تحقیق مقاله کابل‌ ها

کابل به عنوان بخشی از سیستم ارتباطی با وظیفه انتقال پیام‌ها و اطلاعات از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. بخش اعظم هزینه‌های مخابراتی به تامین کابل و نصب و تهیه ملزومات و نگهداری آن اختصاص دارد و بدیهی است شناخت کابل و استفاده صحیح از آن می‌تواند در کاهش هزینه‌های مخابراتی نقش عمده‌ای داشته باشد.

در این جزوه انواع کابل‌های مخابراتی (با تاکید بر کابل‌های مورد استفاده در شرکت مخابرات ایران) و چگونگی آرایش هادی‌ها و نحوه یافتن زوج‌ها در کابل مورد بحث و بررسی قرا رخواهد گرفت.

همزمان با به‌کارگیری تلفن به عنوان وسیله‌ای مطمئن برای انتقال پیام‌ها، مساله ارتباط مشترک با مرز تلفن مطرح شد. در ابتدا با توجه به محدودیت مشترکین و با توجه به محدود بودن مرز خدماتی مراکز تلفن از زوج سیم برای ارتباط مشترکین با مرکز استفاده می‌شد. این زوج‌ها بر روی پایه‌های چوبی نصب می‌شد. آسیب‌پذیری این سیم‌ها در مقابل عوامل جوی نظیر باد، طوفان و باران از یک سو و برهم‌زدن زیبایی شهرها از سوی دیگر موجب محدودیت استفاده از زوج سیم می‌شد. علاوه بر اینها با توسعه مراکز تلفنی و با گسترش شهرها و محدوده خدماتی مراکز تلفنی زوج سیم به عنوان وسیله ارتباطی مشترک با مرکز، دیگر نمی‌توانست پاسخگویی نیازها باشد و ضرورت استفاده از کابل تلفنی بیشتر احساس می‌شد.

اولین کابل تلفنی که ساخته شد، کابل خاکی بود که برای جلوگیری از نفوذ رطوبت، هادی‌های آن توسط ابریشم آغشته به روغن محافظت می‌شد. پس از مدتی کابل سربی ساخته شد که هادی‌های آن به وسیله نوارهای نازک کاغذ از یکدیگر جدا می‌شدند.

پس از جنگ جهانی دوم و با توجه به استفاده گسترده از سرب در صنایع نظامی و با پیشرفتی که در صنایع پتروشیمی نصیب بشر شد، مواد پلاستیکی به عنوان پوششی برای سیم‌ها و پوششی برای کابل مورد توجه و استفاده قرار گرفت. به طوری که امروزه بخش عمده کابل‌های مورد استفاده در شبکه‌های مخابراتی کابل‌های پلاستیکی است.

صنایع کابل‌ سازی نیز همگام با پیشرفت تکنولوژی مخابراتی پیشرفت داشته و امروزه استفاده از کابل‌های کواکسیال و فیبر نوری، استفاده از سیستم‌های پرظرفیت مخابراتی را میسر ساخته است.

سیستم عمدۀ کابل در هزینه‌های مخابراتی و نقش مهم آن در ارسال پیام‌ها و اطلاعات ضرورت توجه دقیق به طراحی و ساخت کامل را به خوبی توجیه می‌کند.

اولین مساله در به کار گیری کابل به عنوان وسیله انتقال، میزان افت رامدۀ ولتاژ ارسالی است که به مقدار مقاومت زوج کابل بستگی دارد. برای جلوگیری از افت زیاد، دو عامل جنس سیم و سطح مقطع آن از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. نقره با ضریب مقاومت مخصوص  و پس از آن مس با ضریب مقاومت مخصوص  می‌توانند به عنوان هادی داخل کابل مورد استفاده قرار گیرند که به علت گرانی نقره، از مس به عنوان هادی در کابل استفاده می‌شود. سطح مقطع یا قطر سیم مورد استفاده در کابل عاملی است که در طراحی شبکه کابل بیشتر مورد توجه قرار می‌گیرد و تا حدی که به کیفیت انتقال لطمه‌ای نزند به منظور کاهش هزینه‌ها کوچک انتخاب می‌شود. به عبارت دیگر، برای استفاده از کابل در فواصل نزدیک از قطرهای کمتر هادی و برای فواصل دور از سیم‌های قطور استفاده می‌شود.

در کابل‌های تلفنی معمولا از سیم‌های مس با قطرهای 32/0 – 40/0 – 50/0 – 60/0 – 7/0 – 8/0 و 9/0 میلیمتر استفاده می‌شود. در حال حاضر در شبکه‌های شهرهای ایران از قطرهای 4/0 – 6/0 – 8/0 و 9/0 میلیمتر بیشتر استفاده می‌شود. در شبکه هوایی نیز بیشتر از قطرهای 6/0 و 8/0 میلیمتر استفاده می‌شود.

در کابل‌های فرکانس بالا، کاریر (هوت فرکانس) معمولا سیم‌های مس با قطر 2/1 میلیمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. در خطوط بین‌شهری سیم‌های مسی مغز فولادی تا قطر 3 میلیمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در کارخانجات کابل‌سازی، مفتول‌های مسی با قطر  یا  اینچ به صورت مرحله‌ای از ماشین‌های کشش عبور کرده و در هر مرحله تحت تاثیر نیروی کششی وارد بر آن قطر سیم کوچک شده تا به قطر مورد استفاده در کابل برسد. در این مرحله سیم کاملا سخت می‌شود که برای استفاده در کابل مناسب نیست. برای نرم کردن سیم، آن را حرارت داده و کاملا نرم می‌کنند.

همان طور که ذکر شد در کابل‌های تلفنی از سیم مسی با قطرهای مشخص استفاده می‌شود که علاوه بر واحد میلیمتر برای مشخص کردن قطر سیم، واحد AWG نیز در سیستم آمریکایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. جدول زیر مقادیر متداول این واحد و مقادیر معادل آن را بر حسب میلیمتر نشان می‌دهد.

                     قطر سیم بر حسب میلیمتر               قطر سیم AWG

                               91/0                                19

                               64/0                                22

                               51/0                                24

                               41/0                                26

                               32/0                                28

عوامل دیگری نظیر همشنوایی (تداخل یا کراستاک) و نویز نقش مهمی در طراحی و ساخت کابل دارد. منظور از تداخل، انتقال انرژی از یک زوج به زوج دیگر می‌باشد. به منظور کاهش تداخل مکالمه، هادی‌های کابل با روش‌های مخصوص به هم تابیده می‌شوند و هر یک از هادی‌ها به وسیله ماده عایقی با مقاومت الکتریکی بسیار زیاد از دیگر هادی‌ها جدا می‌شود.

پوشش فلزی (آلومینیومی، سربی، فولادی یا مسی) که مجموعه هادی‌های یک کابل را دربرمی‌گیرد علاوه بر محافظت مکانیکی هادی‌ها، از انتقال نویز به کابل جلوگیری می‌کند.

پوشش خارجی کابل نیز باید با توجه به محل استفاده از کابل، به خوبی از عوامل مزاحمی که تاثیر نامطلوبی بر کیفیت انتقال و عمر مفید کابل می‌گذارد محافظت نماید. اغلب کابل‌ها در زیرزمین قرار می‌گیرند و پوشش خارجی کابل می‌بایست در مقابل نفوذ رطوبت به داخل کابل و تاثیر املاح موجود در زمین بر آن و در مقابل خورندگی مقاوم باشد.

تقسیم‌بندی کابل‌ها

به طور کلی کابل را از جنبه‌های گوناگون می‌توان به گروه‌های مختلفی تقسیم‌بندی کرد. مثلا از نظر روکش عایقی سیم‌ها که به سه دسته تقسیم می‌شوند:

1- کابل با روکش عایقی از نوع کاغذ

2- کابل با روکش عایقی از نوع خمیر کاغذ

3- کابل با روکش عایقی از نوع پلی‌اتیلن جامد یا متخلخل

علاوه بر آن ممکن است کابل را با توجه به محل استفاده آن تقسیم‌بندی کرد مانند:

1- کابل کانالی

2- کابل خاکی

3- کابل هوایی

4- کابل ام . دی . اف و سالن دستگاه

یا ممکن است از نظر نوع هادی‌های آن تقسیم‌بندی کرد:

1- کابل متقارن

2- کابل کواکسیال

3- کابل نوری

4- کابل‌های کاریر (هوت فرکانس)

همچنین ممکن است کابل را از نظر نحوه آرایش هادی‌های آن طبقه‌بندی کرد مانند کابل‌های لایه‌ای یا طبقه‌ای و کابل‌های واحدی یا دسته‌ای.

کابل با روکش عایقی کاغذ

در این نوع کابل‌ها از نوارهای کاغذ به عنوان عایق هادی‌ها استفاده می‌شود که به یکی از شکل‌های زیر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

الف) کاغذ یک‌لا

در این روش یک لا، نوار کاغذی به صورت مارپیچ هادی را در بر می‌گیرد. در این روش که قدیمی‌ترین شکل عایق کاغذی است معمولا در هر 30 سانتیمتر طول سیم، نوار کاغذی حدود 14 تا 20 بار به دور سیم می‌پیچد و لبه‌های نوار کاغذی بر روی هم قرار می‌گیرند. ضخامت و پهنای نوارهای کاغذی طوری انتخاب می‌شود تا ظرفیت خازنی مورد نظر به دست آید.

اشکال این نوع عایق‌بندی سیم‌ها، کنار رفتن نوارهای کاغذی است که این امر هنگام مفصل‌بندی مشکلات بسیاری را به وجود می‌آورد.

ب) نوار کاغذی دولا

در این روش دو لایه نوار کاغذی به صورت مارپیچ و عکس جهت یکدیگر به دور هر یک از هادی‌ها پیچیده می‌شود. استفاده از دو لایه نوار کاغذی موجب افزایش ضخامت میان هادی‌ها شده و در نتیجه ظرفیت خازنی متقابل را کاهش می‌دهد. کنار رفتن عایق سیم‌ها، رفتن عایق‌ها هنگام سیم‌بندی نیز کمتر از یک لایه کاغذ مارپیچ است.

ج) یک لایه کاغذ به صورت طولی

در این روش عایق‌کاری هادی‌ها، یک لایه نوار کاغذی به صورت طولی هر یک از هادی‌ها را دربرمی‌گیرد که مشکل کنار رفتن ایزوله‌ها هنگام سیم‌بندی نیز تقریبا برطرف می‌گردد. اغلب هادی‌های کابل‌های سربی انگلیس با این روش عایق‌بندی شده‌اند.

به منظور افزایش فاصله هادی‌ها و در نتیجه کاهش ظرفیت خازنی متقابل دو راه‌حل به صورت زیر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

1- استفاده از لایه نخ در حد فاصل بین سیم و ایزوله کاغذی. به این ترتیب با افزایش فاصله میان هادی‌ها، میزان ظرفیت خازنی متقابل کاهش یافته و تاخیر خوبی در کیفیت انتقال بجا می‌گذارد. به عبارت دیگر باعث کاهش تداخل در مکالمه می‌شود.

2- استفاده از کاغذ چروک. در این روش ایزوله کاغذی به صورت چروک شده هادی را دربرمی‌گیرد و به این ترتیب

با مصرف مقدار بیشتری کاغذ، عملا فاصله میان هادی‌ها زیاد شده و ظرفیت خازنی متقابل کاهش پیدا می‌کند. اشکال این روش جمع شدن ایزوله هنگام مفصل‌بندی است که این امر به ویژه هنگام استفاده از کنتورهای مفصل‌بندی مشکلات زیادی ایجاد می‌کند. علاوه بر این‌ها، روش دیگری که برای افزایش فاصله هادی‌ها به کار می‌رود استفاده از لوله‌های کاغذی که این روش بیشتر برای کابل‌های فرکانس بالا (گازیر یا هوت فرکانس) به کار برده می‌شود. در این نوع کابل‌ها که عموما کم‌زوج هستند با قرار دادن تیوپ‌های کاغذی خالی در فضاهای مناسب داخل کابل، سطح مقطع کابل نیز به صورت دایره درمی‌آید.

تقسیم‌بندی کابل‌های از نظر محل مصرف آنها

کابل‌های خاکی

کابل‌های خاکی اصطلاحا به کابل‌هایی گفته می‌شود که مستقیما زیر خاک دفن می‌شوند و با توجه به طور عمر کابل خاکی و با توجه به هزینه زیاد کابل‌کشی، این کابل باید دارای لایه‌های محافظت‌کننده در مقابل نفوذ رطوبت در کابل که تاثیر نامطلوبی بر کیفیت انتقال می‌گذراند باشد. علاوه بر آن پوشش خارجی کابل نیز در مقابل املاح موجود در زمین باید مقاوم باشد. برای این منظور کابل‌های خاکی قدیمی شامل لایه‌های مختلف کنف قیراندود، سرب و فولاد و کابل‌های پلاستیکی علاوه بر ماده ژله‌ای ضد رطوبت دارای دو یا سه لایه پلی‌اتیلن و یک لایه فولاد می‌باشد. با توجه به این که کابل خاکی بیشتر از کابل‌های کانالی در معرض آسیب‌های مکانیکی خارجی مانند کلنگ‌خوردگی ناشی از عملیات ساختمانی می‌باشد ضرورت ایجاد لایه‌های محافظت بیشتر به خوبی احساس می‌گردد.

کابل‌های کانالی

این نوع کابل‌ها چون در داخل کانال قرار می‌گیرند کمتر از کابل‌های خاکی در معرض ضربات مکانیکی خارجی یا نفوذ رطوبت و آبرفتگی می‌باشند به همین علت هادی‌های این کابل‌ها در مقایسه با کابل‌های خاکی به لایه‌های محافظ کمتری نیاز دارند. به عنوان مثال در کابل سربی کانالی، هادی‌ها به وسیله دو لایه کاغذ احاطه شده و سپس غلاف سربی روی آن قرار گرفته است. در کابل پلاستیکی کانالی نیز به ترتیب یک لایه پلی‌اتیلن، آلومینوم و بالاخره لایه خارجی پلی‌اتیلن هادی‌های کابل را دربرمی‌گیرند. در کابل‌های پلاستیکی کانالی نیز ممکن است از مواد ژله‌ای برای جلوگیری از نفوذ رطوبت در کابل استفاده شود. در این صورت از سیستم گاز کنترل برای این کابل‌ها استفاده نمی‌شود و چنانچه فضای بین هادی‌های کابل کانالی خالی از مواد ژله‌ای باشد با استفاده از سیستم گاز کنترل و هواگذاری روی کابل می‌توان از نفوذ رطوبت در کابل جلوگیری به عمل آورد.

کابل‌های هوایی

این نوع کابل‌ها امروزه عمدتا با پوشش پلاستیکی پی‌وی‌سی یا پلی‌اتیلن مورد استفاده قرار می‌گیرند و ایزوله هادی‌ها نیز از جنس پلی‌ اتیلن می‌باشد. از نظر لایه‌های محافظ هادی‌ها، این کابل‌ها چون معمولا روی دیوار نصب می‌شوند یا در حد فاصل بین تیرهای هوایی کشیده می‌شوند دارای لایه‌های محافظ کمتری نسبت به کابل‌های خاکی می‌باشند. کابل‌های هوایی بیشتر به صورت زره‌دار یا مهار سرخود یا بدون زره می‌باشند که در کابل‌های نوع اول زره در طول کابل و در حد فاصل بین دسته زوج‌ها و غلاف خارجی کابل می‌باشد.

در کابل‌های Self Supporting

یک سیم بکسل که ضخامت آن بستگی به ضخامت خود کابل دارد به صورت طولی همراه با پوشش کابل قرار می‌گیرد و ماده پلاستیکی سیم بکسل و هادی‌ها را دربرمی‌گیرد و در نتیجه مقطع کابل دیگر یک دایره کامل نخواهد بود.

کابل‌های ام . دی . اف و سالن دستگاه

این کابل‌ها چون در فضای بسته مورد استفاده قرار می‌گیرند نیازی به لایه‌های محافظت‌کننده ندارند و هادی‌ها را یک لایه مواد پلاستیکی دربرمی‌گیرد و با توجه به این که این کابل‌ها باید دارای قابلیت انعطاف زیادی باشند و در دستگاه یا سالن ام . دی . اف از مسیرهای مشخص عبور نماید، شیلد آن به صورت یک فویل درمی‌آید. در این کابل‌ها پس از لایه پلی‌اتیلن خارجی، یک نوار نازک آلومینیومی و یک لایه زرورق و سپس دسته سیم‌ها قرار می‌گیرند.