Рассчет падение напряжения по длине кабеля
Линии электропередач транспортируют ток от распределительного устройства к конечному потребителю по токоведущим жилам различной протяженности. В точке входа и выхода напряжение будет неодинаковым из-за потерь, возникающих в результате большой длины проводника.
Падение напряжения по длине кабеля возникает по причине прохождения высокого тока, вызывающего увеличение сопротивления проводника.
На линиях значительной протяженности потери будут выше, чем при прохождении тока по коротким проводникам такого же сечения. Чтобы обеспечить подачу на конечный объект тока требуемого напряжения, нужно рассчитывать монтаж линий с учетом потерь в токоведущем кабеле, отталкиваясь от длины проводника.
Содержание
- Результат понижения напряжения
- Причины падения напряжения
- Расчет с применением формулы
- Проведение сложных расчетов
- Использование готовых таблиц
- Применение сервис-калькулятора
- Как сократить потери
Результат понижения напряжения
Согласно нормативным документам, потери на линии от трансформатора до наиболее удаленного энергонагруженного участка для жилых и общественных объектов должны составлять не более девяти процентов.
Допускаются потери 5 % до главного ввода, а 4 % — от ввода до конечного потребителя. Для трехфазных сетей на три или четыре провода номинальное значение должно составлять 400 В ± 10 % при нормальных условиях эксплуатации.
Отклонение параметра от нормированного значения может иметь следующие последствия:
- Некорректная работа энергозависимых установок, оборудования, осветительных приборов.
- Отказ работы электроприборов при сниженном показателе напряжения на входе, выход оборудования из строя.
- Снижение ускорения вращающего момента электродвигателей при пусковом токе, потери учитываемой энергии, отключение двигателей при перегреве.
- Неравномерное распределение токовой нагрузки между потребителями на начале линии и на удаленном конце протяженного провода.
- Работа осветительных приборов на половину накала, за счет чего происходят недоиспользование мощности тока в сети, потери электроэнергии.
В рабочем режиме наиболее приемлемым показателем потерь напряжения в кабеле считается 5 %. Это оптимальное расчетное значение, которое можно принимать допустимым для электросетей, поскольку в энергетической отрасли токи огромной мощности транспортируются на большие расстояния.
К характеристикам линий электропередач предъявляются повышенные требования. Важно уделять особое внимание потерям напряжения не только на магистральных сетях, но и на линиях вторичного назначения.
Причины падения напряжения
Каждому электромеханику известно, что кабель состоит из проводников — на практике используются жилы с медными или алюминиевыми сердечниками, обмотанные изоляционным материалом. Провод помещен в герметичную полимерную оболочку — диэлектрический корпус.
Поскольку металлические проводники расположены в кабеле слишком плотно, дополнительно прижаты слоями изоляции, при большой протяженности электромагистрали металлические сердечники начинают работать по принципу конденсатора, создающего заряд с емкостным сопротивлением.
Падение напряжения происходит по следующей схеме:
- Проводник, по которому пущен ток, перегревается и создает емкостное сопротивление как часть реактивного сопротивления.
- Под воздействием преобразований, протекающих на обмотках трансформаторов, реакторах, прочих элементах цепи, мощность электроэнергии становится индуктивной.
- В результате резистивное сопротивление металлических жил преобразуется в активное сопротивление каждой фазы электрической цепи.
- Кабель подключают на токовую нагрузку с полным (комплексным) сопротивлением по каждой токоведущей жиле.
- При эксплуатации кабеля по трехфазной схеме три линии тока в трех фазах будут симметричными, а нейтральная жила пропускает ток, приближенный к нулю.
- Комплексное сопротивление проводников приводит к потерям напряжения в кабеле при прохождении тока с векторным отклонением за счет реактивной составляющей.
Графически схему падения напряжения можно представить следующим образом: из одной точки выходит прямая горизонтальная линия — вектор силы тока. Из этой же точки выходит под углом к силе тока вектор входного значения напряжения U1 и вектор выходного напряжения U2 под меньшим углом. Тогда падение напряжения по линии равно геометрической разнице векторов U1 и U2.
Рисунок 1. Графическое изображение падения напряжения
На представленном рисунке прямоугольный треугольник ABC отражает падение и потери напряжения на линии кабеля большой длины. Отрезок AB — гипотенуза прямоугольного треугольника и одновременно падение, катеты AC и BC показывают падение напряжения с учетом активного и реактивного сопротивления, а отрезок AD демонстрирует величину потерь.
Производить подобные расчеты вручную довольно сложно. График служит для наглядного представления процессов, протекающих в электрической цепи большой протяженности при прохождении тока заданной нагрузки.
Расчет с применением формулы
На практике при монтаже линий электропередач магистрального типа и отведения кабелей к конечному потребителю с дальнейшей разводкой на объекте используется медный или алюминиевый кабель.
Удельное сопротивление для проводников постоянное, составляет для меди р = 0,0175 Ом*мм2/м, для алюминиевых жил р = 0,028 Ом*мм2/м.
Зная сопротивление и силу тока, несложно вычислить напряжение по формуле U = RI и формуле R = р*l/S, где используются следующие величины:
- Удельное сопротивление провода — p.
- Длина токопроводящего кабеля — l.
- Площадь сечения проводника — S.
- Сила тока нагрузки в амперах — I.
- Сопротивление проводника — R.
- Напряжение в электрической цепи — U.
Использование простых формул на несложном примере: запланировано установить несколько розеток в отдельно стоящей пристройке частного дома. Для монтажа выбран медный проводник сечением 1,5 кв. мм, хотя для алюминиевого кабеля суть расчетов не изменяется.
Поскольку ток по проводам проходит туда и обратно, нужно учесть, что расстояние длины кабеля придется умножать вдвое. Если предположить, что розетки будут установлены в сорока метрах от дома, а максимальная мощность устройств составляет 4 кВт при силе тока в 16 А, то по формуле несложно сделать расчет потерь напряжения:
U=(р*L*2)/(s*I), где
- p – удельное сопротивление материала жилы кабеля;
- L – длина кабеля;
- s – сечение жилы кабеля;
- I – сила тока в амперах.
Пример расчета:
U = 0,0175*40*2/1,5*16
U = 14,93 В
Если сравнить полученное значение с номинальным для однофазной линии 220 В 50 Гц, получается, что потери напряжения составили: 220-14,93 = 205,07 В.
Такие потери в 14,93 В — это практически 6,8 % от входного (номинального) напряжения в сети. Значение, недопустимое для силовой группы розеток и осветительных приборов, потери будут заметны: розетки будут пропускать ток неполной мощности, а осветительные приборы — работать с меньшим накалом.
Мощность на нагрев проводника составит P = UI = 14,93*16 = 238,9 Вт. Это процент потерь в теории без учета падения напряжения на местах соединения проводов, контактах розеточной группы.
Проведение сложных расчетов
Для более детального и достоверного расчета потерь напряжения на линии нужно принимать во внимание реактивное и активное сопротивление, которое вместе образует комплексное сопротивление, и мощность.
Для проведения расчетов падения напряжения в кабеле используют формулу:
∆U = (P*r0+Q*x0)*L/ U ном
В этой формуле указаны следующие величины:
- P, Q — активная, реактивная мощность.
- r0, x0 — активное, реактивное сопротивление.
- U ном — номинальное напряжение.
Чтобы обеспечить оптимальную нагрузку по трехфазных линиям передач, необходимо нагружать их равномерно. Для этого силовые электродвигатели целесообразно подключать к линейным проводам, а питание на осветительные приборы — между фазами и нейтральной линией.
Есть три варианта подключения нагрузки:
- от электрощита в конец линии;
- от электрощита с равномерным распределением по длине кабеля;
- от электрощита к двум совмещенным линиям с равномерным распределением нагрузки.
Пример расчета потерь напряжения: суммарная потребляемая мощность всех энергозависимых установок в доме, квартире составляет 3,5 кВт — среднее значение при небольшом количестве мощных электроприборов. Если все нагрузки активные (все приборы включены в сеть), cosφ = 1 (угол между вектором силы тока и вектором напряжения). Используя формулу I = P/(Ucosφ), получают силу тока I = 3,5*1000/220 = 15,9 А.
Дальнейшие расчеты: если использовать медный кабель сечением 1,5 кв. мм, удельное сопротивление 0,0175 Ом*мм2, а длина двухжильного кабеля для разводки равна 30 метров.
∆U = I*R/U*100 %, где сила тока равна 15,9 А, сопротивление составляет 2 (две жилы)*0,0175*30/1,5 = 0,7 Ом. Тогда ∆U = 15,9*0,7/220*100% = 5,06 %.
Полученное значение незначительно превышает рекомендуемое нормативными документами падение в пять процентов. В принципе, можно оставить схему такого подключения, но если на основные величины формулы повлияет неучтенный фактор, потери будут превышать допустимое значение.
Что это значит для конечного потребителя? Оплата за использованную электроэнергию, поступающую к распределительному щиту с полной мощностью при фактическом потреблении электроэнергии более низкого напряжения.
Использование готовых таблиц
Как домашнему мастеру или специалисту упростить систему расчетов при определении потерь напряжения по длине кабеля? Можно пользоваться специальными таблицами, приведенными в узкоспециализированной литературе для инженеров ЛЭП. Таблицы рассчитаны по двум основным параметрам — длина кабеля в 1000 м и величина тока в 1 А.
В качестве примера представлена таблица с готовыми расчетами для однофазных и трехфазных электрических силовых и осветительных цепей из меди и алюминия с разным сечением от 1,5 до 70 кв. мм при подаче питания на электродвигатель.
Таблица 1. Определение потерь напряжения по длине кабеля
Площадь сечения, мм2 | Линия с одной фазой | Линия с тремя фазами | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Питание | Освещение | Питание | Освещение | ||||
Режим | Пуск | Режим | Пуск | ||||
Медь | Алюминий | Косинус фазового угла = 0,8 | Косинус фазового угла = 0,35 | Косинус фазового угла = 1 | Косинус фазового угла = 0,8 | Косинус фазового угла = 1 | |
1,5 | 24,0 | 10,6 | 30,0 | 20,0 | 9,4 | 25,0 | |
2,5 | 14,4 | 6,4 | 18,0 | 12,0 | 5,7 | 15,0 | |
4,0 | 9,1 | 4,1 | 11,2 | 8,0 | 3,6 | 9,5 | |
6,0 | 10,0 | 6,1 | 2,9 | 7,5 | 5,3 | 2,5 | 6,2 |
10,0 | 16,0 | 3,7 | 1,7 | 4,5 | 3,2 | 1,5 | 3,6 |
16,0 | 25,0 | 2,36 | 1,15 | 2,8 | 2,05 | 1,0 | 2,4 |
25,0 | 35,0 | 1,5 | 0,75 | 1,8 | 1,3 | 0,65 | 1,5 |
35,0 | 50,0 | 1,15 | 0,6 | 1,29 | 1,0 | 0,52 | 1,1 |
50,0 | 70,0 | 0,86 | 0,47 | 0,95 | 0,75 | 0,41 | 0,77 |
Таблицы удобно использовать для расчетов при проектировании линий электропередач. Пример расчетов: двигатель работает с номинальной силой тока 100 А, но при запуске требуется сила тока 500 А. При нормальном режиме работы cos ȹ составляет 0,8, а на момент пуска значение равно 0,35. Электрический щит распределяет ток 1000 А. Потери напряжения рассчитывают по формуле ∆U% = 100∆U/U номинальное.
Двигатель рассчитан на высокую мощность, поэтому рационально использовать для подключения провод с сечением 35 кв. мм, для трехфазной цепи в обычном режиме работы двигателя потери напряжения равны 1 вольт по длине провода 1 км. Если длина провода меньше (к примеру, 50 метров), сила тока равна 100 А, то потери напряжения достигнут:
∆U = 1 В*0,05 км*100А = 5 В
Потери на распределительном щите при запуске двигателя равны 10 В. Суммарное падение 5 + 10 = 15 В, что в процентном отношении от номинального значения составляет 100*15*/400 = 3,75 %. Полученное число не превышает допустимое значение, поэтому монтаж такой силовой линии вполне реальный.
На момент пуска двигателя сила тока должна составлять 500 А, а при рабочем режиме — 100 А, разница равна 400 А, на которые увеличивается ток в распределительном щите. 1000 + 400 = 1400 А. В таблице 1 указано, что при пуске двигателя потери по длине кабеля 1 км равны 0,52 В, тогда
∆U при запуске = 0,52*0,05*500 = 13 В
∆U щита = 10*1400/100 = 14 В
∆U суммарные = 13+14 = 27 В, в процентном отношении ∆U = 27/400*100 = 6,75 % — допустимое значение, не превышает максимальную величину 8 %. С учетом всех параметров монтаж силовой линии приемлем.
Применение сервис-калькулятора
Расчеты, таблицы, графики, диаграммы — точные инструменты для вычисления падения напряжения по длине кабеля. Упростить работу можно, если выполнить расчеты с помощью онлайн-калькулятора. Преимущества очевидны, но стоит проверить данные на нескольких ресурсах и отталкиваться от среднего полученного значения.
Как это работает:
- Онлайн-калькулятор разработан для быстрого выполнения расчетов на основе исходных данных.
- В калькулятор нужно ввести следующие величины — ток (переменный, постоянный), проводник (медь, алюминий), длина линии, сечение кабеля.
- Обязательно вводят параметры по количеству фаз, мощности, напряжению сети, коэффициенту мощности, температуре эксплуатации линии.
- После введения исходных данных программа определяет падение напряжения по линии кабеля с максимальной точностью.
- Недостоверный результат можно получить при ошибочном введении исходных величин.
Пользоваться такой системой можно для проведения предварительных расчетов, поскольку сервис-калькуляторы на различных ресурсах показывают не всегда одинаковый результат: итог зависит от грамотной реализации программы с учетом множества факторов.
Тем не менее, можно провести расчеты на трех калькуляторах, взять среднее значение и отталкиваться от него на стадии предварительного проектирования.
Как сократить потери
Очевидно, что чем длиннее кабель на линии, тем больше сопротивление проводника при прохождении тока и, соответственно, выше потери напряжения.
Есть несколько способов сократить процент потерь, которые можно использовать как самостоятельно, так и комплексно:
- Использовать кабель большего сечения, проводить расчеты применительно к другому проводнику. Увеличение площади сечения токоведущих жил можно получить при соединении двух проводов параллельно. Суммарная площадь сечения увеличится, нагрузка распределится равномерно, потери напряжения станут ниже.
- Уменьшить рабочую длину проводника. Метод эффективный, но его не всегда можно использовать. Сократить длину кабеля можно при наличии резервной длины проводника. На высокотехнологичных предприятиях вполне реально рассмотреть вариант перекладки кабеля, если затраты на трудоемкий процесс гораздо ниже, чем расходы на монтаж новой линии с большим сечением жил.
- Сократить мощность тока, передаваемую по кабелю большой протяженности. Для этого можно отключить от линии несколько потребителей и подключить их по обходной цепи. Данный метод применим на хорошо разветвленных сетях с наличием резервных магистралей. Чем ниже мощность, передаваемая по кабелю, тем меньше греется проводник, снижаются сопротивление и потери напряжения.
Внимание! При эксплуатации кабеля в условиях повышенной температуры проводник нагревается, падение напряжения растет. Сократить потери можно при использовании дополнительной теплоизоляции или прокладке кабеля по другой магистрали, где температурный показатель существенно ниже.
Расчет потерь напряжения — одна из главных задач энергетической отрасли. Если для конечного потребителя падение напряжения на линии и потери электроэнергии будут практически незаметными, то для крупных предприятий и организаций, занимающихся подачей электроэнергии на объекты, они впечатляющие. Снизить падение напряжения можно, если правильно выполнить все расчеты.
Влияние длины и сечения кабеля на потери по напряжению
Администрация2022-01-31T22:45:43+03:00
Статьи потери напряжения 0 Комментариев
Потери электроэнергии – неизбежная плата за ее транспортировку по проводам, вне зависимости от длины передающей линии. Существуют они и на воздушных линиях электропередач длиною в сотни километров и на отрезках электропроводки в несколько десятков метров домашней электрической сети. Происходят они, прежде всего потому, что любые провода имеют конечное сопротивление электрическому току. Закон Ома, с которым каждый из нас имел возможность познакомиться на школьных уроках физики, гласит, что напряжение (U) связано с током (I) и сопротивлением (R) следующим выражением:
U = I·R,
из него следует что чем выше сопротивление проводника, тем больше на нем падение (потери) напряжения при постоянных значениях тока. Это напряжение приводит к нагреву проводников, который может грозить плавлением изоляции, коротким замыканием и возгоранием электропроводки.
При передаче электроэнергии на большие расстояния потерь удается избегать за счет снижения силы передаваемого тока, достигается это многократным повышением напряжения до сотен киловольт. В случае низковольтных сетей, напряжением 220 (380) В, потери можно минимизировать только выбором правильного сечения кабеля.
Почему падает напряжение и как это зависит от длины и сечения проводников
Для начала остановимся на простом житейском примере частного сектора в черте города или большого поселка, в центре которого находится трансформаторная подстанция. Жильцы домов, расположенных в непосредственной близости к ней жалуются на постоянную замену быстро перегорающих лампочек, что вполне закономерно, ведь напряжение в их сети достигает 250 В и выше. В то время как на окраине села при максимальных нагрузках на сеть оно может опускаться до 150 вольт. Вывод в таком случае напрашивается один, падение напряжение зависит от длины проводников, представленных линейными проводами.
Конкретизируем, от чего зависит величина сопротивления проводника на примере медных проводов, которым сегодня отдается предпочтение. Для этого опять вернемся к школьному курсу физики, из которого известно, что сопротивление проводника зависит от трех величин:
- удельного сопротивления материала – ρ;
- длины отрезка проводника – l;
- площади поперечного сечения (при условии, что по всей длине оно одинаковое) – S.
Все четыре параметра связывает следующее соотношение:
R = ρ·l/S,
очевидно, что сопротивление растет по мере увеличения длины проводника и падает по мере увеличения сечения жилы.
Для медных проводников удельное сопротивление составляет 0.0175 Ом·мм²/м, это значит, что километр медного провода сечением 1 мм² будет иметь сопротивление 17.5 Ом, в реальной ситуации оно может отличаться, например, из-за чистоты металла (наличия в сплаве примесей).
Для алюминиевых проводников величина сопротивления еще выше, поскольку удельное сопротивление алюминиевых проводов составляет 0.028 Ом·мм²/м.
Теперь вернемся к нашему примеру. Пусть от подстанции до самого крайнего дома расстояние составляет 1 км и электропитание напряжения 220 вольт до него проложено алюминиевым проводом марки А, с минимальным сечением 10 мм². Расстояние, которое необходимо пройти электрическому току складывается из длины нулевых и фазных проводов, то есть в нашем примере необходимо применить коэффициент 2, таким образом максимальная длина составит 2000 м. Подставляя наши значения в последнюю формулу, получим величину сопротивления равную 5.6 Ом.
Много это или мало, понятно из упомянутого выше закона Ома, так для потребителя с номинальным током всего 10 ампер, в приведенном примере падение напряжения составит 56 В, которые уйдут на обогрев улицы.
Конечно же, если нельзя уменьшить расстояние, следует выбрать сечение проводов большей площади, это касается и внутренних проводок, однако это ведет к увеличению затрат на кабельно-проводниковую продукцию. Оптимальным решением будет правильно рассчитать сечения проводов, учитывая максимальную допустимую нагрузку.
Остались вопросы?
Заполните форму обратно связи ниже, наши специалисты свяжутся с Вами, проконсультируют, расскажут про возможные способы решения Вашей задачи.
заказать консультацию
Ваше имя (обязательно)
Ваш e-mail (обязательно)
Телефон
Сообщение
Прикрепить файл
Даю согласие на обработку данных
Что влияет на потерю сигнала, как рассчитать и минимизировать его
Дениз Хант
•
Факты, проверенные с помощью Jose George
У вас есть проблемы со слабыми. сигнал? До недавнего времени, если ваше телевизионное изображение было идеальным, пришло время проверить подключение антенны. Возможно, вы имеете дело с потерями сигнала где-то в ваших коаксиальных кабельных линиях.
Если это звучит хорошо, вот что нужно знать о настройке коаксиального кабеля и проблемах с сигналом! Это руководство поможет узнать все о потерях сигнала в коаксиальных кабелях.
Во-первых, вы узнаете, как на это влияют длина и частота кабеля. Далее вы узнаете, как рассчитать потери в различных типах коаксиальных кабелей. Наконец, вы узнаете, какая настройка приведет к незначительным потерям сигнала.
Содержание
- Основные сведения о потерях сигнала в коаксиальных кабелях
- Влияет ли длина кабеля на потери сигнала?
- Влияет ли частота на потерю сигнала?
- Резистивные потери
- Диэлектрические потери
- Зависят ли потери сигнала от типа кабеля?
- Кабель RG-6
- Потеря сигнала в коаксиальном кабеле — кабель RG-11
- Потеря сигнала в коаксиальном кабеле — кабель RG-59
- Потеря сигнала в коаксиальном кабеле — двухжильный кабель Потери сигнала в коаксиальном кабеле. Какой кабель имеет наименьшие потери сигнала в дБ?
- Заключение
Подпись: Коаксиальные кабели с разъемами
Во-первых, очень важно понять, как мы измеряем потери сигнала в коаксиальных кабелях. Типичной единицей измерения является дБ или децибел мощности. Это отношение мощности в логарифмическом масштабе. Это устройство является базовым для проверки работы кабелей, упомянутых выше. Поэтому вы найдете экспертов по всему миру, использующих дБ для описания затухания.
Затухание — это другое название потери качества сигнала в сетях и других соединениях. Три различных фактора могут повлиять на потерю прочности.
Надпись: Большие бухты кабелей
Длина кабелей может влиять на затухание сигнала. Кроме того, ожидается, что сопротивление, емкость и проводимость на единицу длины будут изменяться. Поэтому радиосигналы могут столкнуться с потерями.
Использование кабеля длиной 50 футов может привести к потере до 20 % исходного сигнала. А те, что в диапазоне 100-200 футов, могут иметь потери до 50%. Таким образом, вы можете скомпрометировать движение от антенн к приемникам. Эта проблема может возникнуть, если вам нужно проложить 100-футовый кабель по всему дому.
Эксперты предлагают ограничить антенные кабели до 15 футов. Затем, если нет других причин потери сигнала, затухание должно оставаться низким.
Частота может влиять на потерю сигнала, особенно при входе в диапазон УВЧ. Таким образом, передача высокочастотного сигнала имеет больше шансов потерять максимальную силу сигнала. Это связано с тем, что:
Резистивные потериЦентральный провод коаксиального кабеля имеет некоторое сопротивление. Это сопротивление приводит к рассеиванию тепла. Радиочастотные токи могут появиться вблизи поверхности проводника, так называемый «скин-эффект».
Сопротивление уменьшается, а качество сигнала улучшается при большем внешнем диаметре. Кроме того, частота сигнала также влияет на его силу.
Вы обнаружите, что передача высокочастотного сигнала усиливает скин-эффект. Независимо от типа кабеля, повышенная частота уменьшает площадь проводника, по которой течет ток.
Диэлектрические потериЭти потери в кабеле объяснить сложнее, чем потери резистивного типа. Это потому, что ваш электрический кабель имеет изоляцию вокруг электрического поля.
Благодаря диэлектрической изоляции центральный проводник остается на расстоянии от экрана вокруг разъемов коаксиального кабеля. Если вы выберете дополнительную изоляцию, вы увеличите диэлектрические потери.
Коаксиальный ВЧ-кабель не будет иметь значительных диэлектрических потерь в ВЧ-диапазоне. С другой стороны, к нему могут привести УКВ и ДМВ диапазоны. Кроме того, в зависимости от размера коаксиального кабеля может потребоваться дополнительная изоляция. Это также увеличит диэлектрические потери.
Если вам нужны минимальные потери сигнала, вам потребуется минимальная изоляция. С этим вариантом изоляции лучше всего сочетать более выступающую жилу с увеличенным внешним диаметром.
Надпись: Коаксиальные кабели подключены ко входам LNB
Да, разница не только в длине кабеля и частоте. Тип кабеля для видео или других целей также влияет на качество сигнала. Вот обзор типичных применений типов коаксиальных кабелей!
Кабель RG-6Надпись: Коаксиальный кабель RG6
Кабели RG6 — ваш первый выбор при выборе кабеля для HDTV. Во-первых, вы можете выбрать от двух до четырех экранирующих слоев фольги. Дополнительные внешние слои повышают долговечность и прочность.
Таким образом, этот антенный/спутниковый антенный кабель служит дольше и более устойчив к помехам. Если вы выводите проводку наружу, используйте «четырехэкранированный» кабель.
Потеря сигнала в коаксиальном кабеле– Кабель RG-11Надпись: Электрический кабель
Это разумный выбор, если вам нужен более длинный кабель. Вы можете подобрать до четырех щитов с минимальными потерями. Линия RG-11 может обрабатывать даже сильные радиочастотные сигналы.
С другой стороны, это лучше, чем некоторые альтернативы. Таким образом, это коммерческий кабель для требовательных передач. Если вам нужна линия RG11, вы можете найти индивидуальные решения в компании Cloms.
Потеря сигнала в коаксиальном кабеле– Кабель RG-59Этот параметр был основным для OTA TV до перехода на RG6. Сегодня мало кто использует кабель RG-59. Это потому, что у него только один слой фольги в качестве щита. Несмотря на этот недостаток, линия RG59 может подойти для игр, записи или аналогичного видеосигнала.
Потеря сигнала в коаксиальном кабеле– Двухжильный кабельЗамените его как можно скорее, независимо от того, какой кабель вы называете ленточным, плоским или двуосным. Вы можете получить ожидаемые результаты на частоте сигнала УКВ.
Однако потеря проявляется, как только вы проходите диапазон RF2-6. Кроме того, двухпроводные устройства поставляются без экранирования. Таким образом, они не работают в дециметровых диапазонах и не работают.
Заголовок: Телевизор с неправильным приемом сигнала
Если вы хотите рассчитать потери сигнала антенны, воспользуйтесь простой формулой:
K1 x F + K2 x F + CLF x F = CL
K1 обозначает резистивные потери, а K2 — диэлектрическая проницаемость. F означает частоту в Гц, а CLF — коэффициент потерь разъема. Вы используете 0,12 (прямое прямое соединение), 0,21 (прямое соединение с прямым углом или наоборот) или 0,30 (прямое соединение с прямым углом).
Результатом являются потери в кабеле в дБ на 100 футов. Вы можете узнать больше о RF-калькуляторах в нашем подробном руководстве.
Coaxial Cable Attenuation in dB per 100 feet
Cable 1 MHz 10 MHz 50 MHz 100 MHz 200 MHz 400 MHz 700 MHz 900 MHz 1 ГГц RG-6 0,16 0,57 1. 4 2.0 2.8 4.3 5.6 6.0 6.1 RG-11 0.14 0.42 1.0 1.5 2.2 3.5 4.1 5.2 6.6 RG-8X 0.2 0.78 2.0 3.0 4.5 6.0 7.9 8.8 / RG-58 0.44 1.4 4.1 4.8 7.5 11.8 / / / RG-59 0.6 1.1 2.4 3.4 4.9 7.0 9.7 11.1 12.0 RG-213 0.17 0.55 1.3 1.9 2. 5 4.1 7.5 8.0 8.2 RG-214 0.17 0.55 1.3 1.9 2.7 4.1 6.5 7.6 9.0 RF9913** 0.15 0.4 0.9 1.4 1.8 2.6 3.6 4.2 4.5 Надпись: Рука человека держит коаксиальный кабель
Если вам нужны оптимальные электрические сигналы, избегайте длинных кабелей. Однако таким образом не всегда возможно предотвратить утечку сигнала. Таким образом, первый шаг — минимизировать длину вашей линии для HDTV или видео, если это возможно.
Далее, какая частота радиочастотного сигнала вам больше нравится? Если вы можете снизить его, это может привести к усилению сигнала. Например, те, кто использует сигналы уровня 2,1 ГГц, могут ожидать потери 7 дБ на метр. Но если вы понизите частоту до 700 МГц, потери вашего интернет-сигнала будут ниже более чем в два раза.
ЗаключениеПотери сигнала необходимо учитывать в любом диапазоне. Они могут поставить под угрозу качество вашего антенного сигнала, указывая на то, что вам нужно найти наилучшее решение.
Компания Cloms имеет многолетний опыт производства коаксиальных кабелей. Наши специалисты помогут определить лучшее решение и быстро доставят высококачественные линии!
Влияние потерь в кабеле | Аналоговые устройства
Скачать PDF
Abstract
Существует множество испытательных компаний, которые проектируют, производят и поставляют автоматическое испытательное оборудование (ATE) с большим числом выводов. Эти тестеры имеют сложные интегральные схемы, которые управляют каждым выводом тестера. Тестер может иметь до 4096 выводов. На рис. 1 показано, что на каждом выводе обычно имеется драйвер, компаратор, нагрузка, а иногда даже блок параметрических измерений (PMU). Эта электроника прикреплена к кабелю, который затем подключается к штырю. Чтобы снизить затраты, поставщик может использовать кабели низкого качества. Все кабели, особенно низкокачественные, страдают от потерь сигнала, что снижает конечную производительность тестера.
Рис. 1. Типичная конфигурация тестера для одного вывода тестируемого устройства (DUT).
Определение потерь в кабеле
В типичном коаксиальном кабеле (рис. 2) существуют две основные составляющие потерь в кабеле: потери из-за скин-эффекта и диэлектрические потери.
Рисунок 2. Типовой коаксиальный кабель
Потеря скин-эффекта
На высоких частотах сигнал имеет тенденцию распространяться вдоль поверхности внутреннего проводника (показан на рис. 2). Это известно как потеря скин-эффекта. Эта глубина скин-слоя (δ) определяется как:
, где ω — частота в рад/с, µ — магнитная проницаемость проводника в Гн/м, а ρ — сопротивление проводника в омметрах. Потери из-за скин-эффекта приводят к тому, что сопротивление на единицу длины, R l , и индуктивность на единицу длины, L l , увеличиваются пропорционально квадратному корню из частоты. Сопротивление на единицу длины рассчитывается как:
, где w — ширина проводника. Для круглого провода радиуса r ширина равна 2πr. Сопротивление обратного пути также необходимо добавить, но оно обычно намного меньше, чем прямое, и им можно пренебречь.
Диэлектрические потери
Диэлектрический изолятор, показанный на рис. 2, также способствует частотно-зависимым потерям в кабеле. Диэлектрическая проницаемость (ε) определяется как:
где ε’ – действительная составляющая диэлектрической проницаемости, а tanδ представляет собой мнимый или тангенс угла потерь, коэффициент рассеяния диэлектрика. Поскольку диэлектрический изолятор влияет на емкость, емкость на единицу длины (C l ) изменяется на C l (1 + jtanδ).
Общие потери в кабеле
Включая скин-эффект и диэлектрические потери, модель идеального кабеля на единицу длины может быть изменена, чтобы включить эти потери, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3. Упрощенная модель кабеля.
На рисунке 3 мы определяем постоянную распространения как jk = √ZK, где Z — распределенный последовательный импеданс, а Y — распределенный параллельный адмиттанс. В данном случае:
Используя аппроксимацию разложения Тейлора и дальнейшее упрощение, можно извлечь следующий член:
, где Z O — волновое сопротивление линии, ε r — относительная диэлектрическая проницаемость, а c — скорость света.
Наконец, что нам действительно нужно, так это коэффициент усиления кабеля, H(f) = e -jk l , где l — длина линии. Используя выводы сверху, мы получаем:
где:
и
Упрощенный вывод, который мы хотим получить из вышеприведенных вычислений:
- Потери на скин-эффекте (α1) преобладают на низких частотах (рис. 4)
- Диэлектрические потери (α2) преобладают на высоких частотах (рис. 4)
В реальных кабелях H(f) несколько отличается от приведенных выше приближений. Тем не менее, это достаточно точно для большинства работ ATE, где затухание увеличивается не более чем на 6 дБ.
Рис. 4. Представление потерь из-за скин-эффекта (внутренний проводник), диэлектрических потерь и потерь на обратном пути (внешний проводник).
На Рисунке 4 представлено основное представление потерь для типичного коаксиального кабеля, показанного на Рисунке 2, который имеет волновое сопротивление 50 Ом, внутренний медный проводник и внешний проводник из стальной оплетки. Каждый кабель будет иметь свои собственные уникальные потери, но по-прежнему будет демонстрировать ту же тенденцию, что и на рис. 4.
Сводка потерь в кабеле
Целью данных указаний по применению не является предложение строгого математического подхода к расчету потерь в кабеле — его можно получить из различных научных источников. Однако то, что было продемонстрировано в уравнениях, резюмировано на рисунке 4. Из приведенного выше анализа мы получаем следующие важные моменты:
- Все кабели имеют потери, и эти потери в конечном счете ограничивают производительность системы. Величина потерь зависит от качества кабеля и его технических характеристик.
- Имеются следующие потери:
- Потери из-за скин-эффекта, которые преобладают на низких частотах
- Диэлектрические потери, преобладающие на высоких частотах
- Потери на обратном пути незначительны и в большинстве случаев ими можно пренебречь
- Потери через разъемы, реле и другие соединения, выполненные с выходными узлами или DUT
Потери в кабеле и стоимость кабеля
На Рисунке 5 показаны потери в кабеле для типичных кабелей, а в Таблице 1 сравнивается стоимость некоторых кабелей по отношению к их потерям.
Рис. 5. Потери в различных кабелях.
Таблица 1. Типичная стоимость фута для различных гибких коаксиальных кабелей от одного выбранного производителя Кабель Потери на частоте 900 МГц (дБ/м) Стоимость метра ($) RG174 0,75 1,3 RG142 0,382 14,6 RG400/U 0,3492 15.11 РГ232/У 0,4589 10,4 Р393/У 0,296 22,7 RG58 с низкими потерями 0,3691 1,46 РГ58/У 0,531 1,14 RG8X 0,25 1,79 РГ8 0,14 14,3 Примечания
- Множитель стоимости кабеля хорошего качества по сравнению с кабелем низкого качества достигает двадцати к одному (рис. 5, табл. 1). Производители
- ATE предпочитают недорогие кабели, но могут столкнуться с ухудшением производительности системы, связанным с такими кабелями.
- Контактная электроника без компенсации в кабеле не может компенсировать потери в кабеле.
- Замена дорогостоящих, очень широкополосных, энергоемких драйверов контактов обеспечивает лишь незначительные улучшения по сравнению с более дешевыми драйверами контактов с меньшей пропускной способностью и меньшим энергопотреблением при использовании кабелей с потерями.
- Использование 4096 кабелей в одном тестере означает, что стоимость каждого метра кабеля может варьироваться от 5325 до 92 979 долларов США (таблица 1).
- За счет переноса компенсации кабеля на электронику выводов экономия на примерах тестера выводов 4096 может достигать 9 долларов США.2979–5325 долларов США или 87 654 доллара США за тестировщика.
- Значения стоимости в этих примечаниях основаны на информации в Таблице 1 и могут значительно различаться в зависимости от производителя ATE. Однако эти цифры подчеркивают высокую стоимость, связанную с кабельными сборками, и, следовательно, почему для производителей ATE важно найти альтернативные решения, позволяющие использовать более дешевые кабели.
- Кабели, перечисленные в таблице 1, являются гибкими кабелями. Лучшими кабелями являются полужесткие и жесткие кабели. Эти кабели стоят примерно 30 долларов за фут, что в 3 или более раз превышает стоимость лучших гибких кабелей. Это было бы непомерно дорого для любого производителя тестеров и, следовательно, не используется.
- По мере увеличения частот тестера потребность в компенсации кабеля становится обязательной. Высокопроизводительные тестеры уже приближаются к скорости > 1 Гбит/с.
Снижение производительности из-за потери кабеля
Для тестеров, работающих в диапазоне 200 Мбит/с, потери в кабеле могут не быть большой проблемой. Тем не менее, для тестеров, работающих на скорости 500 Мбит/с и выше, необходимо очень тщательно проанализировать характеристики полного сигнального тракта, электроники, кабеля и штырька, чтобы обеспечить правильное измерение полной производительности на выводе. Следующие технические характеристики являются наиболее важными для высокоскоростного тестера:
- DC точность уровней сигнала
- Время нарастания и спада
- Максимальная скорость переключения
- Минимальная допустимая ширина импульса
- Точность распространения и согласование относительно каждого ребра
- Наклоны распространения, такие как распространение в зависимости от минимальной ширины импульса, амплитуды и синфазного сигнала
Все вышеупомянутые рабочие характеристики зависят от выбора кабеля. По мере увеличения скорости переключения потери в кабеле начинают преобладать и ограничивают производительность тестера, независимо от пропускной способности драйвера для управления кабелем. Графики на рисунках 6 и 7 представляют и подчеркивают эти проблемы.
Рисунок 6. Переходная характеристика короткого/качественного кабеля.
Рис. 7. Переходная характеристика более длинного/некачественного кабеля.
На рисунках 6 и 7 показаны формы сигналов, которые большинство инженеров уже видели и о которых знают. Однако примечательно следующее:
- t0 представляет 50% амплитуды сигнала. Как правило, время нарастания от 10% до 90% составляет около 28,6 x t0. Эти две формы сигнала показывают значительное ухудшение времени нарастания для этих двух длин кабеля.
- Характер спада кривой, ограничивающий пропускную способность, влияет на максимальную скорость переключения, минимальную ширину импульса и пропускную способность. Итак, из этих графиков очевидна деградация на пути прохождения сигнала.
- Ухудшение сигнала никак не связано с фактическим драйвером. В этом случае мы подаем ступенчатую характеристику с бесконечной пропускной способностью, и именно кабель создает замедление времени нарастания.
- При более высоких скоростях и более длинных кабелях эта проблема усугубляется.
- Все кабели, независимо от их длины и качества, в той или иной степени демонстрируют характеристики, показанные на рисунках 6 и 7.
- Крайне важно найти решение для потерь в кабеле, чтобы обеспечить полную полосу пропускания драйвера, в противном случае увеличение стоимости кабелей более высокого качества практически не увеличивает ценность приложения.
- Включение компенсации кабеля в электронику решает эти проблемы с потерями в кабеле.
Заключение
Кабели, используемые в высокоскоростном тестере, могут повлиять на общую производительность тестера и в конечном итоге ограничить его производительность. Из-за высокой стоимости, которая может быть связана с этими кабелями, в этих высокоскоростных системах обычно используются недорогие кабели с большими потерями. Поскольку скорости этих тестеров приближаются к 1 Гбит/с и выше, игнорировать эти потери уже нельзя. Замена драйверов драйверами с более высокой пропускной способностью не компенсирует потери, вызванные этими кабелями, и, следовательно, кабели будут ограничивать производительность системы.