Admin

Электрические характеристики кабеля с многопроволочными проводниками

ПОПОВ Борис Владимирович, Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, кафедра линий связи и измерений в технике связи, профессор, канд. техн, наук, г. Самара, Россия
ПОПОВ Виктор Борисович, Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, кафедра линий связи и измерений в технике связи, профессор, канд. техн, наук, г. Самара, Россия
САБИРОВ Радий Назымович, АО «Самарская кабельная компания», ведущий специалист по метрологии, г. Самара, Россия


Ключевые слова: сигнально-блокировочный кабель, низкочастотные характеристики, коэффициент затухания, переходное затухание на ближнем конце, защищенность на дальнем конце


Аннотация. Интенсивное развитие скоростного пассажирского и грузового тяжеловесного движения предъявляет повышенные требования к безопасности и надежности перевозочного процесса, разработке и внедрению перспективных технических средств и технологий железнодорожной автоматики и телемеханики, инновационных информационных и телекоммуникационных технологий и др. Это касается и требований к характеристикам сигнально-блокировочных кабелей. В данной статье проводится анализ электрических характеристик передачи и взаимного влияния цепей сигнально-блокировочных кабелей с многопроволочными проводниками.


Инновационное развитие ОАО «РЖД» осуществляется в соответствии с задачами, которые определены Стратегией развития железнодорожного транспорта до 2030 г. Компания реализует крупные инвестиционные проекты по утвержденному плану модернизации и развития магистральной инфраструктуры, которые являются федеральными проектами.
К основным направлениям инновационного развития холдинга относятся: создание и внедрение динамических систем управления перевозочным процессом в едином информационном пространстве с использованием искусственного интеллекта;
внедрение инновационных систем автоматизации и механизации станционных процессов («интеллектуальная станция»). Вместе с этим основными направлениями являются: разработка и внедрение перспективных технических средств и технологий для развития скоростного и высокоскоростного движения, инфраструктуры путевого комплекса, железнодорожной автоматики и телемеханики, электрификации и
электроснабжения, инновационных информационных и телекоммуникационных технологий; системы управления безопасностью движения и методов управления рисками, связанных с безопасностью и надежностью перевозочного процесса и др.

Однако на сети дорог, где используется электротяга переменного тока, создаются электромагнитные поля большой интенсивности и возникает значительное внешнее электромагнитное влияние на цепи железнодорожных кабелей. Для снижения степени и величины этого влияния в кабелях предусмотрены алюминиевая оболочка и броня из спирально наложенных стальных лент.


Сигнально-блокировочные кабели обеспечивают работу линейных цепей автоблокировки и устройств электрической централизации стрелок и сигналов, горочной автоматической и диспетчерской централизации и переездной сигнализации [1]. Поскольку сеть железных дорог страны является важнейшим стратегическим объектом государственного значения, то к железнодорожным кабелям предъявляются повышенные требования, особенно в части стабильности эксплуатационных параметров при различных негативных и дестабилизирующих воздействиях.
Сигнально-блокировочные кабели применяются в основном с полиэтиленовой изоляцией и сплошной алюминиевой оболочкой. Последняя может накладываться с помощью специализированного технологического оборудования, для чего используются алюминиевые прессы или высокочастотные сварочные станы. На российских кабельных заводах АО «Самарская кабельная компания», где серийно выпускаются кабели для железных дорог, разработаны, изготовлены и испытаны различные их конструкции, в том числе с экраном из алюмополимерной ленты, в цельном алюминиевом экране и экране из алюминиевых проволок. По результатам проведенных испытаний была выбрана конструкция кабеля со сплошной алюминиевой оболочкой, усиленной броневыми защитными покровами [2, 3]. Такая конструкция, кроме защиты от внешних электромагнитных воздействий, обеспечивает надежную защиту кабельного сердечника от проникновения влаги.
В настоящее время действует ГОСТ 34679-2020 «Кабели для сигнализации и блокировки. Общие технические условия». В этом документе приведены нормативные значения для коэффициента затухания и переходного затухания на ближнем конце на высоких частотах [4]. Однако характеристики сигнально-блокировочных кабелей с многопроволочными медными проводниками, выпускаемыми сегодня, к сожалению, в технической литературе практически отсутствуют. В связи с этим рассмотрение и анализ электрических характеристик передачи и взаимных влияний сигнально-блокировочных кабелей с многопроволочными проводниками являются весьма актуальными.
Благодаря функционированию системы менеджмента качества (СМК) на предприятиях АО «СКК» организовано производство кабельной продукции, отвечающей запросам потребителей и соответствующей нормам и требованиям законодательных документов. Подтверждено действие сертификатов соответствия требованиям российских и международных стандартов: ISO 9001; ISO 14001; ГОСТ РВ 0015-002.
Технологические особенности производства кабелей заключаются в том, что изготовление изолированной жилы выполняется на экструзионной линии, оснащенной приборами контроля погонной емкости, диаметра и эксцентриситета жилы, проверки электрической прочности изоляции. Измерители погонной емкости и диаметра включены в систему автоматического регулирования линии и обеспечивают заданные требования по емкости, диаметру, толщине изоляции, концентричности [5]. Допуск на толщину изоляции достигает ±1 % (0,003 мм), на номинальную емкость - менее 2 пФ, концентричность составляет более 0,95. Скрутка кабельных пар осуществляется на крутильных машинах с разными (не более 100 мм) шагами, благодаря чему удается уменьшить в кабеле взаимное влияние цепей друг на друга. Все это направлено на обеспечение высоких и стабильных электрических характеристик.
Рассмотрим основные электрические характеристики передачи и взаимного влияния сигнально-блокировочного кабеля марки СБМВБАБпШп 19x2x1,0 в алюминиевой оболочке с многопроволочными медными проводниками сечением 1,0 мм2 (проводник скручен из 7 однородных по структуре и геометрии медных проволок диаметром 0,427 мм). Эти характеристики были определены на строительных длинах 112 и 300 м с использованием измерительного комплекса автоматизации испытаний кабелей связи «ПИКА ИКС» и прибора PSM-39.

Так, к низкочастотным характеристикам передачи относятся: электрическое сопротивление медных t жил постоянному току (R), которое должно быть не более 17,8 - 19,9 Ом/км; омическая асимметрия жил в рабочей паре (AR) - не более 0,8 Ом; рабочая емкость (С) - не более 70 нФ/км. Они сильно зависят от геометрической и структурной однородности медных проводников и изоляции. Высокая однородность гарантирует выполнение норм и стабильность электрических характеристик кабеля.
Низкочастотные характеристики кабеля зависят от геометрической и структурной однородности медных проводников и изоляции. Высокая геометрическая и структурная однородность гарантирует выполнение норм и стабильность электрических характеристик кабеля.
Результаты измерения низкочастотных характеристик отдельных пар кабеля статистически обработаны с учетом того, что они подчиняются нормальному закону распределения и характеризуются статистическим средним значением (Rcp) и среднеквадратическим отклонением от среднего значения (а). Результаты статистической обработки данных приведены ниже.
R, Ом/км
Rcp 17,75;
ст 0,34;
AR, %
AR 0,03;
ст 0,23
С, нФ/км
Сср 48,56;
ст 0,92.
Анализ результатов измерения показывает, что сопротивление медных жил имеет минимальное отклонение от статического среднего значения и очень стабильно; омическая асимметрия значительно меньше допустимых 0,8 Ом; рабочая емкость также меньше максимально допустимого значения 70 нФ/км. Следует отметить, что в сигнально-блокировочных кабелях требования к омической асимметрии по сравнению с другими симметричными кабелями более высокие. При этом обеспечить низкое значение AR удается благодаря применению в многопроволочных проводниках однородных медных проволок диаметром 0,427 мм. Это оказывает положительное действие на высокочастотные характеристики.
К основным высокочастотным характеристикам кабелей относятся: коэффициент затухания а, дБ/ км; переходное затухание на ближнем конце А^, дБ и защищенность на дальнем конце А дБ. В ГОСТ 34679-2020 приведены нормы на коэффициент затухания в диапазоне частот до 39 кГц и переходного затухания на ближнем конце до 160 кГц. В данной статье эти характеристики рассмотрены в более широком диапазоне частот - до 250 кГц. Усредненные значения коэффициента затухания исследуемого кабеля СБМВБАБпШп 19x2x1,0 приведены ниже.
Измерения выполнялись с помощью прибора PSM-39.
Частота, кГц
0,8
10
15
20
40
60
100
160
250
Коэффициент затухания, дБ/км 0,72 1,13 1,23 1,37 1,94 2,55 3,23 3,74 4,98
График изменения частотной характеристики коэффициента затухания исследуемого кабеля представлен на рис. 1. Анализ результатов измерения коэффициента затухания показывает, что в кабеле затухание возрастает пропорционально корню квадратному частоты. Это свидетельствует о том, что в кабеле определяющими являются потери в металле. При этом нормы на величину коэффициента затухания по ГОСТ 34679-2020 выполняются.


Усредненные значения переходного затухания на ближнем конце и защищенности на дальнем конце исследуемого кабеля даны в таблице и на рис. 2. Измерения проводились при помощи прибора «ПИКА ИКС».
Анализируя результаты, можно сказать, что нормы на величину переходных затуханий в соответствии с ГОСТ 34679-2020 выполняются. Снижение переходного затухания на ближнем конце и защищенности на дальнем конце с ростом частоты не превышает 6 дБ на октаву. Это показывает то, что
в исследуемом кабеле с парной скруткой между цепями преобладает нерегулярная составляющая непосредственного влияния, что хорошо согласуется с результатами теоретических исследований [6]. Все это подтверждает ранее изложенное мнение об относительной геометрической и структурной однородности сигнально-блокировочного кабеля марки СБМВБАБпШп 19x2x1,0.
Подводя итоги по результатам исследования основных электрических характеристик передачи и взаимных влияний сигнально-блокировочного кабеля марки СБМВБАБпШп 19x2x1,0 в алюминиевой оболочке с многопроволочными медными проводниками отметим, что по низкочастотным характеристикам он полностью отвечает нормам, установленным ГОСТ 34679-2020 «Кабели для сигнализации и блокировки. Общие технические условия» в исследуемом диапазоне частот до 250 кГц. Достаточно высокие электрические характеристики позволяют рекомендовать сигнально-блокировочные кабели производства АО «Самарская кабельная компания» к применению на сети железных дорог в диапазоне частот до 250 кГц.

СПИСОК источников
1. Кабели и провода. Основы кабельной техники / А.И. Балашов, М.А. Боев, А.С. Воронцов и др.; под ред. И.Б. Пешкова. М.: Энергоатомиздат, 2009. 467 с.
2. Андреев В.А., Попов Б.В. Экранирующие характеристики сигнально-блокировочных кабелей // Автоматика, связь, информатика. 2015. № 4. С. 14-16.
3. Направляющие системы электросвязи: учебник / В.А. Андреев, Э.Л. Портнов, В.А. Бурдин и др. 8 изд. М.: Горячая линия-Телеком, 2020. 396 с.
4. ГОСТ 34679-2020. Кабели для сигнализации и блокировки. Общие технические условия. Введ. 01.01.2021. Изм. 27.02.2023. М.: Стандартинформ, 2020.
5. Качество LAN-кабелей - основа надежной работы СКС и сетей ШПД / В. Андреев, А. Бульхин, Б. Попов, В. Попов И Первая миля. 2020. Вып. 1. С. 34-37. DOI: 10.22184/2070-8963.2020.86.1.34.37.
6. Андреев В.А. Теория электромагнитных влияний между цепями связи. М.: Радио и связь, 1999. 320 с.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК