Результаты экспериментальных исследований электрических характеристик сигнально-блокировочных кабелей

Общие положения

Совершенствование кабельной инфратрук-туры железных дорог является неотъемлемой частью развития технологических сетей сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) железных дорог.

Сигнально-блокировочные кабели обеспечивают функционирование железнодорожной автоматики и телемеханики. По их цепям передаются сигналы управления и электрическое питание систем сигнализации, централизации и блокировки [1].

В настоящее время сигнально-блокировочные кабели изготавливаются в соответствии с техническими условиями (ТУ). Например, по ТУ 16.К71-297-2000, разработанным Всероссийским научно-исследовательским институтом кабельной промышленности (ВНИИКП) [2]. Сравнительно недавно был выпущен новый стандарт

ГОСТ 34679-2020, в котором стали нормироваться важные для практического использования кабелей высокочастотные характеристики [3].

На технологических сетях СЦБ находят применение сигнально-блокировочные кабели с однопроволочными и многопроволочными токопроводящими жилами. Сейчас в научно-технических источниках информации отсутствуют систематизированные данные результатов исследований электрических характеристик сигнально-блокировочных кабелей. В этой связи исследование электрических характеристик сигнально-блокировочных кабелей становится достаточно актуальным. В статье исследуются электрические характеристики сигнально-блокировочных кабелей производства АО «Самарская кабельная компания».

Технологические особенности изготовления сигнальноблокировочных кабелей

Технологический процесс серийного выпуска сигнально-блокировочных кабелей имеет ряд особенностей. Первым этапом производства является изготовление изолированной токопроводящей жилы, которое осуществляется на экструзионной линии. Экструзионная линия имеет в своем составе измерительные системы, контролирующие такие параметры изолированной жилы, как:

– погонная емкость;

– диаметр;

– эксцентриситет;

– электрическая прочность изоляции.

Автоматическая система регулирования экструзионной линии поддерживает нормативные значения указанных параметров [4–6]. Нормы отклонения составляют:

– для толщины изоляции – ±1% (0,003 мм);

– для емкости – не больше 2 пФ;

– для концентричности – не меньше 0,95.

Пары изолированных токопроводящих жил кабеля скручиваются с разными шагами. Это необходимо для уменьшения взаимных электромагнитных влияний между цепями. Для скрутки подбираются шаги скрутки, не превышающие 100 мм. Таким образом, обеспечиваются стабильно высокое качество кабельно-проводниковой продукции.

Результаты измерения электрических характеристик сигнально-блокировочных кабелей с однопроволочными жилами

Измерения электрических характеристик сигнально-блокировочного кабеля СБВБэпПу 4х2х0,9 проводились на кабельном заводе на строительных длинах 170, 200 и 240 м.

Подключение жил исследуемого кабеля к измерительной системе выполнялось при помощи специального подключающего устройства, изготовленного с применением отрезка LAN-кабеля емкостью 4х2х0,52.

Низкочастотные характеристики.

Контролируемыми низкочастотными характеристиками передачи сигнально-блокировочных кабелей являются:

– электрическое сопротивление жил при постоянном токе R, Ом/км;

– омическая асимметрия жил ∆R , Ом;

– рабочая емкость С , нФ/км.

Низкочастотные характеристики данного кабеля должны соответствовать нормируемым величинам:

– величина R не более 28,8 Ом/км;

– величина ∆R не более 0,8 Ом;

– величина С не более 100 нФ/км.

Полученные результаты измерений низкочастотных характеристик кабеля были обработаны с помощью методов статистики. При нормальном законе распределения они характеризуются среднестатистическим значением и среднеквадратическим отклонением [7]. Низкочастотные характеристики кабеля СБВБэпПу 4х2х0,9 приведены в таблице 1.

Анализ результатов измерения низкочастотных характеристик кабеля СБВБэпПу 4х2х0,9 (таблица 1) показывает, что:

– электрическое сопротивление жил близко к норме и стабильно;

– омическая асимметрия жил меньше нормы 0,8 Ом;

– рабочая емкость меньше максимума 100 нФ/км.

Нормируемое значение омической асимметрии жил для сигнально-блокировочных кабелей оказывается даже жестче, чем для симметричных кабелей связи. Низкая величина ∆R достигается посредством использования для производства кабелей токопроводящих жил повышенной однородности.

Высокочастотные характеристики.

К высокочастотным характеристикам кабелей относятся:

– коэффициент затухания, α, дБ/км;

– переходное затухание на ближнем конце (БК), Ао, дБ;

– защищенность на дальнем конце (ДК), Аз, дБ.

Высокочастотные характеристики кабелей характеризуют потебительские свойства кабелей. Их нужно знать при строительстве и эксплуатации кабельных линий.

Стандарт ГОСТ 34679-2020 регламентирует:

– коэффициент затухания на частотах до 39 кГц;

Таблица 1. Низкочастотные характеристики кабеля СБВБэпПу 4х2х0,9

R , Ом/км		∆R , Ом		C , нФ/км
R ср	σ	∆R ср	σ	С ср	σ
27,94	0,29	0,15	0,23	48,06	0,82

– переходное затухание на БК на частотах до 160 кГц.

Указанные характеристики исследуются на частотах до 16 МГц. Также исследуется защищенность на ДК.

Ниже приводится исследование высокочастотных характеристик кабеля СБВБэпПу 4х2х0,9. Исследование проведено для строительной длины 170 м. Характеристики пересчитаны к длине 100 м. Пересчет сделан для удобства сравнения с характеристиками кабеля широкополосного доступа (ШПД) похожей конструкции (ГОСТ Р 70042-2022) [6].

В таблице 2 приведены результаты измерения коэффициента затухания кабеля СБВБэпПу 4х2х0.

Анализ результатов измерения коэффициента затухания, приведенных в таблице 2 и на рисунке 1, а также сравнение с нормами этого параметра кабеля ШПД [8] показывают, что затухание в сравниваемых кабелях с диаметром медных жил 0,9 мм с повышением частоты возрастает пропорционально квадратному корню из частоты. Следовательно, можно сделать вывод о преобладании в цепях кабеля потерь в металле.

При этом частотные характеристики коэффициента затухания сигнально-блокировочного кабеля и кабеля ШПД совпадают оптимальным образом.

В таблицах 3 и 4 приведены результаты измерения суммарной мощности степеней взаимного влияния на БК (PS NEXT) и ДК (PS ELFEXT) кабеля СБВБэпПу 4х2х0,9.

Анализируя данные, приведенные в таблицах 3 и 4, а также частоные характеристики, приведенные на рисунках 2 и 3, и сравнивания их с нормами кабелей ШПД в соответствии с ГОСТ Р 70042-2022 [8], следует отметить следующее:

– ГОСТ Р 70042-2022 разделяет кабели ШПД согласно диапазону частот: до 30 МГц; до 60 МГц; до 100 МГц;

– на частотах до 16 МГц кабель СБВБэпПу 4х2х0,9 имеет PS NEXT на 6-8 дБ, а PS ELFEXT на 14-18 дБ выше норм для кабеля ШПД на частотах до 30 МГц. Все это свидетельствует о высокой однородности сигнально-блокировочного кабеля марки СБВБэпПу 4х2х0,9.

Результаты измерения электрических характеристик сигнально-блокировочных кабелей с многопроволочными жилами

Рассмотрим электрические характеристики кабеля СБМВБАБпШп 19х2х1,0 повышенной гибкости с многопроволочными жилами. Токопроводящая жила представляет собой стренгу, скрученную из 7 проволок по 0,427 мм. Измерялись строительные длины 0,112 км и 0,3 км. Для проведения измерений использовался измерительный комплекс «ПИКА ИКС».

Таблица 2. Коэффициент затухания кабеля СБВБэпПу 4х2х0,9, дБ/100м

Пара	1,0 МГц	2,0 МГц	4,0 МГц	6,0 МГц	8,0 МГц	10,0 МГц	12,0 МГц	14,0 МГц	16,0 МГц
1	1,04	1,48	2,08	2,59	3,01	3,28	3,80	4,00	4,31
2	1,01	1,46	2,03	2,52	3,05	3,38	3,73	4,06	4,31
3	1,06	1,52	2,13	2,58	3,02	3,36	3,76	4,08	4,49
4	1,04	1,49	2,14	2,55	3,00	3,40	3,75	4,07	4,35

Таблица 3. Результаты измерения характеристики PS NEXT кабеля СБВБэпПу 4х2х0,9, дБ/100м

Пара	1,0 МГц	2,0 МГц	4,0 МГц	6,0 МГц	8,0 МГц	10,0 МГц	12,0 МГц	14,0 МГц	16,0 МГц
1	55,45	48,84	45,76	41,89	38,26	36,26	39,06	34,79	37,22
2	55,90	47,89	43,53	40,63	36,67	37,48	30,58	32,09	29,25
3	52,17	45,13	42,88	46,16	37,95	39,21	35,90	32,08	31,91
4	50,52	45,58	46,53	45,58	36,93	35,19	30,67	33,87	30,29

Таблица 4. Результаты измерения характеристики PS ELFEXT кабеля СБВБэпПу 4х2х0,9, дБ/100м

Пара	1,0 МГц	2,0 МГц	4,0 МГц	6,0 МГц	8,0 МГц	10,0 МГц	12,0 МГц	14,0 МГц	16,0 МГц
1	69,93	60,70	53,35	55,63	47,14	41,46	43,67	42,60	37,62
2	65,02	58,32	53,74	49,04	43,82	43,07	38,53	40,83	40,53
3	68,83	45,13	59,48	50,03	43,95	41,49	43,49	40,14	34,89
4	63,90	56,03	49,51	46,79	44,03	39,06	38,62	40,58	35,85

Низкочастотные характеристики. Низкочастотные характеристики кабеля СБМВБАБпШп 19х2х1,0 должны соответствовать нормируемым величинам:

– величина R не более 17,8-19,9 Ом/км;

– величина ∆R не более 0,8 Ом;

– величина С не более 70 нФ/км.

Полученные результаты измерений низкочастотных характеристик кабеля были обработаны с помощью методов статистики. При нормальном законе распределения они характеризуются среднестатистическим значением и среднеквадратическим отклонением от него [7]. Низкочастотные характеристики кабеля СБВБэпПу 4х2х0,9 приведены в таблице 5.

Анализируя результаты измерения низкочастотных характеристик кабеля СБМВБАБпШп 19х2х1,0 (таблица 5) можно заключить, что этот кабель также является достаточно однородным:

– электрическое сопротивление жил близко к норме и стабильно;

– омическая асимметрия жил меньше нормы 0,8 Ом;

– рабочая емкость меньше максимума 70 нФ/км.

Нормируемое значение омической асимметрии жил для сигнально-блокировочных кабелей оказывается даже жестче, чем для симметричных кабелей связи. Низкая величина ∆R достигается посредством использования для производства кабелей токопроводящих жил повышенной однородности.

Высокочастотные характеристики. Высокочастотные характеристики сигнально-блокировочного кабеля с многопроволочными проводниками марки СБМВБАБпШп 19х2х1,0 на частотах до 250 кГц измерялись с помощью прибора PSM-39. В таблице 6 приведены усредненные значения коэффициента затухания, на рисунке 1 приведена частотная характеристика.

Коэффициент затухания увеличивается пропорционально квадратному корню из частоты, что характерно для преобладания потерь в металле. Коэффициент затухания соответствует требованиям ГОСТ 34679-2020.

В таблице 7 приведены усредненные значения переходного затухания на БК и защищенности на ДК, а на рисунке 2 – частотные характеристики этих параметров.

Анализ результатов исследования показывает, что нормы переходных затуханий по ГОСТ 346792020 выполняются. Частотные характеристики с повышением частоты уменьшаются не более, чем

Таблица 5. Низкочастотные характеристики кабеля СБМВБАБпШп 19х2х1,0

R , Ом/км		∆R , %		C , нФ/км
R ср	σ	∆R ср	σ	С ср	σ
17,75	0,34	0,03	0,23	48,56	0,92

Таблица 6. Коэффициент затухания кабеля СБМВБАБпШп 19х2х1,0

Частота, кГц	0,8	10	15	20	40	60	100	160	250
α, дБ/км	0,72	1,13	1,23	1,37	1,94	2,55	3,23	3,74	4,98

Таблица 7. Характеристики взаимного влияния кабеля СБМВБАБпШп 19х2х1,0

Частота, кГц	0,8	10	15	20	40	60	100	160	250
Ао, дБ	106	104	101	99	94	90	86	82	76
Аз, дБ	105	103	100	98	93	91	84	80	75

Рисунок 1. Частотная характеристика коэффициента затухания кабеля СБМВБАБпШп 19х2х1,0

Рисунок 2. Частотные характеристики переходного затухания на БК (А0) и защищенности на ДК (Аз) кабеля СБМВБАБпШп 19х2х1,0

до 6 дБ/окт, что характерно для преобладания непосредственного влияния за счет нерегулярной составляющей. Теоретические и экспериментальные результаты хорошо согласуются [9; 10]. Результаты исследования свидетельствуют о высокой однородности кабеля СБМВБАБпШп 19х2х1,0.

Заключение

Выполненное исследование электрических характеристик сигнально-блокировочных кабелей позволяет сформулировать следующие выводы:

• 1.    Показано, что низкочастотные характеристики кабелей соответствуют нормам ГОСТ 346792020.

• 2.    Показано, что производство изолированных проводников сигнально-блокировочных кабелей, так же, как и любых других симметричных кабелей связи, осуществляется на технологических автоматических линиях, оборудованных системами автоматического регулирования, что обеспечивает высокую стабильность их электрических характеристик.

• 3.    Установлено, что высокочастотные характеристики сигнально-блокировочных кабелей удовлетворяют нормам кабелей ШПД (ГОСТ Р 700422022).

• 4.    Высокие электрические характеристики

Высокая однородность изолированной токопроводящей жилы во многом обеспечивает стабильность электрических характеристик кабеля.

сигнально-блокировочных кабелей АО «Самарская Кабельная Компания» показывают целесообразность их использования не только на технологических сетях СЦБ железнодорожного транспорта, но и в других ведомствах, где используются симметричные кабели связи.