Схема симметричного кабеля четверочной звездной скрутки однородного

Скрутка кабельных цепей

Для уменьшения взаимных и внешних влияний изолированные жилы симметричных кабелей скручиваются в группы звездной (четверочной) или парной скруткой.

Скрутка жил не только снижает влияние вследствие поперечной асимметрии, но и уменьшает продольную асимметрию, т.к. выравниваются расстояния жил относительно оболочки (жил). Действие скрутки аналогично скрещиванию проводов на воздушных линиях и основные положения об электрических процессах, возникающих при скрещивании, справедливы и для скрутки. Отличие ее от скрещивания заключается в том, что скрещивание устраивается в точках и расстояния между соседними скрещиваниями могут быть различными, а скрутка представляет собой равномерное, непрерывное вращение жил относительно оси с неизменным шагом по всей длине кабеля. Шагом скрутки называют длину участка, на котором жилы группы совершают полный оборот вокруг оси скручивания(рисунок 9.8).

Рисунок 9.8 – Шаг скрутки

На рисунке 9.8 можно видеть, что шаг скрутки соответствует двум шагам скрещивания по схеме с одиночным индексом.

Длину шагов желательно выбирать как можно меньше, так как эффективность скрутки будет больше, но с уменьшением шага увеличиваются объемом кабеля и длины жил, что невыгодно. Поэтому с учетом требований к гибкости и устойчивости конструкций кабеля длину шагов скрутки в группы принимают равной 100 – 300 мм, а повивов – 400- 600 мм (кабели дальней связи). Каждый последующий повив скручивается в обрат­ную сторону по сравнению с предыдущим повивом (рисунок 9.9).

Рисунок 9.9 – Скрутка повивов

Согласование шагов каждой группы со всеми остальными находиться в зависимости от спектра передаваемых частот. Если кабель НЧ, то при четном количестве групп в повиве достаточно взять два согласованных шага I, II и чередовать, как указано на рисунке 9.10. В ВЧ кабелях шаги скрутки всех групп должны быть неодинаковы и согласованы между собой. Это объясняется тем, что в НЧ кабелях влияние между цепями обусловлено только одной емкостной связью, для которой промежуточные группы действуют как экран. В ВЧ кабелях необходимо считаться со всеми видами связи.

Рисунок 9.10 – Чередование групп в повиве

На рисунке 9.10 показано, как совершается полный цикл защиты от помех (симметрии) между двумя рассмотренными цепями на участке длиной l_s = 200 мм. В пределах этой длины кабеля поло­жение жил в парах по отношению друг к другу, а вместе е тем и расстояния между жилами а₁₃, а₁₄, а₂₃, а₂₄ постоянно меняются, причем в конце отрезка кабеля получается такое же положение жил, как и в его начале. На втором и всех последующих отрезках, кабеля длиной l_s повторяются все положения жил. Поэтому достаточно рассмотреть один лишь цикл симметрии.

Рисунок 9.10 – Секция симметрии двух цепей

Влияние магнитного поля проникает в отдаленные группы ка­беля. Влияние электрического характера существует лишь между ­близлежащими группами, так как электрическая связь более от­даленных групп в силу электрического экранирования ничтожно мала. Поэтому в низкочастотных кабелях, в которых взаимовлия­ние между цепями обусловлено практически емкостными связями, можно согласовывать шаги скрутки лишь у соседних групп кабе­ля. В этом случае достаточно принять два различных, согласо­ванных между собой шага скрутки и чередовать их. Так, напри­мер, в повиве с десятью группами пять групп с нечетными номе­рами скручиваются с шагом h_1, а остальные с четными номера­ми — с шагом h₂. В случае нечетного числа групп в повиве не­обходимо иметь еще третий согласованный шаг скрутки h₃ (для последней группы).

В кабелях дальней связи, предназначенных для высокочастот­ной передачи, большое значение имеет магнитное влияние, поэто­му необходимо производить согласование каждой группы кабеля с каждой.

Источник

Схема симметричного кабеля четверочной звездной скрутки однородного

При кажущейся одинаковости жил в многопарном кабеле индуктивно-емкостные связи между ними различны. Чтобы объяснить каким образом жилы, свитые между собой, оказываются защищёнными, далее несколько рисунков.

Первый рисунок поясняет, что при хорошей изоляции между жилами кабеля между ними всё равно существует индуктивная и емкостная связь.

Емкостная возникает из-за того, что две жилы, лежащие параллельно, по сути, являются пластинами конденсатора, а конденсатор переменный ток, в общем-то, проводит.

Индуктивная при кажущемся отсутствии витков то же присутствует. Оба провода являются частью витка бесконечно большого кольца, и соответственно являются обмотками трансформатора.

На рисунках стрелками показан не постоянный ток, а переменный или импульсный (ток в определённый момент времени), так как постоянный, кроме импульса включения ни каких наводок не создаст. Но изображение процессов стрелками нагляднее.

Стоит заметить, что уровень наводки будет увеличиваться с возрастанием частоты первичного сигнала и с отклонением формы сигнала от синусоидального. Например срабатывание контактов реле или прямоугольные импульсы какой-либо электроники способны навести больший сигнал на жилу кабеля, чем синусоидальная переменка того же напряжения и тока.

Как защищается от наводок пара

Подобный рисунок изображают при объяснении причин скрещивания проводов в воздушных линиях связи (на столбах), но то же самое происходит и в кабелях, и во всевозможных шнурах.

Возьмём свитую пару проводов и провод одиночный, лежащий параллельно паре. Мгновенный ток протекающий в паре будет течь по одному направлению в жиле «А» и в противоположном в жиле «Б». В длине кабеля провод «В» будет на некоторых участках ближе к проводу «А», на некоторых к проводу «Б». Соответственно, большее влияние на провод «В» будет оказывать то «А», то «Б». Теперь глядим на направление тока (красные стрелки): на каждом участке они имеют противоположное направление, то есть, сложившись, будут примерно равны нулю.

Будет работать и обратный эффект. То есть, подав сигнал-помеху в провод «В» на R_нагр. пары он окажется с противоположными направлениями и соответственно ≈0.

В реальном кабеле пар больше, но по шагу повива они не совпадают и переходные процессы в них почти всегда можно свести к подобной схеме.

Стоит заметить, что всё это работает не только в телефонных кабелях. Недавно один из коллег по работе захотел удлинить USB шнур. Разрезал его посередине и впаял тонкие провода по цветам, просто соединив разрезанные концы. Шнур не заработал.

Посмотрели на это дело внимательнее. Оказывается в USB шнуре четыре провода свиты в две пары. Свили так же и провода вставки — всё заработало.

Повив парами хорошо заметен в кабеле для Ethernet и, конечно же, используется во многих проводах для скоростной передачи данных.

Переходные процессы при четвёрочной (звёздной) скрутке

Скрутка четвёркой (звёздная)

Подобный тип скрутки кабельных жил менее понятен. Как умудряются не создавать помехи пары, свитые в один четырёхжильный пучок? Почему оказываются защищёнными пары при включении по диагонали и всё незащищено при включении соседних жил? И мало того, звёздная скрутка оказывается имеет значительно лучшие характеристики по сравнению со скруткой парной.

Далее объяснение без формул, по картинкам.

Правильное включение четвёрки

Для наглядности так же как и в паре буду использовать обозначения постоянного тока (ток в определённый момент времени).

Здесь и далее вид
жил кабеля с торца

Раз синяя пара включена в какой-то цепи ток в её жилах будет течь в разных направлениях. На рисунке это красный плюс и синяя точка. Протекающий в жиле ток создаёт вокруг себя поле и наводит помеху с определённым знаком на красные жилы четвёрки (на рисунке красные стрелки). Второй провод пары, с синей точкой, наводит точно такую же помеху, но с противоположным знаком (на рисунке синие стрелки). Учитывая, что жилы синий пары находятся на одинаковом расстоянии от жил красной, а помехи возникающие от разных жил равны по модулю и противоположны по знаку, то наводка на обе жилы красной пары окажется равной нулю.

Полезно просмотреть, как ведёт себя четвёрка при неправильном включении. Итак, жизненная ситуация горе-спайщик включил пары не правильно.

Ток течёт по верхним жилам. Теперь равных расстояний не получается, и наводка от плюсовой жилы не уравновешивается такой же наводкой от минусовой. То же самое происходит с минусовой. На рисунке присутствие соответствующей наводки обозначил слегка подтёртыми плюсом и точкой.

Четвёрочная скрутка используется реже, чем лет 10-15 назад. Раньше этот способ повива использовался для соединительных линий в основном из-за лучших частотных характеристик. Сейчас стало гораздо удобней и выгодней на такие дистанции закладывать оптоволоконный кабель, а четвёрочная скрутка используется в основном в кабелях типа КСПП для связи с различного вида мини-АТС.

Ещё раз об асимметрии

Разбираясь в рисунках полезно вспомнить о таком пункте в измерениях, как асимметрия. Защищённость как парной скрутки, так и четвёрочной основана на том, что обе жилы создают одинаковую, но противоположную по направлению помеху. При большой асимметрии вся эта защищённость теряется.

Рис. 10-3. Системы скрутки изолированных жил в группы кабелей связи.

а — парная; б — четверочная звездная; в —

двойная парная; г -двойная звездная;

Н — шаг скрутки.

Тема разбитости пар (разнопарки, битости, прослушки), расстояний до неё, измерений переходных затуханий и теории защищённости пар от шумов и наводок: Источник Скрутка групп симметричных кабелей связи 10-4. СКРУТКА ГРУПП СИММЕТРИЧНЫХ КАБЕЛЕЙ СВЯЗИ Отдельные жилы кабелей связи скручивают первоначально в группы, называемые элементами симметрично го кабеля. Скручивание в группы ставит жилы цепи связи в одинаковые условия, в связи с чем снижаются электромагнитные связи между цепями и повышается защищенность их от взаимных и внешних помех. Существует значительное количество способов скрутки изолированных жил в группы. Наиболее широко применяются следующие: Парная скрутка (П) — две изолированные жилы скручивают вместе с шагом не более 300 мм (рис. 10-3,а). Эту систему скрутки применяют в городских распределительных и шахтных кабелях связи, а также в кабелях связи при изготовлении экранированных радиовещательных цепей. Диаметр пары равен удвоенному диаметру изолированной жилы: 2d (рис. 10-4,а). Эквивалентный диаметр пары, характеризующий фактическую, площадь, занимаемую парой в скрученном кабеле, составляет Это соотношение справедливо для индивидуальной пары с несминающейся изоляцией (рис. 10-4,6). Однако при скрутке жил в кабель изоляция их частично сминается и диаметр пары с воздушно-бумажной или кордельно-бумажной изоляцией практически равен 1,65 d. Скрутка в тройку (Т) -три изолированные жилы скручивают вместе. В тройку скручивают жилы станционных кабелей; при этом две жилы образуют разговорную цепь, а третья жила — сигнальная. Скрутка в четверку (Ч) — четыре изолированные жилы, расположенные по углам квадрата, скручивают с шагом 150- 300 мм (с различными шагами для различных четверок в кабеле). Разговорные цепи в четверке образуются из противолежащих жил в четверке: жилы а и b — одна разговорная цепь, а жилы e и d- другая (см. рис. 10-3,6). Скрутка в четверку является основной для кабелей дальней связи и наиболее рациональной для городских кабелей связи. Скрутка в четверку обеспечивает лучше, чем парная скрутка, электрические характеристики и меньшие размеры кабелей. При скрутке четырех жил в четверку (рис. 10-5) группа получается более круглой, чем при скрутке двух жил в пару. Диаметр четверки

Эта формула пригодна для расчета диаметра групп, имеющих несминающуюся изоляцию (кордельно-полистироловую, полиэтиленовую). При применении сминающейся (воздушно-бумажной и кордельно-бумажной) изоляции D ₄ = 2,2d ₁ .

Скрутка четверкой (двойная парная) (ДП) — две предварительно свитые пары (а-b и с-d) с шагом 400-800 мм скручивают в четверку с шагом 150-300 мм (см. рис. 10-3,в).

При двойной парной скрутке (рис. 10-5,6) эквивалентный диаметр группы

Принимая во внимание, что при двойной парной скрутке максимальный размер поперечного сечения одной пары совпадает с минимальным размером поперечного сечения другой пары, эквивалентный диаметр такой группы равен D _д.п =2,6d ₁ .

Рис. 10-4. Схемы сечений пары.

а — отдельная пара; б — схема расчета

площади, занимаемой парой в кабеле.

Скрутка двойной четверкой (ДЧ)-четыре предварительно свитые изолированные пары с шагом 150-250 мм скручивают вместе по способу четверки с шагом 200-400 мм, образуя восьмерку (рис. 10-3,г). Направления скрутки пар и скрутки восьмерки противоположные. Из-за сложности этот вид скрутки не ‘получил практического распространения, хотя теоретически и представляет интерес.

Скрутка в шестерку (ТОТ)-три предварительно сбитые пары скручивают вместе. Этот способ скрутки самостоятельного значения не имеет, и его применяют из конструктивных соображений лишь для отдельных элементов комбинированных кабелей дальней связи. Так, например, экранированной паре, скрученной из жил диаметром 1,2 мм, соответствует то своему диаметру шестерка, скрученная из жил диаметром 0,8 мм, и т. д.

Рис. 10 5. Схемы сечений четверки.

а — звездной; б — двойной парной.

В некоторых типах кабелей дальней связи применяют усиленные группы, отличающиеся от нормальных наличием обмотки группы несколькими бумажными лентами. Для повышения помехозащищенности цепей (радиовещательные пары, четверки вводных кабелей и т. п.) отдельные группы экранируют. В этом случае скрученные пары или четверки обматывают несколькими бумажными лентами, медной лентой или лентой из металлизированной бумаги.

Источник