Погонное сопротивление медного провода формула расчета

Для кабельных линий (КЛ) всех классов напряжений при проектировании, строительстве, реконструкции, техническом перевооружении и эксплуатации рекомендуется применять кабели:

• с увеличенной толщиной оболочки повышенной твердости для снижения риска повреждения оболочки при прокладке;
• с наружным электропроводящим слоем, в том числе в составе огнезащитного покрытия, наносимого после прокладки кабеля на его оболочку, выполненную из материалов пониженной горючести, в том числе поливинилхлоридных композиций с низким дымогазовыделением и без галогенных композиций с высоким кислородным индексом для прокладки в инженерных сооружениях;
• с изоляцией из сшитого полиэтилена для замены маслонаполненных кабелей и кабелей с пропитанной бумажной изоляцией;
• напряжением 110 – 500 кВ, прошедших «Предквалификационное испытание кабельной системы» на надежность по ГОСТ Р МЭК 62067-2011, а напряжением 6 – 35 кВ, соответствующих требованиям МЭК 60502-2, МЭК 60502-4 и гармонизированных HD 620 S2:2010 и HD 605 S2;
• для подводной прокладки — кабели бронированные (бронированные немагнитные) с изоляцией из сшитого полиэтилена обеспечивающие работу в течение срока службы, выдерживающие осевые, поперечные, механические нагрузки в условиях гидростатического давления (только единой строительной длинной подводной части перехода кабельной линий);
• для прокладки в горной местности, а также в зонах сейсмической активности, применять бронированные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена и прокладывать их в специальных инженерных сооружениях. Способ прокладки определять проектом, с применением специальных мер защиты от механических повреждений.
• при параллельной прокладке силовых кабелей 110-500 кВ и кабелей ВОЛС для технологических защит ПС и ЛЭП, прокладку ВОЛС выполнять вне лотков с силовыми кабелями или защитных конструкций силовых кабелей.

Для КЛ 110 кВ и выше длиной не менее 0,5 км, как правило, должны применяться кабели со встроенным оптоволокном для мониторинга температуры нагрева токопроводящей жилы. Ресурсный срок службы кабелей не менее – 30 лет с учётом эксплуатационных мероприятий, регламентированных соответствующими нормативными документами.

Схемы замещения КЛ и их параметры

Обычно линии электропередачи рассматриваются как линии с равномерно распределенными по её длине параметрами. В инженерных расчетах для кабельных линий электропередачи (КЛ) длиной менее 10 – 50 км обычно используют упрощенные Т- и П-образные схемы замещения с сосредоточенными параметрами. При этом погрешности электрического расчета линии практически зависят только от её длины. Выбор схемы замещения линии электропередачи определяется сложностью системы электроснабжения. При расчетах сложных систем электроснабжения на ЭВМ целесообразно использовать П-образную схему замещения с целью упрощения расчетов. Схемы замещения КЛ с сосредоточенными параметрами приведены на рис. 1.

Общепринято в схемах замещения выделять продольные элементы – сопротивления линии электропередачи: ? = ? + ?? и поперечные элементы – проводимости: ? = ? + ??. Значения указанных параметров для КЛ определяются по общему выражению П = П0?, где П0{?0, ?0, ?0, ?0} — значение продольного или поперечного параметра, отнесенного к 1 км линии; ? — протяженность линии электропередачи (погонные параметры).

В частных случаях, в зависимости от исполнения КЛ и класса напряжения, используют только доминирующие параметры, в зависимости от их физического проявления.

Рис. 1. Схемы замещения КЛ с сосредоточенными параметрами: Т – образная (а) и П – образная (б)

Активное сопротивление обуславливает тепловые потери и зависит от материала токоведущих жил кабеля и их сечения. Для КЛ с проводами небольшого сечения из цветных металлов активное сопротивление принимают равным омическому, поскольку проявление поверхностного эффекта на промышленной частоте в этом случае не превышает 1 %. Для проводов сечением более 500 мм2 явление поверхностного эффекта на промышленной частоте значительно.

Погонное активное сопротивление КЛ (Ом/км) определяется по формуле

где ρ — удельное активное сопротивление металла провода, Ом ∙ мм2⁄км:

• для технического алюминия в зависимости от его марки можно принять ρ = 29,5 ÷ 31,5 Ом ∙ мм2⁄км,
• для меди ρ = 18,0 ÷ 19,0 Ом ∙ мм2⁄км;

? – сечение фазного провода (жилы), мм2.

Необходимо помнить, что активное сопротивление токопроводящей жилы силового кабеля зависит также от температуры окружающей среды (КЛ проложена в земле, в воздухе, в трубах и т.д.) и значением протекающего по проводу силы тока. Зависимость активного сопротивления от температуры провода t определяется соотношением

где ?20 — нормативное значение сопротивления ?0, которое рассчитывается по соотношению ?0 = ρ⁄?, при температуре проводника ? = 20℃;

α — температурный коэффициент электрического сопротивления, 1/град (для медных и алюминиевых проводов значение α = 0,00403).

Индуктивное сопротивление токопроводящей жилы силового кабеля X, как и для воздушной линии, обусловлено магнитным полем, возникающим внутри и вокруг проводника при протекании по нему переменного тока. В проводнике наводится ЭДС самоиндукции направленная, в соответствии с принципом Ленца, противоположно ЭДС источника. Индуктивное сопротивление ? обусловлено частотой тока ω = 2π? и значением индуктивности фазы ?.

Известно, что индуктивное сопротивление фаз многофазных линий электропередачи зависит также от взаимного расположения фазных проводов (жил). Кроме ЭДС самоиндукции в каждой фазе наводится противодействующая ей ЭДС взаимоиндукции, значение которой в каждой фазе зависит от конструкции линии электропередачи. При сближении фазных проводов влияние ЭДС взаимоиндукции возрастает, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления. Поэтому индуктивное сопротивление кабельных линий в 3 – 5 раз меньше чем аналогичный параметр воздушных линий.

Индуктивное сопротивление, Ом/км, отнесенное к 1 км кабельной линии, на частоте тока 50 Гц и циклической частоте ω = 2π? = 314 рад/ спроводов из цветных металлов определяется аналогично воздушной линии по эмпирической формуле как сумма внешнего ?́0 и внутреннего ?̈0 индуктивных сопротивлений. Внешнее индуктивное сопротивление определяется внешним магнитным потоком, образованным вокруг проводов и значениями величин Dср и ?пр (среднегеометрического расстояния между фазными жилами и радиуса многопроволочных проводов соответственно).

Внутреннее индуктивное сопротивление определяется внутренним потоком, замыкающимся в проводах.

При расчетах, в отличие от воздушных линий электропередач (ВЛ), обычно используют заводские данные об индуктивном сопротивлении кабелей, поскольку потребитель не имеет информации о конструктивных особенностях кабелей (в частности о параметрах токопроводящих экранов). Для кабельных линий всех марок и сечений напряжением 0,38 – 10 кВ индуктивное сопротивление находится в интервале 0,06 – 0,10 Ом/км и определяется из таблиц физикотехнических данных кабелей.

Из изложенного выше следует, что активное сопротивление КЛ зависит от материала, сечения и температуры провода. Зависимость ?0 = ?(?) обратно пропорциональна сечению провода, ярко выражена при малых сечениях, когда ?0 имеет большие значения, и мало заметна при больших сечениях проводов. Индуктивное сопротивление кабельных линий всех марок и сечений напряжением 0,38 – 10 кВ находится в интервале 0,06 – 0,10 Ом/км и определяется из таблиц физико-технических данных кабелей.

Емкостная проводимость обусловлена емкостями между фазами, фазными проводами (жилами) и землей (рис. 2). В практических расчетах рабочую емкость трехфазной воздушной линии (ВЛ) или кабельной линии (КЛ) электропередачи с одним проводом в фазе на единицу длины, Ф/км, определяют по формуле:

Численные данные значения рабочей емкости ?0 ∙ 10−6, трехжильных силовых кабелей с поясной изоляцией, Ф/км, напряжением 0,4 – 10 кВ приведены в табл. 1. Емкостная проводимость ?0 кабельной линии, См/км, зависит от конструкции кабеля и указывается заводом изготовителем, но для ориентировочных расчетов может быть оценена по формуле: .

Таблица 1. Значения рабочей емкости ?0 ∙ 10−6 трехжильных кабелей с поясной изоляцией

Рис. 2. Емкости трехфазной кабельной линии электропередачи

Под действием приложенного к КЛ напряжения через емкости линий протекают емкостные (зарядные) токи. Расчетное значение емкостной силы тока на единицу длины, кА/км

Зарядная мощность кабельной линии, обусловленная током ??0, определяется напряжением в каждой точке линии

Значение зарядной мощности для всей КЛ, длиной L, определяется через действительные (расчетные) напряжения начала и конца линии, Мвар:

Эту же мощность можно определить приближенно по номинальному напряжению линии

где ?? = ?0 ∙ ? — емкостная проводимость кабельной линии, длиной L, См;

?ном — номинальное напряжение кабельной линии, кВ.

Для кабелей напряжением 6 – 35 кВ с бумажной изоляцией и вязкой пропиткой известны генерации реактивной мощности ?0 на один километр линии (см. табл. 2), с учетом которой общая генерация КЛ может быть определена по соотношению:

Активная проводимость КЛ обусловлена потерями активной мощности ∆?? из-за несовершенства изоляции. Удельная проводимость ?0 определяется по общей формуле для шунта, См/км

В кабельной линии под влиянием наибольшей напряженности находится слой поясной изоляции у поверхности жил кабеля. Чем выше рабочее напряжение кабеля, тем заметнее токи утечки через материал изоляции и нарушение её диэлектрических свойств (увеличение тангенса диэлектрических потерь tgδ).

Таблица 2. Расчетные характеристики трехжильных кабелей с бумажной изоляцией

Активная проводимость силового кабеля на единицу длины, См/км. равна:

и соответствующий ток утечки в изоляции кабеля:

где ?? = ?0?.

Тогда диэлектрические потери в материале изоляции КЛ, МВт, которые обязательно следует учитывать для КЛ с номинальным напряжением 110 кВ и выше можно определить по соотношению:

где ? = ?0? = ω?0? ∙ tgδ – активная проводимость КЛ с учетом её длины.

Характеристики линий связи

Производительность и надежность сети напрямую зависит от характеристик линий связи.

Характеристики линий связи можно разделить на две группы:

• параметры распространения характеризуют процесс распространения полезного сигнала в зависимости от собственных параметров линии, например погонной индуктивности медного кабеля;
• параметры влияния описывают степень влияния на полезный сигнал других сигналов — внешних помех, наводок от других пар проводников в медном кабеле.

В свою очередь, в каждой из этих групп можно выделить первичные и вторичные параметры. Первичные — характеризуют физическую природу линии связи: например, погонное активное сопротивление, погонную индуктивность, погонную емкость и погонную проводимость изоляции медного кабеля или зависимость коэффициента преломления оптического волокна от расстояния от оптической оси. Вторичные параметры выражают некоторый обобщенный результат процесса распространения сигнала по линии связи и не зависят от ее природы — например, степень ослабления мощности сигнала при прохождении им определенного расстояния вдоль линии связи, так называемое затухание сигнала. Для медных кабелей не менее важен и такой вторичный параметр влияния, как степень ослабления помехи от соседней витой пары.

Вторичные параметры определяются по отклику линии передачи на некоторые эталонные воздействия. Подобный подход позволяет достаточно просто и однотипно определять характеристики линий связи любой природы, не прибегая к сложным теоретическим исследованиям и построению аналитических моделей. Для исследования реакции линий связи чаще всего в качестве эталонных используются синусоидальные сигналы различных частот.

СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СИГНАЛОВ НА ЛИНИЯХ СВЯЗИ

Любой периодический процесс можно представить в виде суммы синусоидальных колебаний различных частот и различных амплитуд (см. Рисунок 1). Каждую составляющую синусоиду называют также гармоникой, а набор всех гармоник — спектральным разложением исходного сигнала. Непериодические сигналы можно представить в виде интеграла синусоидальных сигналов с непрерывным спектром частот.

При передаче по линии связи форма сигнала искажается вследствие неодинаковой деформации синусоид различных частот. Если это аналоговый сигнал, передающий речь, то изменяется тембр голоса вследствие неточного воспроизведения обертонов — боковых частот. При передаче импульсных сигналов, характерных для компьютерных сетей, искажаются низкочастотные и высокочастотные гармоники, в результате фронты импульсов теряют свою прямоугольную форму (см. Рисунок 2). Поэтому на приемном конце линии сигналы могут плохо распознаваться.

При передаче по линии связи сигналы искажаются из-за того, что ее физические параметры отличаются от идеальных. Так, например, медные провода всегда представляют собой некоторую распределенную по длине комбинацию активного сопротивления, емкостной и индуктивной нагрузки. В результате для синусоид различных частот линия будет обладать различным полным сопротивлением, а значит, и передаваться они будут по-разному. Волоконно-оптический кабель также имеет отклонения от идеальной среды для передачи света — вакуума. Если линия связи включает промежуточную аппаратуру, то и она может вносить дополнительные искажения.

Не только неоднородность внутренних физических параметров линии связи становится причиной неточных сигналов, свой вклад в искажение формы сигналов на выходе линии вносят и внешние помехи. Их создают различные электрические двигатели, электронные устройства, атмосферные явления и т. д. Несмотря на защитные меры, предпринимаемые разработчиками кабелей и усилительно-коммутирующей аппаратуры, полностью компенсировать влияние внешних помех не удается. Кроме того, в кабеле существуют и внутренние помехи — так называемые наводки одной пары проводников на другую. В результате сигналы на выходе линии связи обычно имеют сложную форму (как это и показано на Рисунке 2), по которой иногда трудно понять, какая дискретная информация была подана на вход линии.

Качество исходных сигналов (крутизна фронтов, общая форма импульсов) зависит от качества передатчика, генерирующего сигналы в линию связи. Одна из самых важных характеристик передатчика — спектральная, т.е. спектральное разложение генерируемых им сигналов. Для генерации качественных прямоугольных импульсов необходимо, чтобы спектральная характеристика передатчика представляла собой как можно более узкую полосу. Например, лазерные диоды имеют значительно меньшую ширину спектра излучения (1-2 нм) по сравнению со светодиодами (30—50 нм) при генерации импульсов, поэтому частота модуляции лазерных диодов может быть намного выше, чем светодиодов.

ЗАТУХАНИЕ И ВОЛНОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Степень искажения синусоидальных сигналов линиями связи оценивается с помощью таких характеристик, как затухание и полоса пропускания.

Затухание показывает, насколько уменьшается мощность эталонного синусоидального сигнала на выходе линии связи по отношению к мощности сигнала на входе этой линии. Затухание А обычно измеряется в децибелах (дБ) и вычисляется по следующей формуле:

А = 10 lg Рвых/Рвх,

где Pвых — мощность сигнала на выходе линии, а Рвх — мощность сигнала на ее входе.

При отсутствии промежуточных усилителей мощность выходного сигнала кабеля всегда меньше мощности входного, поэтому затухание кабеля, как правило, имеет отрицательную величину.

Степень затухания мощности синусоидального сигнала при прохождении им по линии связи обычно зависит от частоты синусоиды, поэтому полную характеристику дает лишь зависимость затухания от частоты во всем диапазоне, используемом на практике (Рисунок 3).

Затухание представляет собой обобщенную характеристику линии связи, так как позволяет судить не о точной форме сигнала, а о его мощности (интегральной результирующей от формы сигнала). На практике затухание является важным атрибутом описания линий связи: в частности, в стандартах на кабель этот параметр считается одним из основных.

Чаще всего при описании параметров линии связи приводятся значения затухания всего в нескольких точках общей зависимости, при этом каждая из них соответствует определенной частоте, на которой измеряется затухание. Отдельное значение затухания называют коэффициентом затухания. Применение всего нескольких значений вместо полной характеристики связано, с одной стороны, со стремлением упростить измерения при проверке качества линии, а с другой, основная частота передаваемого сигнала часто заранее известна — это та частота, гармоника которой имеет наибольшую амплитуду и мощность. Поэтому достаточно знать уровень затухания на данной частоте, чтобы приблизительно оценить искажения передаваемых по линии сигналов. Более точные оценки возможны при знании затухания на различных частотах, соответствующих нескольким основным гармоникам передаваемого сигнала.

Чем меньше затухание, тем выше качество линии связи или кабеля, по которому она проложена. Обычно затухание определяют для пассивных участков линии связи, состоящих из кабелей и кроссовых секций, без усилителей и регенераторов. Например, кабель с витыми парами Категории 5 для внутренней проводки в зданиях, применяемой практически для всех технологий локальных сетей, характеризуется затуханием не ниже -23,6 дБ для частоты 100 МГц при длине кабеля 100 м.

Частота 100 МГц выбрана потому, что кабель этой категории предназначен для высокоскоростной передачи данных, чьи сигналы имеют значимые гармоники с частотой примерно 100 МГц. Более качественный кабель Категории 6 уже имеет на частоте 100 МГц затухание не ниже -20,6 дБ, т. е. мощность сигнала снижается в меньшей степени. Часто в документации приводятся абсолютные значения затухания, т. е. его знак опускается, так как затухание всегда отрицательно для пассивного, не содержащего усилители и регенераторы, участка линии, например непрерывного кабеля.

Оптический кабель отличается существенно более низкими (по абсолютной величине) размерами затухания, обычно в диапазоне от 0,2 до 3 дБ при длине кабеля в 1000 м. Практически всем оптическим волокнам свойственна сложная зависимость затухания от длины волны, с тремя так называемыми «окнами прозрачности». Характерный пример показан на Рисунке 4. Как можно видеть, область эффективного использования современных волокон ограничена волнами длин 850, 1300 и 1550 нм, при этом окно в 1550 нм обеспечивает наименьшие потери, а значит, максимальную дальность при фиксированной мощности передатчика и фиксированной чувствительности приемника. Выпускаемый многомодовый кабель обладает двумя первыми окнами прозрачности, т. е. 850 и 1300 нм, а одномодовый кабель — двумя окнами прозрачности в диапазонах 1310 и 1550 нм.

Мощность передатчика часто характеризуется абсолютным уровнем мощности сигнала. Уровень мощности, как и затухание, измеряется в децибелах. При этом в качестве базового принимается значение в 1 мВт. Таким образом, уровень мощности p вычисляется по следующей формуле:

p = 10 lg P/1 мВт [дБм],

где P — мощность сигнала в милливаттах, а дБм — единица измерения уровня мощности (дБ на 1 мВт).

Важным вторичным параметром распространения медной линии связи является ее волновое сопротивление. Этот параметр представляет собой полное (комплексное) сопротивление, которое электромагнитная волна определенной частоты встречает при распространении вдоль однородной цепи. Волновое сопротивление измеряется в Омах и зависит от таких первичных параметров линии связи, как активное сопротивление, погонная индуктивность и погонная емкость, а также от частоты самого сигнала. Выходное сопротивление передатчика должно быть согласовано с волновым сопротивлением линии, иначе затухание сигнала будет чрезмерно большим.

ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ

Помехоустойчивость линии определяет ее способность уменьшать уровень помех со стороны внешней среды или проводников самого кабеля. Она зависит от типа используемой физической среды, от экранирующих и подавляющих помехи средств самой линии. Наименее помехоустойчивыми являются радиолинии, хорошей устойчивостью обладают кабельные линии и отличной — волоконно-оптические, малочувствительные к внешнему электромагнитному излучению. Обычно уменьшения помех от внешних электромагнитных полей добиваются экранированием и/или скручиванием проводников. Величины, характеризующие помехоустойчивость, относятся к параметрам влияния линии связи.

Первичные параметры влияния медного кабеля — электрическая и магнитная связи. Электрическая связь определяется отношением наведенного тока в цепи, подверженной влиянию, к напряжению, действующему во влияющей цепи. Магнитная связь — это отношение электродвижущей силы, наведенной в цепи, подверженной влиянию, к току во влияющей цепи. Результатом электрической и магнитной связи будут наведенные сигналы (наводки) в цепи, подверженной влиянию. Устойчивость кабеля к наводкам характеризуется несколькими различными параметрами.

Переходное затухание на ближнем конце (Near End Cross Talk, NEXT) определяет устойчивость кабеля в том случае, когда наводка образуется в результате действия сигнала, генерируемого передатчиком, подключенным к одной из соседних пар на том же конце кабеля, на котором работает подключенный к подверженной влиянию паре приемник. Показатель NEXT, выраженный в децибелах, равен 10 lg Pвых/Pнав, где Pвых — мощность выходного сигнала, Pнав — мощность наведенного сигнала. Чем меньше значение NEXT, тем лучше кабель. Так, для витой пары Категории 5 показатель NEXT должен быть лучше -27 дБ на частоте 100 МГц.

Переходное затухание на дальнем конце (Far End Cross Talk, FEXT) описывает устойчивость кабеля к наводкам для случая, когда передатчик и приемник подключены к разным концам кабеля. Очевидно, что этот показатель должен быть лучше, чем NEXT, так как до дальнего конца кабеля сигнал приходит ослабленный вследствие затухания в каждой паре.

Показатели NEXT и FEXT обычно используются применительно к кабелю, состоящему из нескольких витых пар, когда взаимные наводки одной пары на другую могут достигать значительных величин. Для одинарного коаксиального кабеля (т. е. состоящего из одной экранированной жилы) подобный показатель не имеет смысла, не применяется он и для двойного коаксиального кабеля вследствие высокой степени защищенности каждой жилы. Оптические волокна также не создают сколько-нибудь заметных помех друг для друга.

В связи с тем, что в некоторых новых технологиях передача данных осуществляется одновременно по нескольким витым парам, в последнее время стали применяться суммарные показатели (PowerSUM, PS) — PS NEXT и PS FEXT. Они отражают устойчивость кабеля к суммарной мощности перекрестных наводок на одну из пар кабеля от всех остальных передающих пар.

Весьма важной характеристикой передающей среды является показатель защищенности кабеля (ACR), представляющий собой разность между уровнями полезного сигнала и помех. Чем больше это значение, тем с потенциально более высокой скоростью можно передавать данные по указанному кабелю.

ДОСТОВЕРНОСТЬ

Достоверность передачи данных характеризует вероятность искажения для каждого передаваемого бита данных. Иногда этот же показатель называют интенсивностью битовых ошибок (Bit Error Rate, BER). Величина BER для каналов связи без дополнительных средств защиты от ошибок (например, самокорректирующихся кодов или протоколов с повторной передачей искаженных кадров) составляет, как правило, 10-4—10-6, а в волоконно-оптических линиях связи — 10-9. Значение достоверности передачи данных, например в 10-4, говорит о том, что в среднем из 10000 бит неправильно интерпретируется значение одного бита.

Битовые ошибки происходят как из-за наличия помех на линии, так и по причине искажений формы сигнала вследствие ограниченной полосы пропускания линии. Поэтому для повышения достоверности передаваемых данных нужно повышать степень помехозащищенности линии, снижать уровень перекрестных наводок в кабеле, а также использовать линии связи с более широкой полосой рабочих частот.

ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ

Полоса пропускания — еще одна вторичная характеристика. С одной стороны, она непосредственно зависит от затухания, а с другой — прямо влияет на такой важнейший показатель линии связи, как максимально возможная скорость передачи информации.

Полоса пропускания (bandwidth) — это непрерывный диапазон частот, для которого затухание не превышает заранее заданный определенный предел. Иными словами, полоса пропускания определяет диапазон частот синусоидального сигнала, при которых этот сигнал передается по линии связи без значительных искажений (часто за граничные принимаются частоты, где мощность выходного сигнала уменьшается в два раза по отношению к входному, что соответствует затуханию в -3 дБ). Как мы увидим ниже, ширина полосы пропускания в наибольшей степени влияет на максимально возможную скорость передачи информации по линии связи.

Таким образом, амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания и затухание являются универсальными характеристиками, и их знание позволяет сделать вывод о том, как через линию связи будут передаваться сигналы любой формы.

ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ

Пропускная способность (количество бит информации, передаваемых в единицу времени) и достоверность передачи данных (вероятность доставки неискаженного бита или же вероятность его искажения) интересуют разработчиков компьютерной сети в первую очередь, поскольку эти характеристики прямо влияют на производительность и надежность создаваемой сети.

Пропускная способность и достоверность передачи данных зависят как от характеристик физической среды, так и от способа передачи данных. Следовательно, нельзя говорить о пропускной способности линии связи до определения протокола физического уровня. Пропускная способность (throughput) линии характеризует максимально возможную скорость передачи данных по линии связи. Она измеряется в битах в секунду (бит/c), а также в производных единицах — килобит в секунду (Кбит/c), мегабит в секунду (Мбит/с), гигабит в секунду (Гбит/с) и т. д.

Пропускная способность линий связи и коммуникационного сетевого оборудования традиционно измеряется в битах в секунду, а не в байтах в секунду. Это связано с тем, что данные в сетях передаются последовательно, т. е. побитно, а не параллельно, байтами, как это происходит между устройствами внутри компьютера. Такие единицы измерения, как килобит, мегабит или гигабит, в сетевых технологиях строго соответствуют степеням 10 (т. е. килобит — это 1000 бит, а мегабит — это 1000000 бит), как это принято во всех отраслях науки и техники, а не близким к этим числам степеням 2, как это принято в программировании, где приставка «кило» равна 210 = 1024, а «мега» — 220 = 1 048 576.

Пропускная способность линии связи зависит не только от ее характеристик, например от затухания и полосы пропускания, но и от спектра передаваемых сигналов. Если значимые гармоники сигнала (т. е. те гармоники, амплитуды которых вносят основной вклад в результирующий сигнал) не выходят за полосу пропускания линии, такой сигнал будет хорошо передаваться, и приемник сможет правильно распознать информацию, отправленную по линии передатчиком. Если же значимые гармоники выходят за границы полосы пропускания линии связи, то сигнал станет значительно искажаться, приемник — ошибаться при распознавании информации, а сама информация в конечном итоге не сможет передаваться с заданной пропускной способностью.

СПОСОБ КОДИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Выбор способа представления дискретной информации в виде подаваемых на линию связи сигналов называется физическим, или линейным, кодированием.

От выбранного способа кодирования зависят спектр сигналов и пропускная способность линии. Итак, разным способам кодирования может соответствовать разная пропускная способность. Например, витая пара Категории 3 способна передавать данные с пропускной способностью 10 Мбит/c при способе кодирования стандарта физического уровня 10BaseT и 33 Мбит/с при способе кодирования стандарта 100BaseT4.

Согласно теории информации, информацию несет лишь различимое и непредсказуемое изменение принимаемого сигнала. Таким образом, прием синусоиды, у которой амплитуда, фаза и частота остаются неизменными, информации не несет, так как изменение сигнала хотя и происходит, но легко предсказуемо. Аналогично, импульсы на тактовой шине компьютера не несут в себе информации, так как их изменения постоянны во времени. А вот импульсы на шине данных предсказать заранее нельзя, поэтому они переносят информацию между отдельными блоками или устройствами компьютера.

Большинство способов кодирования использует изменение какого-либо параметра периодического сигнала — частоты, амплитуды и фазы синусоиды или же знак потенциала последовательности импульсов. Периодический сигнал, параметры которого изменяются, называют несущим сигналом или несущей частотой, если в качестве такого сигнала применяется синусоида.

Если сигнал изменяется так, что различаются только два его состояния, то любое его изменение будет соответствовать наименьшей единице информации — биту. Если же сигнал может иметь более двух различимых состояний, то любое его изменение содержит несколько бит информации.

Количество изменений информационного параметра несущего периодического сигнала в секунду измеряется в бодах (baud). Период времени между соседними изменениями информационного сигнала называется тактом работы передатчика.

Пропускная способность линии в битах в секунду в общем случае не совпадает с числом бод. Она может быть как выше, так и ниже числа бод, и это соотношение зависит от способа кодирования.

Когда у сигнала более двух различимых состояний, пропускная способность в битах в секунду окажется выше, чем число бод. Например, если информационными параметрами являются фаза и амплитуда синусоиды (причем различаются четыре состояния фазы — в 00, 900, 1800 и 2700 и два значения амплитуды сигнала), то информационный сигнал может иметь восемь различимых состояний. В этом случае модем, работающий со скоростью 2400 бод (с тактовой частотой 2400 Гц), передает информацию со скоростью 7200 бит/с, так как при одном изменении сигнала передается три бита информации.

При использовании сигналов с двумя различимыми состояниями возможна обратная картина. Это часто происходит потому, что для надежного распознавания приемником пользовательской информации каждый бит в последовательности кодируется с помощью нескольких изменений информационного параметра несущего сигнала. Например, при кодировании единичного значения бит импульсом положительной полярности, а нулевого значения бит — импульсом отрицательной полярности физический сигнал дважды изменяет свое состояние при передаче каждого бит. При таком кодировании пропускная способность линии в два раза ниже, чем число бод, передаваемое по линии.

На пропускную способность линии оказывает влияние не только физическое, но и логическое кодирование. Выполняемое до физического кодирования, оно подразумевает замену бит исходной информации новой последовательностью бит, несущей ту же информацию, но обладающей, кроме этого, дополнительными свойствами, в частности возможностью для приемной стороны обнаруживать ошибки в принятых данных. Сопровождение каждого байта исходной информации одним битом четности — очень часто применяемый способ логического кодирования при передаче данных с помощью модемов. Другим примером логического кодирования может служить шифрация данных, обеспечивающая их конфиденциальность при передаче через общедоступные каналы связи. При логическом кодировании чаще всего исходная последовательность бит заменяется более длинной последовательностью, поэтому пропускная способность канала по отношению к полезной информации при этом уменьшается.

Наталья Олифер — обозреватель «Журнала сетевых решений/LAN». С ней можно связаться по адресу Виктор Олифер — главный специалист «Корпорации Юни». С ним можно связаться по адресу

Схемы замещения КЛ для расчета симметричных режимов

При расчете симметричных установившихся режимов электроэнергетической системы схему замещения составляют для одной фазы, т.е. продольные параметры КЛ, сопротивления ? = ? + ?? изображают и вычисляют для одного фазного провода (жилы).

Емкостная проводимость ?? учитывает проводимости (емкости) между фазами, между фазами и землей и отражает генерацию зарядной мощности всей трехфазной конструкции в начале и конце линии:

Активная проводимость линии G, изображаемая в виде шунта между фазой (жилой) и точкой нулевого потенциала схемы (землей), включает суммарные потери активной мощности на корону (или в изоляции) трех фаз в начале и в конце линии:

Поперечные проводимости (шунты) ? = ? + ??? (рис. 3,в и 3,д) в схемах замещения кабельных линий электропередачи можно не изображать, а заменять мощностями этих шунтов (рис. 45,г).

Например, вместо активной проводимости показывают потери активной мощности в изоляции кабельной линии:

а взамен емкостной проводимости указывают генерацию зарядной мощности

В кабельных линиях напряжением до 10 кВ небольших сечений (50 мм2 и менее) определяющим является активное сопротивление, и в таком случае индуктивные сопротивления могут не учитываться (рис. 3,а). Диэлектрические потери кабельных линий напряжением до 35 кВ незначительны и в расчетах электрических режимов ими пренебрегают и соответственно принимают равной нулю активную проводимость (рис. 3,в).

Учет активной проводимости необходим для кабельных линий напряжением 110 кВ и выше в расчетах, требующих вычисления потерь электроэнергии. В местных сетях небольшой протяженности при номинальных напряжениях до 35 кВ зарядные токи и мощности значительно меньше нагрузочных, поэтому в КЛ емкостную проводимость учитывают только при напряжениях линии 20 и 35 кВ.

Необходимость учета индуктивных сопротивлений зависит также от доли реактивной составляющей тока в общей электрической нагрузке. При анализе электрических режимов с низким коэффициентом мощности (cos ? < 0,8) индуктивное сопротивление кабельной линии необходимо учитывать, чтобы избежать ошибки при определении потери напряжения.

Рис. 3. Схемы замещения кабельных линий электропередачи: а) – КЛ напряжением 0,38 – 10 кВ малых сечений; б) – КЛ напряжением 0,38 – 20 кВ; в) – КЛ напряжением 35 кВ с емкостными проводимостями; г) – КЛ напряжением 35 кВ с зарядной мощностью вместо емкостных проводимостей; д) – КЛ напряжением 110 – 500 кВ с поперечными проводимостями.