Technika_2016

Vybrané otázky a odpovede k použitiu koaxiálnych káblov v sieťach káblovej televízie

I keď sa koaxiálne káble v TKR používajú už od 60. rokov minulého storočia, stretávame sa stále ešte s viacerými otázkami a názormi, ktoré nás v bývalom Výskumnom ústave káblov a izolantov, dnes VUKI a.s., prekvapia. Navyše tieto káble sa pre praktičnosť pripojenia asi budú v terciárnych sieťach (rozvod v budovách) používať stále. Je nepravdepodobné, že by v blízkej budúcnosti boli televízory pripojované priamo optickým káblom, i keď u počítačových sietí sa to predpovedá ako FTTD už od polovice 90. rokov 20. storočia.


Merné tlmenie koaxiálnych káblov

Keď si predstavíme skreslenie signálu pri jeho prenose káblom, tak okrem jeho odrazov a elektromagnetickej interferencie s okolím, sa jeho najväčšia časť prejaví v náraste merného tlmenia. V kovových jadrách sa joulovými stratami premení v teplo v závislosti od odporu vodičov a zvyšuje sa priamo úmerne s odmocninou frekvencie. V izolácii sa merné tlmenie polarizačnými stratami takisto mení v teplo a zvyšuje sa priamo úmerne s frekvenciou. Závisí od kvality dielektrika a čím je relatívna permitivita menšia, tým nižšie merné tlmenie. Pre pevný polyetylén je rel. permitivita 2,28, pre penový 1,54 a pre rúrkobalónikový až 1,18. Pre vzduch (presnejšie vákuum) je 1,0, lenže pri tom by nemalo čo držať vnútorné jadro v osi koaxiálneho kábla. Čím hrubší kábel, tým menší odpor masívnejších jadier a tým i  menšie tlmenie.

Z praktických závislostí merného tlmenia sa s obľubou používa závislosť na frekvencii, ktorá v log/log mierke je pomerne prísne lineárna. Umožňuje to interpolovať z dvoch známych hodnôt tlmenia merné tlmenie v dB na 100 m priamo z grafu. Dve potrebné hodnoty tlmenia by mali byť uvádzané v katalógových listoch, pritom údaj pri 200 MHz sa používa i pre zatriedenie kábla do skupín (STN IEC 96-3 čl. 3.2). Druhá hodnota by mala byť podľa bývalého ČSN 34 7730 pri 1 000 MHz, v súčasnosti  sa častejšie odporúča pri 800 MHz.

Vynesenie dvoch hodnôt tlmenia vám umožní určiť si merné tlmenie pre akúkoľvek ďalšiu frekvenciu od ca 30 do 1 000 MHz, čiže pre akýkoľvek TV kanál.

 

 

K niektorým ďalším diskutovaným otázkám. Tlmenie rastie s teplotou zanedbateľne, pritom maximálna prevádzková teplota koaxiálnych káblov s pevným PE je 85 °C a s penovým PE 65 °C. Tenšie koaxiálne káble s pomedeným oceľovým vnútorným jadrom majú síce mierne vyššie tlmenie vo vyšších frekvenciách oproti čisto medeným, ale sú vhodné ako samonosné na vzdialenosti niekoľko m (plenum káble). Často sme boli dopytovaní na zvyškovú životnosť káblov. Pokiaľ majú jadrá prirodzený kovový lesk a izolácia je suchá nie je predpoklad ich nefunkčnosti z titulu nevyhovujúceho tlmenia. Pozor ale na vlhkosť! Keď si porovnáte vyššie uvedené hodnoty relatívnej permitivity s hodnotou pre vodu ca 80, tak si uvedomíte, aký veľký vplyv vlhkosť a zďaleka nie iba korozívny má. Pre doplnenie uvádzam vzťah pre vlnovú impedanciu



,kde D je priemer nad izoláciou (nie nad plášťom, ale pod vonkajším jadrom - opletením) a d je priemer vnútorného jadra.




Tienenie koaxiálnych káblov

V úvode sa treba zmieniť, že to, čo je v konštrukcii signálnych káblov EMC tienenie je v tomto prípade druhým (vonkajším) jadrom koaxiálneho páru. Jeho fyzikálny význam je teda vo vedení prúdu po vnútornom valcovom povrchu, vplyvom tzv. javu blízkosti a spolu so skinefektom, ktorý zasa vytláča prúd k povrchu vnútorného jadra, sa vytvára párové galvanické prepojenie (štvorpólov), kde sa s rastom frekvencie hľbka vniku zmenšuje. Signál sa prenáša TEM vlnou medzi jadrami a v ideálnom kábli je elektromagnetická väzba prenosovej časti kábla k jeho okoliu nulová. Tak by bolo tzv. tlmenie tienenia nekonečné. Toľko k teórii pri rešpektovaní výkladu jednotlivých veličín a parametrov.

S čím sa ale môžete stretnúť v praxi. V katalógových listoch zvyknú byť uvádzané pre vybrané frekvencie väzbová impedancia v mohm/m (Transfer impedance, Kopplungswiederstand), alebo tlmenie tienenia v dB (Screening attenuation, Schirmung- dämpfung). Je tomu tak už desiatky rokov a bolo určité obdobie v 80. a 90. rokoch, kedy jedna pracovná skupina v IEC hľadala matematický vzťah medzi týmito veličinami. Toto úsilie ale podľa našich skúseností nemalo opodstatnenie, pretože každá z uvedených veličín popisuje iný fyzikálny jav. Trochu zjednodušene väzbová impedancia je pomer napätia užitočného signálu k rušivému prúdu vo vonkajšom jadre, meria sa pri 30 MHz a hodnoty do 100 mohm/m sú akceptovateľné. Časom sa rozšírilo meranie až do 200 MHz, ale nie vždy sa uvádza. Častejšie sa oproti tomu v posledných 20 rokoch uvádza tlmenie tienenia. Predstavuje v dB pomer prenikajúceho rušivého signálu do prenosovej časti koaxiálneho kábla k signálu užitočnému. Jeho frekvenčná závislosť je pomerne nevýrazná a sú známe hodnoty až vyše 110 dB. Pre základnú orientáciu klasické medené husté opletenie umožňuje dosiahnuť okolo 35 dB, pokovená fólia s redším opletením až 70 dB a kombinácia 2 fólií a medzi nimi uložené drôtiky až vyše 80 dB.

Meraniu týchto veličín je venovaná mimoriadna pozornosť v IEC i STN. Používajú sa triaxiálne a qudraxiálne zostavy, rozšírené o feritové prstence, ktoré limitujú povrchové vlny a celkovo si takéto merania vyžadujú nie iba drahé prístroje, ale i pomerne značnú odbornú znalosť obsluhy.

Nárast významu hodnotení tienenia na koaxiálnych káblov narastol pri EMC štandardizácii v Európe koncom 90. rokov. Najkvalitnejšie tienené sú tzv. semirigid káble s vonkajším jadrom z bezošvej medenej rúrky. Pre TKR sú to káble s kombinovanými fóliami a konektorovacími drôtikm pre ohybné typy a s kompaktným kovovým vonkajším jadrom (zvarený vlnovec) pre primárne rozvody.

Nebezpečenstvo väzby prenášaného signálu na elektromagnetické okolie je skôr v nekvalitnom konektorovaní, kedy môže vzniknúť povrchová vlna a šíriť sa po vonkajšom valcovom povrchu kábla s rýchlosťou šírenia ovplyvnenou materiálom plášťa a amplitúdou úmernou k budiacim podmienkam na štrbine vo vonkajšom jadre kábla. Preto odporúčame do pozornosti najmä pre vyššie frekvencie kvalitu uzatvorenia prenosovej časti koaxiálneho kábla a jeho homogénne impedančné pripojenie.


Životnosť koaxiálnych káblov pre TKR

Životnosť káblov zapadá do otázok, ku ktorým sa pomerne často vraciame a iba pri dlhodobom hodnotení káblov v konkrétnych podmienkach ich použitia nám dáva reálny pohľad na ich dlhodobú funkčnosť.

Životnosť káblov uložených do zeme je 20 až 30 rokov, umožňuje to pomerne stála teplota do 10 °C a žiadne iné stresy. Pre káble zavesené vo vzduchu je to oveľa zložitejšie. Pôsobi na nich komplex mechanických a klimatických namáhaní, z ktorých sú asi najagresívnejši ťah, ohyb a torzia z mechanických, uv žiarenie, vyššia teplota, vlhkosť a ozón z tých ostatných. Väčšina urýchlených skúšok starnutia sleduje zmeny parametrov pri vyššej teplote. Robili sme takéto súbory testov a sledovali degradáciu PE katalytickým vplyvom medi. Nárast tlmenia o 300 až 400 % za asi 15 až 20 rokov nebýva u týchto káblov rozhodujúci, pretože zväčša sa už predtým prerušia mechanicky a vymenia spolu s anténami a pod. Paradoxne káble s takýmto zvýšeným tlmením vyhovovali, pretože sa medzi tým zvýšili výkony na vysielačoch a tiež citlivosť TV prijímačov (70.-80. roky). Najagresívnejšie pôsobí na káble uv žiarenie. Zmení sa ťažnosť plášťov, následne sa dajú očakávať prasklinky v ich povrchu a erózia nečistôt a vlhkosti koroduje najprv vonkajšie jadro, neskôr znečistí izoláciu a nárast strát preruší funkciu zvodu TV signálu. Pre TKR káble je to pomerne málo časté.

Pre koaxiálne káble na radarové súpravy sme boli nútení deklarovať ich životnosť. Ich export do Egypta, ako i používanie v studených oblastiach Ruska, nás prinútil sa tým zaoberať. Rešeršovali sme všetky dostupné technické normy a zistili sme, že pre vojenské aplikácie v normách GOST sa uvádza 5 až 7 ročná funkcie schopnosť káblov podobnej konštrukcie a materiálového zloženia. Spolu s pracovníkmi Kovospracujúceho podniku Bratislava sme v 80. rokoch odoberali vzorky káblov z Bratislavských striech a potvrdila sa životnosť mechanicky nenarušených káblov 7 až 12 rokov. To je asi orientačná hodnota ku ktorej sa možno pri rátaní návratnosti a plánovaní výmeny káblov dostať. Prílišné množstvo individuálnych vplyvov znemožňuje získať presnejší údaj.

Posledné trendy v konštrukcii koaxiálnych káblov zohľadňujú aj požiadavky na bezpečnosť stavieb a požiarnych úsekov. Bežne sa môžeme stretnúť s typmi káblov, odolných proti šíreniu plameňa (musia spĺňať požiadavky vertikálnej skúšky jednotlivého kábla alebo zväzku káblov na nešírenie plameňa) a zároveň musia byť bez obsahu halogénov, t.j. splodiny horenia musia byť málo korozívne, čo sa prejavuje pH hodnotou a elektrickou vodivosťou ich vodného výluhu. Súčasne by tieto káble mali mať nízku hustotu dymu, vznikajúceho pri ich horení, čo sa vyjadruje zmenou intenzity svetla v skúšobnej komore. Požiadavka na funkčnú spôsobilosť koaxiálnych káblov v požiari podľa STN IEC 60331 sa objavuje výnimočne, pretože dnes už tieto káble nezabezpečujú prenos žiadnych signálov, ktoré by museli byť prijímané aj počas požiaru. So sprísňovaním legislatívy v oblasti požiarnej bezpečnosti stavieb však pribudla požiadavka na triedu reakcie na oheň u všetkých typov káblov pre rozvod energie a signálov v budovách. Táto vlastnosť sa hodnotí podľa normy STN EN 50399, ktorá bola prijatá v roku 2012 a v hrubom priblížení definuje príspevok daného kábla k požiaru, jeho výhrevnosti a tvorbe a agresivite dymov.


Značenie koaxiálnych káblov

Rôznosť typového označovania káblov je problematika dlhodobá. Vyvíjalo sa historicky z rôznych prostredí, kde boli zvýšené požiadavky na ich identifikáciu. Káble pre anténne pripojenie TV prijímačov (podľa ČSN anténne zvody) sa v zahraničí najčastejšie označujú RG + číslo, ktoré súvisí s rozmerovým radom káblov podľa priemeru nad izoláciou (DOD). Dôležité je to kvôli kompatibilite s koaxiálnymi konektormi. V IEC TC 46A „Vlnovody a vysokofrekvenčné káble" a TC 46D „Koaxiálne konektory" sa uvádza i pod vonkajším jadrom (laicky tienením). Základný rad je podľa týchto odporúčaní Medzinárodnej elektrotechnickej komisie: 1,5 - 2,95 - 3,7 - 4,8 - 6,4 - 7,25 - 11,5 mm. Okrem nich sú samozrejme výnimky. Patrí medzi ne napríklad 5,6 mm (VCCOD 75-5,6), v bývalom Československu spopularizovaný anténny kábel v publikáciách Ing. Milana Českého, CSc.  a od toho odvodených návodov na pripojenie anténneho zosiľňovača, odbočovača, zľučovača TV signálu a pod.

Ďalší spôsob označovaní vysokofrekvenčných koaxiálnych káblov pochádza z vojenského prostredia, preto asi jeho hlavnou časťou je MIL, napríklad MIL 17. Nuž a potom je množstvo tzv. Art. no. Typových značiek káblov firiem, ktoré dodávajú, alebo vyrábajú káble. V minulosti sme sa museli orientovať vo firemnom označení Kathrein, Fuba, Hirschmann atď. Teraz prevažujú CommScoppe, Belden a pod. V princípe sú to ale variácie na ten istý, alebo rozšírený  rozmerový rad podľa priemerov nad izoláciou. Na začiatku 60. rokov to bolo značenie pomerne jednoduché. Tzv. RG káble mali polyetylénovú, výnimočné polystyrénovú izoláciu, vnútorné jadro medený drôt a vonkajšie jadro (tienenie) v tvare opletenia z medených drôtikov, plášť zväčša mäkčený PVC, stačilo ich zatriediť podľa rozmerov. Najpoužívanejší RG rad koaxiálnych káblov pre TKR:

RG-59 s DOD 3,7 mm

RG-6               4,8 mm u izolácie z penového polyetylénu i 4,6 mm

RG-11             7,20 mm, izolácie z penového polyetylénu

RG-58             2,95 mm, zväčša iba pevný polyetylén

RG-213           7,25 mm, izolácia pevný polyetylén

RG-8               7,25 mm, izolácia z penového polyetylénu


Ako ale dopĺňať značky o doplnky, ktoré charakterizovali variovanie materiálov a konštrukčných riešení? V tom už bolo možno pozorovať pomerne širokú nejednotnosť a najlepšie bolo doplniť textovým popisom s hlavnými parametrami, čo je ale v priamom rozpore s cieľom urobiť stručné označenie pozostávajúce z alfabetickej časti a číselného spresnenia. Variácie na základné konštrukčno materiálové riešenie potom vyzerajú asi takto: Za RG a číselnú časť značky sa pri náhrade klasického opletenia uvádza Cu/CuSn, čo znamená, že vnútorné jadro je medený drôt a vonkajšie opletenie pocínovanými medenými drôtikmi na AlPET fólii pozdĺžne obopínajúcou izoláciu ako cigaretový papier. Keď je namiesto PVC plášťa čierny PE pridá sa PE, ak Halogen free flame retardant materiál, pridá sa HFFR. Tieto doplnky si už jednotlivé firmy vytvárajú ľubovoľne a je vhodné mať k dispozícii katalógový list (data sheet) takéhoto kábla. Takže celé označenie: RG-6 Cu/CuSn HFFR.

Iný príklad RG-6/U-4 CCS/Al TRISHIELD má vnútorné jadro z oceľového drôtu s nalisovanou medenou vrstvou na povrchu, ktorej hrúbka súvisí so skinefektom, ďalej fyzikálne napenenú polyetylénovú izoláciu na priemer 4,6 mm, AlPES fólia pozdĺžne ovinutá, opletenie Al drôtikmi a znova AlPES fóliou pozdĺžne ovinuté pod plášťom z mäkčeného PVC. Pomerne komplikovaný kábel firmy ERSE Kablo. Ako máte možnosť vidieť má značenie RG svoje limity ale je na označovanie typov koaxiálnych káblov najrozšírenejšie.


Označovanie káblov podľa ČSN 347730

V rokoch, kedy sa vyrábali koaxiálne káble v Československu iba v Kablo Bratislava a žiadne sa viacej menej nedovážali vzniklo systematizované značenie, ktoré si získalo obľubu pre svoju jednoduchosť a jednoznačnosť.

Prvé písmeno abecednej časti značky V charakterizujú kábel ako vysokofrekvenčný. Druhé C medené jadro plné, L lankové. A je postriebrený drôt, B lanko z Cu postriebrených drôtov. Tretie písmeno charakterizuje izoláciu (dielektrikum) pevný polyetylén E, penový C, plný FEP bol označený F. Nasleduje štvrtá písmenová značka pre vonkajšie jadro (tienenie) O je klasické opletenie medenými drôtikmi. Jeho hustota by mala byť vzhľadom na to, že sa jedná o vysokofrekvenčné káble podľa IEC a vtedajšej ČSN minimálne 91 %. U je pozdĺžne obloženie Cu fóliou a na nej fixačné opletenie ca 60 % hustoty z medených drôtikov. J je obloženie AlPET fóliou a opletenie pocínovanými medenými drôtikmi s ca 50 % krytím. Vo variante s AlPET fóliou a opletením pocínovanými medenými drôtikmi je značka L. Nasleduje K s dvomi ALPETAL a ALPET fóliami a medzi nimi zvlnenými pocínovanými medenými drôtikmi nutnými ku konektorovaniu. Z bolo vonkajšie jadro z pozdĺžne zvarenej zvlnenej Cu pásky. Káble VCCZE 75-6,4 a VCCZE 75-11,5 patrili medzi najkvalitnejšie káble TKR ešte v 80. rokoch. V súčasnosti sa tieto konštrukcie káblov v 50 ohmovej verzii používajú na všetkých GSM vežiach pre telefonickú mobilnú komunikáciu. Káble s klasickým dvojitým opletením drôtikmi bez fólií, majú vo verzii s Cu drôtikmi 4. písmeno D a s postriebrených medených drôtikov B.

Posledné 5. písmeno sa vzťahuje k materiálu plášťa. Y značí mäkčené PVC. Býva biely, sivý, zelený vynímočne čierny. M je mrazuvzdorný plášť z PVC, s odolnosťou proti praskaniu až do - 40 °C. E je polyetylén zväčša čierny, pretože je stabilizovaný proti uv žiareniu, napríklad na samonosných závesných kábloch na stĺpy. Toľko abecedná časť značky.

Nasleduje číselné označenie, skladá sa z prvej časti veľkosti vlnovej impedancie (50 ohm, resp. 75 ohm), čiže 75 pre TKR a po pomlčke je priemer nad izoláciou v mm.

U káblov pre inštaláciu v uzatvorených priestoroch s vyššou hustotou ľudí, alebo majetku, ako sú banky, hypermarkety, stanice metra, letiská, hotely, opatrovateľské domy sa postupne rozširujú požiadavky na ich požiarno bezpečnostné charakteristiky. Zvýšili sa tým požiadavky na tepelnú odolnosť izolácie kábla. Najčastejším riešením je zosietenie PE silánom. Tretia písmenová značka bude teda X, čo v dobe spracovania ČSN ešte nebolo, rovnako ako plášť z homo- alebo kopolyméru polyetylénu, plneného bezhalogénovými retardérmi horenia. Pre tento typ plášťa ostalo písmeno E (PE) v spojení s -R (retardovaný voči horeniu).


Príklady označenia koaxiálnych káblov:

VCXJE-R 75-4,8; VBFAM 50-1,6; VCCKY N a pod., takže napríklad prvý kábel má medené vnútorné jadro (Cu drôtik), izoláciu (terminologicky správne dielektrikum) zo zosieteného polyetylénu, vonkajšie jadro tvorené obložením AlPET fóliou a opletením s pocínovanými medenými drôtikmi s ca 50 % krytím, plášť je z HFFR materiálu. -R označuje, že spĺňa požiarno bezpečnostné požiadavky na nešírenie ohňa, hustotu a korozivitu splodín horenia.




V príspevku sme sa pokúsili prístupnou formou priblížiť význam používaných parametrov a značenia káblov pre TKR, ktoré napriek očakávaniam dodnes predstavujú kabeláž, s ktorou sa stretávame najčastejšie, nielen vo vlastných domácnostiach. Veríme, že lepšia znalosť parametrov koaxiálnych káblov, ale aj ich značenia prispeje k lepšiemu dorozumeniu medzi projektantmi, dodávateľmi a odberateľmi káblov v sietiach TKR a zamedzí ich zámene s často menej kvalitnými lacnými výrobkami, kde je predovšetkým meď nahradená rôznymi jadrami s pomedenými drôtikmi, čo môže spôsobiť nemalé problémy pri dodržiavaní prenosových charakteristík sietí TKR.

Ing. Otto Verbich, PhD., Ing. Štefan Izakovič,

Ing. Jana Sulová VUKI a.s, Bratislava

 

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
5 + 9 =
Odoslanie formulára

Priemyselné utierky

MEWA - priemyselne_utierky