первичным и вторичным параметрам передачи цепей, но и к первичным и вторичным параметрам взаимного влияния цепей цифровых кабелей.
В зависимости от назначения, способа прокладки, монтажа, условий эксплуатации и т.д., к кабелю предъявляются определенные требования в части электротехнических, механических, климатических, химических параметров, эксплуатационной надежности и долговечности [18]. Для кабелей прокладываемых рядом с мощными источниками электромагнитного излучения, участки линий электропередачи и электрифицированных железных дорог, различного рода высоковольтных устройств и систем и т.д., нормируются требования к параметрам экранирования цифровых кабелей.
Условия прокладки цифровых кабелей налагают определенные требования на конструкцию кабеля. Различают цифровые кабели для прокладки в грунте, телефонной канализации, для подвески на опорах, воздушных линий связи, прокладки через водные преграды, по наружным и внутренним стенам зданий. В процессе прокладки, монтажа и эксплуатации кабели испытывают механические воздействия: изгибы, растяжения, вибрацию, стирание [19].
При эксплуатации кабельных линий, кроме указанных механических воздействий, сказываются и климатические факторы. Вредное климатическое влияние на цифровые кабели может проявляться при изменении температуры и влажности окружающей среды, воздействии содержащихся в почве или атмосфере различных примесей [20].
Цифровые кабели, находящиеся в эксплуатации периодически подвергаются многократному воздействию положительных и отрицательных температур, из-за чего периодически изменяются размеры составляющих его элементов. Так как цифровой кабель является разнородным устройством, состоящим из металлических проводников, изоляции экрана и защитной оболочки, то в нем происходят различного рода деформации, например, изменение расположения жил, внутри сердечника симметричного кабеля, и, как следствие, изменение помехозащищенности между цепями [21].
При низких температурах изменяются свойства изоляционных материалов. Пластмассы теряют прочность при ударах и удлинении, что необхо- димо учитывать при транспортировке и прокладке кабелей с пластмассовыми оболочками в зимнее время. При наличии в оболочке даже незначительных трещин, вода, заполняющая их в зимнее время, замерзает и, расширяясь, приводит к ее разрушению. Разрушение пластмассовых оболочек происходит и том случае, когда при эксплуатации цифрового кабеля значительную роль играют перепады температур и воздействие солнечной радиации [22].
При конструировании кабеля и выборе материалов для его элементов необходимо учитывать биологические воздействия окружающей среды, к которым относятся: грызуны, грибковые образования, насекомые и т.п. [23].
При выборе элементов конструкции цифрового кабеля необходимо учитывать так называемый процесс старения, то есть необратимое изменение электрических и механических характеристик кабеля с течением времени. В результате старения ухудшаются электрические характеристики диэлектрика, а, следовательно, и электротехнические параметры кабеля. Когда эти изменения превысят допустимые нормы, цифровой кабель либо частично, либо полностью выходит из строя [24].
При конструировании и эксплуатации цифрового кабеля необходимо учитывать электрические воздействия - грозовые разряды, влияние установок сильного тока, мощных радиостанций и т.п. При электрическом воздействии и отсутствии эффективных средств защиты могут возникнуть не только помехи, приводящие к длительному ухудшению и даже к полному прекращению связи, но и к пробою цифрового кабеля.
Таким образом, одной из главных задач, стоящих перед разработчиками и эксплуатационниками цифровых кабелей это разработка и создание конструкции способной максимально удовлетворить всему многообразию предъявляемых к ней электротехнических требований, однако быть при этом не только технологичной, но и экономичной по стоимости и минимальной по расходу материалов.
Все это делают диссертационную работу весьма актуальной.
Представленная диссертационная работа выполнялась в соответствии с НИР ГОУ ВПО «МГУС» «Исследование цифровых методов обработки информации в информационно-технологических системах при разнообразных внешних воздействиях» ГРНТИ 49.37.29 РК 0120.0 501339.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности цифровых кабельных систем, путем улучшения помехозащищенности их электрических цепей, в условиях интенсивных внешних мешающих воздействий.
В соответствии с этим, были поставлены и решены следующие основные задачи работы:
Анализ принципов построения цифровых кабельных систем и их электротехнических характеристик;
Разработка методики расчета эффективности экранирования цифровых кабелей, от внешних электромагнитных воздействий;
Разработка методики расчета и оптимизации конструкции многослойных комбинированных экранов цифровых кабелей;
Разработка методики конструирования и расчета конструкции цифрового кабеля.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием методов теории распространения электромагнитных колебаний, теории взаимных влияний, теории электродинамики, теории поля, теории случайных процессов. Экспериментальные исследования выполнены методами физического моделирования в лабораторных и реальных эксплуатационных условиях.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
Осуществлен анализ устойчивости цифровых кабельных систем к внешним и взаимным электромагнитным воздействиям;
Разработана методика расчета эффективности экранирования многослойных комбинированных экранов цифровых кабелей;
3. Разработана методика расчета защиты скрученных симметричных цепей цифрового кабеля, от внешних электромагнитных воздействий. Практическая ценность работы заключается в следующем:
1. Предложена методика, позволяющая рассчитать эффективность многослойных экранов при использовании диэлектрических прокладок;
Предложена методика, позволяющая выбрать и рассчитать изоляцию токопроводящих жил герметизированных цифровых кабелей;
Предложена методика, позволяющая выбрать и рассчитать конструкцию цифрового кабеля в зависимости от условий его эксплуатации.
На защиту выносятся:
Методика расчета защиты цифровых кабелей от внешних и взаимных электромагнитных мешающих воздействий;
Методика расчета эффективности многослойных комбинированных защитных экранов цифровых кабелей в условиях интенсивного воздействия внешних электромагнитных помех.
Личный вклад. Все основные научные результаты, изложенные в диссертационной работе и выносимые на защиту, получены автором лично.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы в ООО «Локальные и Транспортные Информационные Сети», ООО «ЭЛИТ ЕВРО» и ООО «Вист - Сервис», что подтверждается актом о внедрении.
Результаты исследований использованы в курсах «Электронные информационные системы и организация каналов связи», «Сети и системы компьютерной телефонии», а так же в дипломных проектах ГОУ ВПО «Московский государственный университет сервиса» (ГОУ ВПО «МГУС»), что подтверждается соответствующим актом о внедрении.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на 7-й Межвузовской научно-технической конференции «Современные средства управления бытовой техникой» (Москва, 2006 г.); на 2-й Межвузовской научно-технической конференции «Проблемы развития электротехнических комплексов и информационных систем» (Москва, 2006 г.); на 1-й научно-практической конференции «Научно-теоретические проблемы современного российского общества» (Москва, 2006 г.); на 11 -й Международной научно - технической конференции «Наука -сервису» (Москва, 2006 г.); на заседаниях кафедры МГУС «Информатика и компьютерный сервис» (Москва, 2003 - 2006 гг.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений и списка литературы, включающего 99 наименований. Работа изложена на 143 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков и 7 таблиц. В двух приложениях объемом 9 страниц содержатся материалы, отражающие классификацию сетей по всем признакам входящих в единую сеть электросвязи (ЕСЭ) России, а так же материалы внедрения результатов диссертационной работы.
В первой главе осуществлен анализ принципов построения цифровых кабельных систем и их электротехнических характеристик. Проанализирована классификация цифровых кабелей и их основных характеристики. Проведен анализ первичных и вторичных параметров передачи цифровых кабелей, а так же их зависимость от частоты, температуры окружающей среды, расстояния между жилами и их диаметра. Рассмотрены и проанализированы первичные и вторичные параметры влияния цифровых кабелей. Осуществлена постановка задачи исследования.
Во второй главе разработана методика расчета эффективности экранирования аксиальных электрических цепей цифрового кабеля, от внешних электромагнитных воздействий. Осуществлен расчет процессов экранирования и передачи энергии по электрическим цепям цифровых кабелей. Проанализирован экранирующий эффект магнитных и немагнитных экранов. Разработана методика расчета эффективности экранирования цифровых кабелей от внешних электромагнитных помех. Предложена методика расчета эффективности экранирования составных многослойных экранов. Рассмотрен расчет параметров передачи симметричных экранированных цепей цифровых кабелей.
В третьей главе осуществлен расчет эффективности экранирования скрученных электрических цепей цифрового кабеля. Рассмотрена методика расчета скрутки цепей и изолированных жил в группы в цифровых кабелях. Осуществлен расчет эффективности экранирования скрученной симметричной цепи цифрового кабеля.
В четвертой главе рассмотрен вопрос оптимизации конструкции цифровых кабелей. Рассмотрен системный подход к конструированию цифровых кабелей. Проанализированы методы оптимизации параметров цифрового кабеля. Рассмотрен алгоритм расчета конструкции цифрового кабеля. Осуществлен анализ методов, позволяющих выбрать и рассчитать токопро-водящие жилы цифровых кабелей и их изоляцию. Рассмотрены вопросы, связанные с выбором и расчетом конструкции сердечников, поясной изоляции, оболочек и экранов цифровых кабелей.
В заключительном разделе диссертации приведены основные результаты выполненной работы.
В приложении содержатся материалы, отражающие классификацию сетей по всем признакам входящих в единую сеть электросвязи России, а так же материалы внедрения результатов диссертационной работы.
Анализ построения цифровых кабельных систем
Восемнадцатого июня 2003 года Государственной Думой был принят новый Федеральный закон «О связи» [25], явившийся правовой и юридической базой развития единой сети электросвязи (ЕСЭ) современной Росси.
Назначение ЕСЭ является удовлетворение потребностей населения, органов государственной власти и управления, обороны, безопасности, охраны правопорядка, а так же хозяйствующих субъектов в услугах электросвязи [26...30]. ЕСЭ объединяет множество сетей, различающихся по назначению, типам, характеристикам и размерам. Классификация сетей связи входящих в ЕСЭ подробно представлена в Приложении 1.
Согласно статье 12 Федерального закона «О связи» ЕСЭ состоит из следующих категорий: сеть связи общего пользования; выделенные сети связи; технологические сети связи; сети специального назначения.
Сеть связи общего пользования (ОП) обеспечивает предоставление услуг электросвязи любому пользователю на территории России. Включает сети с географической (ABC) и негеографической (DEF) системой нумерации. Представляет собой комплекс взаимодействующих сетей связи совместно с телевизионными сетями связи и сетями радиовещания. Российские сети ОП совместимы с аналогичными сетями связи иностранных государств.
Выделенные технологические, а так же сети связи специального назначения образуют группу сетей ограниченного пользования (ОгП), так как контингент их пользователей ограничен корпоративными клиентами.
Выделенные сети связи предназначены для предоставления услуг ограниченному кругу пользователей. Они могут взаимодействовать между собой, не присоединяясь к отечественным и к зарубежным сетям ОП. Технологические сети связи обеспечивают производственную деятельность организации и осуществляют управление технологическими процессами.
Сети связи специального назначения - сети для обеспечения нужд государственного управления, обороны, безопасности и охраны правопорядка Российской Федерации.
По функциональному признаку сети ЕСЭ разделяются на сети доступа и транспортные сети. Транспортной признается часть сети связи, выполняющая функции переноса протоколов сообщений от их источников из одной сети доступа к получателям сообщений другой сети доступа путем распределения этих потоков между сетями доступа. Сеть доступа сети связи — часть сети, связывающая источник (приемник) сообщений с так называемым граничным узлом доступа между сетью доступа и транспортной сетью.
По типу присоединяемых абонентских терминалов разделяют на: фиксированной связи для присоединения стационарных абонентских терминалов; подвижной связи для присоединения подвижных (перевозимых или переносимых) абонентских терминалов.
По способам организации каналов сети разделяются на: первичные и вторичные. Первичная сеть представляет собой совокупность каналов трактов передачи данных (ПД), образованных оборудованием узлов и линий передачи (или физических цепей), соединяющих эти узлы. Вторичная сеть -это совокупность каналов связи, образуемых на базе первичной сети посредством их коммутации (маршрутизации) в узлах коммутации и организации связи между абонентскими устройствами пользователей.
По территориальному делению сети разделяются на: магистральные -связывающие между собой узлы центров субъектов и узлы центра Российской Федерации, обеспечивают транзит потоков сообщений между зоновыми сетями и ЕСЭ, являются стратегически важными компонентами ЕСЭ; зоновые (или региональные) - сети связи в пределах территории одного или нескольких субъектов Федерации (регионов); местные - сети в пределах административной или определенной по иному принципу территории и не относящиеся к региональным сетям связи, подразделяются на: городские (ГТС) и сельские (СТС) сети; международные - сети общего пользования, присоединяемые к сетям связи иностранных государств.
Постановка задачи исследования
Как известно теория среды передачи по кабелям с медными жилами базируется на решении уравнений Максвелла - основных уравнений электродинамики полученных для гармонических колебаний [11]. При этом применяется единый подход к распространению магнитных и электрических полей в поперечном сечении и вдоль линий [53...55]. Для исследуемого диапазона частот, когда длина волны несоизмеримо больше габаритов экрана, пренебрегают токами смещения (т.е. излучением), и все процессы рассматриваются в квазистационарном режиме.
Электромагнитный экран, защищая цепи сердечника кабеля от помех, одновременно осуществляет воздействие на собственные параметры экранированных цепей. При этом происходит перераспределение внутреннего электромагнитного поля, и изменяются условия прохождения сигналов по данным цепям. Это явление вызвано реакцией экрана, которая приводит к изменению собственных параметров экранирования пар. Изменяются как параметры передачи цепей (R, L, С, G), так и параметры влияния, к которым относятся электрические и магнитные связи.
В общем случае степень и основные закономерности изменения электромагнитного поля вне и внутри экрана можно оценить, соответственно, коэффициентом экранирования соответственно, волновое сопротивление диэлектрика и металла; d - толщина экрана; k = (joauxj)0,5 - коэффициент вихревых токов; со -круговая частота; ц - магнитная проницаемость; а - удельная проводимость.
Оба параметра взаимосвязаны между собой и могут быть вычислены один из другого. Только совместное рассмотрение параметров Кэ и Кр э может дать должное представление о процессах экранирования исследуемой системы и позволит выбрать оптимальную конструкцию электромагнитного экрана, что особенно важно для цифровых кабелей связи, где большое количество цепей расположено в непосредственной близости от экрана и испытывает его электромагнитное воздействие.
Параметр Кэ позволяет учесть экранирующую способность системы и степень уменьшения поля помех при влиянии одной электромагнитной цепи на другую. Параметр Кр.э позволяет исследовать отражение от экрана поля и степень его воздействия на собственные электрические характеристики цепей, находящихся внутри экрана.
Необходимо отметить, что эффект реакции на собственные параметры цепей, находящихся внутри экрана, может быть как положительным, так и отрицательным. При определенных условиях и конструктивных соотношениях экранов их реакция может не только улучшить, но и ухудшить электрические характеристики экранированных элементов, поэтому при конструировании экранов следует стремиться получить максимальный экранирующий эффект и наилучшие параметры реакции экрана [56].
Осуществим анализ процессов экранирования и передачи энергии по электрическим цепям цифровых кабелей. Проанализируем принцип действия магнитных и немагнитных экранов, осуществим расчет эффективности экранирования цифровых кабелей от внешних помех. Рассмотрим и проанализируем физические процессы в многослойных комбинированных экранах, осуществим расчет их эффективности в условиях интенсивного воздействия внешних электромагнитных помех Как известно, физическая сущность явлений, происходящих в электромагнитных экранах, во многом схожа с процессами, возникающими в электрических цепях при распространении энергии по однородным линиям с несогласованными нагрузками [57...59].
Рассмотрим и проанализируем методы расчета экранов, базирующиеся на решении основных уравнений электродинамики, сравнив их с методами расчетов, применяемых в электротехнике и в теории электрической связи, воспользовавшись методикой изложенной в работе [11].
Скрутка цепей в цифровых кабелях
Это условие автоматически реализуется при звездной скрутке (см. рисунок 3.16), когда влияющая цепь (жилы 1-2) и цепь, подверженная влиянию (жилы 3-4), расположены во взаимно-перпендикулярных осях.
Так как гм = гі3, то провод 1 влияет с одинаковой силой как на провод 2, так и на провод 4. Следовательно, в проводах 3 и 4 наводятся разнонаправленные токи одинаковой величины, и результирующий ток помех в цепи 3-4 равен нулю. Аналогично не сказывается влияние провода 2 на цепь 3-4, причем это условие справедливо безотносительно к шагам скрутки.
Звездная скрутка жил четверки обеспечивает отсутствие внутригруп-повых связей, связей между цепями 1-2 и 3-4. При этой скрутке внутригруп повые связи обуславливаются лишь допусками и неоднородностями производственного характера, а не шагом скрутки четверки.
Связи между звездными четверками, смежные связи, в основном зависят от соотношения шагов скрутки четверок. При парной скрутки расстояния между жилами влияющей и подверженной влиянию цепей непрерывно меняются вдоль кабеля, и для достижения минимума влияния требуется специальное согласование шагов скрутки. Все это относится как к влиянию внутри групп, так и между группами.
Возможны два метода согласования шагов и выполнения условия г Ггз = і ізг24: метод поперечной симметрии и метод продольной симметрии. Необходимо отметить, что на практике метод поперечной симметрии широкого применения не нашел, так как крайне не удобен и непригоден для большого числа цепей.
В общем случае кабельная скрутка принципиально аналогична скрещиванию. Отличие ее состоит лишь в том, что скрутка осуществляется переменой мест (транспозицией) проводов в точке, а скрутка представляет собой равномерно распределенную транспозицию проводов по длине кабеля.
В многочисленных исследованиях показано, что скрещивание эффективно лишь при специально рассчитанных шагах, разных для различных цепей, причем, чем чаще скрещивание, тем больше эффект.
Как правило, скрещивание применяется на воздушных линиях связи и сильном токе, однако его основные законы справедливы и для кабельной скрутки. В принципе каждая кабельная цепь должна скручиваться с различным шагом скрутки h, под которым понимается длина, на которой изолированная жила цепи или группа описывает полный круг по оси скручивания. Чем меньше шаг скрутки, тем ее эффект больше.
Согласование и подбор шагов скрутки различных цепей и кабельных групп производится по участкам, получившим название секции симметрирования, или защиты. Секция защиты L3 связана с шагом скрутки соотношением:
Совершается полный цикл защиты от помех (симметрирования) между двумя цепями 1 и 2. В пределах этой длины цифрового кабеля L3 положение жил в парах по отношению друг к другу, а вместе с тем и расстояние между жилами ги, г13, г23, г24 постоянно меняются, причем в конце отрезка кабеля L3 получается такое же положение жил, как и в его начале. Так как, на втором и последующих отрезках цифрового кабеля длиной L3 повторяются все положения жил, то достаточно рассмотреть лишь один цикл защиты.
В идеальном случае, для защиты цепей от помех, строительная длина кабеля должна содержать целое число секций защиты. Так как в реальности это требование, как правило, не может быть реализовано, то на практике стремятся длину секции защиты L3 выбрать как можно меньше. Тогда, разрезав кабель в любом месте, можно получить относительно небольшие неуравновешенные участки. Кроме того, уменьшение секции защиты приводит к уменьшению шагов скрутки кабеля. В электрическом отношении это очень выгодно, так как, чем меньше шаг скрутки, тем больше не только эффект скрутки, но и выше помехозащищенность цепей.
Однако, несмотря на очевидные достоинства-уменьшения шага скрутки, существуют и серьезные недостатки. Связано это с тем, что с уменьшением шага скрутки объем кабеля возрастает, возрастает и абсолютная длина жил, а, следовательно, и себестоимость кабеля.
Как показывает практика, в цифровых кабелях целесообразно выделить несколько возможных диапазонов величин шагов скрутки в зависимости от возможного частотного диапазона применения кабелей (см. таблицу 3.1) [11].
Метод оптимизации цифрового кабеля при его конструировании
Заметим, что представленные в таблице 4.1 требования могут быть приняты в качестве допущений при разработке математической модели оптимизации конструкции цифрового кабеля. Критерии оптимальности. При оптимизации цифровых кабелей за критерий оптимальности может быть принята стоимость кабеля. Как известно, себестоимость кабеля на 80...90% определяется стоимостью основных материалов. Все остальные затраты (заработная плата, накладные расходы, пропорциональные заработной плате, внепроизводствен-ные расходы), а так же планируемая рентабельность могут быть учтены не 118 которым стоимостным коэффициентом Кст, который для однотипных кабелей практически можно считать одинаковым. В общем случае, стоимость кабеля будет определяться выражением Гкаб -" -ст "мат- (4.1) Стоимость основных материалов можно выразить в виде суммы стоимостей отдельных элементов: токопроводящих жил Рж, изоляции Рнз, поясной изоляции Рп.и, экрана Рэ, оболочки Роб, защитных покровов Р3.п, в стоимость которых входит и стоимость брони Рбр, гидрофобного заполнителя или водоблокирующих элементов Р3 и других материалов. Целевая функция. Так как для однотипных кабелей коэффициент стоимости Кст практически постоянен, то в качестве целевой функции примем стоимость основных материалов кабеля - внешний параметр у2: V(y) = У2 = РМ = ДРж, Риз, Рп.и, Рэ, Роб, Рз.п,)- (4-2) Составим выражение для стоимости основных материалов, идущих на изготовление цифрового кабеля. Стоимость материала данного конструктивного элемента Р = Мр = Syp, руб./км, где М - масса конструктивного элемента, кг/км; S - площадь поперечного сечения конструктивного элемента, мм ; у - плотность материала, т/м (г/см ); р - цена материала, руб./кг. Расчетная стоимость токопроводящих жил может быть найдена из выражения Рж = пКу.0(7Е(102/4)ужрж, (4.3) где п - число жил в кабеле; Ку.0 - обобщенный коэффициент укрутки; уж -плотность материала жил, т/м (г/см ); рж - цена материала жил, руб./кг. Расчетная стоимость сплошной изоляции токопроводящих жил Риз = П [7T(di2 - d02)/4]УизРиз, (4.4) 119 где d0 - диаметр токопроводящей жилы, мм; уиз - плотность материала сплошной изоляции, т/м (г/см ); риз - цена материала сплошной изоляции, руб./кг. Расчет стоимости пленко-пористой изоляции токопроводящих жил необходимо осуществлять исходя из того, что она состоит из двух концентрических слоев: первый (наружный «skin») слой из сплошного полиэтилена, второй (внутренний «foam») - из вспененного полиэтилена. Здесь: ys, YF - соответственно, плотность материала наружного и внутренне го слоев пленко-пористой изоляции, т/м (г/см ); pSj pF— соответственно, цена материала наружного и внутреннего слоев пленко-пористой изоляции, руб./кг; 5S, 5р - соответственно, толщина наружного и внутреннего слоев пленко-пористой изоляции, мм; кп - степень вспенивания материала изоляции в долях единицы. Тогда, стоимость пленко-пористой «skin-foam» изоляции будет равна Риз = Ps + PF- (4-7) Пленко-пористая пленочная изоляция токопроводящих жил (изоляция типа «skin-foam- skin») состоит из трех концентрических слоев: первый (наружный «skin») слой из сплошного полиэтилена, второй (средний «foam») -из вспененного полиэтилена, третий (внутренний «skin») - из сплошного полиэтилена. Как правило, наружный и внутренний слой изоляции изготовляются из одинакового материала, средний слой из материала с другими характеристиками. Стоимость наружного «skin» слоя Толщина слоев полиэтилена для «пористых» конструкций изоляции токопроводящеи жилы определяется технологическими возможностями и применяемыми материалами. Она имеет неуклонную тенденцию к достижению минимальной толщины слоев сплошного полиэтилена, максимальной толщины вспененного полиэтилена при максимальной степени вспенивания кп и требуемой физической прочности изоляции. Стоимость поясной изоляции, то есть каждого из покровов, накладываемых поверх скрученного сердечника (экрана, оболочки и т.д.), равна Pi. = rcDihiYiPi, (4.12) где Dj - средний диаметр соответствующего покрова, мм; hj - толщина по-крова, мм; у-, - плотность материала покрова, т/м (г/см ); р— цена материала покрова, руб./кг.
Похожие диссертации на Защита электрических цепей цифровых кабельных систем от внешних воздействий
