Выбор кабеля для кабельных коммуникаций часто производиться в последнюю очередь. Между тем кабель играет важную роль в производительности всей конструкции и даже может стать причиной её плохой работы при его неправильном выборе. Например, система связи для передачи данных может эти самые данные потерять. В каждом отдельном случае есть свои тонкости. Поэтому мы поговорим о различных эффектах кабельных коммуникаций и о том, как правильно выбрать кабель.
Что такое кабель?
Кабель состоит из двух или более изолированных жил, завернутых вместе. Существует широкий выбор многожильных кабелей с различными конфигурациями, в том числе нескольких пар, витой пары и т.д. Есть также несколько параллельных конструкций, содержащих плоские кабели и ленточные кабели.
Почему необходимо правильно выбрать кабель?
Надежность кабелей очень важна для длительного использования всей кабельной системы, которая основывается на целостности сигнала и долговечности. Характеристики кабеля отражаются на несущих им сигналах. В идеале, кабели должны вести себя как идеальные линии передачи и не влиять на сигнал, но практически это не возможно.
Влияние кабелей
Скин-Эффект
Переменный ток, протекающий через кабель и создающий магнитное поле, становится источником собственной индуктивности кабеля. Собственная индуктивность обратно пропорциональна толщине проводника и приводит к снижению импеданса.
Где, f — частота переменного тока в герцах.
Для кабеля, состоящего из одного или нескольких круглых элементов в проводнике, магнитный поток центральной части больше и мощнее по сравнению с внешней. Следовательно, центральная часть имеет большую самоиндуцированность ЭДС , вызывая большую плотность тока на поверхности проводника. Большая концентрация на поверхности широко известна как “скин-эффект”. Этот эффект приводит инкрементное увеличение эффективного сопротивления проводника. Скин-эффект становится более заметным с увеличением частоты.
Скин-эффект токонесущей жилы
Следующая формула дает расчёт эффективного сопротивления;
Где, Ys показывает постепенное увеличение сопротивления за счет скин-эффекта.
Эффект Близости
Два кабеля расположенные близко друг к другу и несущие ток будут иметь магнитные поля, которые взаимодействуют друг с другом. Магнитное поле каждого кабеля связано с магнитными полями смежных кабелей. Если переменный ток течет в одном направлении, в прилегающем кабеле будет создано напряжение. Распределение тока в проводниках, изолированных друг от друга, будет изменяться от взаимного реактивного сопротивления. Этот феномен известен как “эффект близости”.
Эффект близости проводников, несущих ток в одном направлении
Эффект близости проводников, несущие ток в обратном направлении
В Формуле, приведенной для сопротивления,
фактор Yp показывает увеличение сопротивления за счет эффекта близости.
Магнитный Эффект кабельного канала
Кабели, устанавливаемые в кабельных каналах, выполненных из магнитных материалов будет иметь эффект увеличения сопротивления переменному току. Этот эффект называется эффектом магнитной проводимости и рассчитывается путем умножения факторов скин-эффекта и эффекта близости на 1,7.
Эффект длины кабеля
С увеличением длины кабеля, начинают происходить определенные потери, которые, как правило, имеют негативное влияние на целостность содержимого передаваемого цепью. Причина в том, что более длинные кабели вносят искажения и помехи, и могут повлиять на качество содержимого. С частотами менее 10 кГц такое искажение сигнала несущественно. Однако, существует возможность искажения сигнала при высокой частоте для кабелей длиной более 30 метров. Для данной длины кабеля передаваемая частота является функцией емкости кабеля.
Как правильно выбрать кабель
Мы уже говорили о влиянии кабелей друг на друга и о том, как они могут повлиять на производительность линии. Поэтому, необходимо правильно выбрать кабель для любой конкретной кабельной линии. Для того, чтобы выбрать кабель, мы должны рассмотреть несколько условий их эксплуатации
Тип нагрузки. Во-первых, необходимо учитывать тип нагрузки, используемый в кабеле для определения правильного выбора кабеля. Как только вы определили тип нагрузки, оцените требуемый коэффициент безопасности, который будет меняться в зависимости от приложенной нагрузки. Важно также учитывать условия окружающей среды и механическое воздействие на кабель, например, ударов, вибрации и др. Это даст возможность легче выбрать диаметр кабеля путем определения типа нагрузки и условий, при которых кабель будет эксплуатироваться.
Конструкция кабеля. Второй шаг в выборе кабеля это рассмотрение процесса строительства. В некоторых случаях может потребоваться гибкость кабеля, в диапазоне от умеренной до высокой. Испытание мощных кабелей поможет в определении конструкции кабеля для конкретного применения.
Кабельная планировка. Планировка кабельной коммуникации является еще одним важным фактором, который влияет на выбор кабеля. В первую очередь рассматриваются её срок службы, стоимость и экологический фактор. Использование оцинкованных и неоцинкованных кабелей зависит от условий окружающей среды.
Оболочка кабеля. И, наконец, определяется потребность кабелей в изоляционном покрытии. Существует ряд причин для этого выбора. Это защиты от нежелательного контакта с определёнными материалами, увеличение внешнего объёма кабеля для уменьшения его сопротивления, использование цветного кабеля в эстетических соображениях, защиты кабеля от истирания.
Пример применения кабельного эффекта
Давайте рассмотрим практический пример применения кабелей в частотно-регулируемом приводе. Частота электрической энергии протекающей через кабель — это больше, чем 30 МГц. Энергии с такой высокой частотой не должна выходить за границу кабельной коммуникации, в противном случае её излучение будет мешать нормальной работе расположенного рядом оборудования. Иногда бывает сложно найти и устранить причину помех. Без должного экранирования кабеля сильный уровень помех может нарушить любую операционную систему. Кроме того, Длина кабеля также имеет предположительные ограничения, поскольку более длинный кабель излучает больше помех. Выбор кабеля в системе влияет на её надежность. Частотно – регулирующий привод соединен с двигателем посредством кабеля, как показано на рисунке ниже, который играет важную роль в оптимизации производительности и долговечности частотно-регулируемого привода.
Типичная система частотно-регулируемого привода
Существуют четыре проблемы кабельного соединения, которые влияют на частотно-регулируемый привод системы:
Напряжение отраженной волны: это отражение создает эффект стоячей волны. Высокое напряжение увеличивает вероятность неисправности двигателя. Эти напряжения могут быть потенциально уменьшены, если использовать кабель с низкой ёмкостью, так как это позволит увеличить критическое расстояние.
Емкостные связи и кабельные наводки: эти эффекты возникают из-за емкостного взаимодействия соседних кабелей или проводов двигателя, происходит потеря некоторого выходного тока и мощности привода, что приводит к снижению индуцированного напряжения и крутящего момента двигателя. В целях снижения потерь важно использовать кабель с практически низкой емкостью и предотвратить емкостные взаимодействия. Для этого нужны эффективная защита мотора и удаление кабелей друг от друга.
Синфазный ток: любой ток, который создает помехи. Синфазные токи эффективно уменьшаются посредством использования кабелей с низким импедансом.
Безопасность и надежность при монтаже: неправильный выбор кабеля сразу предполагает наличие риска эксплуатационной надежности и личной безопасности. Поэтому, очень важно выбирать для использования такие кабельные коммуникации, которые смогут обеспечить наивысшую степень безопасности и соответствовать электротехническим и экологическим требованиям.
Originally posted 2019-03-08 11:32:14. Republished by Blog Post Promoter