Металлические кабели и их дефекты

Ни бурное развитие сетей сотовой и спутниковой связи, ни нарастающее применение волоконно-оптических кабелей на магистральных участках сетей не отменяют необходимости обслуживания медных кабелей — проблем с ними хватит еще не на одно поколение связистов. Тем более что ни о какой замене медных кабелей, особенно на абонентской телефонной сети, речи пока не идет, поскольку это связано с гигантскими финансовыми затратами, на которые сегодня не может пойти ни одна ГТС.

Более того, медные абонентские линии переживают второе рождение. Это связано с совершенствованием технологий кодирования информации и повышением мощности сигнальных процессоров: новые технологии позволяют передавать по обычным телефонным линиям высокоскоростные цифровые потоки (общее название их семейства — xDSL). Кроме того, медные кабели продолжают активно применяться при строительстве кабельных систем зданий (СКС).

В настоящее время на сетях связи наиболее распространены симметричные кабели с медными проводниками. В зависимости от диапазона частот, в котором они применяются, их можно разделить на две группы: низкочастотные и высокочастотные кабели.

Низкочастотные кабели прокладываются на абонентских телефонных сетях уже более 100 лет. При их разработке основной задачей был поиск оптимального сочетания проводника и изоляционного материала. В результате выбранная комбинация медного проводника и изоляционного материала в виде сухой бумаги быстро стала, без всякого преувеличения, отраслевым стандартом.

Однако, как выяснилось позже, такое решение оказалось проблематичным. Вследствие использования бумаги попадание воды в кабель практически выводило его из строя, и, чтобы исключить такую возможность, в кабелях приходилось поддерживать избыточное воздушное давление.

Распределение повреждений по типам: 45% — нарушения герметичности муфт и мест сварок; 15% — проведение посторонних работ на трассе; 10% — растрескивание кабеля в результате перегиба; 6% — растрескивание кабеля на прямолинейном участке; 24% — повреждение кабеля грызунами, промерзание кабельной канализации и прочие повреждения.

В 1950 г. в прессе были опубликованы первые материалы о разработке кабеля в так называемом «пластмассовом исполнении». Сами кабели с пластиковой изоляцией жил (Plastic Insulated Conductor, PIC) появились в начале 1960-х гг. и предназначались для замены кабелей с бумажной изоляцией, срок службы которых подошел к концу. Кроме того, пластик стал использоваться и вместо свинцовой оболочки. Это было связано с тем, что применение свинца при изготовлении кабелей связи достигло поистине гигантских масштабов, в результате всем стало ясно, что будущего у такого производства нет.

После нескольких лет экспериментов промышленность остановилась на полиэтилене низкой плотности. Первые образцы кабелей с полиэтиленовой изоляцией жил и пластмассовой оболочкой испытывались на распределительном участке абонентских сетей.

Поначалу многие специалисты считали переход на повсеместное использование пластика безоговорочной гарантией от проникновения воды под оболочку кабеля. Однако, как оказалось, она способна просачиваться и сквозь пластиковую изоляцию. Примерно через полгода после ввода в эксплуатацию в линии появлялись шумы, а ее сопротивление увеличивалось. Бесчисленные места сращивания кабеля под землей заполнялись водой. Устранение последствий воздействия влаги на кабель превратилось чуть ли не в отдельное направление развития отрасли. Качество связи в сетях, где использовались кабели с пластмассовой оболочкой, стало постепенно деградировать. Процесс шел довольно медленно, однако это было слабым утешением. Проблему решали в основном с помощью водоотталкивающих (гидрофобных) заполнителей.

Высокочастотные симметричные кабели появились в 1930-х гг. Они предназначались для применения в аналоговых системах передачи (АСП) высокочастотных междугородных линий связи. К 1995 г. параметры кабелей позволили использовать их в 60-канальных АСП с линейным спектром частот от 12 до 252 кГц. Параллельно шло развитие высокочастотных кабелей с кордельно-бумажной изоляцией. Постепенно и они вышли на уровень 60-канальных АСП. Позднее специальные конструкции высокочастотных симметричных кабелей были разработаны для цифровых систем передачи (ЦСП).

При создании таких кабелей прежде всего основной трудностью было устранить переходные влияния на высоких частотах, самой серьезной причиной которых, как известно, является остаточная асимметрия пар вследствие конструктивных дефектов их изготовления и полученных в процессе эксплуатации повреждений. В целях минимизации влияния первого фактора на заводах внедрялся тщательный контроль однородности. Кроме того, симметрия пар достигалась оптимальным выбором шага скрутки. В современных конструкциях симметричных кабелей широко применяются тонкие экраны из металлической фольги для разделения групп в сердечнике кабеля.

Кабель магистральный симметричный

Кабель магистральный симметричный высокочастотный

Кабель абонентский

Помимо симметричных кабелей широко распространены и коаксиальные. Идея создания коаксиального кабеля впервые пришла в голову в 1934 г. эмигранту из России С. А. Щелкунову, сотруднику американской компании Bell Labs.

С ростом передаваемой частоты затухание в коаксиальных кабелях не увеличивается (что видно с помощью кабельных рефлектометров), а уменьшается. Дело в том, что вследствие поверхностного эффекта рабочий ток оттесняется к периферии внутреннего проводника и к внутренней поверхности внешнего проводника. Таким образом, помехи, наводимые с соседних пар, не смешиваются с рабочим током.

Кабельные линии ГТС разделяются на три структурных участка: магистральный, распределительный и абонентский. Все три участка абонентской сети различаются типами применяемых кабелей.

На соединительных линиях между АТС, а также на магистральных участках от АТС до распределительных шкафов (РШ) прокладываются многопарные кабели большой емкости (до 1200 пар). Как правило, в целях защиты от влаги, они содержатся под избыточным воздушным давлением, благодаря чему срок их службы удается увеличить.

Распределительный участок сети организуют на основе кабелей емкостью 10—100 пар. Эти линии не находятся под давлением. Протяженность распределительного участка обычно составляет около 30% от общей длины линий кабельной сети. Абонентская проводка выполняется однопарным телефонным проводом.

Современные отечественные магистральные и распределительные кабели типа Т (телефонный с воздушно-бумажной изоляцией жил) или ТПП (телефонный с полиэтиленовой изоляцией жил и в пластмассовой оболочке) отличаются только емкостью. Абонентская проводка выполняется кабелями типа ТРВК (телефонный распределительный кабель с поливинилхлоридной изоляцией) и ТРПК (телефонный распределительный кабель с полиэтиленовой изоляцией) с медными жилами.

Повреждения кабелей связи происходят постоянно, расходы на поддержание кабельной инфраструктуры уже давно учитываются отдельной статьей в бюджетах операторов связи и, мало того, занимают существенную их часть! Статистический анализ свидетельствует, что плотность механических повреждений линий ГТС (число повреждений в течение года на 100 км кабеля), приводящих к нарушению связи, составляет 13 на магистральных участках и 33 в абонентской сети. Кроме того, в результате анализа удалось выявить наиболее слабые места кабелей в пластиковой оболочке.

Впрочем, это только вершина айсберга! Статистика не учитывает частичных повреждений, появления шумов на линии и т. д. А ведь их намного больше, и все они оказывают влияние на то, что мы называем «качеством связи»!