Построение линейного участка абонентских и соединительных линий местной телефонной сети

Кроссы и элементы защиты

Кроссы предназначены для ввода на станцию кабелей абонентских, соединительных линий и аналоговых и цифровых уплотненных линий.

Кросс — это коммутационное поле для электрического подключения и механической фиксации окончаний кабелей и защитных элементов, предоставляющее возможность коммутации преимущественно с помощью проводов и перемычек.

Наибольшие ограничения на развитие современных видов услуг накладывают элементы, устанавливаемые в кроссах для защиты устройств и линий.

В соответствии со стандартом [5.10], электрической защите в кроссах станций с помощью разрядников и предохранителей в 100%-м объеме подлежат линии, включенные в цепи кабелей (подземных, подвесных и проложенных по стенам зданий):

1. абонентские комплекты физических абонентских линий и линий, уплотненных аппаратурой АВУ;
2. входы на станции электромеханической, квазиэлектронной и электронной систем коммутации;
3. аппаратура уплотнения и таксофоны;
4. комплекты реле физических соединительных линий на станциях электромеханической, квазиэлектронной и электронной систем коммутации.

Функционально устройства защиты разделяются на:

• устройства защиты по току;
• устройства защиты по напряжению;
• комбинированные защитные устройства (защита по току и по напряжению);

В качестве элементной базы производители устройств защиты используют:

• для защиты по напряжению: воздушные искровые разрядники, газонаполненные разрядники, варисторы, ограничительные диоды, полупроводниковые тиристорные структуры;
• для защиты по току: резисторы, плавкие вставки, индуктивные термокатушки, позисторы (терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления — ТКС), электронные схемы.

Они устанавливаются со станционной и абонентской сторон [5.11].

Угольные грозоразрядники (защита по напряжению). При большом напряжении они меняют свое сопротивление ("пробиваются") и замыкают электрическую цепь "на себя", защищая абонентскую линию и приборы станции. Напряжения "пробоя" угольного разрядника зависит от типа и составляет 230-500 В для статического напряжения при времени срабатывания 2 с. После разряда гарантируется напряжение не более 80 В при токе 120 мА. Межэлектродная емкость (которая может влиять на передачу высокоскоростных данных) равна 10 пФ.

Применяемые также газонаполненные разрядники обеспечивают пробой примерно при тех же уровнях напряжения и имеют те же временные и емкостные характеристики, что и угольные.

Термические катушки (защита по току) — предохранители многоразового действия. Они включаются в случае нагревания до определенной температуры и отключают защищаемую цепь. Основные параметры термических катушек: ток срабатывания — 0,11-0,14 А, время срабатывания — от 10-55 с, сопротивление — 20 Ом.

Однако элементная база (разрядники и предохранители) схем защиты, представленных в ГОСТ 5238-81, по своим характеристикам не обеспечивает надежную защиту оборудования АТС от опасных напряжений и токов. Особенно это касается АТС с электронными системами коммутации (ЭАТС), где компоненты наиболее чувствительны к посторонним электромагнитным воздействиям. Чаще всего электромагнитными импульсами, приходящими со стороны линии, повреждаются абонентские комплекты ЭАТС, где наиболее "слабое" место находится на печатной плате внутри одного из электронных коммутаторов.

Каждый из элементов защиты имеет собственную электрическую емкость, индуктивность и сопротивление. Они не оказывают никакого отрицательного воздействия на традиционную телефонную связь и низкоскоростную передачу данных. Но эти элементы могут ухудшать передачу высокочастотных цифровых сигналов, в значительной мере ограничивая скорость передачи данных и максимальную длину телефонной линии, по которой эти данные могут передаваться. В частности, это относится к защитным устройствам, включающим в себя термическую катушку (имеющую относительно высокую индуктивность для увеличения чувствительности и более быстрого срабатывания).

Поскольку за время срабатывания современные электронные устройства на стороне станции выходят из строя и такая защита становится бессмысленной, в настоящее время разработана более быстродействующая защита [5.13].

В последнее время наиболее эффективным средством защиты аппаратуры от любых импульсных напряжений признаны варисторы [5.3]. Варисторы [англ. varistor, от variable — переменный и resistor — резистор] — это нелинейные резисторы, сопротивление которых зависит от приложенного напряжения. Отличительной чертой варистора является двухсторонняя симметричная и резко выраженная нелинейная вольтамперная характеристика.

При возникновении высоковольтного импульса сопротивление варистора резко уменьшается до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее и рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. Это изменение происходит примерно за 25 нс. При этом через варистор может протекать импульсный ток, достигающий нескольких тысяч ампер. Так как варистор практически безынерционен, то после исчезновения помехи его сопротивление вновь становится большим. Таким образом, включение варистора параллельно защищаемому устройству не влияет на работу последнего в нормальных условиях, но гасит импульсы опасного напряжения.

В импульсном режиме через варистор протекает большой ток, вследствие чего необходимо опасаться выхода его из строя из-за перегрева. Поэтому нужно использовать варисторы с рассеиваемой мощностью большей, чем расчетная. Для расчета варисторов, защищающих те или иные цепи от грозового разряда, иногда приводят сведения о напряжении на варисторе при воздействии стандартного грозового импульса, который имеет емкость около 100 нФ.

Тиристоры — переключательные полупроводниковые приборы с двумя устойчивыми состояниями, имеющими три или более p-n переходов [5.13]. Они переходят из закрытого состояния (с большим сопротивлением) в открытое (с малым сопротивлением) при определенном значении напряжения на электроде управления. Тиристоры работают как ключи в импульсных режимах с токами, значительно превышающими допустимые постоянные токи в открытом состоянии. Время его перехода к проводящему состоянию приблизительно 1 нс. Однако емкость тиристора около 200 пФ. Тиристор рассчитан на пропускание большого тока — свыше 10 А.

Для защиты по току кроме термических катушек и плавких вставок в настоящее время применяют позисторы. Это полупроводниковые приборы с отрицательной температурной характеристикой сопротивления. Они увеличивают свое сопротивление при нагревании. Время срабатывания позисторов — около 2 с, пропускаемый ток — от 3 А. Однако они вносят в цепь передачи информации довольно большое сопротивление 5-50 Ом, в отличие от плавкой вставки, которая вносит сопротивление 1x10^-4 Ом при времени срабатывания 5 с, немного превышающее время срабатывания позистора.

В соответствии с установленными требованиями К.20 МСЭ-Т, К.11 МСЭ-Т и МС-06-16.02.1989 г., выпускаемое оборудование ЭАТС должно выдерживать без повреждений воздействие электромагнитных помех амплитудой до 1000 V при отсутствии дополнительной защиты в кроссе. При этом допускается частичное повреждение оборудования от воздействия напряжения сети 220 Вэфф, 50 Гц. В связи с этим в абонентских комплектах современных электронных АТС устанавливается собственная защита от перенапряжений.

При изучении влияния элементов защиты на передачу скоростной информации надо учитывать, что устройства защиты могут устанавливаться неоднократно. На рис. 5.3 показан случай, когда абонентская линия состоит из двух участков — кабельного и воздушного, при этом воздушный участок пересекает провода электрической сети или контактные сети трамвая и троллейбуса. В этом случае имеется три точки линии, на которых устанавливается защита. Наиболее часто используемые схемы включения электрической защиты приводятся в [5.11].

Рис. 5.3. Пример установки электрической защиты на абонентской линии, состоящей из кабеля и воздушной линии