Шпаргалка по "Транспорту"

Эффект сверхпроводимости используют для конструирования кабелей  с чрезвычайно малыми потерями в  металле и диэлектриках. Сейчас созданы  синтетические материалы, проводники и диэлектрики, которые проявляют  сверхпроводимость или резкое снижение диэлектрических свойств при температурах лишь на несколько десятков градусов ниже нуля по шкале Цельсия.

 

9. Первичными параметрами цепи.

Первичными параметрами цепи называются индуктивность, активное сопротивление проводов цепи, емкость между проводами цепи, а также проводимость изоляции между проводами, отнесённые к единице длины линии (километру) и равномерно распределённые по всей длине линии.

Индуктивность проводов L (Гн/км) характеризует способность цепи накапливать энергию в магнитном поле , а также определяет связь между током в проводах цепи и сцепленным с ним магнитным потоком: .

Емкость C (Ф/км) характеризует способность цепи накапливать энергию в электрическом поле , а также определяет связь зарядов в проводах с напряжением между ними: .

Сопротивление проводов R (Ом/км) характеризует потерю энергии на тепло в проводах и активное падение напряжения на них .

Проводимость изоляции G (См/км) величина обратная сопротивлению изоляции, определяет потери энергии в диэлектрике, окружающем провода и характеризует ток утечки линии .

10. Вторичные параметрами цепи.

В таком случае здесь также коэффициент распространения, состоящий из действительной и мнимой части, имеющих аналогичный физический смысл.

                                                                                      (5.13)

  ,    где - коэффициент затухания;

                                                                        - коэффициент фазы.

Уравнения для токов и напряжений можно представить в следующем  виде:

.       (5.14)

Модуль этого выражения  характеризует уменьшение абсолютного значения тока или напряжения при прохождении по линии длиной l. Угол характеризует изменение угла фазового набега на этом же участке линии длиной l.

Расчетные формулы для и через первичные параметры нетрудно получить из (5.13):

                      (5.15)

                   (5.16)

(Выражение (5.16) получаем возведя в квадрат обе половины выражения (5.13) и прировняв действительные части).

Сумма выражений (5.15) и (5.16) даёт выражение  для , разность - для :

          (5.17);

           (5.18).

Следует обратить внимание на размерность  (Нп/км; 1Нп=8.686дБ) и (рад/км; 1рад=57.3⁰). (Непер - единица при натуральном логарифме отношения. дБ - десятичный логарифм отношения)

 Выражение для также было введено ранее:

.                (5.19))

Проанализируем его размерность . Так как определяется распределёнными параметрами R,G,L и C, то по аналогии с (3.) его следует считать характеристическим (волновым) сопротивлением линии. Действительно для идеальной линии где выражение для будет совпадать с выражением для характеристического сопротивления контура .

В общем случае характеристическое (волновое) сопротивление является также комплексной величиной  и может быть представлено в виде: .

Оба характеристическое сопротивление  и коэффициент распространения широко используются для оценки эксплуатационно-технических качеств линий связи и называются вторичными параметрами линии.

11.Первичные параметры  цепей симметричных кабелей

Отличия первичных параметров цепей  симметричных кабелей определяются конструктивными отличиями от воздушных  линий. Т.к. расстояние между прямой и обратной жилами кабельной пары соизмеримо с радиусом жилы и с расстоянием до соседних пар, экранов и металлической оболочки кабеля и все они вносят изменения в структуру ЭМ поля пары, то при определении параметров необходимо учесть эффект близости и влияние металлических масс.

Весь пучок жил в кабеле (т.е. в сердечнике кабеля) для придания ему гибкости скручивается, вследствие чего длина жил превышает длину  кабеля. Это удлинение учитывается  с помощью коэффициента скрутки (или спиральности) , значение которого зависит от диаметра повива.

Диаметр повива, мм	до 30	30 - 40	40 - 50	50 - 60	60 - 70	70 - 80
Коэффициент	1.010	1.016	1.025	1.037	1.050	1.070

Сопротивление постоянному  току кабельной пары равно: , Ом/км.      

Сопротивление кабельной пары  при переменном токе, Ом/км, 

где и учитывают увеличение сопротивления за счет   эффекта близости. и обычно определяются по графику.

p - характеризует эффект близости с соседними жилами в элементарной группе.

 при парной скрутке;  при звездной скрутке; при двойной парной скрутке.

- дополнительное сопротивление  за счет потерь энергии на  вихревые токи в жилах соседних  четверок и в металлической  оболочке кабеля .

Индуктивность двухпроводной кабельной цепи: , Гн/км.  

Ёмкость кабельной цепи с учётом влияния соседних жил и оболочки на электрическое поле называется рабочей и определяется как: , Ф/км,      (4.13)

где - результирующая диэлектрическая проницаемость изоляции;

       - коэффициент, приближенно учитывающий увеличение

              ёмкости за счет близко расположенных  соседних жил 

              оболочки или экрана.

Проводимость изоляции кабелей обычно во много раз меньше, чем у воздушных линий и равна:

, См/км,        (4.14)

где С - емкость цепи, Ф/км;

       - результирующий тангенс угла потерь комбинированной

                  изоляции.

12.Первичные параметры  коаксиальных кабелей

Коаксиальные кабели используются при передаче на частотах 60кГц 25мГц, т.е. в условиях сильного поверхностного эффекта. Ток при этом течет по очень тонкому поверхностному слою проводника: наружному у внутреннего проводника и внутреннему у наружного. ЭМ поле сконцентрировано только внутри коаксиальной пары, поэтому в расчетах параметров этих кабелей эффект близости соседних цепей и общей оболочки кабеля не учитывается.

Сопротивление коаксиальной пары переменному  току записывают в виде суммы внутреннего  и наружного проводников:

,     (4.15)

где d - наружный диаметр внутреннего проводника, м;

      D - внутренний диаметр наружного проводника, м;

      - удельное сопротивление проводников, Ом мм²/м;

      - относительная магнитная проницаемость проводника,

             если оба проводника медные, то  ,

             .

В СИ                  , Ом/км.       (4.16)

Внутренняя индуктивность  коаксиальных кабелей вследствие сильного поверхностного эффекта пренебрежимо мала. Поэтому коаксиального можно считать равной внешней, т.е.

, Гц/км.           (4.17)

Она определяется магнитным потоком, заключенным в пространстве между  внутренним и внешним проводниками, создаваемым током всего одного внутреннего проводника, и имеет поэтому меньший численный коэффициент, чем у симметричных цепей.

Ёмкость рассчитывается по формуле  емкости цилиндрического конденсатора:

, Ф/км.           (4.18)

Формула для расчета проводимости изоляции аналогична ранее рассмотренной  формуле для симметричных кабельных  линий:

, См/км.

В формулах и находят по таблицам либо графически.

13.Волновые параметры кабелей.

Волновые параметры характеризуются  сложной зависимостью от частоты, которая  определяет значения первичных параметров, от которых в свою очередь зависят  волновые параметры.

Волновое сопротивление цепи в  общем случае для всех типов линий  представляет собой комплекс, который  удобно представлять в показательной  форме, в виде модуля и угла сопротивления:

У всех типов линии, применяемых  в технике, угол волнового сопротивления  отрицателен, а модуль его уменьшается  с ростом частоты, т.е. реактивная составляющая его носит емкостной характер. Объясняется это тем, что прямой и обратные провода любой цепи расположены настолько близко друг к другу что емкость цепи относительно велика, а индуктивность мала.

Коэффициент распространения волны  для кабелей тональной частоты:

Откуда 

 

Волновые параметры цепей зависят  от метеорологических условий.

 

14.Оптимальное соотношение  параметров кабельных линий

Одной из актуальных проблем кабельной  техники является увеличение дальности связи без дополнительного расхода цветных металлов. Особенно это актуально для протяженных линий и высоких частот передачи. С этой целью идет постоянное совершенствование аппаратуры связи и электрических свойств кабелей связи. Прежде всего для этого необходимо уменьшить коэффициент затухания . Как видим затухание может быть снижено уменьшением R и G, но это крайне затруднительно, т.к. значения этих величин регламентированы допустимым расходом меди (диаметром жилы) и качеством диэлектрика. Уменьшение ёмкости С связано с необходимостью увеличения расстояния между жилами кабеля, т.е. увеличения его габаритов, что также не целесообразно. Остается возможность увеличения индуктивности L. Минимальное значение достигается при таком L, при котором достигается равенство . Отсюда                             

В кабелях существующих типов R и C превосходят L и G (RC>>LG). Поэтому увеличение индуктивности приводит к уменьшению затухания , но до некоторых частот. С возрастанием частоты увеличивается проводимость изоляции и на определенной частоте наступает равенство без искусственного повышения L. Это оптимальное соотношение наиболее резко нарушается в цепях симметричных кабелей, где провода пары расположены очень близко друг к другу, вследствие чего емкость цепи велика, а индуктивность мала. .

Способы увеличения индуктивности  кабельных линий

Увеличить индуктивность кабельных  цепей и соответственно снизить  их затухание можно следующими спосбами:

• пупенизацией кабеля;
• крарупизацией кабеля;
• биметаллизацией кабеля;
• использованием магнитодиэлектрика.

Крарупизация состоит в навивке на токопроводящую жилу тонкой проволоки или ленты из стали, пермалоя или другого сплава с большой магнитной проницаемостью.

Биметаллизация состоит в том, что на токопроводящую жилу электролитическим путём наносится тонкий слой железа ( мкм).

В обеих случаях благодаря этому вокруг медной жилы образуется магнитопроводящая среда увеличивающая магнитный поток и соответственно индуктивность кабельной цепи.

Такого же эффекта можно достигнуть, если использовать в качестве слоя диэлектрики, обладающие большой магнитной проницаемостью. В этом случае достигается двойной эффект: изоляция жилы кабеля и увеличения его индуктивности.

Однако наибольшее распространение  получил способ пупинезации кабельных цепей. Он состоит в том, что для увеличения индуктивности в кабель через определённые расстояния (шаг пупенизации) включают катушки индуктивности, называемые в честь автора их предложившего (Пупина - американский инженер) пупиновскими. В существующих системах пупенизации кабелей дальней связи: шаг пупенизации км, а индуктивность катушек мГн.

Звеном пупенизации называют участок линии протяженностью в один шаг S и с одной катушкой, обладающей индуктивностью .

Пупиновская катушка представляет собой замкнутый сердечник из ферромагнитного материала круглого или овального сечения с обмотками из медной изолированной проволоки. Катушка помещается в металлический чехол, служащий ЭМ экраном и защитой от механических повреждений.

Недостаток: пупенизированная линия пропускает с малым затуханием только нижние частоты попадающие в «полосу прзрачности» и задерживает высокие частоты, т.е. ведёт себя как фильтр низких ч

15.Законы полного тока и электромагнитной индукции.

Закон полного  тока устанавливает количественное соотношение между напряженностью магнитного поля H и током :

,                                   (2.1)

    где j - объёмная плотность постоянного тока, протекающего в теле;

          p - координаты;

          n - вектор нормали, задающий положительное направление обхода контура L (как вращение правого винта с направлением движения по вектору);

Согласно данному закону линейный интеграл напряженности магнитного поля по замкнутому кругу равен полному  току, проходящему сквозь поверхность, ограниченную этим контуром.

Уравнение (2.1).называется первым уравнением Максвелла.

Закон электромагнитной индукции(Фарадея) устанавливает соотношение между напряженностью электрического поля Е и магнитным потоком .Закон электромагнитной индукции гласит, что электродвижущая сила, возникающая в контуре при изменении магнитного потока , проходящего сквозь поверхность, ограниченную контуром, равна скорости изменения этого потока с обратным знаком:

 

                            (2.2)

 

Это уравнение называют вторым уравнением Максвеллом.

16.Уравнения Максвелла  в диф. форме.