Файл: Цалиович А.Б. Методы оптимизации параметров кабельных линий связи.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.07.2024
Просмотров: 101
Скачиваний: 0
лпются двумя действительно независимыми переменными. Однако расчет стоимости кабеля с подстановкой этих выражений приводит к весьма громоздким, неудобным для анализа выражениям, не отра жающим зависимость стоимости от требуемой величины коэффициен
та затухания. Поэтому |
в ф-лах (2.53) п |
(2.54) |
вместо двух |
указан |
ных представлены три |
переменные — d0 , |
di/d 0 |
и ы, которые |
уже не |
являются независимыми в строгом смысле слова, и уравнение связи
между ними задается ф-лами |
(2.41) и |
(2.46). В этом случае, как от |
|
мечалось выше, задача |
сводится |
к нахождению |
условного |
минимума, причем в роли условно независимых переменных остаются dt/do и а и частные производные должны браться по ним.
Для рассматриваемого случая стоимости кабеля — понятие ус ловного экстремума имеет простую и наглядную физическую интер
претацию. Рассмотрим, например, частную производную |
, ^ . П Р |
а = const, отражающую зависимость стоимости кабеля |
от конструк |
тивного соотношения di/do при постоянной величине коэффициента
затухания. |
Если бы переменные di/do и а |
были |
независимыми,, то, |
||||||
задавшись |
величиной а и изменяя di/d0, |
можно |
получить |
зависи |
|||||
мость |
стоимости кабеля |
от d( /d0 . |
Но а |
сама |
является |
функцией |
|||
dj/do, |
так что изменение |
этого соотношения |
приводит также и к из |
||||||
менению а, |
и запись производной |
в приведенном |
виде, |
на |
первый |
«згляд, представляется бессмысленной. Однако поскольку а является функцией не только di/do, но и do, всегда имеется возможность при изменении di/do оставить а неизменной путем соответствующего из
менения do |
в соответствии с ф-лами |
(2.50), |
(2,51). Таким образом, |
|
переменные |
di/do и а могут условно считаться |
независимыми. |
|
|
Второе |
выражение системы (1.9) |
отражает ограничения |
и до |
полнительные условия конкретной задачи, например требование за
данных частотных |
характеристик параметров передачи и |
влияния |
и пр., которые в значительной степени определяются типом |
линии. |
|
Как известно, сети связи страны подразделяются на междуго |
||
родные— дальней |
связи (ДС), зоновые сети (ЗС), городские (ГТС) |
и сельские (СТС) Ориентировочные значения некоторых характери
стик |
существующих линий |
связи приведены в табл. 3.1. |
||
|
На магистралях дальней связи применяются, как правило, мощ |
|||
ные |
системы уплотнения в |
сочетании с относительно малопарными |
||
кабелями (симметричными |
и коаксиальными), |
на линиях устанавли |
||
вается |
большое количество НУП и ОУП. |
|
||
|
На |
линиях ЗС используются в основном |
одночетверочные и од- |
нокоаксиальные кабели, количество ОУП не превышает 1—2, число НУП остается достаточно большое.
На линиях ДС и ЗС в настоящее время используются исключи тельно частотные системы с отводимой на канал шириной полосы частот, равной 4 кгц.
Для соединительных линий ГТС и СТС характерна небольшая протяженность, ОУП отсутствуют и могут быть исключены из рас смотрения. Количество НУП, особенно для линий ГТС, ограниченно. Как правило, на ГТС используется однокабельная двух- и четырехпроводная система. На соединительных линиях СТС применяется ап паратура уплотнения и специальные высокочастотные кабели связи с жилами диаметром 0,9 и 1,2 мм. На соединительных линиях ГТС могут уплотняться либо низкочастотные многопарные кабели, либо междугородные симметричные кабели.
53
ся
Тип сети |
Тип цепи |
Схема организации связи |
Типы |
|
|
|
|
|
кабелей |
де |
симметрич |
двухкабельная |
четырех- |
МКС |
|
ная |
проводная |
|
км, мктп |
|
коаксиаль |
однокабельная |
четырех- |
|
|
ная |
проводная |
|
|
зс |
симметрич |
двухкабельная |
четырех- |
мкпв |
|
ная |
проводная, |
|
|
|
|
однокабельная |
двухпро |
|
|
|
водная |
|
вкпп |
|
коаксиаль |
однокабельная |
двухпро |
|
|
ная |
водная |
|
|
СТС, сое |
симметрич |
однокабельная |
двухпро |
КСПП |
динитель |
ная |
водная, |
|
|
ная линия |
|
однокабельная |
четырех - |
|
|
|
проводная |
|
|
СТС, або |
симметрич |
однокабельная |
двухпро |
ПР; ТП |
нентские |
ная |
водная |
|
|
линии |
|
|
|
|
ГТС, сое |
симметрич |
однокабельная |
двухпро |
T; ТП: |
динитель |
ная |
водная |
|
МКС |
ные линии |
|
однокабельная |
четырех- |
|
|
|
проводная |
|
|
ГТС, або |
симметрич |
однокабельная |
двухпро |
T; ТП |
нентские |
ная |
водная |
|
|
линии |
|
|
|
|
') Для систем с ИКМ.
|
|
|
|
Т А Б Л И Ц А |
3.1 |
|
|
Диапазон |
Дальность связи |
Емкость пучков |
|||
Системы |
км |
|
каналов |
|
||
уплотнения |
|
|
||||
уплотнения |
Мгц |
макс. | |
средняя |
М1КС. |
средняя |
|
К-60 |
0,25 |
|
|
800 |
|
400 |
К - 1920 . |
8,5; 1,3 |
не ограни |
1000 |
10 000 |
|
2 ООО |
К-300 |
|
чена |
|
|
|
|
К-24П, |
0,108; |
|
|
300 |
|
120 |
К-60П |
0,25 |
|
|
|
|
|
КВ-12 |
0,КЗ |
600 |
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
К-120 |
1 .3 |
|
|
120 |
|
120 |
КНК-6; КРР |
нч; 0,120; |
100 |
30 |
50 |
|
12 |
|
0,550 |
|
|
|
|
|
ИКМ-12 |
0,7') |
|
|
|
|
|
— |
нч |
20 |
5 |
50 |
|
10 |
КРР |
нч; 0,550 |
50 |
10 |
1000 |
|
120 |
ИКМ-24 |
1,5') |
|
|
|
|
|
— |
нч |
5 |
2 |
2400 |
|
100 |
На абонентских линиях ГТС и СТС применяются низкочастотные кабели. В этом случае в выражении (1.6) выпадают слагаемые, учи тывающие наличие аппаратуры уплотнения, и возникают специфиче ские проблемы ограничения дальности связи, наличия телефонной ка нализации (на ГТС) и др.
3.2.Выбор параметров цепей низкочастотных кабелей для городских телефонных сетей
Технико-экономической эффективности кабелей ГТС дол жно уделяться особое внимание, так как в общей сумме затрат на строительство ГТС расходы на линейные сооружения составляют около 45%.
Кабели ГТС используются для передачи разговорных токов в тональном диапазоне частот, вызывных сигналов и постоянных токов управления соединением и питания микрофонов.
Нормирование электрических характеристик цепей производится, исходя из требований, предъявляемых к кабельным линиям ГТС и регламентируемых рекомендациями МККТТ, нормами технологиче ского проектирования, соответствующими инструкциями и правила ми. Эти требования задаются на всю длину линии в виде частотных характеристик затухания и волнового сопротивления и сопротивления цепи постоянному току п могут быть различными для разных типов абонентских и соединительных линий.
Таким образом, задача технико-экономической оптимизации ка белей ГТС сводится к выбору параметров цепей, обеспечивающих за данные величины коэффициента затухания, волнового сопротивления рабочей емкости и сопротивления постоянному току при минималь ной стоимости и диаметре кабеля (последнее позволяет уменьшить расходы на телефонную канализацию).
В общем случае расчет конструкций низкочастотных кабелей мо жет производиться в соответствии с ф-лами (2.19), (2.32) с учетом (2.23), (2.46), (2.47).
Как видно из ф-л (2.46) и (2.47), чтобы задать частотные харак теристики коэффициента затухания и волнового сопротивления, до статочно задаться одной из точек на этих характеристиках. Для по
лучения |
заданной |
величины и или Z B |
достаточно |
соответствующим |
||
образом |
выбрать |
любой из конструктивных параметров (практически |
||||
d0 или |
|
di/do). |
|
|
|
|
При необходимости получения заданных характеристик одновре |
||||||
менно |
для |
а и 2 В |
производится совместное решение ур-ний (2.46) и |
|||
(2.47). |
В |
этом случае при заданных |
материале |
изоляции и жил и |
конструкции кабеля определяются как диаметр неизолированной жи лы, так и толщина изоляции.
Это обстоятельство имеет наглядное физическое объяснение. Действительно, как следует из выражений (2.44) и (2.45), заданные
величины а или Z B могут |
быть получены при |
различных |
величинах |
||||
сопротивления |
постоянному |
току Ro, с одной стороны, |
и рабочей |
ем |
|||
кости |
С р — с |
другой. При |
данной конструкции |
кабеля |
н частоте |
ве |
|
личина |
Яо определяется диаметром жил, а С р |
— главным |
образом, |
толщиной изоляции. Поэтому заданная величина а, например, может быть получена различными способами: путем уменьшения диаметра
неизолированной |
жилы |
и |
увеличения |
толщины |
изоляции. |
|
В качестве |
примера |
на рис. 3.1 представлена |
зависимость |
между ве |
||
личинами d0 |
и di/do |
для |
кабелей |
парной и звездной скрутки (анало- |
55
гичных по конструкции |
кабелям ГТС с полиэтиленовой |
изоляцией ти |
||||||||||||||||||||||
па |
ТП) |
ири |
a=oonst |
|
i(i»a |
рисунке |
а « 1 , 3 |
дбікм |
при |
частоте |
||||||||||||||
0,8 |
кгц — эта величина |
коэффициента |
затухания |
получается |
для ка |
|||||||||||||||||||
белей типа ТП с жилами диаметром 0,5 мм при современных |
нормах |
|||||||||||||||||||||||
на |
величины |
рабочей емкости |
и сопротивления |
жил). Кружками по |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
казаны значения а для сущест |
||||||||||||
Л0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вующих |
конструкций |
кабелей |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(do=0,5 |
мм). |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
одни |
и |
те |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким |
образом, |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
же |
величины |
электрических |
ха |
|||||||||
0,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рактеристик |
могут |
быть |
полу |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
чены |
при |
различных |
конструк |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тивных |
соотношениях |
в |
кабе |
|||||||||
|
|
|
|
|
/\\ |
|
|
|
|
|
ле. |
В то |
же |
время |
стоимость |
|||||||||
ив |
|
|
|
|
|
|
|
|
кабеля |
определяется |
суммой |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стоимостей жил и изоляции (а |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
также других |
элементов |
кабе |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
оопт |
|
|
ля) и будет различна при раз |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ных |
соотношениях |
диаметра |
||||||||||
0.5\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
жил |
и толщины |
изоляции. При |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
определенных |
|
соотношениях |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стоимость |
кабеля |
может |
быть |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
минимальной. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Зависимость |
стоимости |
низ |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кочастотного |
кабеля |
|
от |
кон |
||||||||
Рис. |
3.1. |
Конструктивные |
соотно |
структивных |
характеристик |
и |
||||||||||||||||||
коэффициента |
|
затухания |
|
за |
||||||||||||||||||||
шения |
для |
цепей |
низкочастотных |
дается ф-лой (2.54). |
В |
каче |
||||||||||||||||||
кабелей |
ГТС типа |
ТП звездной |
(/) |
|||||||||||||||||||||
и |
парной |
|
(2) |
скрутки |
при |
|
a = |
стве |
независимых |
|
переменных |
|||||||||||||
= 1,3 |
дб/км, |
|
/=0,8 |
кгц: |
|
|
стои |
в |
ф-ле |
(2.54) |
выступают |
а |
и |
|||||||||||
• |
— конструкции минимальной |
di/do(do |
в |
неявном |
виде входит |
|||||||||||||||||||
мости; |
|
|
|
|
конструкции |
|||||||||||||||||||
О — |
существующие |
в а ) , и поскольку по условию |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
задачи |
а |
фиксируется, |
необхо |
|||||||||
димо исследовать зависимость стоимости кабеля от djdo |
при |
а = |
||||||||||||||||||||||
=const. Таким |
образом, выражение (2.54) |
рассматривается |
как функ |
|||||||||||||||||||||
ция одной переменной |
|
(di/do). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Оптимальная величина соотношения (di/do)OUJ |
|
может |
опреде |
||||||||||||||||||||
ляться из |
уравнения, |
полученного приравнением |
нулю |
производной |
||||||||||||||||||||
от |
функции |
(2.54) |
по rfi/rfo при a=const: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.1) |
|
|
Другой |
|
возможностью |
являются |
определение |
№/йо)опт |
путем |
|||||||||||||||||
непосредственного расчета и построение соответствующих |
графиче |
|||||||||||||||||||||||
ских |
зависимостей |
Р к , позволяющих |
отыскать |
местоположение |
мини |
|||||||||||||||||||
мума |
стоимости. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Последний |
способ |
часто |
|
оказывается |
предпочтительней, |
так как |
дает возможность не только определить точку минимума, но и иссле довать функцию стоимости в его окрестностях, что оказывается по лезным при необходимости отступления от минимума из-за различно го рода дополнительных условий, при оценке необходимой точности соблюдения выбранных соотношений, учете разброса параметров, по грешностей .расчета л измерения, изменении цен и лругах факторах.
56
В то же время по трудоемкости этот способ незначительно уступает первому, так как взятие производных функций <(2.б4) приводит к гро моздким, неудобным для анализа и расчета выражениям.
|
На рис. 3.2 |
и 3.3 показаны расчетные зависимости стоимости ка |
|
|||||||||
|
беля |
типа ТПВ |
(в |
полихлорвиниловой |
оболочке) |
при а = |
1,3 дб/км |
|
||||
pytS/Ш |
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
220 |
|
3\ |
|
|
-J. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
ГГП8-1Р-Щ |
|
|
|
|
|
|
|
210 |
\\ |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
\ |
/ |
// |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
200 |
\ |
|
\ |
|
|
|
|
|
|
|||
V |
|
|
^ |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
WO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
WO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
170 |
|
|
|
ТПВ-3-5хЦ*0,5 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
160 |
|
|
|
|
|
|
|
|
-ПВ-3-2£*Цх0£ |
|||
ISO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ряс. 3.2. Зависимость |
стоимости |
десятипарно- |
Рис. 3.3. Зависимость |
стоимости |
пяти- |
|||||||
го |
кабеля |
типа ТПВ |
|
и /=0,8 |
кгц: |
десятипарного кабеля типа ТПВ-3 от |
||||||
от |
dt/d, при а = 1,3 |
дбікм |
djd, |
при а =1,3 дб/км |
и /=0,8 |
кгц: |
||||||
I — кабель |
звездной |
скрутки; 2—кабель пар |
1 — кабель |
звездной скрутки; |
2 — ка |
|||||||
ной |
скрутки; |
|
|
с учетом стоимости |
бель |
парной скрутки; |
3 — кабель |
пар |
||||
3 — кабель |
парной скрутки |
ной |
скрутки |
с учетом |
стоимости |
кана |
||||||
канализации; |
минимальной |
стоимости; |
лизации; |
|
минимальной |
|||||||
|
• — конструкции |
D—конструкции |
||||||||||
|
О — существующие |
конструкции |
стоимости; |
О — существующие |
|
кон |
струкции
и /=0,8 кгц от соотношения rfi/do для десятипарного (пятичетверочного) и пятидесятипарного (двадцатипятичетверочного) кабелей при принятых ценах на материалы. Стоимости г к имеют минимумы при (di/do)om ~.1,6-5-1,8).. Из сравнения рис. 3.2 и 3.3 видно, что величины оптимальных соотношений практически не зависят от ем кости (количества цепей кабеля).
Соотношения di/do в существующих конструкциях близки к оп тимальным, однако имеется возможность снизить стоимость кабеля на 5—'15%, применив жилу несколько большего диаметра и изоля цию меньшей толщины. В частности, применением doда0,55 мм и сплошной полиэтиленовой изоляции толщиной 0,5 мм (вместо при меняемых 0,5 мм и 0,6 мм соответственно) можно при той же вели чине затухания уменьшить стоимость кабеля примерно на 10%.
Можно показать, что при существующих конструктивных и стои мостных соотношениях увеличение стоимости оболочки и изоляции и уменьшение стоимости жил (меди) кабелей ГТС приводит к смеще нию оптимальных величин rfi/rfo в сторону меньших значений, хотя эта зависимость практически не сильно выражена.
При существующих ценах на исходные материалы и применяе мых обычно величинах соотношения dt/d0 звездная скрутка эконо-
57