У розділі 7-10 був розібраний приклад про кабелі, який має найбільшу електричну міцність при заданому діаметрі його оболонки. У такого кабелю жила повинна мати діаметр в е разів менший, ніж про лочка.

Але не завжди електрикам потрібен найміцніший кабель. При телефонного зв’язку, наприклад, по кабелю передають такі слабкі сигнали, що енергії цих сигналів зовсім недостатньо для пробою найтоншою ізоляції. У цьому випадку, отже, нема чого турбуватися про високу електричної міцності кабелю.

Для зв’язку необхідно, щоб сигнали можливо менше загасали в дорозі.

У розділі 6-31 було розказано про трансляційних підсилювачах. Вони компенсують загасання в лінії. Підсилювачі підіймають потужність сигналу, знесиленого через втрати, доводять цю потужність до необхідного рівня.

Чи потрібно при наявності підсилювачів піклуватися про зменшення загасання ліній? Звичайно, потрібно. Підсилювачі коштують не дешево. Експлуатація їх викликає додаткові витрати. Чим краще лінія зв’язку, тим на більшу відстань можна видаляти один від одного підсилювальні пункти.

Зв’язківці застосовують безліч хитрощів, щоб зменшити втрати в лінії, зменшити її загасання. Намагаються поміщати можливо менше твердої ізоляції між токонесущей провідниками. Для цього не покривають мідну жилу суцільний ізоляційною оболонкою, а обмотують її жгутиком з ізоляційного матеріалу. На фіг. 2-12 була показана жила з паперовою обмоткою. Але для кабелів далекого зв’язку застосовується часто обмотувальний джгутик з більш високоякісної ізоляції (стірофлекс, триацетатного плівка). Збільшують переріз мідної жили. Всі ці, прийоми здорожують кабель. Це є предметом окремого дослідження на максимум і мінімум: до якої величини підвищувати витрати на лінію і розносити підсилювачі, зменшувати їх число, або, навпаки, до якої величини зближувати підсилювачі, збільшувати їх число і зменшувати вартість лінії. Питання про найдешевший каналі зв’язку – це дуже складна проблема. Чим вище якість лінії зв’язку, тим більше каналів можна на неї накласти. Але ускладнюється апаратура: фільтри, підсилювачі. Дорожче коштує і навчання персоналу, потрібна вища його кваліфікація.

Розглянемо лише питання про найменший загасання кабелю.

Кабелі зв’язку виконують по-різному. Такий кабель може складатися з провідників, скручених в пари. Загасання залежить від ставлення відстані між провідниками до діаметру провідника. Іноді навколо пари або четвірки проводів роблять екран. Тоді загасання залежить ще від діаметра екрану.

Для багаторазової далекого зв’язку застосовують найчастіше двухпроводную лінію, в якій один провідник – це внутрішня жила, а другий – навколишнє цю жилу оболонка. Вона одночасно є і електричним екраном. Осі внутрішнього і зовнішнього провідників збігаються. Аксис по-латині – вісь. Приставка «ко» вказує на суміщення, збіг. Тому кабель такої конструкції називається коаксіальним (співвісним).

Якщо в коаксіальному кабелі заданий діаметр його зовнішнього провідника (екрана), то загасання буде залежати від діаметра внутрішньої жили.

Загасання сигналів у кабелі зростає із збільшенням ємності між його провідниками. А ємність кабелю тим більше, при заданому діаметрі зовнішнього провідника, чим товще його внутрішня жила, чим менше зазор між житловою і оболонкою.

Для зниження ємності кабелю треба зменшувати внутрішній діаметр його жили. Але чим тонше жила, тим більше її активне електрос опро ть вл ення, тим більше нагрівається вона проходить струмом. А це також викликає збільшення загасання сигналів.

Фаг. 7-19. Загасання змінних струмів в кабелі залежно від діаметра його внутрішньої жили при незмінному діаметрі оболонки.

На графік нанесена ще крива електричної міцності кабелю (подібна фьг. 7-.). Порівняння цих двох кривих показує, що кабель для зв’язку повинен мати жилу щодо меншого діаметру, ніж силовий кабель.

Як у всіх завданнях на максимум і мінімум і тут «хвіст витягаєш – ніс грузне». І тонка жила погана – загасання велике, і товста жила не гарна, міді витрачено багато, а затухання все одно велика.

Для відшукання розміру жили, що дає найменше загасання, доводиться виробляти більш складні обчислення, ніж для відшукання розміру жили, що забезпечує найбільшу міцність.

Найменша загасання буде у кабелю, внутрішня жила якого в 3,6 рази тонше оболонки. Пропорції кабелю з мінімальним загасанням інші, ніж у кабелю з найвищою електричною міцністю. Кабель з мінімальним загасанням має відносно більш тонку жилу (фіг. 7-19).

Найкращі розміри кабелю виходять різними в залежності від того, що цікавить конструктора: міцність або загасання.

Ще найкращі кабелі

При постійному струмі або струмі низької частоти щільність струму однакова по всьому перетину жили кабелю, і напруга між житловою і оболонкою однаково по всій довжині кабелю. Потужність, що передається по кабелю, дорівнює добутку струму на напругу.

Для потужнострумової електротехніки, для енергетики можна так сформулювати завдання про найкраще кабелі:

при заданому діаметрі оболонки отримати наиболь шую передану потужність, т. е. найбільшу твір струму на напругу при найменшій вартості кабелю.

Сила струму пропорційна перетину жили кабелю, допустима напруга, як уже говорилося раніше, визначається співвідношенням діаметрів жили і оболонки, а вартість кабелю – це сума вартостей металевої жили та паперової ізоляції. Можна скласти математичний вираз для відношення потужності до вартості.

Найвигідніший діаметр жили кабелю буде визначатися співвідношенням цін на мідь (або алюміній) і на ізоляційний матеріал (папір).

Зазвичай мідь дорожче паперової ізоляції, і наіпигоднейшій діаметр жили виходить дещо менший ніж для найбільш міцного кабелю.

Інший підхід потрібен до кабелю, вживаному в потужних високочастотних установках. В іншому краю, в інших координатах треба шукати оптимум. Концентричні кабелі застосовуються для з’єднання між собою електронних ламп і антен в радіолокаційних установках. Довжина кабелю буває у багато разів більше довжини переданої по цьому кабелю електромагнітної хвилі. Допустима сила струму від перетину жили кабелю не залежить, так як високочастотний струм не розподіляється рівномірно по всьому перетину жили, а тече тільки в її тонкому поверхневому шарі. При високій частоті потужність, що передається по кабелю, в кращому випадку дорівнює квадрату напруги на кабелі, поділеній на його хвильовий опір:

А хвильовий опір:, Де £ і С-це індуктивність і ємність на одиницю довжини кабелю. Чим тонше діаметр жили в порівнянні з діаметром оболонки кабелю, тим більше його хвильовий опір, і навпаки. Це хвильовий опір залежить ще від матеріалу ізоляції між житловою і оболонкою кабелю. Але високочастотні кабелі найчастіше виконуються з повітряною ізоляцією між житловою і оболонкою.

Для кабелю з найменшим загасанням (відношення діаметрів оболонки і жили 3,6) хвильовий опір одно 77 ом.

Якщо провести дослідження на максимум і мінімум для визначення найбільшої потужності, що передається при високій частоті кабелем із заданим зовнішнім діаметром, то вийде, що найвигідніше співвідношення діаметрів оболонки і жили буде 1,65. А хвильовий опір такого кабелю буде 30 ом.

Практично в радіолокаційних установках найчастіше застосовують коаксіальну лінію з відношенням діаметрів зовнішнього і внутрішнього провідників 2,3. Така лінія має хвильовий опір 50 ом. Це проміжне компромісне рішення між лінією, що має найменшу загасання, і лінією, що передає найбільшу потужність.

Іноді) гнучкий коаксіальний кабель застосовується для з’єднання нагрівального індуктора з високочастотним трансформатором в установках поверхневої гарту. До цього кабелю пред’являються ще інші вимоги, відмінні від тих, що були розібрані вище. Токоподвод до індуктора повинен мати найменшу індуктивність. Для цього вибирають відношення зовнішнього і внутрішнього діаметрів провідників 1,1 або навіть ще менше: 1,05. Хвильовий опір цього кабелю менше 10 ом.

Ось яке різноманітність кращих кабелів. Ставлення діаметрів може бути і 1,1, і 1,65, і 2,3, і 2,7, і 3,6 і багато інших ще може бути соотнош! Еній зовнішнього і внутрішнього діаметрів провідників. Кожне рішення є кращим для своїх умов.

Універсального, кращого з кращих кабелю не існує.

Різні точка зору

Багато хто, якщо не всі закони природи, можуть бути виражені в термінах максимуму і мінімуму. Графічне представлення залежності цікавить нас величини від того, що прийнято за незалежну змінну, зображується кривої, яка має і піднімається, і що опускається частину. А якщо незалежних змінних дві, то замість однієї кривої виходить поверхня з горами й ущелинами.

Узагальнення приходять тільки після накопичення достатньої кількості експериментальних фактів. Трапляється, що різні дослідники ведуть сходження на гору або спуск в ущелину з різних сторін. Тумани ховають гірський край. Один думає, що вершина лежить на захід, інші, – що вона повинна бути на сході. Тим, хто підіймається по неходженими стежками, може здатися, що факти ведуть до взаємовиключних закономірностям.

Карта місцевості точна тільки, якщо на ній уторовано маршрути у всіх напрямках. До Колумба зображували земну кулю без американського континенту. При інженерних дослідженнях не відразу з’являються на графіках всі маршрути, все максимуми і все мінімуми. Десятки років будують електрики трансформатори зі сталевими сердечниками. У цих сердечниках циркулює змінний магнітний потік. Він збуджує в стали вихрові струми, які нагрівають сердечник, створюють шкідливі втрати енергії. У всіх курсах трансформаторобудування дані рецепти боротьби з цими втратами. Якщо розбити сердечник на окремі ізольовані одна від інший пластини або дроту, то інтенсивність вихорів різко впаде. Якщо збільшити електроопір стали, то інтенсивність вихрових струмів також впаде.

Але що виділяється вихровими струмами тепло може мати і корисне застосування. Для нагріву стали для загартування, для кування, для штампування сталь пронизують змінним магнітним потоком, і виділяється тепло доводить сталь до істерики. І тут є свої рецепти і закони. Чим більше поверхня тіла, що нагрівається, тим більше в ньому виділяється тепла. Якщо одним і тим же магнітним потоком пронизати один стрижень з поперечним перетином у 1 см2, То в ньому виділиться в два рази менше тепла, ніж в чотирьох стержнях, кожен з яких має перетин у чверть квадратного сантиметра. Якщо збільшити електроопір нагрівається матеріалу, то виділяється в ньому потужність зросте.

Ці рекомендації прямо протилежні тим, що застосовують трансформаторостроітелі.

В обох випадках має місце одне і те ж явище – збудження вихрового струму змінним магнітним потоком. Трансформаторостроітелі користуються своїми законами: збільшують електроопір стали, розбивають масивний сердечник на більш тонкі листи або дроту і отримують необхідні результати – зменшення тепла, що виділяється вихровими струмами.

Термісти ж користуються своїми законами: також збільшують електроопір і розбивають сердеч-

нік і також отримують те, що їм потрібно, -збільшення тепла.

Фіг. 7-20. Нагрівання пучка циліндрів в котушці (многовіткових індукторі), обтічної змінним струмом.

На бічній поверхні одного з циліндрів тонкими лініями зі стріл »ками показано напрямок вихрових струмів, порушуваних змінним магнітним потоком котушки.

Хто ж правий? а хто помиляється?

Мають рацію і ті, й інші: вони дивляться на гору максимуму з різних точок зору. Їх погляди не взаємовиключають, а взаємодоповнюють один одного.

На фіг. 7-20 показаний нагрів пучка циліндрів, а на фіг. 7-21 повний хід залежності виділяється в пучку циліндрів тепла від їх числа при незмінній загальній масі. Залежність питомої потужності від діаметра циліндра має і піднімають і опускають гілки. При високих частотах електромагнітна хвиля не проникає вглиб металу: виділяється тепло пропорційно величині

Фіг. 7-21. Потужність. виділяється в пучку металевих циліндрів залежно від числа цих циліндрів. Мешкаючи маса металу вважається незмінною, а з уреліченіем чт-сла пилина; рон всз’астарт ступінь роздроблення металу і зменшується діаметр кожного окремого циліндра. Частота і сила струму в індукторі, що охоплює весь пучок циліндрів, вважається незмінною, що не залежить від числа циліндрів.

Найбільша потужність виділяється в пучку циліндрів, коли довжина електромагнітної хвилі в металі приблизно дорівнює діаметру кожного одиничного циліндра, поверхні. Подрібнення сердечника викликає збільшення виділяється в ньому тепла.

Але подрібнений до певної величини сердечник стає вже прозорим для електромагнітної хвилі: вона пронизує його, втрачаючи тільки малу частину своєї енергії, і в цій області подальше подрібнення веде до ще більшого зменшення виділяється тепла.

Трансформаторостроітелей цікавить тільки ця гілка кривої. У більшості конструкцій вони знаходяться ще дуже далеко від максимуму. Їм достатні карти ближнього плавання. У своїх розрахунках вони користуються спрощеними наближеними формулами.

Джерело: Електрика працює Г.І.Бабат 1950-600M