Кабели высокочастотные самонесущие
Кабели высокочастотные самонесущие: конструкция, применение и технические аспекты
Кабели высокочастотные самонесущие (СВС) представляют собой специализированный класс кабельной продукции, предназначенный для передачи сигналов в диапазоне высоких и сверхвысоких частот (от сотен кГц до нескольких ГГц) по воздушным линиям связи без использования дополнительных несущих тросов. Их ключевая особенность — совмещение в одной конструкции как токопроводящих жил для передачи информации, так и силового элемента (несущей жилы), способного воспринимать механические нагрузки от собственного веса, ветра и гололеда. Основная сфера применения — магистральные и абонентские линии связи в сетях проводного вещания (радиофикация), телевидения, а также в системах передачи данных и телеметрии, монтируемых на опорах воздушных линий электропередачи (ЛЭП) и связи.
Конструктивные особенности и материалы
Конструкция СВС является комбинированной и многослойной, что обеспечивает выполнение электротехнических и механических функций. Типовая структура, от центра к периферии, включает следующие элементы:
- Внутренний проводник (токопроводящая жила): Изготавливается из медной проволоки, может быть однопроволочной или многопроволочной. Является основным проводником высокочастотного сигнала.
- Внутренняя изоляция (диэлектрик): Выполняется из сплошного или пористого полиэтилена (ПЭ) или вспененного полиэтилена (ВПЭ). От качества и стабильности диэлектрика напрямую зависят волновое сопротивление и затухание сигнала в кабеле.
- Внешний проводник (экран): Обычно выполняется в виде оплетки из медных или алюминиевых проволок, либо в виде гофрированной трубки из медной или алюминиевой ленты. Экран выполняет функцию обратного проводника в коаксиальной структуре и обеспечивает защиту от внешних электромагнитных помех.
- Несущий элемент: Сердцевина кабеля, к которой крепится коаксиальная или симметричная пара. Изготавливается из стальной оцинкованной проволоки, стального троса или комбинации стальных и медных проволок. Именно этот элемент воспринимает все механические нагрузки. В некоторых конструкциях несущий элемент одновременно является и проводником тока (например, в системах дистанционного питания усилительных пунктов).
- Защитная оболочка: Внешняя оболочка, предохраняющая все внутренние элементы от атмосферных воздействий (ультрафиолет, влага, перепады температур). Материал — светостабилизированный полиэтилен черного цвета, обладающий высокой стойкостью к растрескиванию.
- Коаксиальные: Содержат одну или несколько коаксиальных пар (например, тип КСПП). Наиболее распространены для распределения сигналов ТВ и радиовещания.
- Симметричные: Содержат одну или несколько симметричных пар или четверок (например, тип КСВ). Применяются для многоканальной телефонной связи.
- Комбинированные: Сочетают в себе коаксиальные и симметричные элементы, а также могут включать дополнительные изолированные жилы для служебных целей.
- 75 Ом — стандарт для систем телевизионного вещания и широкополосных сетей.
- 100 Ом, 120 Ом — стандарты для симметричных цепей передачи данных и телефонии.
- Волновое сопротивление: Номинальное значение (например, 75 Ом) и допуск на отклонение (обычно ±3 Ом).
- Погонное затухание (α): Ключевой параметр, определяющий максимальную длину регенерационного участка. Измеряется в дБ/км и резко возрастает с увеличением частоты. Зависит от материала диэлектрика и диаметра внутреннего проводника.
- Рабочая ёмкость: Для симметричных кабелей (нФ/км).
- Погонная индуктивность: (мГн/км).
- Диапазон передаваемых частот: От 0.1–0.3 МГц до 1000 МГц и выше, в зависимости от типа кабеля.
- Сопротивление изоляции: (МОм·км).
- Электрическая прочность изоляции: Способность выдерживать испытательное напряжение (кВ).
- Максимальное допустимое рабочее напряжение: (кВ).
- Минимальный радиус изгиба: Обычно не менее 10–15 наружных диаметров кабеля.
- Диапазон рабочих температур: Как правило, от -60°C до +70°C.
- Стойкость к УФ-излучению, влаге, циклическим температурным воздействиям.
- Теле- и радиовещание: Создание магистральных и распределительных сетей для трансляции аналоговых и цифровых сигналов.
- Сети доступа (Last Mile): Организация абонентских подключений в сельской телефонии и широкополосного доступа в интернет (xDSL-технологии).
- Ведомственные и технологические линии связи: Для энергетических компаний (вдоль ЛЭП), железных дорог, нефте- и газопроводов.
- Системы телеметрии и диспетчеризации (SCADA).
- Подвеска: Осуществляется на опорах с помощью специальной арматуры (поддерживающие и натяжные зажимы, кронштейны). Кабель не должен касаться посторонних предметов.
- Натяжение: Должно контролироваться динамометром и не превышать 30-50% от МДРУ. Необходимо учитывать температурную компенсацию провиса.
- Соединение и ответвление: Выполняются в герметичных муфтах специальной конструкции, обеспечивающих электрическое соединение жил и механическую фиксацию несущего троса с передачей нагрузки.
- Заземление: Металлические экраны и несущие тросы подлежат обязательному заземлению на опорах для защиты от грозовых и наведенных перенапряжений.
- Габариты: Соблюдение нормативных расстояний до земли, дорог, других линий.
- Высокая скорость строительства линий связи и относительно низкая стоимость прокладки по сравнению с подземной канализацией.
- Возможность использования уже существующей инфраструктуры опор (ЛЭП, связи).
- Хорошая защищенность от внешних электромагнитных помех благодаря экрану.
- Длительный срок службы (25-30 лет и более) при правильном монтаже и эксплуатации.
- Широкий частотный диапазон, позволяющий передавать большие объемы информации.
- Подверженность внешним механическим воздействиям (ураган, гололед, падение деревьев, вандализм).
- Влияние климатических условий (температура, ветер) на механическое натяжение и затухание сигнала.
- Эстетически менее привлекательны по сравнению с подземной прокладкой в городской среде.
- Необходимость в более сложной и дорогой арматуре для монтажа и соединения по сравнению с кабелями для внутренней прокладки.
- Ограничения по максимальной длине усилительного участка из-за погонного затухания.
- К — кабель,
- С — самонесущий,
- ПП — с полиэтиленовой изоляцией и оболочкой,
- 2 — количество коаксиальных пар,
- 4 — номинальный диаметр изоляции внутреннего проводника (мм),
- 1,2 — номинальный диаметр внутреннего проводника (мм).
Классификация и основные типы
Кабели СВС классифицируются по нескольким ключевым признакам: структуре, волновому сопротивлению, количеству коаксиальных пар и симметричных четверок.
По структуре токопроводящих элементов:
По волновому сопротивлению:
Технические характеристики и параметры
При выборе и проектировании линий связи на основе СВС необходимо учитывать комплекс электрофизических и механических параметров.
Основные электрофизические параметры:
Основные механические и климатические параметры:
Максимальное допустимое растягивающее усилие (МДРУ): Определяется прочностью несущего элемента. Критический параметр для монтажа и эксплуатации.
Таблица: Сравнительные характеристики распространенных типов СВС
| Тип кабеля | Конструкция | Волновое сопротивление, Ом | Диапазон частот, МГц | Затухание на 100 МГц, дБ/км, не более | Назначение |
|---|---|---|---|---|---|
| КСПП-1×4×1,2 | 1 коакс. пара, стальной трос | 75 | 0,25 — 1000 | 22.5 | Магистральные и распределительные линии ТВ и РВ |
| КСПП-2×4×1,2 | 2 коакс. пары, стальной трос | 75 | 0,25 — 1000 | 23.0 | Двухпрограммное вещание, резервирование |
| КСВ-1×4×1,2 | 1 симм. четверка, стальной трос | 120 (для пары) | 0,1 — 600 | 12.0 (на 0.8 МГц) | Многоканальная телефонная связь, DSL |
| КАТС-4 | 4 симм. пары, несущий трос | 100 (для пары) | 0,0 — 150 | — | Абонентские телефонные линии, сети доступа |
Области применения и особенности монтажа
СВС применяются преимущественно в условиях, где прокладка кабеля в грунте или канализации экономически или технически нецелесообразна: в сельской местности, в условиях вечной мерзлоты, в горной местности, при пересечении водных преград, а также для подвески на существующих опорах ЛЭП и связи.
Особенности монтажа:
Монтаж СВС требует строгого соблюдения правил, регламентированных техническими условиями и ПУЭ. Ключевые аспекты:
Преимущества и недостатки
Преимущества:
Недостатки:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем СВС принципиально отличается от обычного коаксиального кабеля, например, RG-6?
СВС имеет встроенный силовой элемент (стальной трос), рассчитанный на длительное восприятие значительных механических нагрузок при подвесе на пролетах между опорами. Обычный коаксиальный кабель для внутренней прокладки (RG-6) такой конструкции не имеет, его наружная оболочка не предназначена для длительного воздействия УФ-излучения, а прочность на растяжение минимальна.
Как рассчитывается допустимая длина пролета подвеса СВС?
Длина пролета рассчитывается на основе обеспечения допустимого провиса и механического напряжения в несущем элементе при одновременном воздействии собственного веса, ветровой и гололедной нагрузок для конкретного климатического района. Расчет ведется по методикам, аналогичным расчету проводов ВЛ, с использованием справочных данных по весу кабеля и его МДРУ. Типовые пролеты составляют от 40 до 70 метров.
Можно ли использовать СВС для прокладки в грунте?
Нет, это нецелесообразно и противоречит назначению. Конструкция СВС оптимизирована для воздушной подвески. Для прокладки в грунте существуют специальные бронированные кабели связи с гидрозащитой и стальной ленточной или проволочной броней.
Как выполняется заземление СВС и зачем это нужно?
Металлический экран и несущий трос заземляются на каждой опоре или через опору. Это необходимо для защиты кабеля и подключенного оборудования от наведенных грозовых и коммутационных перенапряжений, которые возникают при разрядах молний вблизи линии или на соседних силовых проводах ЛЭП. Заземление обеспечивает стекание опасного потенциала в землю.
Что означает маркировка, например, КСПП-2×4×1,2?
Как влияет температура на параметры СВС?
С понижением температуры погонное затухание незначительно уменьшается, но механическое натяжение в подвешенном кабеле возрастает из-за укорочения материала. При высокой температуре затухание увеличивается, а провис кабеля становится больше. Проектирование и монтаж должны учитывать эти изменения для исключения обрыва или чрезмерного провиса.
Заключение
Кабели высокочастотные самонесущие остаются важным и технически обоснованным решением для построения линейных сооружений связи в условиях, где другие способы прокладки нерентабельны или невозможны. Их надежность и долговечность напрямую зависят от корректного выбора типа кабеля в соответствии с проектными требованиями по частоте и затуханию, а также от неукоснительного соблюдения технологий монтажа, включая контроль натяжения и качество заземления. Понимание конструктивных особенностей, электрических и механических параметров СВС является необходимым для инженеров и специалистов, занимающихся проектированием, строительством и эксплуатацией воздушных линий связи.