eng
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
Выпуск #5/2024
Б.В.Попов, В.Б.Попов,В.Н.Родионов, Р.Н.Сабиров
Экспериментальные исследования характеристик передачи и взаимных влияний сигнально-блокировочного кабеля
Экспериментальные исследования характеристик передачи и взаимных влияний сигнально-блокировочного кабеля
Просмотры: 349
DOI: 10.22184/2070-8963.2024.121.5.40.44
Интенсивное развитие пассажирского скоростного и грузового тяжеловесного движения на железных дорогах предъявляют повышенные требования к безопасности и надежности перевозочного процесса. В связи с этим предъявляются повышенные требования к характеристикам сигнально-блокировочных кабелей.
В статье приводятся результаты экспериментальных исследований и анализ элек-
трических характеристик передачи и взаимных влияний сигнально-блокировоч-
ных кабелей в диапазоне частот до 16 МГц.
Интенсивное развитие пассажирского скоростного и грузового тяжеловесного движения на железных дорогах предъявляют повышенные требования к безопасности и надежности перевозочного процесса. В связи с этим предъявляются повышенные требования к характеристикам сигнально-блокировочных кабелей.
В статье приводятся результаты экспериментальных исследований и анализ элек-
трических характеристик передачи и взаимных влияний сигнально-блокировоч-
ных кабелей в диапазоне частот до 16 МГц.
Теги: electrical characteristics signal-blocking cables symmetrical cables кабели сигнально-блокировочные кабели симметричные электрические характеристики кабелей симметричных
Экспериментальные исследования характеристик передачи и взаимных влияний сигнально-блокировочного кабеля
Б.В.Попов, к.т.н., профессор ПГУТИ,
В.Б.Попов, к.т.н., профессор ПГУТИ / inkat@inbox.ru,
В.Н.Родионов, к.т.н., директор по качеству АО "Самарская кабельная компания",
Р.Н.Сабиров, ведущий специалист по метрологии АО "Самарская кабельная компания" / sabirov@samaracable.ru
УДК 621.315.2, DOI: 10.22184/2070-8963.2024.121.5.40.44
Интенсивное развитие пассажирского скоростного и грузового тяжеловесного движения на железных дорогах предъявляют повышенные требования к безопасности и надежности перевозочного процесса. В связи с этим предъявляются повышенные требования к характеристикам сигнально-блокировочных кабелей. В статье приводятся результаты экспериментальных исследований и анализ электрических характеристик передачи и взаимных влияний сигнально-блокировочных кабелей в диапазоне частот до 16 МГц.
Введение
На сети ОАО "РЖД" широко используются сигнально-блокировочные кабели. Эти кабели предназначены для сетей железнодорожной автоматики и телемеханики, обеспечивающих передачу сигналов управления и информации, электропитания для работы устройств сигнализации, централизации и блокировки. Сигнально-блокировочные кабели обеспечивают надежную работу линейных цепей автоблокировки и целого комплекса устройств электрической централизации стрелок и сигналов, горочной автоматической и диспетчерской централизации и переездной сигнализации [1].
Отличительными чертами рассматриваемой кабельной продукции являются высокие надежность и устойчивость к разнообразным воздействиям механического и электромагнитного характера. Учитывая тот факт, что сеть железных дорог страны является важнейшим стратегическим объектом государственного значения, к железнодорожным кабелям предъявляются повышенные требования, особенно в части обеспечения стабильности их эксплуатационных параметров при различного рода негативных и дестабилизирующих воздействиях. Это отражено в недавно выпущенном ГОСТ 34679-2020 "Кабели для сигнализации и блокировки. Общие технические условия". В этом документе введены нормативные значения на коэффициент затухания и переходное затухание на ближнем конце на высоких частотах [2]. К сожалению, в технической литературе сведения об этих характеристиках практически отсутствуют. Опубликованная авторами статья [3] рассматривает эти характеристики для кабелей с многопроволочными проводниками в диапазоне частот только до 250 кГц.
С вопросами по электрическим характеристикам, в том числе и в области высоких частот, к нам обращались специалисты, работающие с сигнально-блокировочными кабелями. Чтобы закрыть данный пробел, в настоящей статье рассматриваются электрические характеристики передачи и взаимных влияний сигнально-блокировочных кабелей марки СБВБэпПу 4 × 2 × 0,9 производства АО "Самарская кабельная компания".
Технологическими особенностями изготовления сигнально-блокировочных кабелей на этом предприятии является то, что производство изолированной жилы для них, также как и для любых других симметричных кабелей связи, производится на экструзионной линии, оснащенной приборами контроля погонной емкости, диаметра и эксцентриситета изолированной жилы, проверки электрической прочности изоляции. Измерители погонной емкости и диаметра включены в систему автоматического регулирования линии и обеспечивают заданные требования к изолированной жиле, в том числе по емкости, диаметру, толщине изоляции, концентричности [4]. Высокая геометрическая и структурная однородность изолированной жилы гарантирует высокую стабильность электрических характеристик кабеля.
Результаты измерения электрических характеристик передачи и взаимного влияния сигнально-блокировочных кабелей
Были проведены измерения основных электрических характеристик передачи и взаимного влияния сигнально-блокировочного кабеля марки СБВБэпПу 4 × 2 × 0,9 с однопроволочными медными жилами. Характеристики определялись в заводских условиях на строительных длинах 170, 200 и 240 м с использованием стационарной измерительной системы AESA-9500 производства компании AESA Cortaillod. Подключение жил исследуемого кабеля к измерительной системе проводилось при помощи специального устройства, изготовленного с применением отрезка LAN-кабеля емкостью 4 × 2 × 0,52.
Низкочастотные параметры
К низкочастотным характеристикам передачи относятся: электрическое сопротивление медных жил постоянному току R (норма − не более 28,8 Ом/км); омическая асимметрия жил в рабочей паре ∆R (не более 0,8 Ом); рабочая емкость С (не более 100 нФ/км).
Результаты измерения низкочастотных характеристик отдельных пар кабеля статистически обработаны с учетом того, что они подчиняются нормальному закону распределения и характеризуются статистическим средним значением и среднеквадратическим отклонением от среднего значения [5]. Результаты статистической обработки приведены в табл.1.
На основании анализа статистических данных результатов измерения низкочастотных характеристик передачи, приведенных в табл.1, можно сделать заключение, что исследуемый сигнально-блокировочный кабель является весьма однородным. Сопротивление медных жил близко к номинальному значению и стабильно; омическая асимметрия заметно меньше допустимых 0,8 Ом; рабочая емкость также существенно меньше максимально допустимого значения 100 нФ/км. Здесь уместно подчеркнуть, что в сигнально-блокировочных кабелях требования к омической асимметрии по сравнению с другими симметричными кабелями более высокие. И обеспечить низкое значение ∆R позволяет применение структурно и геометрически однородных медных жил. Все это может в конечном итоге положительно сказаться на высокочастотных характеристиках передачи и взаимного влияния, которые рассмотрены ниже.
Высокочастотные параметры
К основным высокочастотным характеристикам сигнально-блокировочных кабелей относятся: коэффициент затухания α, дБ/км; переходное затухание на ближнем конце Ао, дБ, и защищенность на дальнем конце Аз, дБ. Именно эти характеристики необходимо учитывать при организации технологической связи по сигнально-блокировочным кабелям. В ГОСТ 34679-2020 приведены нормы на коэффициент затухания в диапазоне частот до 39 кГц, а переходного затухания на ближнем конце − до 160 кГц.
В настоящей статье электрические характеристики рассмотрены в более широком диапазоне частот − до 16 МГц. Рассмотрена также очень важная характеристика – защищенность на дальнем конце. Ниже рассматриваются высокочастотные характеристики кабеля СБВБэпПу 4 × 2 × 0,9 строительной длиной 170 м. Все высокочастотные характеристики приведены к длине в 100 м. Обусловлено это тем, что они сравниваются с соответствующими характеристиками кабеля широкополосного доступа (ШПД), близкого по конструкции к исследуемому кабелю, которые приведены в ГОСТ Р 70042-2022 "Кабели связи симметричные для сетей широкополосного доступа. Общие технические условия" [6].
В табл.2 и на рис.1 приведены результаты измерения коэффициента затухания исследуемого сигнально-блокировочного кабеля.
Анализ результатов измерения коэффициента затухания, приведенных на рис.1, а также сравнение с нормами на этот параметр кабеля ШПД показывают, что затухание в сравниваемых кабелях с диаметром медных жил 0,9 мм с ростом частоты возрастает пропорционально квадратному корню из частоты. Это говорит о том, что определяющими являются потери в металле. При этом частотные характеристики коэффициента затухания сигнально-блокировочного кабеля и кабеля ШПД хорошо совпадают.
В табл.3 и на рис.2 приведены результаты измерения суммарной мощности взаимных влияний на ближнем конце PS NEXT исследуемого сигнально-блокировочного кабеля СБВБэпПу 4 × 2 × 0,9.
В табл.4 и на рис.3 приведены результаты измерения суммарной мощности взаимных влияний на дальнем конце PS ELFEXT сигнально-блокировочного кабеля СБВБэпПу 4 × 2 × 0,9.
Анализируя результаты измерения параметров взаимных влияний, приведенных на рис.2 и 3, и сравнивания их с нормами на эти параметры с кабелем ШПД в соответствии с ГОСТ Р 70042-2022, следует отметить следующее. В стандарте кабели ШПД подразделяются на три рабочих диапазона частот: до 30 МГц; до 60 МГц; до 100 МГц. Оказалось, что в исследуемом диапазоне частот до 16 МГц у сигнально-блокировочного кабеля величина PS NEXT на 6–8 дБ, а величина PS ELFEXT на 14−18 дБ выше норм для кабеля ШПД в первом рабочем диапазоне частот. Во втором рабочем диапазоне частот указанные характеристики взаимных влияний практически совпадают с нормами. Все это в конечном итоге позволяет подтвердить сказанное выше относительно геометрической и структурной однородности исследуемого сигнально-блокировочного кабеля марки СБВБэпПу 4 × 2 × 0,9.
Заключение
Подводя итоги исследования основных электрических характеристик передачи и взаимных влияний сигнально-блокировочного кабеля марки СБВБэпПу 4 × 2 × 0,9, можно отметить следующее:
по низкочастотным характеристикам кабель полностью отвечает нормам, установленным ГОСТ 34679-2020;
производство изолированной жилы сигнально-блокировочных кабелей, так же как и для любых других симметричных кабелей связи, производится на экструзионной линии, оснащенной приборами автоматического регулирования линии, которые обеспечивают заданные требования к изолированной жиле, в том числе по емкости, диаметру, толщине изоляции и ее концентричности. Высокая геометрическая и структурная однородность изолированной жилы гарантирует высокую стабильность электрических характеристик кабеля;
по высокочастотным характеристикам кабель отвечает нормам, установленным для кабелей ШПД в соответствии с ГОСТ Р 70042-2022 в диапазоне частот до 16 МГц;
достаточно высокие электрические характеристики передачи и взаимных влияний позволяют рекомендовать сигнально-блокировочные кабели к применению для организации высокочастотной технологической связи на железнодорожном транспорте, а также в других ведомствах, применяющих на своих сетях симметричные кабели связи.
ЛИТЕРАТУРА
Балашов А.И. и др. Кабели и провода. Основы кабельной техники / Под ред. И.Б.Пешкова.
М.: Энергоатомиздат, 2009. 467 с.
ГОСТ 34679-2020. Кабели для сигнализации и блокировки. Общие технические условия.
М.: Стандартинформ, 2020.
Попов Б.В., Попов В.Б., Сабиров Р.Н. Электрические характеристики передачи и взаимных влияний сигнально-блокировочных кабелей с многопроволочными проводниками // Автоматика, связь, информатика. 2023. №10. С. 24−27.
Андреев В. и др. Качество LAN-кабелей − основа надежной работы СКС и сетей ШПД // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2020. №1. С. 24−27.
Шварцман В.О. Взаимные влияния в кабелях связи. М.: Связь, 1996. 416 с.
ГОСТ Р 70042-2022. Кабели связи симметричные для сетей широкополосного доступа. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2021.
Б.В.Попов, к.т.н., профессор ПГУТИ,
В.Б.Попов, к.т.н., профессор ПГУТИ / inkat@inbox.ru,
В.Н.Родионов, к.т.н., директор по качеству АО "Самарская кабельная компания",
Р.Н.Сабиров, ведущий специалист по метрологии АО "Самарская кабельная компания" / sabirov@samaracable.ru
УДК 621.315.2, DOI: 10.22184/2070-8963.2024.121.5.40.44
Интенсивное развитие пассажирского скоростного и грузового тяжеловесного движения на железных дорогах предъявляют повышенные требования к безопасности и надежности перевозочного процесса. В связи с этим предъявляются повышенные требования к характеристикам сигнально-блокировочных кабелей. В статье приводятся результаты экспериментальных исследований и анализ электрических характеристик передачи и взаимных влияний сигнально-блокировочных кабелей в диапазоне частот до 16 МГц.
Введение
На сети ОАО "РЖД" широко используются сигнально-блокировочные кабели. Эти кабели предназначены для сетей железнодорожной автоматики и телемеханики, обеспечивающих передачу сигналов управления и информации, электропитания для работы устройств сигнализации, централизации и блокировки. Сигнально-блокировочные кабели обеспечивают надежную работу линейных цепей автоблокировки и целого комплекса устройств электрической централизации стрелок и сигналов, горочной автоматической и диспетчерской централизации и переездной сигнализации [1].
Отличительными чертами рассматриваемой кабельной продукции являются высокие надежность и устойчивость к разнообразным воздействиям механического и электромагнитного характера. Учитывая тот факт, что сеть железных дорог страны является важнейшим стратегическим объектом государственного значения, к железнодорожным кабелям предъявляются повышенные требования, особенно в части обеспечения стабильности их эксплуатационных параметров при различного рода негативных и дестабилизирующих воздействиях. Это отражено в недавно выпущенном ГОСТ 34679-2020 "Кабели для сигнализации и блокировки. Общие технические условия". В этом документе введены нормативные значения на коэффициент затухания и переходное затухание на ближнем конце на высоких частотах [2]. К сожалению, в технической литературе сведения об этих характеристиках практически отсутствуют. Опубликованная авторами статья [3] рассматривает эти характеристики для кабелей с многопроволочными проводниками в диапазоне частот только до 250 кГц.
С вопросами по электрическим характеристикам, в том числе и в области высоких частот, к нам обращались специалисты, работающие с сигнально-блокировочными кабелями. Чтобы закрыть данный пробел, в настоящей статье рассматриваются электрические характеристики передачи и взаимных влияний сигнально-блокировочных кабелей марки СБВБэпПу 4 × 2 × 0,9 производства АО "Самарская кабельная компания".
Технологическими особенностями изготовления сигнально-блокировочных кабелей на этом предприятии является то, что производство изолированной жилы для них, также как и для любых других симметричных кабелей связи, производится на экструзионной линии, оснащенной приборами контроля погонной емкости, диаметра и эксцентриситета изолированной жилы, проверки электрической прочности изоляции. Измерители погонной емкости и диаметра включены в систему автоматического регулирования линии и обеспечивают заданные требования к изолированной жиле, в том числе по емкости, диаметру, толщине изоляции, концентричности [4]. Высокая геометрическая и структурная однородность изолированной жилы гарантирует высокую стабильность электрических характеристик кабеля.
Результаты измерения электрических характеристик передачи и взаимного влияния сигнально-блокировочных кабелей
Были проведены измерения основных электрических характеристик передачи и взаимного влияния сигнально-блокировочного кабеля марки СБВБэпПу 4 × 2 × 0,9 с однопроволочными медными жилами. Характеристики определялись в заводских условиях на строительных длинах 170, 200 и 240 м с использованием стационарной измерительной системы AESA-9500 производства компании AESA Cortaillod. Подключение жил исследуемого кабеля к измерительной системе проводилось при помощи специального устройства, изготовленного с применением отрезка LAN-кабеля емкостью 4 × 2 × 0,52.
Низкочастотные параметры
К низкочастотным характеристикам передачи относятся: электрическое сопротивление медных жил постоянному току R (норма − не более 28,8 Ом/км); омическая асимметрия жил в рабочей паре ∆R (не более 0,8 Ом); рабочая емкость С (не более 100 нФ/км).
Результаты измерения низкочастотных характеристик отдельных пар кабеля статистически обработаны с учетом того, что они подчиняются нормальному закону распределения и характеризуются статистическим средним значением и среднеквадратическим отклонением от среднего значения [5]. Результаты статистической обработки приведены в табл.1.
На основании анализа статистических данных результатов измерения низкочастотных характеристик передачи, приведенных в табл.1, можно сделать заключение, что исследуемый сигнально-блокировочный кабель является весьма однородным. Сопротивление медных жил близко к номинальному значению и стабильно; омическая асимметрия заметно меньше допустимых 0,8 Ом; рабочая емкость также существенно меньше максимально допустимого значения 100 нФ/км. Здесь уместно подчеркнуть, что в сигнально-блокировочных кабелях требования к омической асимметрии по сравнению с другими симметричными кабелями более высокие. И обеспечить низкое значение ∆R позволяет применение структурно и геометрически однородных медных жил. Все это может в конечном итоге положительно сказаться на высокочастотных характеристиках передачи и взаимного влияния, которые рассмотрены ниже.
Высокочастотные параметры
К основным высокочастотным характеристикам сигнально-блокировочных кабелей относятся: коэффициент затухания α, дБ/км; переходное затухание на ближнем конце Ао, дБ, и защищенность на дальнем конце Аз, дБ. Именно эти характеристики необходимо учитывать при организации технологической связи по сигнально-блокировочным кабелям. В ГОСТ 34679-2020 приведены нормы на коэффициент затухания в диапазоне частот до 39 кГц, а переходного затухания на ближнем конце − до 160 кГц.
В настоящей статье электрические характеристики рассмотрены в более широком диапазоне частот − до 16 МГц. Рассмотрена также очень важная характеристика – защищенность на дальнем конце. Ниже рассматриваются высокочастотные характеристики кабеля СБВБэпПу 4 × 2 × 0,9 строительной длиной 170 м. Все высокочастотные характеристики приведены к длине в 100 м. Обусловлено это тем, что они сравниваются с соответствующими характеристиками кабеля широкополосного доступа (ШПД), близкого по конструкции к исследуемому кабелю, которые приведены в ГОСТ Р 70042-2022 "Кабели связи симметричные для сетей широкополосного доступа. Общие технические условия" [6].
В табл.2 и на рис.1 приведены результаты измерения коэффициента затухания исследуемого сигнально-блокировочного кабеля.
Анализ результатов измерения коэффициента затухания, приведенных на рис.1, а также сравнение с нормами на этот параметр кабеля ШПД показывают, что затухание в сравниваемых кабелях с диаметром медных жил 0,9 мм с ростом частоты возрастает пропорционально квадратному корню из частоты. Это говорит о том, что определяющими являются потери в металле. При этом частотные характеристики коэффициента затухания сигнально-блокировочного кабеля и кабеля ШПД хорошо совпадают.
В табл.3 и на рис.2 приведены результаты измерения суммарной мощности взаимных влияний на ближнем конце PS NEXT исследуемого сигнально-блокировочного кабеля СБВБэпПу 4 × 2 × 0,9.
В табл.4 и на рис.3 приведены результаты измерения суммарной мощности взаимных влияний на дальнем конце PS ELFEXT сигнально-блокировочного кабеля СБВБэпПу 4 × 2 × 0,9.
Анализируя результаты измерения параметров взаимных влияний, приведенных на рис.2 и 3, и сравнивания их с нормами на эти параметры с кабелем ШПД в соответствии с ГОСТ Р 70042-2022, следует отметить следующее. В стандарте кабели ШПД подразделяются на три рабочих диапазона частот: до 30 МГц; до 60 МГц; до 100 МГц. Оказалось, что в исследуемом диапазоне частот до 16 МГц у сигнально-блокировочного кабеля величина PS NEXT на 6–8 дБ, а величина PS ELFEXT на 14−18 дБ выше норм для кабеля ШПД в первом рабочем диапазоне частот. Во втором рабочем диапазоне частот указанные характеристики взаимных влияний практически совпадают с нормами. Все это в конечном итоге позволяет подтвердить сказанное выше относительно геометрической и структурной однородности исследуемого сигнально-блокировочного кабеля марки СБВБэпПу 4 × 2 × 0,9.
Заключение
Подводя итоги исследования основных электрических характеристик передачи и взаимных влияний сигнально-блокировочного кабеля марки СБВБэпПу 4 × 2 × 0,9, можно отметить следующее:
по низкочастотным характеристикам кабель полностью отвечает нормам, установленным ГОСТ 34679-2020;
производство изолированной жилы сигнально-блокировочных кабелей, так же как и для любых других симметричных кабелей связи, производится на экструзионной линии, оснащенной приборами автоматического регулирования линии, которые обеспечивают заданные требования к изолированной жиле, в том числе по емкости, диаметру, толщине изоляции и ее концентричности. Высокая геометрическая и структурная однородность изолированной жилы гарантирует высокую стабильность электрических характеристик кабеля;
по высокочастотным характеристикам кабель отвечает нормам, установленным для кабелей ШПД в соответствии с ГОСТ Р 70042-2022 в диапазоне частот до 16 МГц;
достаточно высокие электрические характеристики передачи и взаимных влияний позволяют рекомендовать сигнально-блокировочные кабели к применению для организации высокочастотной технологической связи на железнодорожном транспорте, а также в других ведомствах, применяющих на своих сетях симметричные кабели связи.
ЛИТЕРАТУРА
Балашов А.И. и др. Кабели и провода. Основы кабельной техники / Под ред. И.Б.Пешкова.
М.: Энергоатомиздат, 2009. 467 с.
ГОСТ 34679-2020. Кабели для сигнализации и блокировки. Общие технические условия.
М.: Стандартинформ, 2020.
Попов Б.В., Попов В.Б., Сабиров Р.Н. Электрические характеристики передачи и взаимных влияний сигнально-блокировочных кабелей с многопроволочными проводниками // Автоматика, связь, информатика. 2023. №10. С. 24−27.
Андреев В. и др. Качество LAN-кабелей − основа надежной работы СКС и сетей ШПД // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2020. №1. С. 24−27.
Шварцман В.О. Взаимные влияния в кабелях связи. М.: Связь, 1996. 416 с.
ГОСТ Р 70042-2022. Кабели связи симметричные для сетей широкополосного доступа. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2021.
Отзывы читателей
