Vazelintöltésű telefonkábelek üzemi kapacitásának beállítása

DR.

BOKOR

IPOLYI

ÁRPÁD*

ISTVÁN —RÓNAI

MIKLÓS

Vazelintöltésű telefonkábelek üzemi kapacitásának beállítása ETO

A hazai telefonkábel-igények mielőbbi és m a r a d é k t a ­ lan kielégítése érdekében k e r ü l t sor az 1975—76-os években az ú n . T T program keretében új k á b e l g y á r t ó gépsor nyugati importból való beszerzésére. Ennek a b e r u h á z á s n a k a termelésbe állítása v á r h a t ó a n meg­ oldja a hazai p r o b l é m á k a t , sőt a létesített k a p a c i t á s ­ sal híradástechnikai k á b e l e x p o r t r a is gondolhatunk. Természetes, hogy a g y á r t á s t a méglevő, illetve k i ­ alakuló magyar előírások szerint indítjuk él. A ma­ gyar előírások azonban többé-kevésbé eltérnek a v i ­ lág m á s részein érvényben levő előírásoktól. E cik­ k ü n k n e k nem képezi t á r g y á t az esetleges különbsé­ gek feltárása és értékelése, mindenesetre azt meg kell állapítanunk, hogy ezek az eltérések az exportálási lehetőségeket nehezítik. Arra legkevésbé sem s z á m í t h a t u n k , hogy a legfej­ lettebb, vagy a k á r csak a fejlettebb tőkés országok is telefonkábeleiket Magyarországról fogják beszerez­ ni. S z á m u n k r a piacot elsősorban a közepesen fejlett kapitalista országok, a harmadik világ, és nem utolsó­ sorban a szocialista országok jelentenek. B á r az egyes országok nemzeti szabványai és elő­ írásai eltérőek, azok nagyjából követik a világszerte legjobban elterjedt s z a b v á n y o k a t (Egyesült Király­ ság, USA, N S Z K ) . Fel kell t e h á t készülnünk arra, hogy a fenti országok s z a b v á n y a i n a k megfelelő k á b e ­ leket g y á r t s u n k , megfelelő villamos és mechanikai paraméterekkel. Fel kell készülnünk arra is, hogy ezektől is eltérő, á l t a l u n k mindezideig nem ismert előírásokat kell k ö v e t n ü n k a g y á r t á s során. M i t jelentenek ezek az eltérések? Vessünk talán futó pillantást a helyi telefonkábelek szerkezetére, felépítésére. Kétféle szerkezeti rendszer ismeretes és használat tos, a t t ó l függően, hogy a beszélgetések átvitelére szolgáló egyes érpárok a kábelben hogyan helyezked­ nek el. Az ú n . érpáros rendszerben a jelzett érpárok egy­ mással összesodorva képezik a k á b e l alapelemét. Az érnégyes vagy csillagnégyes rendszernél négy szi­ getelt eret sodornak össze, amelynek egymással szem­ ben levő tagjai képezik az a l a p á r a m k ö r ö k e t . Az alap­ elemeket a továbbsodrástól függően kétféle rendszer­ ben építik össze kábellé. E g y r é s z t az alapelemeket koszorúban egymásra sodorják, így a kábel tengelyé­ től a k ö p e n y felé haladva az egyes koszorúkba egyre t ö b b alapelem kerül. Másrészt n é h á n y alapelem öszszesodrásával ú n . a l a p p á s z m á t készítenek, t ö b b alap­ p á s z m a összesodrásával pedig p á s z m á k a t . A szüksé­ ges é r p á r s z á m n a k megfelelően a p á s z m á k a t összeso­ dorva készül el a helyi telefonkábel. Beérkezett: 1978. január 26. * B M E Elméleti Villamosságtan Tanszék.

621.315.211.011.4:665.772.3

Gyakori, hogy a pászmákból összesodort k á b e l egyegy pászmája koszorús szerkezetű. A páros típusú kábelekből á l t a l á b a n p á s z m á s k á b e ­ leket, a négyes típusúakból pedig koszorús kivitelű k á b e l e k e t készítenek. P é l d a k é n t érdemes megemlíteni, hogy négyes sod­ rási elemű hírközlőkábeleket i n k á b b K ö z é p - E u r ó p á ­ ban alkalmaznak. A vonatkozó V D E , illetve F T Z elő­ írás 00,4-es rézvezetőjű, t ö m ö r polietilénszigetelésű, t ö l t ö t t terű, illetve 00,6 és 00,8-as rézvezetőjű, ha­ b o s í t o t t érszigetelésű, töltetlen kábelekre vonatkozik. Az angol BS s z a b v á n y érpáros szerkezetű, t ö l t ö t t t e r ű k á b e l t ír elő, 100 érpárosig koszorús felépítésben, fe­ lette 25x2-es alappászmákból sodorva, ahol maga áz alappászma 25x2-es, koszorús felépítésű. Az előbbiekben jelzett eltérések elsősorban — a k á ­ belek felépítését keresztül — az a l a p á r a m k ö r ö k ú n . üzemi k a p a c i t á s á n a k előírt értékéből a d ó d n a k . A z üzemi k a p a c i t á s az a l a p á r a m k ö r ö k erei k ö z ö t t m é r ­ h e t ő k a p a c i t á s értéke, miközben a többi ér és a k ö ­ peny földpotenciálon van. A mérést 800—1000 H z frekvencián végzik. E z t az é r t é k e t a hírközlő hálóza­ tok g y a k o r l a t á b a n a szerkezettől, a szigetelési rend­ szertől függően — 20 nF/km—120 n F / k m n a g y s á g ­ rendben — írják elő a különböző s z a b v á n y o k (GOSZT t á v k á b e l — hazai bányatelefon kábel). A z alkalmazott szigetelőanyag papír, p a p í r légűr, m ű a n y a g , h a b o s í t o t t m ű a n y a g , m ű a n y a g légűr lehet; a helyi h á l ó z a t b a n á l t a l á b a n a p a p í r és a polietilén j ö h e t s z á m í t á s b a ; illetve a nemrég bevezetett habo­ s í t o t t polietilén—vazelin kombináció. E z t az u t ó b b i t í p u s ú szigeteléssel ellátott k á b e l t nevezzük T T — azaz t ö l t ö t t t e r ű kábelnek. A gyakorlat és a szak­ irodalom t a n ú s á g a szerint a papír relatív dieléktromos állandója 1,4—1,6, a polietiléné 2,1—2,3, habosítva lényegesen kisebb lehet, a szerkezetüktől függőeú. A vazelin — külföldi irodalomban p e t r ó l e u m ­ zselé — relatív dielektromos állandója 2,3 k ö r ü l v a n . Az export rendeléseknél az üzemi k a p a c i t á s elő­ írása á l t a l á b a n kétféle lehet: a) az á r a m k ö r ö k maximális k a p a c i t á s á t írja e l ő ; b) a maximális értéken t ú l az átlagok ugyancsak m a x i m u m á t k ö t i k meg. Nem megy egyik napról a másikra az, hogy j ó minőségű termékeinkkel b e t ö r j ü n k a piacra. K ü l ö ­ nösen addig, a m í g széleskörű referencia h á l ó z a t t a l nem rendelkezünk, esetenként csak n é h á n y k m - n y i k á b e l rendelésére s z á m í t u n k . Ezeknek a kis t é t e l e k ­ nek a^Jó minőségű és s z á m u n k r a is gazdaságos előál­ lításával lehetséges csak a piac biztosítása, amelyet m á r nagyobb tételek szállítása k ö v e t h e t . Egy-egy kábelszállítási v e r s e n y t á r g y a l á s t k ö v e t ő e n nincs sok idő arra, hogy a p r o t o t í p u s és a nullszéria-

113

H Í R A D Á S T E C H N I K A X X I X . É V F . 4—5. SZ.

g y á r t á s t külön válasszuk, hiszen a piac megnyerésé­ nek egyik feltétele a kedvező szállítási h a t á r i d ő . Belföldi kötelezettségeink m i a t t arra nem is válalkozhatunk, hogy az összes g y á r t h a t ó kábeltípusból, amelyekre e g y á l t a l á b a n rendelés érkezhet, prototí­ pust készítsünk. É v e k k e l k é s ő b b természetesen m á r abban a helyzetben leszünk, hogy semmilyen rende­ lés sem érheti v á r a t l a n u l v á l l a l a t u n k a t . Ehhez azon­ ban olyan mennyiségű gyártási tapasztalatra van szükség, amelyet valóban csak évek alatt lehet össze­ gyűjteni. R e n d k í v ü l fontos feladat az á r a m k ö r ö k k a p a c i t á ­ s á n a k pontos beállítása. Nem j á r h a t ó az az ú t , hogy az előírtnál sokkal kisebb üzemi k a p a c i t á s t állítunk be, mert a kábelek túlméretezése, túlbiztosítása m é ­ ret- és költségnövekedést is jelent. A z érszigetelés fal­ v a s t a g s á g á n a k t ú l z o t t megemelése t e h á t értelmetlen és gazdaságtalan. Az üzemi k a p a c i t á s t ú g y kell a gyakorlatban beállítani, hogy az a g y á r t á s gazdaságossá­ g á t ne veszélyeztesse, hiszen a megrendelő a specifi­ k á l t t e r m é k e k é r t fizet. É p p e n azért, hogy a különféle rendeléseknek m i ­ előbb és minél jobb minőségben eleget tudjunk tenni, és g y á r t á s u n k gazdaságos legyen, különféle számítá­ sokat és g y á r t á s i v i z s g á l a t o k a t v é g e z t ü n k a t ö l t ö t t t e r ű kábelek üzemkapacitás-értékének megbízható és pontos beállítása érdekében. Kidolgoztunk egy olyan eljárást, amely viszonylag egyszerűen és olcsón elő­ állítható és egyetlen rövid kísérleti k á b e l d a r a b elkészí­ tése, bemérése, t o v á b b á a p a r a m é t e r e k (geometria, dielektromos állandó) m e g v á l t o z á s á n a k h a t á s á t kellő pontossággal leíró számítási eljárás kombinálásával lehetővé teszi teljes kísérleti k á b e l g y á r t á s o k elhagyá­ s á t . Jelen c i k k ü n k a t o v á b b i a k b a n ezt az eljárást ismerteti.

1. A szigetelt érpár kapacitásának számítása Feladatunk t e h á t az, hogy gyors, m e g b í z h a t ó és nem utolsósorban olcsó eljárást dolgozzunk k i a Sze­ gedi K á b e l g y á r T T k á b e l g y á r t ó során g y á r t h a t ó k á ­ belek — elsősorban t ö l t ö t t t e r ű kábelek — üzemi kapacitás-értékeinek beállítására. A telefonkábel egy-egy é r p á r j á n a k hosszegységére vonatkoztatott k a p a c i t á s á t a gyakorlatban a A rlO-° F_ 361nJc(d/r) k m £

w

képlettel állítják be. I t t d t e

r

X k

— a vezetők tengelytávolsága, — a vezetők sugara, — a v e z e t ő k e t körülvevő közeg „ á t l a g o s " re­ latív p e r m i t t i v i t á s a , — a kábelelem s o d ratáb ó l eredő hosszabbodás! tényező, — a különböző k á b e l t í p u s o k r a tapasztalati ú t o n megállapított arányossági tényező.

Az (1) képlet elméletileg akkor h a s z n á l h a t ó k é t hengeres vezető hosszegységre vonatkoztatott kapa­ c i t á s á n a k a számítására, ha a v e z e t ő k e t körülvevő közeg h o m o g é n (ennek relatív p e r m i t t i v i t á s á t jelöli e,) és a vezetők sugara sokkal kisebb tengelyeik t á ­

114

volságánál. Elvileg nem érvényes a k é p l e t szigetelővel koncentrikusan bevont hengeres v e z e t ő k k a p a c i t á s á ­ ra, minthogy ilyenkor a vezetőket k ö r ü l v e v ő közeg inhomogén. A kapacitás értéke alulról is, felülről is becsülhető; mindenképpen nagyobb, m i n t h a minde­ n ü t t légszigetelés lenne, és kisebb, m i n t h a a közeg teljesen k i lenne t ö l t v e a szigetelő a n y a g á v a l . M á r futó g y á r t á s b a n gyakorlati tapasztalatok b i r t o k á b a n — a geometriai adatok és a szigetelő p e r m i t t i v i t á s á nak ismeretében — becsülhető egy átlagos dielektro­ mos állandó, amellyel az (1) képlet j ó közelítéssel megadja a szigetelt vezetékekből k é s z í t e t t , különálló érpár kapacitását.

1

A m i k o r a kábel készítése során egy-egy é r p á r t a többivel összesodornak, kapacitása a t ö b b i vezető árnyékoló h a t á s a , illetve azok szigetelésének jelen­ léte k ö v e t k e z t é b e n megváltozik, éspedig m e g n ő . A növekedés m é r t é k e futó g y á r t á s b a n szintén be­ csülhető, gyakorlati adatok b i r t o k á b a n . E z t a h a t á s t figyelembe veszik az (1) képlet k t é n y e z ő j é b e n (k ér­ t é k e : 0,55 ~ 0,94; [3]). Az eddig kialakult számértékek a z é r t nem h a s z n á l ­ h a t ó k a T T helyi kábelek készítésekor, mert i t t a szi­ getelővel bevont vezetékeket k ö r ü l v e v ő közeg nem a szigetelőbevonatnál kisebb p e r m i t t i v i t á s ú levegő, hanem az a n n á l nagyobb p e r m i t t i v i t á s ú vazelin. A most következő számítási eljárásnál lemondtunk arról, hogy a sodrat egy-egy érpárja k a p a c i t á s á n a k m e g h a t á r o z á s a k o r a többi érpár á r n y é k o l ó h a t á s á t , illetve azok szigetelőbevonatának j e l e n l é t é t figyelem­ be v e g y ü k , ez ugyanis nagyon bonyolult feladatot je­ lent. Eleve csak valamilyen numerikus t é r s z á m í t ó módszer j ö h e t szóba, és az inhomogén közeg, vala­ m i n t a sok elektróda jelenléte szinte reménytelenül b o n y o l u l t t á teszi a számítást. A z ü z e m i k a p a c i t á s beállítására egy számításon és a kísérleti k á b e l d a r a b elkészítésén és bemérésén alapuló m ó d s z e r t dolgoz­ tunk k i . Egy ö n m a g á b a n álló, h a b o s í t o t t polietilén szigete­ léssel e l l á t o t t , és vazelinba á g y a z o t t v e z é t é k p á r kapa­ citását számítjuk. A gyakorlat azt igazolja, hogy ha ily m ó d o n az üzemi k a p a c i t á s t nem is lehet kiszámí­ t a n i , a geometriai e l é r e t e k vagy a p e r m i t t i v i t á s o k kis m é r t é k ű v á l t o z t a t á s á r a fellépő — számítással meg­ h a t á r o z o t t — kapacitásváltozásból az ü z e m i kapaci­ t á s megváltozásának a mértékére k ö v e t k e z t e t n i le­ het, í g y lehetőség van arra, hogy egy kísérleti k á b e l ­ darab ^elkészítése, majd bemérése u t á n a k í v á n t üze­ m i kapacitáshoz tartozó paraméterek megállapítha­ tók. Az ö n m a g á b a n álló, szigetelt é r p á r esetében is (ke­ resztmetszeti rajzát l d . az 1. á b r á n ) az elektromos teret csak valamilyen numerikus módszerrel lehet k i ­ számítani. E s e t ü n k b e n azonban nincs szükség nagyon pontos é r t é k r e , hiszen igen jelentős k ö r ü l m é n y t — a t ö b b i érpár jelenlétét — hagyunk figyelmen kívül. Megelégszünk ezért k é t k a p a c i t á s é r t é k kiszámításá­ val, egyik ezek közül a ténylegesnél feltétlenül na­ gyobb, a másik pedig biztosan kisebb a n n á l . A k é t k o r l á t r a egymáshoz közeli érték a d ó d i k (az eltérésük 10—20%) így az ö n m a g á b a n álló é r p á r k a p a c i t á s á t kellő pontossággal tudjuk számítani. Ezen k a p a c i t á s ­ k o r l á t o k kifejezésében a p e r m i t t i v i t á s o k és a geo­ metriai p a r a m é t e r e k szerepelnek, é s ezen változók

MŰSZAKI VILÁG

ahonnan 1-

1-

(3)

(A másodfokú egyenlet másik gyöke megegyezik az ezen gyökhöz t a r t o z ó d—t értékkel.) Az R sugárnak és a k ö r k ö z é p p o n t j á n a k P - t ó l való t távolságának a kiszámítására k é t feltételünk van. Egyrészt az R sugarú kör is Apollonius kör, tehát R ^ t ^ + d^t), (4) x

0

x

x

\fí~582-BIR i] /

másrészt az r és az R sugarú körök által h a t á r o l t síkrész „legnagyobb v a s t a g s á g a " v, eszerint

1. ábra. A szigetelt érpár keresztmetszeti rajza

1

növelésének vagy csökkentésének a h a t á s a számítás­ sal k ö v e t h e t ő . A gyakorlati méretek mellett igen durva közelítést jelent annak feltételezése, hogy a vezetők sugara sokkal kisebb tengelyeik távolságá­ nál, s z á m í t á s u n k b a n ezért ezzel a közelítéssel nem élünk. A k a p a c i t á s é r t é k alsó és felső korlátja igen egyszerű modell alapján m e g a d h a t ó . Ugyanis elemi ú t o n és pontosan s z á m í t h a t ó az olyan elrendezés k a p a c i t á s a , ahol a keresztmetszetben a vezetők k o n t ú r j á t jelentő körök, valamint a kétféle dielektrikum h a t á r á t je­ lentő k ö r ö k ugyanazon k é t pontra „ t á m a s z k o d ó " ú n . Apollonius körök, ekkor ugyanis a k é t dielektrikum elválasztó felülete ekvipotenciális (részletesebben 1 pl. [l]-ben). Kézenfekvő, hogy a 2. á b r á n vázolt elrendezésben a v e z e t é k p á r k a p a c i t á s a nem kisebb, m i n t az 1. á b r a elrendezésében: a fémelektródák azonosak a k é t el­ rendezésben, mindössze annyi a különbség, hogy az 1. á b r a elrendezésében e permittivitású anyaggal k i ­ t ö l t ö t t térrész egy része e p e r m i t t i v i t á s ú , a fenn­ m a r a d ó része e p e r m i t t i v i t á s ú a 2. á b r á n v á z o l t el­ rendezésben, és e ^ e j L . H a s o n l ó a n b e l á t h a t ó , hogy a 3. á b r á n vázolt elrendezésben a k é t é r p á r k a p a c i t á s a nem nagyobb, m i n t az eredeti elrendezésben: az ere­ detihez k é p e s t annyiban m á s ez az elrendezés, hogy az e p e r m i t t i v i t á s ú anyaggal k i t ö l t ö t t térrész bővült. A 2. á b r a elrendezésével t e h á t felülről, a 3. á b r a el­ rendezésével alulról lehet becsülni az 1. á b r a elren­ dezésének megfelelő k a p a c i t á s t . P á r o s felépítésű k á ­ belek esetében d=2 R, így t e h á t az alsó becslésnek megfelelő a 3. á b r á n vázolt elrendezésben R -»°° (azaz ú g y számolunk, mintha az egész térrész a v e z e t é k p á r körül e p e r m i t t i v i t á s ú anyaggal lenne kitöltve). A 2. és 3. á b r á n v á z o l t elrendezésben a közegek h a t á r á t jelző Apollonius körök (pontjaik P , i l l . P , ponttól v e t t t á v o l s á g á n a k a r á n y a állandó), így az ilyen elrendezésben a k a p a c i t á s az ún. hengeres t ü k ­ rözés módszerével elemi ú t o n s z á m í t h a t ó . Mielőtt erre r á t é r n é n k , mutassuk meg, hogyan a d h a t ó k meg a 2. és a 3. á b r á n bejelölt geometriai adatok az eredeti elrendezésre v o n a t k o z ó geometriai a d a t o k b ó l . Az 1. á b r á n d jelöli a vezetők tengelytávolságát, r a vezető sugara, R a szigetelt vezető külső sugara, t e h á t u= = R — r adja meg a szigetelő bevonat falvastagságát. A P , i l l . P' pont helyét az Apollonius körök azon tulajdonsága alapján t ű z h e t j ü k k i , hogy egy-egy k ö r sugara m é r t a n i közép a k ö r k ö z é p p o n t j á n a k P - t ó l j i l l . Pó-től vett távolsága k ö z ö t t : x

x

R + (t -t) l

= r+v = R

1

(5)

A (4) és (5) egyenletrendszerben í és R az egyenletrendszer, ezekre megoldva: x

1

_(R+t)\ 2fí+d '

ismeretlen,

x

(R+i) 2R+d 2

R =R x

_

+ t-

(6) .

Hasonlóan k é t feltétel vonatkozik a 3. á b r á n vázolt, i ? sugarú Apollonius körre. Egyrészt 2

R* = t (t +d-2t) 2

(7)

2

másrészt az r és az R sugarú körök által h a t á r o l t síkrész „legkisebb v a s t a g s á g a " v, t e h á t 2

R -(t -t) 2

=

2

(8)

r+v=R

A (7) és (8) egyenletből álló egyenletrendszert / -re és Í? -re megoldva 2

2

U=

(R-tf d—2R'

R =R-t 2

+

(9)

d-2R

2

x

2

t

0

0

lH582-8)K2|

2. ábra. Az eredetinél nagyobb kapacitású elrendezés

0

0

0

r = 2

t(d-t),

(2)

fH5á?-BIR3l

3. ábra. Az eredetinél kisebb kapacitású elrendezés

115

HÍRADÁSTECHNIKA, X X I X . É V F . 4—5. SZ.

A k a p a c i t á s számítása szempontjából nincs elvi kii? lönbség a 2. és 3. p é l d á b a n vázolt elrendezés k ö z ö t t , csupán az adatok é r t é k e m á s . E z é r t elegendő a 2. á b r á n bejelölt adatokkal megadnunk az é r p á r k a p a c i t á S á t , f j ^ f j s , / ? ! J? betűcserével a másik elrendezés k a p a c i t á s á t is megkapjuk. A v e z e t é k p á r r a kapcsolt feszültség h a t á s á r a olyan elektromos t é r jön létre, amelyben a kétféle dielektri­ k u m h a t á r a ekvipotenciális, ezért ha ide v é k o n y , töl­ tetlen fémhengert t e n n é n k , egyik térrészben sem válr tozna az elektromos tér. Az elrendezés k a p a c i t á s a így h á r o m sorbakapcsolt k o n d e n z á t o r eredő k a p a c i t á s a ­ k é n t k a p h a t ó . Az egyik k o n d e n z á t o r a baloldali ve­ zetőből és a dielektrikumok h a t á r á t képező fiktív henger elektródából áll (4. á b r a ) , k a p a c i t á s á t C -vaI jelöljük, a m á s i k a t a k é t vezető körüli — a k é t k ü ­ lönböző dielektrikum h a t á r á t képező — fiktív hengerlektródák alkotják (5. á b r a ) , k a p a c i t á s a (C ) a harmadik k o n d e n z á t o r elektródái pedig a jobboldali vezető, és az őt körülvevő fiktív henger elektróda a dielektrikumok h a t á r á n (ennek k a p a c i t á s a nyilván megegyezik az elsőével a szimmetria miatt). T e h á t az elrendezés k a p a c i t á s á n a k reciproka (valamivel egyszerűbb a reciprok kapacitással számolni a soros kapcsolás m i a t t ) : 2

Q

7tE
c,=In

Végeredményben a hosszegységre j u t ó k a p a c i t á s felső (C ) és alsó (C ) korlátjára v o n a t k o z ó k é p l e t ( i t t is a reciprok k a p a c i t á s á t adjuk meg): a) Csillagnégyes elrendezésnél x

2

1

1 e jze„

(Ri-Wd-r-f) (r-í)(rf+í -2í- R ) "

l n

i

n

1

1 , + —ln _1_

i

o

>

Az e g y m á s t burkoló, nem koncentrikus körhengerek hosszegységre j u t ó C k a p a c i t á s á t (4. á b r a ) , t o v á b b á a tengelytávolsághoz k é p e s t nem e l h a n y a g o l h a t ó a n kicsi sugarú henger elektródák hosszegységre j u t ó C k a p a c i t á s á t (5. á b r a ) (2)-ből v e t t ü k á t . A 4., i l l . az 5. á b r á n bejelölt adatokkal a

+ —ln

d +

Í 2

2

+

d+U-2t-

(14) képlete azonos (13)-

x

7tS.^S

ln rx

d-r-t r-t

(15)

A kapacitás számításához alapadatnak t e k i n t j ü k t e h á t a p e r m i t t i v i t á s o k a t , valamint r és v é r t é k é t , (2r a h u z a l á t m é r ő , v a polietilén érszigetelés vastag­ sága.) Csillagnégyes elrendezésnél d=2]Í2

b

C„=In

2

í

b) É r p á r o s elrendezésre \jC mal; 2

(13)

(R -Q(d-r-t) ( ._ )( _2í-fí ) í

C

1

1

ln

ne,

J

d+t,-2t-R ir——i

é

(

(12)

(r+v),

(16)

érpárosnál pedig d=2(r+v)

2ns

(11)

1

(17)

Ezek u t á n / s z á m í t h a t ó (3)-ból, majd (6)-ból t és R (9)-ből jf és J? . (Utóbbi képletekben R=r+v. Ezek­ kel a (13)—(15) képletek geometriai p a r a m é t e r e i is­ mertek. s és e a relatív p e r m i t t i v i t á s , e pedig a v á k u u m p e r m i t t i v i t á s a , melynek é r t é k e SI egysé­ gekben négy értékes jegypontossággal: 8,854-10 As/Vm. T á j é k o z t a t á s u l megadjuk, hogy egy l e g y á r t o t t k á ­ beltípus r = 0 , 2 m m , i> = 0,17 m m , s =l,78, e =2,30 valóságos adataival csillagnégyes elrendezésre C = = 36,84 p F / m , C =33,68 p F / m (a k é t k o r l á t eltérése kevesebb 10%-nál), érpáros elrendezése ^ = 4 8 , 4 0 p F / m , C = 40,40 p F / m (az eltérés 17%). Tekintve, hogy a kábelbe való beépítéssel az érpáros k a p a c i t á s jelentékenyen megnő, a gyakorlati igényeknek mara­ d é k t a l a n u l megfelel a különálló é r p á r k a p a c i t á s á n a k 10—15% pontosságú számítása. H a a kísérleti k á b e l ­ darab elkészítése és bemérése u t á n a k a p a c i t á s é r t é ­ k é t v á l t o z t a t n i kell, a szükséges üzemi k a p a c i t á s ­ v á l t o z t a t á s értékéből becsülhető a különálló é r p á r k a p a c i t á s v á l t o z t a t á s á n a k szükséges m é r t é k e , és ezek u t á n számítás alapján beállíthatók a megfelelő para­ méterek. F e l m e r ü l h e t az a gondolat, hogy a képletek á t ­ rendezésével az adott kapacitásból fejezzük k i a geo­ metriai adatokat (pl. rögzített e e és r esetén v elvi­ leg számítható). E z t egyrészt a z é r t nem tesszük meg, mert a g y á r t á s során a polietilén h a b o s í t á s á n a k m é r ­ tékével e is v á l t o z t a t h a t ó , m á s r é s z t az i t t közölt x

(A^-a-fljXr-f)

2

x

2

ri

ra

0

-12

n

ra

x

2

2

4. ábra.

A Ca kapacitású elrendezés

v

\H5B2-BIR5\

5. ábra. A Cb.kapacitású

116

elrendezés

x

2

MŰSZAKI V I L Á G

képleteket úgyis asztali (esetleg zseb-) számológépre programozva célszerű s z á m í t a n i és ekkor gyakorla­ tilag nem jelent kényelmetlenséget, ha próbálgatás­ sal állapítjuk meg v és e é r t é k é t . x

2. Kísérleti eljárás vazelinnal töltött kábelek üzemi kapacitásának meghatározására Kábelgyártási t a p a s z t a l a t o k b ó l jól tudjuk, hogy a matematikai méretezés során nem lehet figyelembe venni az összes, elsősorban technológiai v á l t o z ó t , amely az üzemi k a p a c i t á s értékére hatással lehet. É p p e n ezért a hírközlőkábel méretezésének nagyon fontos része a gyakorlat — a g y á r t á s és szerkezet h a t á s a i n a k figyelembe vétele. Ennek megfelelően k í ­ sérleti k á b e l d a r a b elkészítésére olyan eljárást dolgoz­ t u n k k i , amely az üzemi kapacitás szempontjából megfelel az üzemszerűen g y á r t o t t kábelnek, ugyan­ akkor gyorsan és olcsón előállítható. 2.1. A kísérleti kábeldarab

előállítása

Olyan eljárást dolgoztunk k i , amely 10 m é t e r jó minőségű alappászma előállításával alkalmas a gyár­ t a n d ó kábel tervezett üzemi k a p a c i t á s á n a k kiméré­ sére, t e h á t a tervezés adatainak és eredményeinek el­ lenőrzésére. Ennek az a l a p p á s z m á n a k az előállításá­ hoz néhányszáz m é t e r szigetelt ér elegendő, mégpe­ dig az egyszerűség k e d v é é r t színtelen polietilénnel szigetelve. A mesterkeverék h a t á s a ugyanis ismert, t e h á t kiküszöbölhető. A színtelen érszigetelés előnye abban van, hogy az érszigetelő gépen a színek v á l t á ­ sára többezer m é t e r ér, és sok idő elmenne. í g y sem lehetséges csak néhányszáz m é t e r t g y á r t a n i , hiszen a t o v á b b g y á r t á s h o z az anyagot négy orsóra kell fel­ v i n n i , és a dobok á t v á l t á s a , a v á l t ó d o b felpergetése is viszonylag i d ő - és anyagigényes tevékenység. A színváltás csak r o n t a n á — és b i z o n y t a l a n n á is t e n n é — a helyzetet. í g y d o b o n k é n t 2—3 k m - n y i eret kell legalább el­ készíteni, ez persze ugyanolyan alapérből t ö b b kísér­ letet tesz lehetővé, p l . különféle sodróüregek, sodró­ üreg sorok alkalmazásával. Méréseink szerint "így a tömlőzőgépen — a beállí­ t á s u t á n — mintegy negyedórai m u n k á v a l az erek rendelkezésre á l l h a t n a k . A kísérleti alappászma készítésének egy másik problémája a négyesítőnél keletkezik. A gép ugyanis a négyesátmérő pontos és állandó t a r t á s a érdekében sodróüregsorral v a n k o m b i n á l v a , amely sodróürege­ ket századmilliméteres pontossággal készítették. Egy új g y á r t m á n y n á l az új négyes m é r e t r e új sod­ róüregeket is kell tervezni. Az á l t a l u n k ismertetett ellenőrző g y á r t á s n á l csak az utolsó sodróüreg cseréjét végezzük el, amely végül megadja a négyes á t m é r ő t és az alacsony csatolást is biztosítja, a többi sodróüreget v á l t o z a t l a n u l hagyhat­ j u k , hiszen nem nagy sorozatról van szó. í g y egyetlen sodróüreg cseréjével a k í v á n t négyes á t m é r ő t biztosítani lehet. Ezzel m e g t a k a r í t j u k egy esetleg feleslegesen előállított sodróüregsor elkészíté­ sét is, ha egyetlen sodróüreg előállítására szorítko­ zunk, és csakis akkor készíttetjük el a g y á r t m á n y o k ­

hoz szükséges m é r e t ű sodorzatot, amikor m á r ponto­ san m e g á l l a p í t o t t u k a méretét. É r p á r o s felépítésénél ez a kérdés nem lényeges, mert a n n á l nem k ö v e t k e z ­ het be é r t á u g r á s , aminek megakadályozására tervez­ t é k a viszonylag kényelmetlen sodróüregsort. A t o v á b b i sodrásnál — az alappászma előállításá­ hoz is — pontos sodróüregre v a n szükség, hiszen ezeknek a nagysága is kihat a geometriai m é r e t e k r e , és ebből a villamos p a r a m é t e r e k r e is. Az ismertetett eljárás kikísérletezése során vizsgál­ t u n k töltetlen a l a p p á s z m á t és kábelszerkezetet, ugyanezeket m e g t ö l t ö t t ü k és m ű a n y a g fóliával szala­ goztuk, e z u t á n alumínium szalaggal t e k e r t ü k be. Minden lépésnél m e g m é r t ü k az üzemi k a p a c i t á s t , m e g á l l a p í t o t t u k a változást. A sodratokat folyékony vazelinbe m á r t o g a t v a , majd a zselé teljes megdermedéséig benne tartva t ö l t ö t t ü k . 2.2 A mérési eredmények

értékelése

A z előbbiekben ismertetett módszerrel 10—10 m kísérleti k á b e l d a r a b o t k é s z í t e t t ü n k . Egyelőre csak csillagnégyes felépítésű kábel sorozatgyártása folyik, így a kísérleti k á b e l d a r a b o n végzett méréseket ilyen szerkezetre t u d t u k ellenőrizni. A kísérleti k á b e l d a r a ­ bok átlagos kapacitásértékei és a sorozatgyártásbeli kapacitásértékek igen j ó egyezést mutattak. Először az 5x4x0,6 alappászma kézzel t ö l t ö t t és fóliázott kísérleti d a r a b j á n végeztük el a k a p a c i t á s ­ mérést. A kapacitásértékek (egység: pF/m) a sodratra: 31,3; 31,7; 31,6; 31,4; 31,5; 31,0; 31,6; 32,3;

31,9; 32,0;

vazelinnel t ö l t v e : 39,6; 39,7; 39,2; 39,7; 39,4; 39,2; 39,8; 40,1; 39,7; 39,5; á r n y é k o l v a : 42,4; 43,6; 43,6; 43,6; 43,9; 43,4; 44,0; 44,1; 43,1; 43,7. A z átlagértékek rendre 31,62; 39,59; 43,60. A növekedés a vazelinnel való töltés u t á n 25,2%, vazelinnel t ö l t v e és árnyékolva 37,9%. A sorozatgyártásból 15 gyártási hossz 15x4x0,6 szerkezetű k á b e l t m é r t ü n k ; az átlagos k a p a c i t á s r a 43,642 p F / m - t kaptunk, t e h á t az 5x4x0,6-os kísér­ leti a l a p p á s o n á r a az átlagos k a p a c i t á s é r t é k ezzel gyakorlatilag pontosan megegyezik. K é s z í t e t t ü n k 50x4x0,6 szerkezetű kísérleti k á b e l t is, ennél a k a ­ pacitás átlagos értéke nagyobb eltérést m u t a t o t t (2%), de ez az eltérés is kisebb a s o r o z a t g y á r t á s b a n előállított kábelek érpárjai üzemi k a p a c i t á s á n a k szó­ rásánál. K é s z í t e t t ü n k 0,4 m m átmérőjű huzalból is kísér­ leti k á b e l t . A 15x4X0,4-es kísérleti kábelre az á t l a ­ gos üzemi k a p a c i t á s 42,85 pF/m-re a d ó d o t t , m í g az 00,4-es sorozatgyártásbeli teljes g y á r t m á n y v á l a s z ­ t é k (5 X 4X 0,4—100 X 4X 0,4) 96 kábelének átlagos üzemi k a p a c i t á s a 42,61 p F / m (az eltérés 0,6%). Az i t t szereplő kábelekben az erek szigetelésének falvastagsága 0,17 m m . Rendelkezésünkre á l l t 0,16 m m falvastagságú szigeteléssel ellátott vezeték is. Ennek felhasználásával is k é s z í t e t t ü n k kísérleti k á b e l d a r a b o t . Ezzel az átlagos üzemi k a p a c i t á s 43,68 pF/m-re a d ó d o t t , ez az érték 2,5%-kal nagyobb, m i n t a 0,17 mm-es szigetelő falvastagság esetén. H a elvégezzük a számítást az 1. fejezetben ismer­ tetett m ó d o n — a kétféle falvastagság esetén a vaze-

117

H Í R A D Á S T E C H N I K A X X I X . ÉVF.^4—5. SZ.

linbe á g y a z o t t , különálló é r p á r k a p a c i t á s á r a —, a ka­ pacitás relatív megváltozására ugyancsak 2,5%-ot kapunk. (A 2. fejezetben alsó és felső k o r l á t o t adtunk a k a p a c i t á s r a . M i n d k é t esetben a különálló é r p á r ka­ pacitására — önkényesen — a k é t k o r l á t é r t é k s z á m ­ tani közepét t e k i n t e t t ü k . ) : A fentiekből egyrészt az l á t h a t ó , hogy a kísérleti k á b e l d a r a b á z üzemi k a p a c i t á s szempontjából a soroz a t g y á r t á s b e l i kábel igen pontos m á s á n a k t e k i n t h e t ő . Másrészt a geometriai m é r e t e k k i s m é r t é k ű v á l t o z t a ­ t á s á n a k h a t á s a - a z 1. fejezetben ismertetett számítás­ sal k ö v e t h e t ő . K é s z í t e t t ü n k kísérleti k á b e l t érpáros szerkezettel is. Mivel jelenleg érpáros szerkezetű k á b e l t sorozat­ ban nem g y á r t u n k ^ összehasonlító adataink nincse­ nek. Mindenesetre az, egyébként ugyanolyan m é r e t ű huzalokrók készített csillagnégyes szerkezetű kísérleti kábel átlagos üzemi k a p a c i t á s á n a k és az érpáros szer­ kezetű kísérleti kábel átlagos üzemi k a p a c i t á s á n a k Wánya t ű r h e t ő pontossággal megegyezik a megfelelő, vazelinbe á g y a z o t t , különálló érpár k a p a c i t á s á r a szá­ mítással kapott értékek a r á n y á v a l .

3. Összefoglalás A telefonkábelek üzemi k a p a c i t á s á r a v o n a t k o z ó a n igen sokféle előírás van é r v é n y b e n azokon a területe* ken, ahol az M K M kábelértékesítésre s z á m í t h a t . A sok típus gazdaságos előállítása céljából jelentős az á l t a l u n k ismertetett eljárás a telefonkábel üzemi k a p a c i t á s á n a k beállítására, minthogy lehetővé teszi t ö b b teljes kísérleti k á b e l g y á r t á s á n a k elhagyását. Kidolgoztunk egy eljárást mintegy 10 m-es kísér­

118

leti k á b e l d a r a b olcsó, gyors előállítására, amelyen az üzemi k a p a c i t á s ellenőrizhető. Számítási eljárást adtunk ö n m a g á b a n álló, inho­ mogén közegben elhelyezkedő v e z e t é k p á r k a p a c i t á s á ­ nak becslésére. , A kábelbe való beépítéskor a t ö b b i é r p á r jelenléte m i a t t az üzemi kapacitás ennél nagyobb, t e h á t az üzemi k a p a c i t á s ezen számítással m é g nem állítható be. De a geometriai adatok k i s m é r t é k ű m e g v á l t o z t a ­ t á s á r a vagy a polietilén érszigetelés h a b o s í t á s a m é r ­ tékének (a dielektromos állandónak) m e g v á l t o z t a t á ­ sára bekövetkező üzemi kapacitásváltozás a külön­ álló é r p á r k a p a c i t á s á n a k számításával m e g h a t á r o z ­ ható. A számítás jól kiegészíti a kísérleti k á b e l d a r a b ­ előállítást. H a ugyanis a kísérleti k á b e l d a r a b ' b e m é ­ rése u t á n a k a p a c i t á s kis m é r t é k b e n t é r el az előírttól, számítással megállapítható a geometriai adatok (eset­ leg a dielektromos állandó) szükséges v á l t o z t a t á s á ­ nak m é r t é k e . IRODALOM [1] Fodor: Elméleti elektrotechnika I I I . Tankönyvkiadó, Bu­ dapest, 1972. (egyetemi jegyzet) [2] Fodor: Villamosságtan példatár I I I . Elektrosztatika I . Tankönyvkiadó, Budapest, 1964. (egyetemi jegyzet) [3] MKM műszaki kollektívája: Kábel-zsebkönyv I I . Köz­ gazdasági és Jogi Könyvkiadó, Budapest, 1972. [4] Grodnyev I. I.—Miller B. R.: Hírközlő kábelek. Közleke­ dési Kiadó, Bp. 1954. [5] H. J. C. Spencer: Somé Principles of Local Telephoné Cable Design. The Post Office Electrical Engineers Journal. 1970 okt. [6] H.E. Martin: Übertragungseigenschaften van Leitungen A. E . U . Band 18. 1964. 5. füzet.