天津市電纜總廠第一分廠作者
電纜參數(shù)可分為:導(dǎo)體有效電阻R、回路電感L、電容C和絕緣電導(dǎo)G稱為電纜的一次參數(shù),這些參數(shù)與傳輸?shù)碾妷?、電流的大小無關(guān),他們是由電纜本身的結(jié)構(gòu)尺寸,材料和電流的頻率等條件來決定的。
2.1.1 導(dǎo)體有效電阻R(Ω/km)
在介紹導(dǎo)體有效電阻前,先來介紹導(dǎo)體的直流電阻R0。導(dǎo)體直流電阻R0與導(dǎo)體的材料和導(dǎo)體直徑有關(guān),其計算公式如下:
式中 R0——直流電阻(Ω/km);
—— 扭絞系數(shù);
——電阻系數(shù)(Ωmm2/m 200C);
L——導(dǎo)線長度(m);
S——導(dǎo)線截面積(mm2);
d——導(dǎo)線直徑(mm)。
上述公式中,導(dǎo)體直流電阻都是在標(biāo)準(zhǔn)溫度200C時的數(shù)值,任意溫度下導(dǎo)體直流電阻應(yīng)按下式進行換算:
式中 Rt——溫度t時電阻值(Ω/km);
R20——溫度200C時的電阻值(Ω/km);
——電阻溫度系數(shù)
有效電阻是指電纜電路在其工作狀態(tài)下的電阻,由于鄰近效應(yīng)、集膚效應(yīng)以及金屬損耗等因素會產(chǎn)生附加電阻,因此,電纜回路的有效電阻是由直流電阻R0和通過交流電流時的附加電阻所組成,計算公式如下:
注:當(dāng)χ>10時
式中 R0——直流電阻(Ω/km);
d——導(dǎo)體直徑(mm);
——導(dǎo)體中心間距mm);
f——頻率(Hz);
P——線對組修正系數(shù)(實路對絞組為1.0);
χ——不同頻率的系數(shù);
F(χ)、G(χ) 、H(χ)——為系數(shù)χ在不同頻率時的特定函數(shù)。
2.1.2 回路電感L(H/km)
對稱回路的電感由兩部分組成,及內(nèi)電感和外電感。外電感的大小取決于電纜結(jié)構(gòu)的幾何尺寸,與頻率無關(guān);內(nèi)電感的值與傳輸頻率程反比,頻率越高其集膚效應(yīng)越顯著,內(nèi)電感越小。計算公式如下:
注:當(dāng)χ>10時
式中 λ——電纜總絞入率;
d——導(dǎo)體直徑(mm);
——導(dǎo)體中心間距mm);
f——頻率(Hz);
χ——不同頻率的系數(shù);
Q(χ)——為系數(shù)χ在不同頻率時的特定函數(shù)。
2.1.3 電容C (F/km)
電容分工作電容和部分電容兩種,工作電容為工作線對上總的電容;部分電容是電纜各芯線之間的電容,是工作電容的組成部分。計算公式如下:
式中 λ——電纜總絞入率;
d——導(dǎo)體直徑(mm);
——導(dǎo)體中心間距mm);
ε——組合絕緣介質(zhì)的等效介電常數(shù);
d1——導(dǎo)體絕緣層直徑(mm);
d2——絞對線的等效直徑(mm)。
2.1.4 絕緣電導(dǎo)G(S/km)
絕緣電導(dǎo)表示為一個回路的絕緣質(zhì)量,電纜的絕緣電導(dǎo)值越小,也就說明絕緣層的介質(zhì)損耗值越小。絕緣電導(dǎo)G是由絕緣不完整的直流絕緣電導(dǎo)G0 和介質(zhì)極化后的交流絕緣電導(dǎo)G~組成的。在通信電纜中,由于交流絕緣電導(dǎo)比直流絕緣電導(dǎo)所引起的損耗要大得多,因此可以忽略不計直流絕緣電導(dǎo)G0值,計算公式如下:
式中 ——交流絕緣電導(dǎo)(S/km);
——頻率(Hz);
C——工作電容(F/km);
——組合絕緣介質(zhì)的等效介質(zhì)損耗角正切值。
2.2 電纜的二次參數(shù)
對稱回路的傳輸質(zhì)量主要是根據(jù)回路的二次參數(shù)來估價的。
2.2.1 衰減常數(shù) (Np/km, 1 Np=8.686dB)
衰減常數(shù) 是影響電纜傳輸距離的一個重要參數(shù),它由兩部分組成:由于導(dǎo)體本身損耗而產(chǎn)生的衰減;由于絕緣介質(zhì)損耗而產(chǎn)生的衰減;衰減是用以衡量信號能量發(fā)生降低和損失大小的一個電氣指標(biāo),并隨著傳輸頻率的增加而增大,影響衰減的主要因素包括導(dǎo)體直徑、導(dǎo)體材料、絕緣材料、電纜結(jié)構(gòu)等。因此要改善電纜的衰減性能,可以通過增加導(dǎo)體直徑、選擇更優(yōu)良的材料以及在生產(chǎn)制造過程中保持電纜幾何結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定來實現(xiàn)。計算公式如下:
式中 R——導(dǎo)體有效電阻(Ω/km);
L——回路電感 (H/km);
G——絕緣電導(dǎo)(S/km);
C——工作電容(F/km)。
2.2.2 特性阻抗Zc(Ω)
特性阻抗Zc是電磁波沿均勻線路傳播時,在無終端失配影響的情況下所遇到的阻抗。計算公式如下:
式中 L——回路電感 (H/km);
C——工作電容(F/km)。
對稱電纜的阻抗分為特性阻抗Zc和輸入阻抗Zin,特性阻抗Zc隨著頻率的增加而減少,當(dāng)頻率超過3000 Hz后,則特性阻抗Zc值就不再發(fā)生變化。此時輸入阻抗Zin受電纜結(jié)構(gòu)因素的影響,入射信號的反射波圍繞特性阻抗Zc上下波動。從回路電感L和工作電容C的計算公式中可以分析出,影響阻抗的因素有:電纜總絞入率λ、導(dǎo)體直徑d、導(dǎo)體中心間距 以及組合絕緣介質(zhì)的等效介電常數(shù)ε,這些參數(shù)都是電纜的結(jié)構(gòu)因素。換言之,能控制好以上四個結(jié)構(gòu)因素的均勻性和穩(wěn)定性,那么電纜在每段上阻抗值的波動范圍就會控制到zui小。
2.2.3 串音
在對稱電纜中,各回路相互間的干擾是由于橫向電磁場的存在而引起的,此時電磁場在臨近的回路上會產(chǎn)生干擾電流。串音根據(jù)主被串回路位置的分類,在被串回路中,與主串回路的信號源同一端受到的串音稱為近端串音,而在另一端受到的串音稱為遠端串音。
近端串音衰減AO是主串回路的發(fā)送功率串到被串回路近端后的衰減值,計算公式如下:
式中 AO——近端串音衰減 (Np, 1 Np=8.686dB);
——主串回路的發(fā)送功率;
——主串回路的發(fā)送功率串到被串回路近端的功率。
遠端串音衰減A1是主串回路的發(fā)送功率串到被串回路遠端后的衰減值,計算公式如下:
式中 A1——遠端串音衰減 (Np, 1 Np=8.686dB);
——主串回路的發(fā)送功率;
——主串回路的發(fā)送功率串到被串回路遠端的功率。
電纜中各線對的扭絞節(jié)距、相鄰線對間的節(jié)距搭配、線對兩導(dǎo)體間的距離、纜芯的穩(wěn)定程度等,都是引發(fā)線對間串音的重要因素。設(shè)計不同的各線對扭絞節(jié)距并經(jīng)過試驗和調(diào)整,是目前減小電纜串音較為有效的方法。線對扭絞節(jié)距的計算公式參考如下:
式中 H——線對扭絞節(jié)距(mm);
h——所設(shè)計和考慮的平均扭絞節(jié)距(mm);
k——各線對的扭絞系數(shù)(1.0-1.4-1.8-2.2 ┈┈)。
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