KABEL, podmorski, specijalno izoliran i armiran električni vod s jednom ili više žila propisnog presjeka, koji služi za prijenos vijesti (telegrafija, telefonija, prijenos slika te radio-programa i televizijskog programa) preko oceana, mora, jezera i rijeka, a i električne energije preko manjih vodenih površina. Podmorski se kabeli polažu izravno po dnu mora ili jezera; radi mehaničke zaštite, oni su izvana armirani uvijenim čeličnim žicama.
Podmorski se kabeli dijele: 1 . prema namjeni: na slabostrujne ili telekomunikacijske i na jakostrujne ili kabele za prijenos električne energije; 2. prema izolaciji; na gutaperkne, polietilenske, papirne kabele s olovnim plaštem i t. d.; 3. prema otpornosti protiv mehaničkog oštećenja i pritiska: na dubinske, obalske i jako zaštićene obalske kabele; 4. prema pupinizaciji: na neopterećene, krarupizirane i pupinizirane kabele; 5. prema konstrukciji: na jednožilne, višežilne i koaksijalne kabele, na kabele s ugrađenim pupinskim svicima i s ugrađenim pojačalima; 6. prema mjestu upotrebe: na prekooceanske, podmorske i riječne kabele.
Primjena podmorskih kabela u XIX. i XX. st. Pošto je usvojen električni telegraf u Americi i Evropi, javila se i potreba za prijenosom vijesti s otoka na kopno i s jednog kontinenta na drugi. Stoga se već vrlo rano pristupilo konstrukciji električnih podmorskih kabela; prvi put se pokušalo položiti podmorski kabel preko Kanala 1850. Između Dovera i Calaisa položen je nearmirani i gutaperkom izolirani kabel; sutradan su ga ribari prekinuli svojim mrežama, jer nije bio mehanički dovoljno jak.
God. 1851 ponovo je položen kabel između spomenutih mjesta na Kanalu, ovoga puta s jakom željeznom zaštitom. On se smatra prvim podmorskim kabelom na svijetu. Doskora je položeno još 8 kabela između V. Britanije i kontinenta te nekoliko kabela i na većim dubinama preko Sredozemnog i Crnog mora. Nakon ovih uspjeha došlo se na misao о postavljanju podmorskog telegrafskog kabela između Amerike i Evrope. Ovom pothvatu, koji je uz podršku američke i britanske vlade organizirao C. Field, pristupilo se 1857. Brod Niagara i britanski bojni brod Agamemnon pokušali su nekoliko puta izvršiti taj zadatak, ali bez uspjeha, jer je kabel uvijek pucao (sl. 1). Uspio je tek četvrti pokušaj: 1858 položen je prvi prekooceanski kabel i 16. VIII. iste godine upućeni su prvi kablogrami između Novog i Starog svijeta. Međutim, radost nad postignutim uspjehom, nije potrajala dugo. Telegrafski znaci postajali su sve slabiji i već 1. IX. te godine prekinuta je veza.
U to je vrijeme (1862) položen kratak, ali za našu zemlju pomena vrijedan telegrafski kabel između Pelješca i Hvara. Ovaj je kabel služio decenijima; sada je zbog istrošenosti napušten.
Prekooceanski je kabel ponovo pušten na dno Atlantika 1866 s najvećeg broda na svijetu, Great Eastern. On je dobro služio svojoj svrsi. Malo zatim položen je pored njega i drugi kabel, koji se bio prethodne godine prekinuo. Kad su pioniri na polju podmorskih kabela, C. Field i braća Siemens, svladali sve tehničke teškoće, V. Britanija, USA, Njemačka i Francuska položile su brojne kabele, koji su povezivali Ameriku i Evropu međusobno i s ostalim dijelovima svijeta. Među njima treba naročito spomenuti britanski imperijalni kabel, dug 14.516 km, koji je povezivao V. Britaniju s Kanadom, a preko Tihog oceana i s Australijom i Novim Zelandom, kao i panamerički kabel, dug 14.519 km za vezu San Franciska s Honoluluom, otocima Midway i Guam i lukom Manila. U ono je vrijeme bila golema ekonomska i politička važnost svih podmorskih kabelskih telegrafskih veza. To najbolje ilustrira činjenica, da se 1914 nalazila u pogonu 531.000 km podmorskih telegrafskih kabela, od toga u austrijskom dijelu Jadrana oko 1600 km.
Iako su se obični gulaperkni kabeli pokazali kao dosta dobri za prijenos telegrafije i na veće udaljenosti, njihova je primjena za prijenos govora (u telefoniji) ostala ograničena na najkraće razmake. Stoga se već rano pojavila tendencija upotrebe kopnenih telefonskih kabela sa zračno-papirnom izolacijom i olovnim plaštem. Radi mehaničke zaštite ovijeni su ovakvi kabeli, kao i svi ostali podmorski kabeli, željeznim žicama i jutom. Upotrebom kabela izoliranih papirom povećala se i duljina podmorskog telefonskog kabela.
KARAKTERISTIKE KRARUPIZIRANOG KABELA S IZOLACIJOM ZRAK + PAPIR
Tablica
Gotovo istovremeno (oko 1903) počelo se i kod podmorskih telefonskih kabela primjenjivati t. zv. opterećivanje kabela radi paraliziranja štetnog utjecaja kapaciteta i smanjenja prigušenja. Na osnovi zamisli našeg zemljaka Pupina (koji je kod kopnenih telefonskih linija, radi smanjenja prigušenja, uveo samoindukcione, t. zv. Pupinove svitke) konstruirao je Krarup za podmorske kabele pogodniji način opterećivanja, koji daje gotovo iste rezultate. Kod kabela građenih po sistemu Krarup, bakarna je žica vodiča spiralno obavijena željeznom žicom ili trakom. Zbog željeza povećava se induktivitet vodiča i smanjuje se prigušenje, a tako povećava domet. Među većim brojem telefonskih kabela te vrste ističe se podmorski telefonski kabel Cuxhaven—Helgoland, dug 83,2 km, koji je proizvela tvornica Felten & Guilleaume iz Kölna i koji je bio sve do 1919 najdulji telefonski kabel na svijetu (sl. 2).
KARAKTERISTIKE POLIETILENSKOG KOAKSIJALNOG KABELA
Tablica
Kad su se poslije Drugoga svjetskog rata počela primjenjivati pojačala s elektronkama i u telefoniji, povećala se i mogućnost primjene podmorskih kabela. Upotreba pojačala omogućila je smanjenje presjeka bakarnih žica i povećanje broja govornih kanala i duljine kabela. Iz tog vremena ističe se papirom izoliran prvi telefonski Krarup-kabel između Njemačke i istočne Pruske (Leba—Tenkitten), koji je bio 176 km dug (sl. 3). Dok se u prvo vrijeme za opterećivanje Krarup-kabela upotrebljavala samo žica od mekog željeza, kasnije se prešlo na visokokvalitetnije legure (na pr. permaloy). Od 1924 opterećuju se radi povećanja brzine prijenosa vijesti željeznom žicom i telegrafski kabeli. Prvi dulji kabel te vrste položen je između Azora i Amerike. Kako su Krarup-kabeli skupi, to se već 1925 počinju upotrebljavati i kod podmorskih telefonskih kabela Pupinovi svici. Konstrukcija ovakvih svitaka za podmorske kabele sasvim je drukčija nego kod kopnenih kabela i zračnih linija. Ti svici uvrštavaju se u sam kabel otprilike na svaka 2 km, a da se na tim mjestima mnogo ne mijenja ni debljina ni elastičnost kabela (sl. 4). Tako su na рr. kod četvrtog telefonskog kabela između Njemačke i Švedske, koji je položen 1930 i koji ima 42 četverca, Pupinovi umeci bili dugi 9,5 m, a svaki od njih sadržavao je po 85 svitaka. U 118,7 km dugom kabelu bilo je ukupno 62 Pupinova umetka.
Dok su se koaksijalni ili koncentrični kabeli počeli rano (oko 1934) primjenjivati na kopnu za prijenos televizijskih programa i za višekanalnu visokofrekventnu telefoniju s nosnom frekvencijom, kod podmorskih se kabela uglavnom javljaju tek poslije Drugoga svjetskog rata. Primjena modernih izolacionih masa kod podmorskih kabela — na pr. polietilena, koji, osim dobre otpornosti prema morskoj vodi, ima znatno bolja električna svojstva od gutaperke — omogućila je, da se na koaksijalnim podmorskim kabelima upotrebi višekanalna telefonija. Takav je kabel, dug 47 km, položen 1951 između Švedske i Finske. Preko jedne žile tog kabela predviđen je, osim radio-programa, i prijenos 72 govorna kanala; za tu se svrhu upotrebljava frekventni pojas od 30 Hz do 648 kHz (sl. 5).
No pored svih spomenutih tehničkih usavršivanja, dužina telefonskih kabela još je ostala ograničena na 100 do 200 km. Tek je primjena elektronskih pojačala, koja se ugrađuju u sam kabel, omogućila telefonsku vezu preko podmorskih kabela i na veće udaljenosti. Prvi veći kabel te vrste položen je prije nekoliko godina između Kube i Floride.
Na temelju stečenih iskustava s ovakvim kabelima ponovo se pristupilo konstrukciji prekooceanskih telefonskih kabela. S vremenom se pokazalo, da su sve prekoatlantske radio-telefonske veze, koje su u pogonu već od 1927, ipak prilično pod utjecajem sunčanih pjega, oluja, polarne svjetlosti i t. d. Stoga se smatra, da će mnogokanalna telefonska kablovska veza biti bolja i pogodnija. Za novu telefonsku vezu između Amerike i V. Britanije predviđena su dva kabela, za svaki smjer govora po jedan. Kabel je konstruiran za 36 govornih kanala sa 52 ugrađena pojačala, koja su uvrštena u kabel svakih 40 nm. Ukupna dužina ovog kabela između Newfoundlanda i Škotske iznosi 1950 nm.
God. 1955 položio je moderni brod Monarch, najveći današnji kabelopolagač, kabel za prijenos govora iz Amerike u Evropu. Drugi je kabel položen 1956.
Preko Atlantika je sada položeno 18 podmorskih kabela, a preko tihog Oceana 6. Osim toga je u ostalim dijelovima svijeta u pogonu mnogo podmorskih kabela raznih tipova. Drži se, da ukupna dužina podmorske kabelske mreže na svijetu danas premašuje 350.000 nm. Prosječna trajnost dubinskog kabela iznosi oko 40, a obalskog oko 20 godina; uz veće popravke, i više.
S obzirom na najnovija dostignuća u kabelskoj tehnici, kao što su mnogokanalni telefonski prijenos preko koaksijalnih kabela i u kabel ugrađena pojačala, nadalje zbog malih pogonskih troškova, sigurnosti i tajnosti prijenosa može se predviđati, da će podmorski telekomunikacijski kabel svoju važnost opet dobiti u bliskoj budućnosti usprkos radio-vezama.
Poslije Prvoga svjetskog rata počeli su se podmorski kabeli upotrebljavati i za prijenos električne energije preko mora. Za ovu svrhu upotrebljavani su kabeli iznutra slični normalnim jakostrujnim kabelima s bakarnim ili aluminijskim vodičima. Oni se izrađuju kao uljni, tlačni ili puni kabeli. Ovakvi kabeli imadu nešto podebljan olovni plašt, a izvana su zaštićeni protiv mehaničkih oštećenja jednim ili sa dva reda uvijenih čeličnih žica. Podmorski energetski kabeli izrađuju se i za najviše napone. Preko ovakvih kabela kod nas dobivaju električnu energiju s kopna otoci Brač, Šolta, Prvić i Zlarin (sl. 6).
Konstrukcija podmorskih kabela. Podmorski se kabel sastoji od jezgre kabela, koja je sastavljena od jednog ili više izoliranih provodnika, i vanjskog zaštitnog plašta. Provodnici služe za prijenos signala, govora ili električne energije, a vanjski plašt daje kabelu čvrstoću, koja je potrebna prilikom polaganja, i štiti ga od mehaničkih oštećenja za vrijeme ležanja na morskom dnu. Sl. 7 pokazuje telegrafski gutaperkni kabel.
Provodnik telekomunikacijskih kabela redovito je od bakra, koji treba da bude naročito čist i dezoksidiran. Njegov presjek zavisi od dopuštenog prigušenja i pogonskih uvjeta. On je kompromis između cijene koštanja i kakvoće rada. Prvi su kabeli imali pune provodnike. No kako su oni premalo elastični i lako se lome, to se prešlo na uvijene, odnosno ovijene provodnike. Kod uvijenih provodnika služi za vođenje električne struje bakarno uže, koje se izrađuje tako, da se oko centralnog provodnika ovija obično 6 bakarnih žica. Kod dugih kabela žica je u sredini deblja od ostalih. Kako je iskorišćivanje prostora kod ove vrste provodnika loše, to se danas više upotrebljavaju ovijeni provodnici, naročito kod duljili kabela.
Kod ovijenih je provodnika oko deblje srednje žice kabela izvana omotana i bakarna traka. Time se postiže veoma dobro iskorištenje prostora (do 97%).
Provodnici se kod podmorskih telegrafskih kabela ne označavaju pomoću presjeka, promjera ili AWG-broja, kao što je to uobičajeno u jakoj i slaboj struji, već težinom bakra na nautičku milju. Provodnici, teški do 130 lbs/ nm, t. j. 59 kg/ nm (čemu odgovara promjer od 2 mm), primjenjuju se obično za kabele duge do 500 nm, a za dulje se oceanske kabele upotrebljavaju obično žice teške 350—650 lbs/ mn, čemu odgovaraju promjeri 3,5—4,8 mm.
Kod opterećenih kabela po Krarup-sistemu (sl. 8) bakarni se provodnik omota i željeznom žicom ili trakom, da se povećanjem induktiviteta neutralizira štetan utjecaj kabelskog kapaciteta i time poveća brzina rada. Za ovijanje se upotrebljava samo materijal visokog početnog magnetskog permcabiliteta (na pr. реrmaloy). Žice ili trake, kojima se provodnik spiralno ovija, debele su 0,15—0,3 mm. Postoje dvije vrste krarupiziranih kabela: kabeli s jednoličnim opterećenjem duž cijele dužine i kabeli s promjenljivom krarupizacijom; kod ovih se dodaje najviše induktiviteta u sredini, a sve manje prema krajevima.
Kod jakostrujnih kabela za prijenos energije upotrebljavaju se, pored bakarnih, i aluminijski provodnici uobičajene kopnene konstrukcije.
Izolacija izolira kabelske provodnike električki međusobno i od mora. Kako je izolacija podmorskih kabela, naročito ako su položeni na velikim dubinama, izložena silnim pritiscima, to se na nju postavljaju teži uvjeti nego kod kopnenih kabela. Za izolaciju podmorskih kabela upotrebljavane su ove izolacione mase: obična guma, gutaperka, gutabalata, deproteinizirana guma, paraguta, sintetična guma, a u posljednje vrijeme i neke plastične mase (polietilen i vinilit). Za mnogožilne kraće telefonske i jakostrujne kabele upotrebljava se uglavnom papirna izolacija u olovnom plaštu.
Obična guma, koja je bila upotrebljena samo kod prvih kabela, postaje na velikim dubinama (pod utjecajem tlaka) porozna, a kvari se i zbog oksidacije i pod utjecajem svijetla. Ona se stoga danas primjenjuje samo za kratke i u plićim vodama položene kabele.
KARAKTERISTIKE NEKIH POLOŽENIH GUTAPERKINIH TELEGRAFSKIH KABELA
Tablica
Gutaperka ( Gutta-percha) je skrućen mliječni sok, koji se dobiva od istoimenog malajskog drveta ekstrakcijom iz drva ili lišća. Zbog svojih odličnih izolacionih svojstava ona je u početku omogućila izradbu valjanih oceanskih telegrafskih kabela i služila je kao izolator sve do 1940. Ona je dobar i postojan izolator. Njezina se izolaciona svojstva poboljšavaju povećanjem pritiska na većim dubinama. Dielektrična konstanta gutaperke (ε) iznosi oko 3,5, a faktor gubitaka za 2 kHz tgδ — 12.10 -3. Ona postaje plastična već kod 60°C; to je povoljno za proizvodnju kabela; lako je njome popravljati i spajati kabele. Gutaperka ima i mnogo mana: jako je osjetljiva na svijetlo, toplinu i kisik; stoga se mora spremati u posebnim tankovima i pod vodom. U prirodi je nema dovoljno, niti je homogena, a češće sadržava i nečistoće, koje mogu prouzročiti kvarove. Nagrizaju je i buše crvi mekušci, nazvani Teredo navalis, koji žive u nekim morima na dubinama, manjim od 200 m.
Gutabalata dobija se iz soka nekih južnoameričkih drveta; miješa se s gutaperkom i služi kao izolacija za kraće kabele. Kod nešto viših frekvencija ona ima manje gubitke od gutaperke.
Deproteinizirana guma, t. j. guma s ekstrahiranim bjelančevinama, poznata i pod trgovačkim imenom Anhydrex, ima tu prednost, što nije osjetljiva na toplinu i kisik i što je ne napada Teredo. Ima je dovoljno, iz produkcije izlazi homogena i ne omekšava na toplini. Osjetljiva je na svijetlo i parafinske derivate.
Paraguta je mješavina derezinirane balate (50%), deproteinizirane gume (40%) i voska (10%). Ona je jeftina i ima bolja dielektrična svojstva od gume i gutaperke.
Sintetična guma (Buna) nije osjetljiva ni na svijetlo ni na derivate nafte, pogodna je za izolaciju kabela, samo je preskupa.
Termoplastične umjetne mase primjenjuju se za izolaciju podmorskih kabela tek u najnovije vrijeme. Najviše se među njima upotrebljavaju polietilen i vinilit.
Polietilen ima bolji otpor izolacije, manje apsorbira vlagu, ima manju dielektričku konstantu (ε = 2,3) i manji faktor gubitaka i kod vrlo visokih frekvencija (tgδ < 1.10 -3) nego anhidreks-guma, gutaperka i balata. Zbog tih svojstava mogu telegrafski podmorski kabeli, koji su izrađeni od polietilena — uz ista svojstva, t. j. istu brzinu rada — imati tanju izolaciju i uopće biti tanji.
Vinilska smola, poznata pod trgovačkim imenom Vinylit, ima odlične električne karakteristike, koje se i kroz dulji vremenski period ne mijenjaju ni u slatkoj vodi ni u moru. Jako je otporan protiv vode, ulja i masti, nije osjetljiv na svijetlo i oksidaciju te ostaje mekan i kod niskih temperatura, a može se, što je povoljno za oznaku žila, i obojiti.
Debljina se izolacije kod podmorskih telegrafskih kabela označava težinom izolacije u lbs ili kg na nm slično kao kod provodnika (prva brojka znači težinu bakra, a druga težinu izolacije). Kod uobičajenih vrsta podmorskih kabela kreće se težina gutaperkne izolacije između 120 i 400 lbs/nm.
Izolacija od papira, papira i zraka, odnosno impregniranog papira, primjenjuje se samo kod višežilnih telefonskih i telegrafskih kabela i kod kabela za jaku struju. Jezgra ovakvih podmorskih kabela identična je po svojoj konstrukciji telekomunikacijskim, odnosno jakostrujnim kabelima, koji se polažu na kopnu. Radi zaštite od vode kod ove vrste podmorskih kabela stavlja se i olovni plašt, koji je obično dvaput deblji nego kod podzemnih kabela. Kabeli ove vrste nisu za velike dubine (sl. 2 i 3).
Oko jezgre gutaperkom izoliranih kabela, predviđenih za plitke vode, ovije se preko izolacije — radi zaštite od Tereda — i tanka mjedena traka (sl. 9).
Kod kabela za više frekvencije stavljaju se — slično kao i kod koncentričnih kabela — preko izolacije i bakarne trake, koje redovito nisu od vode izolirane i koje služe kao povratni vod za struju. To je potrebno, da se smanji otpor, koji kod pojave viših frekvencija nastaje zbog t. zv. kožnog efekta; zbog njega se zbijaju povratne struje na graničnoj površini između izolacije i mora, t. j. upravo na zaštitnim željeznim žicama, koje imaju znatan otpor (sl. 10).
Zaštitni plašt izrađen je kod svih podmorskih kabela gotovo jednako, bez obzira na to, da li se radi o jednožilnom ili višežilnom kabelu za komunikacije ili o kabelu za prijenos električne energije. Konstrukcija plašta, koji se sastoji od jednog ili dva sloja željeznih žica i nekoliko slojeva jute, ovisi jedino o namjeni kabela, naime o tome, da li je kabel predviđen za plitku ili duboku vodu, odnosno, da li će biti položen uz obalu ili na otvorenom moru.
Preko jezgre kabela stavlja se zaštitni sloj od katranirane jute ili koprivnjače, da se izolacija zaštiti od žica za armiranje. Ovaj sloj stvara neke vrste posteljicu za zaštitne žice.
Armiranje kabela. Podmorski kabeli moraju imati dovoljnu uzdužnu čvrstoću, da se ne bi otkinuli prilikom polaganja, odnosno ponovnog dizanja. Ta čvrstoća zavisi od same težine kabela, od dubine polaganja i konačno od sile, kojom se kabel prilikom polaganja zateže. Kao dopuštena čvrstoća kidanja uzima se obično čvrstoća, koja odgovara sili jednakoj težini kod 2,5-struke najveće dubine polaganja. Kabeli položeni u plićim vodama izloženi su, osim toga, i lomljenju na podmorskim pećinama i trenju pijeska, koji se miče s vodom prilikom valovanja ili plime i oseke. Osim toga, obalske kabele mogu zahvatiti i oštetiti brodska sidra i ribarske sprave. Radi zaštite od prekida i mehaničkih oštećenja svi su podmorski kabeli jače ili slabije armirani. Za armiranje upotrebljavaju se isključivo samo pocinčane čelične ili željezne žice. Za dubinske kabele služe čelične žice velike čvrstoće (120—180 kg na mm 2) , t. zv. klavirske žice, a za obalske kabele deblje željezne žice manje čvrstoće. Zaštitne žice ovijene su spiralno oko jezgre kabela, obično ulijevo; njihova se debljina kreće između 2,5—7 mm; tome odgovara AWG br. 10 do 1. Da bi se smanjio broj zaštitnih žica i da bi se one bolje zaštitile od korozije, ponekad se i same žice omataju vrpcom od katranirane jute. Prema jačini željezne zaštite kabeli se obično dijele na dubinske (s manjom zaštitom) i obalske (s lakšom i težom zaštitom). Obalski kabeli obično imaju dva reda zaštitne željezne žice (sl. 5, 6 i 11).
Završni sloj koji se stavlja preko žica za armiranje, sprečava koroziju žica i štiti kabel. On se sastoji od dva sloja katranirane jute, jedan uvijen udesno, a drugi ulijevo. Da kabel ne bude ljepljiv, izvana se premazuje krečom.
Podmorski telekomunikacijski kabeli mogu se, s obzirom na konstrukciju, uglavnom podijeliti na 3 vrste:
1. telegrafski jednožilni ili višežilni kabeli, izolirani gutaperkom ili nekim sličnim materijalom, služe prvenstveno za prijenos telegrafskih znakova preko dubokih mora i na veće udaljenosti. Kao povratni vod služi im redovito more (sl. 11).
2 Višežilni, papirom izolirani i olovom zaštićeni, telefonsko-telegrafski kabeli, služe za vezu preko plićih mora i na manje udaljenosti; redovito imaju u sebi i povratni vod (sl. 3).
3. Koaksijalni ili koncentrični kabeli — koji imadu cjevasti povratni vod, a izolirani su nekom visokovrijednom modernom plastičnom masom, obično polietilenom — služe za prijenos visokofrekventne telefonije s nosećim strujama (sl. 5).
Kabeli prve i druge vrste mogu biti i krarupizirani. Papirom izolirani kabeli mogu, umjesto toga, imati ugrađene i Pupinove svitke, a koaksijalni kabeli mogu imati ugrađena i pojačala.
Pregled karakterističnih podataka nekoliko tipičnih položenih kabela daje tablica na dnu strane 187.
Električke karakteristike podmorskih kabela. Za određivanje karakteristika nekoga podmorskog kabela i ocjenu njegova stanja služe njegove četiri osnovne električne konstante, i to: otpor provodnika, kapacitet, induktivitet i odvod.
Otpor kabelskog provodnika ( R) zavisi od materijala, od kojeg je provodnik izrađen, od njegove dužine, od presjeka i od temperature mora na dnu, a mjeri se u omima (Ω). Za izradbu provodnika telekomunikacijskih kabela uzima se bakar najbolje kvalitete. Kako je dužina određena, a temperatura na dnu mora više manje stalna, to se na otpor može utjecati samo izborom presjeka. On se određuje kompromisom između cijene koštanja, dopuštenog prigušenja i kvalitete prijenosa, jer već neznatno podebljanje provodnika uzrokuje prilično poskupljenje kabela. Otpor provodnika podmorskih kabela, kao konstanta R 1, izražava se u omima na 1 nm ili 1 km, a njegova veličina kreće se kod raznih telegrafskih kabela između 1, 7 i 17 oma/ nm kod 75°F (= 24°C).
Kapacitet kabela (C) mjeri se u faradima (F), odnosno mikrofaradima (μ F), pa je 1 F = 10 6 μ F. Površina provodnika uzduž cijelog kabela čini jedan oblog kondenzatora; povratni vod ili olovni plašt (ukoliko postoji) stvaraju drugi oblog; ako nema ni povratnog voda ni olovnog plašta, čini drugi oblog more (voda), u koje je kabel položen. Izolacija kabela služi kao dielektrik. Kapacitet je kod podmorskih kabela nepoželjan i štetan; stoga se nastoji da bude što manji. Kako je površina provodnika određena, to se može utjecati na kapacitet jedino debljinom i vrstom izolacije. Veličina kapaciteta ovisi i 0 t. zv. dielektričnoj konstanti ε izolacionog materijala. Tako je na pr. ε povoljniji kod polietilena nego kod gutaperke.
Kapacitet, kao kabelska konstanta C 1, mjeri se u μ F na 1 nm ili km. Uobičajene vrijednosti kapaciteta kod telegrafskih kabela iznose 0,3—0,45 μ F/ nm.
Induktivitet ( L) je kod neopterećenih podmorskih kabela vrlo malen. Kod opterećenih kabela on je znatan, a ovisi о načinu namotavanja i količini željezne trake, kojom je jezgra omotana. Induktivitet se mjeri u henrijima ( H), odnosno milihenrijima (mH), pa je 1 H = 10 3 mH. Induktivitet podmorskih kabela, kao konstanta L 1 , izražava se u mH na 1 nm ili km. Uobičajene vrijednosti za induktivitet krarupiziranih telefonskih kabela s papirnom izolacijom kreću se od 15 do 20 mH/ nm, a za telegrafske kabele od 60 do 120 mH/ nm.
Odvod kabela ( G) je recipročna vrijednost izolacionog otpora kabela, t. j. otpora, što ga izolacija 1 abela pruža električnoj struji, . On se mjeri u simensima (S) (mhoima). Odvod kod ispravnog kabela zavisi od veličine faktora gubitaka pojedinog izolacionog materijala. On je kod dobrih kabela malen, ali raste sa frekvencijom. Odvod podmorskog kabela, kao konstanta G 1, izražava se u μ S na 1 nm ili km. Odvod ispravnih kabela je redovito malen, jer se otpor izolacije, koji se izravno mjeri, obično kreće između nekoliko stotina i desetina tisuća (i više) megoma ( MΩ) po 1 nm.
Dok se zbog odvoda i otpora troši električna energija, dotle se ona zbog kapaciteta i induktiviteta skuplja u električnim, odnosno magnetskim poljima.
Prve tri osnovne konstante, kao i otpor izolacije, mogu se izravno mjeriti istosmjernim mjernim metodama i pomoću njih se može uvijek kontrolirati stanje kabela.
Vremenska ili brzinska konstanta kabela. Telegrafski znakovi bivaju na duljim telegrafskim kabelima, zbog utjecaja kapaciteta kabela, znatno izobličeni. Kod nekog zamišljenog idealnog kabela, koji nema ni kapacitet ni induktivitet, i koji je na prijemnoj strani preko prijemnog uređaja uzemljen, struja će na prijemnom kraju, kad se preda neki signalni impuls, odmah i definitivno postići svoju konačnu veličinu, koju određuju napon izvora i otpor provodnika. Međutim, kod stvarnog duljeg kabela, koji, osim otpora, ima i znatan kapacitet, pričinit će se na predajnoj strani, u prvom trenutku, kao da kabel nema otpora, jer će u nj teći znatno veća struja, no što bi trebalo po Ohmovu zakonu, jer će teći u kabel t. zv. struja punjenja kabela. Na prijemnom kraju kabela postići će struja svoju najveću vrijednost: tek nakon određenog vremenskog razmaka, pošto se kabel nabio. Ova se pojava može razumjeti, ako se zamisli, da je kabel sastavljen od mnogo komada, od kojih svaki ima svoj otpor i kapacitet (sl. 12). U trenutku predaje impulsa, kad se na kabel priključi napon, svaki od idućih kondenzatora ne može se potpuno nabiti, prije nego što je njegov prethodnik nabijen. Osim toga, i svaki kondenzator ima manji napon od svog prethodnika zbog pada napona, što ga stvaraju struje punjenja pojedinih ranijih kondenzatora. To znači, da će najveća struja na prijemnom kraju biti postignuta samo onda, ako znakovi dovoljno dugo traju, jer proces punjenja iziskuje neko vrijeme. Prema tome, brzina je predaje znakova ograničena veličinom otpora i kapaciteta, a produkt С 1 R 1 l 2 , gdje l znači dužinu kabela, mjerodavan je za brzinu telegrafskog rada i zove se brzinska ili vremenska konstanta kabela.
Pravilnije je promatrati električke događaje na podmorskim kabelima pomoću teorije vodova, jer se i u telefoniji i u telegrafiji radi zapravo о izmjeničnim strujama; naime svaki istosmjerni telegrafski impuls može se rastaviti na cijeli niz izmjeničnih struja.
Sekundarne konstante podmorskih kabela ili t. zv. valovni parametri poznati su iz teorije vodova (na pr. valovni otpor ili karakteristična impendancija kabela i konstanta širenja).
Valovni otpor Z 0 nekog kabela je zamišljeni otpor, što ga beskonačno dugi kabel pruža izmjeničnoj struji određene frekvencije, t. j. ona karakteristična impendancija, koju bi imao stvarni kabel određene dužine, koji se završava vrijednošću svog Z 0.
Ta impendancija iznosi: ili pisano obično
Kako su kod podmorskih kabela veličine L 1 i G 1 malene i mogu se zanemariti, to približna formula za podmorske neopterećene kabele glasi:
Iz prednjih formula se vidi, da je Z 0 zavisan — osim od R 1 i C 1 — i od frekvencije f, jer je ω — 2 π f. Kod opterećenih vodova s umjetno povećanim induktivitetom (na pr. kod krarupiziranih kabela) L 1 je znatan, pa se može u približnoj formuli R 1 prema ω L 1 kod nešto viših frekvencija zanemariti, te formula glasi:
Valovni otpor važan je zbog pravilnog prilagodenja. On zavisi od konstrukcije kabela, a ne od njegove dužine.
Konstanta širenja γ daje za jedinicu dužine kabela podatke о prigušenju napona i struje (β) u neperima ( N) i podatke о faznom pomaku (α) naponskog i strujnog vektora u radijanima.
Konstanta širenja iznosi:
iz toga se dobije transformacijom, da je: i .
Iz ovih se formula vidi, da su jedna i druga veličina ovisne о frekvenciji. Dok se γ, α i β odnose na jedinicu dužine kabela, dotle za cijeli vod dužine l ove veličine iznose: γ· l, α· l i β· l.
Kod podmorskih kabela — kod kojih je induktivitet L l uopće neznatan, tako da je i induktivni otpor ω L 1 zanemariv prema otporu provodnika R 1 odvod G 1 prema ωC 1 — formula za najniže i govorne frekvencije prelazi s velikom približnošću u oblik: [nepera/km ili nm].
Za kabele, kod kojih se induktivni otpor ω L 1 ne može zanemariti — a to naročito nastupa kod nešto viših frekvencija — može se iz ranije formule razvijanjem u red dobiti ova približna jednadžba: [nepera/km ili nm], koja će kod koaksijalnih i opterećenih kabela s neznatnim odvodom glasiti: [nepera/km ili nm].
Faktor prigušenja ili t. zv. specifično prigušenje β mjeri se u milineperima na 1 nm ili km ( mN/ nm), a iznosi, na pr. kod telefonskih kabela, za frekvenciju od 800 Hz 3,5—20 mN/km. Kod dugih, na pr. telegrafskih kabela, dopušta se prilično veliko ukupno prigušenje cijelog kabela (β. l), i to do 6, pa čak i 8 N.
Opterećivanje kabela. Pupin, a nešto kasnije i Krarup, počeli su povećavati induktivitet kabela radi smanjenja faktora prigušenja i, u vezi s time, smanjenja izobličenja i povećanja dometa. U razmacima od oko 2 km Pupin umeće u provodnik indukcione svitke (sl. 13). Krarup, međutim, omata provodnik kabela željeznom žicom s velikim početnim permeabilitetom i malom histerezom; time postiže podjednaku podjelu induktiviteta, što je znatno povoljnije, ali i skuplje (sl. 8).
Struja nabijanja kabela znatno izobličuje znakove i impulse. Budući da je kapacitivna, ova struja punjenja istrčava pred naponom, a struja kroz dodatni induktivitet zaostaje, pa se obje međusobno poništavaju i izobličenje se smanjuje.
Promatra li se približna formula za faktor prigušenja: vidi se isto i matematskim putem: povećanje L 1 dovodi do smanjenja specifičnog prigušenja β.
Opterećeni kabeli, zbog velikog L 1 i C 1 očituju kod određene frekvencije i rezonantne pojave. U blizini ove t. zv. rezonantne vlastite frekvencije, prigušenje i valovni otpor naglo rastu. Stoga su opterećeni kabeli upotrebljivi samo ispod neke određene frekvencije, koja se naziva graničnom frekvencijom kabela. Što je opterećenje jače i dodatni induktivitet veći, to je i granična frekvencija niža. Kod opterećenih telegrafskih kabela granična frekvencija leži oko 60 Hz, kod telefonskih kabela između 4,5—7 kHz.
RAD NA TELEGRAFSKIM KABELIMA I NJIHOVO VIŠESTRUKO KORIŠTENJE
Na dugim telegrafskim kabelima primljeni su impulsi prilično izobličeni, stoga su se već od početka upotrebe kabela primjenjivale razne metode za poboljšanje oblika primljenih impulsa. Te su:
1. upotreba kabelske umjesto obične abecede;
2. upotreba specijalnih releja;
3. dodavanje na prijemnom kraju kondenzatora t. zv. Thomsonove zemlje;
4. dodavanje prigušnice na predajnom kraju;
5. upotreba pupiniziranih i krarupiziranih kabela;
6. upotreba kabelskih pojačala s ulaznim i izlaznim krugovima za popravak oblika impulsa.
Kabelska abeceda. Pokazalo se već vrlo rano, da se obična Morseova abeceda — koja se sastoji od točaka i povlaka, t. j. od kratkih i dugih istosmislenih impulsa — ne može uspješno upotrebiti i kod kabela. Kako su impulsi kod Morseova sistema u istom slovu različito dugi, to se i kabel različito dugo nabija, pa nakon dugog impulsa nema dovoljno vremena da se ponovo isprazni, osim ako se tipkanje vrši vrlo polagano. Stoga je — na osnovi Morseove abecede — izumljena nova, t. zv. kabelska abeceda koja — umjesto točaka i povlaka i umjesto dugih i kratkih impulsa — upotrebljava pozitivne i negativne jednako duge impulse uz uvjet, da se nakon svakog impulsa kabel neko vrijeme uzemlji. Time se postiglo, da svaki impuls polazi s nultog napona, što sprečava donekle izobličenje impulsa i povećava brzinu rada. Brzini rada pridonosi i sam sistem kabelske abecede, jer prosječna dužina slova kod nje iznosi samo oko 3,7 impulsa, pa je stoga prema broju impulsa, koji su potrebni za prosječno slovo, ovo najkraća između svih telegrafskih abeceda (sl. 14).
Kod modernijih uređaja kabelske telegrafije sa štampanim prijemom ova se abeceda nije održala, već se prešlo na nove abecede sa pet, odnosno sa sedam impulsa, koje su se u praksi prijenosa pokazale pogodnije.
Stariji kabelski prijemni i predajni uređaji. Struje, koje se javljaju na prijemnom kraju podmorskih kabela, vrlo su malene i ne mogu da pokreću telegrafske aparate, koji su uobičajeni u kopnenoj telegrafiji. U početku kabelske telegrafije služio je za prijem zrcalni galvanometar, koji je u taktu telegrafskih znakova otklanjao svjetlosnu zraku ulijevo i udesno. Dok je jedan rukovalac, na osnovi otklanjanja zraka, čitao slova, drugi ih je po diktatu pisao. Umjesto ove sprave počeo se od 1867 postepeno upotrebljavati Sifon-rekorder, koji je (s nekim poboljšanjima) ostao u upotrebi do najnovijih vremena. Kod ovog aparata služi za prijem galvanometar s pokretnim svitkom, koji pokreće vrlo laganu sifonsku cjevčicu. Ona tintom piše valovite znakove po traci, koja ispod nje prolazi. Ovakvi su uređaji poznati pod imenom Thomsonov, Siemensov i Muirheadov rekorder (sl. 15).
Za predaju je spočetka služilo ručno tipkalo, a kod kabelske abecede dvostruko tipkalo, jedno za pozitivne, a drugo za negativne impulse. Brzina je ovisila o dužini kabela te je kod ručne predaje za neopterećene kabele iznosila 10 ili više slova u minuti. Da bi se bolje iskoristilo vrijeme i da znaci budu što jednoličniji, počeo se i kod kabela primjenjivati predajnik s probušenom trakom. Ovakvi su predajnici Wheatstonov brzotipkač i Muirheadov predajnik. Kod te vrste predajnika prolazi specijalnim perforatorom izbušena papirna traka iznad dva prsta, koji upadaju u rupice trake i time upravljaju kontaktima za tipkanje (sl. 14, 4). Ovakvim automatskim predajnikom mogla se na neopterećenim kabelima, već prema njihovoj duljini, postići brzina od 30—100 slova u minuti. Na krarupiziranim kabelima s dodatnim modernijim uređajima brzina rada znatno se povećala.
Višestruko korištenje kabela. U početku se upotrebljavala kod kabela samo t. zv. sprega simpleks, koja se sastoji u tome, da jedna stanica prima, a druga predaje i obratno. Ova sprega ne dopušta istodobno iskorištenje kabela za rad u oba smjera i ima tu prednost, što se po njoj može raditi bilo kojim telegrafskim uređajem i što nije osjetljiva. Ona se uvijek upotrebljava između broda i kopna prilikom polaganja i opravki kabela. Ona se i danas primjenjuje na nekim duljim prekooceanskim kabelima, na kojima nije moguć rad po nekom drugom sistemu.
Sprega dupleks dopušta istodobni prijem, odnosno predaju po istom kabelu u oba smjera. Prijemni uređaj priključen je tako, da je osjetljiv samo za signale u dolasku, a na nj ne djeluju vlastiti signali u odlasku (sl. 16). Sprega dupleks zasniva se na Whcatstonovu mostu. Ako se pritisne tipkalo T i ako su impendancije krakova Z 1 = Z 2 i Z 3 = Z 4 , to kroz poprečni krak mosta, t. j. kroz vlastiti prijemnik, ne će teći struja, jer je pad napona od točke A do В i A do С jednak, pa prema tome ni vlastito tipkanje ne će smetati vlastitom prijemu. Da bi se to moglo ostvariti, mora umjetni vod potpuno odgovarati karakteristikama Z 3; to nije uvijek lako postići. Struja se kod predaje grana u točki A: polovina teče preko točke В u kabel, a druga polovina preko točke С u umjetni vod. Kod prijema dolazi struja kroz kabel, grana se u točki В i teče kroz poprečni vod ВС i prijemni uređaj, a zatim produžuje preko umjetnog voda u zemlju. Sprega dupleks počela se 1874 upotrebljavati kod kabela.
Moderniji primopredajni telegrafski uređaji za rad na podmorskim kabelima. Glavni nedostatak sifonskih rekordera ležao je u tome, što su telegrafske znakove pokazivali valovitom crtom, a ne štampanim slovima, te je trebalo sve telegrame prepisivati. Stoga su se već od samoga početka nastojali i na kabelima uvesti uređaji za štampani prijem.
Krarupizirani telegrafski podmorski kabeli, koji su se počeli upotrebljavati 1924, propuštaju s malim prigušenjem i frekvencije do oko 60 Hz, što odgovara teoretskoj brzini rada od oko 1800 slova u minuti. Kako brzina rada starih klasičnih telegrafskih uređaja nije više za nove kabele bila dovoljna, konstruirani su moderniji uređaji.
Na opterećenim (krarupiziranim), ali i na neopterećenim kabelima počeli su se stoga upotrebljavati ovi novi uređaji:
kabelska pojačala, koja, uz pojačanje, popravljaju impulse, koji su u kabelu izobličeni. Oblik impulsa popravlja se kod ovakvih pojačala u ulaznim krugovima pretpojačala za višefrekventni dio izobličenja i u izlaznim krugovima za niže frekventni i istosmjerni dio.
Primjena pojačala omogućila je i upotrebu manje osjetljivih releja i, u vezi s time, primjenu raznih telegrafskih uređaja za štampani prijem i višestruko iskorištavanje kabela.
Kod telegrafa sa štampanim prijemom vrijeme za prijenos električnih impulsa iznosi samo djelić vremena, koje je potrebno za mehanički postupak odštampavanja slova, pa je stoga kabel samo povremeno iskorišten. Da bi se kabel bolje iskoristio, mogu se iza impulsa svakog znaka ubaciti znaci drugih kanala. Naravno, da se u tome slučaju predaja mora vršiti po točno određenom tempu.
Pojačala ugrađena u kabel tek su omogućila višekanalnu telefoniju na udaljenost veću od 100 do 200 km. Uzrok ograničenom dometu kabelske telefonije leži u prevelikom prigušenju i u faznom i amplitudnom izobličenju kod prijenosa preko kabela. Ovo se naročito očituje kod starijih gutaperknih kabela, kod kojih je različita brzina širenja i prigušenje kod raznih frekvencija. Kod kabela s izolacijom papir-zrak i kod polietilenskih koaksijalnih kabela ova pojava nije kritična. Pronalaskom elektronki dovoljno malih dimenzija sa dovoljno dugim životom (od nekoliko desetaka godina) omogućena je tek konstrukcija kabelskog pojačala, pošto su riješeni i svi ostali problemi mehaničke i električke prirode (na pr. napajanje). Prva takva pojačala bila su ugrađena u krute metalne cijevi i uvrštavala su se prilikom polaganja u sam kabel; to je bilo nezgodno i prilikom polaganja i prilikom popravaka. Sada se upotrebljavaju pojačala savitljive nove konstrukcije samo nešto deblja od kabela. Kod prekooceanskog kabela 1955—56 montirano je svako pojačalo u 70 cilindara, koji su ojačani sa dva reda čeličnih prstenova. Pojačala su potpuno elastična i mogu da idu preko bubnja vitla i točkova za polaganje. Pojačala se postavljaju na svakih 25—40 nm, prema vrsti prijenosa i kabela.
Na ovom principu višestrukog korištenja kabela radi: kabelski multipleks-sistem, koji je preuzet iz kopnene telegrafije i koji po svojoj funkciji sliči poznatom Baudot-telegrafu. Princip takva telegrafa pokazuje sl. 18. Ovaj sistem, koji radi s petimpulsnom abecedom dopušta, da se naniže 4—8 kanala takva sistema na istu liniju. Znakovi, koje oblikuju kontakti predajnika, prenose se uzastopno, impuls po impuls, pomoću razdjelnika, koji se sinhrono okreću na prijemnoj i predajnoj strani, na prijemni uređaj, koji ih odštampava u obliku slova (sl. 17).
U novije vrijeme počeli su se i na kabelima upotrebljavati start-stop pisači, t. j. teleprinteri ili dalekopisači, kao što se upotrebljavaju i u kopnenoj telegrafiji. Kako oni poslije svakog znaka stanu, to kod njih pitanje sinhronizacije nije kritično. Teleprinteri se mogu upotrebiti i u razdjeljivačkom sistemu, ali se u tome slučaju ne mogu izravno priključiti na multipleks-uređaj, jer nema start-impulsa i stop-impulsa i sinhronizacija bi uzrokovala teškoće. Za taj slučaj treba predvidjeti posebne translatore, koji od multipleksa primaju impulse te ih pomoću svojih relejnih lanaca prilagođuju i predaju dalekopisaču. Postoje međutim i specijalni multipleks-uređaji sa sedamimpulsnom abecedom za izravan rad specijalnim teleprinterima.
Na kraćim kabelima može se multipleks-sistem koristili i u dupleksu. Na kabelima dužim od 2000 nm, a naročito na krarupiziranim kabelima, teško jc postići i održavati ravnotežu prijemnog mosta za dupleks-rad, pa se stoga, radi boljeg iskorištenja, upotrebljava samo multipleks-sistem. Obično se to vrši tako, da se predaja i prijem automatski prebacuju u određenim vremenskim razmacima s jedne strane na drugu. Na kabelima, koji leže u pravcu istok-zapad (na pr. kabeli između Amerike i Evrope), daje se uvijek više predajnog vremena onoj strani, na kojoj je dan, jer za dana ima više brzojavka.
Danas se gotovo na svim kabelima primjenjuju kabelska pojačala u vezi s multipleksom ili dalekopisačima, a kod kraćih neopterećenih kabela upotrebljava se redovito i dupleks. Nakon primjene modernih uređaja i napuštanja rekordera povećala se brzina rada kod neopterećenih kabela za prosječno 30—40%. Kod krarupiziranih telegrafskih kabela iznosi prosječna brzina rada po kanalu 250—300 slova u minuti, pa se u vezi s multipleksom može prenositi 1500—2000 slova u minuti po jednom kabelu.
Uzemljivanje kabelskih telegrafskih aparatura. Kabelske telegrafske aparature, koje su priključene na jedan i drugi kraj podmorskog kabela, moraju biti uzemljene, jer im zemlja i more redovito služe kao povratni vod za struju. Kod prijemnih kabelskih aparatura ovo se uzemljivanje ne vrši gotovo nikad priključivanjem na ukopane bakarne ploče, vodiče ili cijevi zato, što se kod ovakvih uzemljenja otpor uzemljenja stalno mijenja prema vremenskim prilikama. Osim toga, može takav način uzemljivanja dovesti do međusobnih smetnji susjednih kabela, a i prirodne i umjetne smetnje jako se kod njega očituju.
Prirodne smetnje pojavljuju se za vrijeme magnetskih oluja zbog promjene potencijala, koju ove izazivaju na površini oceana. Elektromagnetski valovi, koji nastaju zbog ovakvih pojava, često u provodniku kabela i u žicama zaštite induciraju do nekoliko stotina volti visoke napone, koji s višom ili nižom frekvencijom mijenjaju svoj polaritet. I obične oluje s jakim atmosferskim pražnjenjima mogu izazvati smetnje. Što je frekvencija smetnji viša, to one manje prodiru u more. Općenito su smetnje manje zimi i danju, u sjevernim predjelima i na većim dubinama, a veće noću, ljeti, u južnim predjelima i na dubinama manjim od 300 m.
Umjetne ili tehničke smetnje uzrokuju prvenstveno zalutale električne struje, koje nastaju zbog uzemljivanja električnih mreža i zbog električnih željeznica.
Sve te smetnje mogu telegrafski saobraćaj na kabelima kroz neko vrijeme potpuno paralizirati.
Smanjenje smetnja postiže se obično time, što se pojača signal i poveća odnos signal/šum ili pomoću posebnog načina uzemljivanja prijemne aparature.
Signal se može pojačati, ako se umjesto tanjeg kabelskog provodnika upotrebi deblji; to je, naravno, skuplje. Stoga će se ovo rješenje upotrebiti samo izuzetno. Signal se može pojačati i povećanjem radnog napona, ali s povećanjem se ne smije ići predaleko, to prije, što ono i nepovoljno utječe na rad u dupleksu. Povećanja napona iznose u praksi samo nekoliko desetaka volta.
Najuspješnije je sredstvo protiv smetnji specijalni način uzemljivanja aparature. Prijemna telegrafska aparatura ne uzemljuje se u samoj stanici, već se kablovani povratni vod, koji služi za uzemljenje, vodi paralelno i u neposrednoj blizini dolaznog kabela još na neku udaljenost u more, gdje se spaja s oklopnim žicama kabela. Umjesto dva kabela, u tu se svrhu upotrebljava i samo jedan, ali dvožilni kabel (sl. 19). Ovako uzemljenje djeluje na taj način, što se u oba voda induciraju jednaki ometajni naponi, koji se u prijemnoj aparaturi poništavaju. Da u točki uzemljenja ne bi nastupilo reflektiranje smetnji, ubacuju se — radi pravilnog prilagođenja — u vod za uzemljenje još i dodatni otpornici, pomoću kojih se vrši t. zv. balansiranje uzemljenja. Kod koaksijalnih kabela, a i kod kabela s povratnim vodom, na obalskom se dijelu kabela vanjski vodič ponekad izolira i time smanji utjecaj lutajućih struja (sl. 5).
ISPITIVANJE KABELA I ODREĐIVANJE MJESTA GRIJEŠKE
Usprkos čvrstoj konstrukciji kabela, ipak se češće na njima javljaju griješke. Da bi se točno moglo utvrditi mjesto griješke, odnosno da bi se mogle na vrijeme otkriti one griješke, koje tek polagano nastaju, predviđene su na svakoj važnijoj kabelskoj stanici posebne mjerne aparature. Tim aparaturama vrše se na kabelima (bez obzira, da li postoje griješke ili ne) kontrolna mjerenja u određenim vremenskim razmacima.
Mjerenja na kabelima. Za kabelska ispitivanja redovito služe ovi instrumenti:
1. zrcalni galvanometar s odnosnim šentom;
2. razni dekadni i pojedinačni standartni otpornici;
3. razni standardni kondenzatori;
4. uređaj za kabelska mjerenja, koji sadržava sve potrebne prijeklopke, tipkala, otpore, kondenzatore i mostove za sva uobičajena kabelska mjerenja.
Ovakve se aparature upotrebljavaju kao stalne ili prijenosne u kabelskim stanicama i na većim ili manjim polagačima. Na kabelima u pogonu redovito se kontroliraju osnovne karakteristike kabela, pa se zato vrše ova ispitivanja:
1. mjerenje otpora izolacije dielektrika između provodnika i mora; to se mjerenje vrši obično po supstitucionoj metodi s poznatim otporom; pritom treba imati na umu i temperaturu mora;
2. kapacitet između provodnika i mora mjeri se bilo po direktnoj, bilo po mosnoj metodi;
3. otpor kabelskog provodnika mjeri se redovito po mosnoj metodi, strogo pazeći na temperaturu mora.
Na kabelima, na kojima se radi s višim frekvencijama, vrše se i izmjenična mjerenja; prvenstveno se određuje impendancija kabela s kratkospojenim [Z kr = ( R 1 +j ω L 1) · l] i otvorenim krajem , iz kojih se veličina izračunavaju (pomoću ranije datih formula) valovni otpor i prigušenje.
Dok nije bilo računskih strojeva, upotrebljavali su se za brzo izračunavanje kabelskih vrijednosti posebni logaritmari sa skalom stvarne dužine do 12,5 m, koja je bila spiralno ucrtana na valjak.
Utvrđivanje griješaka na kabelima. Griješke na kabelima mogu se podijeliti na: djelomični prekid provodnika; potpuni prekid provodnika; djelomični ili potpuni spoj provodnika s morem; kod višežilnih kabela djelomični ili potpuni kratki spoj između žila. Te se griješke utvrđuju raznim metodama mjerenja (obično se primjenjuje i više njih zajedno), koje su često dugotrajne i komplicirane. Cilj je svih tih metoda, da se utvrdi što točnije mjesto, gdje se nalazi griješka, kako bi kabelopolagač uz što manje lutanja mogao na pravom mjestu dići kabel i popraviti ga.
Sva ova ispitivanja svode se redovito na mjerenje otpora i kapaciteta na jednom ili oba kraja kabela različitim strujama i promjenljivim polaritetom, po različitim metodama. Uvijek se vrši veći broj mjerenja. Iz tih podataka, iz poznate dužine kabela i poznatih osnovnih njegovih karakteristika utvrđuje se, pomoću računskih ili grafičkih metoda, udaljenost mjesta griješke od jednog i drugog kraja. Tako postignuti rezultati redovito su vrlo točni.
Podaci o kabelima. Iz tih razloga potrebno je, da svaka kabelska stanica ima sve podatke o kabelu, i to: 1. tip kabela, izolacije i oklopa; 2. presjek i otpor provodnika; 3. dužinu cijelog kabela, kao i dužinu između pojedinih spojeva kabela; 4. trasu položenog kabela; 5. temperaturu mora na dnu za više položajnih točaka kabela; 6. osnovne karakteristike kabela: otpor provodnika, otpor izolacije, kapacitet i sve mjerne podatke, dobivene poslije izvršenog polaganja.
BRODOVI ZA POLAGANJE KABELA
Brodovi za polaganje kabela dijele se na velike i male. Veliki kabelopolagači imaju do 8000 brt. i mogu nositi do 8500 t podmorskih kabela (sl. 21). Sad je najveći kabelopolagač britanski brod H. M. S. Telegraph Ship Monarch od 8000 brt.
Veliki kabelopolagači služe za polaganje i popravak dugih prekooceanskih kabela; stoga sa sobom nose veliku količinu podmorskog kabela i imadu velik radijus djelovanja i dobra maritimna i manevarska svojstva i kod malih brzina. Za polaganje kraćih kabela i za popravke na kabelima, naročito u plićim vodama, ekonomičniji i podesniji su manji kabelopolagači od 200 do 500 brt.
Brzina kabelopolagača kreće se između 12 i 18 čv; radi boljih manevarskih svojstava brodovi redovito imadu dva vijka. Izvana se brodovi kabelopolagači mogu odmah prepoznati po velikim žljebastim točkovima, koji su smješteni na produženom i isturenom gornjem dijelu pramca.
Oprema brodova kabelopolagača. Za izvršenje svog zadatka kabelopolagači moraju imati posebnu opremu za polaganje kabela, koja se kod velikih i malih brodova mnogo ne razlikuje. Oprema kabelopolagača sastoji se od tankova za spremanje i prijenos kabela, od uređaja za dizanje i polaganje kabela, od raznog materijala i pribora, koji je potreban pri radu s kabelima, i od aparata za mjerenje.
Kabelski tankovi su velike okrugle željezne posude s promjerom 4,5—12 m sa sadržinom 200—1000 m 3 koje služe za spremanje kabela na brodu. U jedno spremište ide kod većih brodova 500—600 nm kabela (sl. 22). Brodovi obično imadu najviše 4 tanka. Jedan ili više tankova udešeno je tako, da se mogu plaviti morskom vodom i da se voda može iz njih iscrpsti, radi prijenosa gutaperknog kabela i radi ispitivanja kabela pod vodom. U sredini svakog tanka nalazi se debeli konični drveni stup s promjerom do 2 m, koji se prema gore sužava i seže gotovo do stropa. Osim toga se u kablovskom tanku ponekad nalaze i dva željezna prstena, spojena sa četiri prečke. Oni se pri izlaženju kabela postepeno dižu koloturnicima; kroz srednji prsten, koji je za oko 60 cm širi od koničnog stupa, prolazi kabel. Ova sprava u brodskim kabelskim tankovima, nazvana krinolinom, sprečava nepravilno odmatanje kabela i stvaranje vilica u kabelu.
Za izravnanje broda pri polaganju i za kompenzaciju utrošenog kabelskog tereta služe na pogodnim mjestima razmješteni balastni tankovi.
Kabelsko vitlo je horizontalno parno ili električno vitlo sa dva bubnja promjera do oko 1,5 m i širine 40—65 cm; svaki ima vlastiti pogon i vlastitu kočnicu. Vitlo treba da ima kapacitet do 25 t, a kočnica treba da izdrži dvostruko. Ranije su bile uobičajene frikcione kočnice s vodenim hlađenjem, a danas se obično upotrebljavaju hidrauličke. Kočnica je potrebna, da kabel kod većih dubina ne bi izlazio prebrzo. Kočenje treba da se dade precizno regulirati. Upravljač vitla stoji iza njega, a sve se ručice nalaze njemu na dohvatu. Vitlo služi za dizanje i polaganje kabela.
Dinamometri služe za mjerenje vlaka, kome je izložen kabel. Oni se sastoje od tri žljebaste okrugle vodilice. Kabel prolazi ispod srednje vodilice, pritišće je prema gore i pritom stišće opruge (sl. 23). Pomicanje točka mehanički je vezano s kazaljkom, koja je baždarena u tonama. Dinamometri se obično nalaze kod vitla i na pramcu, a ponavljači dinamometra na komandnom mostu i na drugim mjestima, gdje je to potrebno.
Prilikom polaganja kabela na velikim dubinama vlak iznosi ponekad i preko dvije tone.
Žljebasti koloturi smješteni su na svakih nekoliko metara po palubi i služe za vođenje kabela od pramčanog ili krmenog kolotura do kabelskog vitla i odavle do spremišta.
Pramčani i krmeni žljebasti koloturi. Svi kabelopolagači imadu pramčane žljebaste koloture, smještene na gornjem isturenom dijelu pramca, i to mali brodovi po dva, a veći do tri. Oni služe za vođenje kabela pri dizanju i polaganju. Veći brodovi imadu još jedan žljebasti kolotur na krmi, koji služi pri polaganju duljih kabela. Promjeri ovih kolotura veliki su i ponekad iznose do 3 m (sl. 24 i 27).
Ostali pribor. Osim toga se na palubi nalaze i očnjaci za zapore, obično pritezno vitlo, tovarice i t. d. Kabelopolagači redovito imaju kompas na zvrk, mehanički i akustički (ultrazvučni) dubinomjer, radar, decca-navigator, loran-prijemnik, mjerač udaljenosti pomoću klavirske žice i ostala navigacijska sredstva.
U posebnoj kabini smješteni su aparati za mjerenje. Za vrijeme polaganja neprekidno se kontroliraju električna svojstva kabela, kako bi se odmah, čim se primijeti, mogla ispraviti griješka.
Polaganje podmorskog kabela obuhvaća navigacijsku i tehničku pripremu, prijenos i ukrcavanje kabela na brod, iskrcavanje prvog kraja, polaganje kabela, iskrcavanje i polaganje drugog kraja, završno mjerenje i spajanje.
Priprema polaganja. Najprije se studira i izabere trasa na karti; pritom treba imati na umu, da dno na trasi bude što ravnije i dubine što jednoličnije; zatim se mjerenjem provjeravaju dubine i profil. Na osnovi konačno utvrđene trase određuje se duljina dubinskog kabela i duljine pojedinih dionica obalskih kabela. Određuju se i označuju točke iskrcavanja kabela i izabiru se točke podesne za vođenje navigacije; po potrebi i mogućnosti plutačama se označavaju i usputne točke. Osim toga, organizira se prihvatanje kabela na jednoj i na drugoj strani.
Ukrcavanje kabela. Prije nego se počne ukrcavati kabel, treba pažljivo razraditi raspored ukrcavanja. Treba da se kabel ukrca tako, da se bez stanke može polagati i da se za vrijeme polaganja teret prazni podjednako s pramca i krme, kako brod ne bi dobio nepovoljan uzdužni nagib. Obično se već unaprijed spoje kabeli za cijelu trasu, a posebno se samo ukrca posljednji kraj. Iz pripremnog skladišta na obali ili iz željezničkog vagona ukrcava se kabel u brod pomoću kabelskih vitala (sl. 25, 26). Kraj kabela učvrsti se na gornjoj strani tanka, da bi se kasnije mogao spojiti na mjerni vod, koji vodi u kabinu s mjernim aparatima. U tanku se slažu vojevi od stijene tanka prema sredini voj po voj; za lijevovojni kabel u smjeru kazaljke na satu. Kad je slaganje seglo do sredine, kabel radijalno prelazi natrag na vanjski rub, a radi zaštite stavljaju se sa svake strane kabela koso izblanjane drvene letve. Obično je brzina ukrcavanja kabela malena, jer kabel treba pratiti rukama i pažljivo slagati u tank. Radnik, koji ga slaže, stalno prati kabel (sl. 22). Od debelih i teških kabela mogu se ukrcati do 2 km na sat, dok se od lakših dubinskih kabela može ukrcati 5—7 km na sat. Za vrijeme ukrcavanja krinolina je uvijek dignuta pod strop.
Prilaz obali i iskrcavanje prvog kraja. Ako se obali može prići, kabelopolagač će se na par stotina metara približiti mjestu iskrcavanja, usidrili se i početi postepeno izvitlavati kabel, na koji treba svakih nekoliko metara vezati bačvice ili zrakom napuhane balone, da ga drže na površini. Kabel se izvlači pomoću užeta na kopno, gdje se dobro učvrsti ili ukopa, da ga kasnije ne bi iščupao neki brod svojim sidrom (sl. 29). Ukoliko se brod ne može približiti obali više od jedne milje, mora se obalni dio kabela iskrcati na neku brodicu ili teglenicu te pomoću nje položiti, a nakon polaganja krajeve spojiti na brodu.
Pošto je završeno iskrcavanje i polaganje prvog kraja, kabelopolagač digne sidro, okrene u određeni kurs i otpočne s polaganjem kabela. Kabel izlazi iz spremišta vođen preko potrebnog broja žljebastih kolotura do vitla. U spremištu više ljudi prati izlaženje kabela i pazi, da ne dođe do zamrsivanja. Na bubanj vitla namotana su tri do četiri voja kabela. Od vitla kabel ide u more preko dinamometra, vodilica i preko velikog kolotura na pramcu ili krmi. Kabel se može ispuštati u more preko desnog ili lijevog boka; to ovisi о stanju mora i vjetra. Dugi kabeli, koji se polažu u jednom kursu, ispuštaju se u more ponekad i preko krme; to donekle sputava manevriranje brodom (sl. 27). Rukovalac na vitlu, posmatrajući dinamometar (sl. 28), regulira brzinu izlaženja kabela. Na početku polaganja kabel se izvlači iz spremišta pomoću vitla. Kad kabelopolagač stigne na veće dubine, težina ispuštenog kabela sama je dovoljna za izvlačenje, pa treba — radi održavanja pravilne brzine izlaženja i — vitlom kočiti. Dužina položenog kabela uvijek je za određeni iznos (2—10%) dulja od stvarne trase. Dodatni ispust zavisi od dubine: obično se pušta oko 3% kabela više na 1000 m dubine. To je potrebno, da kabel ne leži zategnuto preko grebena, već da se priljubi uz morsko dno i da se — radi popravka — može i bez prevelikog natezanja ponovo dići. Stvarno prevaljena duljina trase određuje se pomoću navigacijskih metoda ili pomoću daljinara s klavirskom žicom, koja se zategnuta ispušta zajedno s kabelom. Na osnovi tih podataka pomoću vitla se regulira pravilan dodatni ispust kabela. Tanji dubinski kabeli polažu se brzinom od 7 do 9 čv, a deblji mnogožilni i teži kabeli u plićim vodama brzinom od oko 4 čv. Zа cijelo vrijeme polaganja priključeni su, radi kontrole, kontrolni instrumenti na brodski kopneni kraj kabela. Njima se mjeri otpor izolacije i otpor žile, a povremeno i kapacitet. Osim toga se već preko položenog kabela održava i veza između broda i kopna. Polaganje se tako odvija jednolično. Polaganje se kabela prekida, a brod se zaustavlja samo u onom slučaju, kad se nakon ispražnjenja jednog spremišta prelazi na drugo. Zadnji voj se iz praznog spremišta izvlači na ruke i premješta na druge vodilice, koje odgovaraju novom tanku. Po završenom premještanju kabela brod opet produžuje s polaganjem. Kad stigne do druge obale, kabel se obično na poziciji, na kojoj je predviden prijelaz na posljednji komad obalskog kabela, presiječe i usidri na plutači. Nakon toga kabelopolagač iskrcava i polaže drugi kraj kabela na opisani način. Ranije odsječeni kraj se — nakon povratka broda na mjesto, gdje je ostavljena plutača — digne na brod, spoji (nakon prethodnog ispitivanja) s obalskim kabelom i zatim ispusti u more. Time je polaganje završeno.
Postupak pri popravku kabela. Griješke na kabelima nastupaju najčešće uz samu obalu i u plitkim vodama zbog korozije zaštitnih žica, udaranja valova, sidrenja, vučenja ribarskih mreža, jaružanja i brzih struja. Na većim dubinama griješke obično nastaju zbog neispravnosti u materijalu kabela, pomicanja zemljišta, oceanskih podmorskih erupcija i potresa. Kad se pojavi griješka, treba najprije propisnom mjernom metodom odrediti njeno mjesto. Zatim se kabelopolagačem odlazi na tu poziciju i na mjestu griješke izmjeri dubina radi pravilnog ispusta konopa za traženje i ta se točka označi plutačom. Sprava za traženje sa oko 15 m lanca spušta se pomoću čeličnog čela na dno i u polaganoj vožnji sa 1—2 čv počinje se s traženjem kabela. Već prema vrsti dna odabira se i uređaj za traženje; za mulj: gljivasto sidro ili mačak; za tvrdo dno: kabelsko sidro; za klisurasto dno: lanac sa zupcima (nazvan stonoga) (sl. 30, 31).
Kad se na dinamometru opazi, da je kabel uhvaćen, pristupi se njegovu dizanju. Ovo ide vrlo polagano i iziskuje veliko iskustvo. Na velikim dubinama i kad je kabel upao duboko u mulj, on se ne može dići sasvim do površine, a da se pritom ne prekine. U tom se slučaju upotrebljava t. zv. Lukasovo sidro s ugrađenim sjekačem, koje uhvaćeni kabel, kad je sila dizanja već dovoljno velika, na jednoj strani presiječe, a drugi kraj prikliješti (sl. 32). Nakon dizanja, mjerenjem se ispita jedan i drugi kraj kabela i utvrđuje se strana, na kojoj se nalazi griješka. Ispravni kraj vezuje se za sidreni konop plutače, kojom se označi mjesto, a neispravni se kraj diže na brod, sve dok se ne nađe oštećeno mjesto. Pokvareno se mjesto isiječe i nadomjesti novim kabelom. Kad je kabel opet položen natrag do mjesta prvog sječenja, provjerava se ispravnost jedne i druge strane kabela mjerenjem i stupanjem u vezu s jednim i drugim krajem. Ako je sve ispravno, krajevi kabela se spoje i puste u more. Time je popravak završen.
LIT.: D. H. Cameron, Submarine Telegraphy, 1927; A. Fürst, Das Weltreich der Technik, Berlin 1929; K. Küpfmüller, Schwachstrom-Technik, Leipzig 1933; Pender i Mc Ilwain, Electrical Engineers Handbook, Communications, New York 1950; J. i A. Durant, Pictorial History of American Ships, New York 1953.V. P.
Međunarodna zaštita. Kad je bila uspostavljena prva telegrafska veza (1855) podmorskim kabelom između Dovera i Calaisa, valjalo je tu činjenicu uzeti u obzir, te po mogućnosti dati međunarodnopravna rješenja pitanjima, koja su se postavljala ili se mogla postaviti. Opće prihvaćeno načelo slobode otvorenog mora podloga je osnovnog pravila, po kojem svaka država može polagati na otvorenu moru podmorske kabele i u tome se ne smije smetati. U unutarnjim morskim vodama i u teritorijalnom moru pravo polaganja pripada obalnoj državi, koja polaganje u tom području — bilo da se radi o tranzitnom (prolaznom) kabelu ili o takvu koji izlazi i svršava na njenoj obali — može dopustiti ili zabraniti drugoj državi, vlastitim i inozemnim fizičkim i pravnim osobama. Dosljedno tome, zaštita podmorskih kabela u unutarnjim morskim vodama i teritorijalnom moru pripada obalnoj državi, a zaštitu podmorskih kabela položenih u otvorenom moru valjalo je, zbog režima, koji tu vlada, urediti posebnim sporazumom. Pitanje je prvi put bilo uočeno 1864 prigodom ugovora između Brazila, Francuske, Haitia, Italije i Portugala (16. V.), o povezivanju Amerike i Evrope kabelom. God. 1869 USA su dale prijedlog konvencije o tom predmetu, ali nije došlo do ostvarenja prijedloga zbog Francusko-pruskog rata. God. 1879 predložio je Institut međunarodnog prava, da se zaključi međunarodni sporazum. Nato je Francuska sazvala konferenciju u Parizu radi zaštite podmorskih kabela, te je donesena Konvencija za zaštitu podmorskih kabela, koju je potpisalo 14. III. 1884 u Parizu 26 država i koja je stupila na snagu 1. V. 1888. Konvencija se odnosi samo na doba mira; u njoj je utvrđeno da je namjerno oštećenje kabela kažnjivo, a za suđenje su nadležni sudovi zemlje, kojoj pripada brod, na kojem je djelo počinjeno. Svako namjerno ili teškim nemarom počinjeno oštećenje ili prekidanje podmorskog kabela, osim ako je to učinjeno radi zaštite života ili sigurnosti brodova, podleže krivičnoj, a eventualno i građanskoj odgovornosti za naknadu štete. Ako postoje plutače ili plovci, koji označuju polaganje ili prekid kabela, moraju se brodovi ili ribarske sprave držati najmanje četvrt milje daleko. Ratni i drugi u tu svrhu određeni brodovi država potpisnica mogu zaustaviti svaki neratni brod bilo koje zastave, ako je sumnjiv zbog prekršenja Konvencije, zatražiti dokumente, ustanoviti narodnost broda i o svemu sastaviti zapisnik.
Za doba rata ne postoje nikakve ni običajne ni ugovorne odredbe. Odgovor na pitanje, u kojim je slučajevima dopušteno oštećenje kabela i prekidanje telegrafske veze, valja zasad, tražiti pomoću općih pravnih principa, doktrine i prakse, a naročito uputa danih mornaričkim zapovjednicima. Prema tome bi bilo nedopustivo oštećivati kabele, koji izravno spajaju područja neke neutralne države, i kabele, koji izravno spajaju područja dviju neutralnih država. Moglo bi se, naprotiv, oštećivati ili koristiti kabele, koji spajaju područja neprijateljske države i kabele, koji spajaju područja neprijateljske države s područjem njene saveznice, dakle također neprijateljske države, i, napokon, kabele, koji spajaju područja zaraćenih država. Najteže je pitanje, da li ratujuća strana ima pravo uništiti kabele, koji spajaju područje njenog neprijatelja i jedne neutralne države. Tu se uzimala u obzir mogućnost, da se kontrolom ili potpunim obustavljanjem telegrafske (telefonske) službe, uz dovoljno jamstvo za zainteresiranu ratujuću stranku, spriječi, dok traje rat, oštećenje kabela. No svaka ratujuća strana ima tolik interes na razaranju kabela, koji bi po nju mogli biti sudbonosni, da do danas nije uspjelo stvoriti takve odredbe pozitivnog međunarodnog prava. Pokušaj, da se kabeli u ratu smatraju neutralnim i da se ne prekidaju, nije uspio. Propao je kao nerealan i prijedlog, da se čak i za vrijeme rata prekidanje kabela smatra piratstvom (prijedlog USA 1869).
Jugoslavija nije potpisnik Konvencije, jer u vrijeme zaključenja nije postojala kao država, ali se ima smatrati, da je njome obvezana kao nasljednica Austro-Ugarske u pitanjima međunarodnih prava i obaveza, koji se tiču mora i pomorstva.
LIT.: Scholz, Krieg und Seekabal, Berlin 1904; Jouhannaud, Les câbles sous-marins, leur protection en temps de paix et en temps de guerre, Paris 1904; Leibholz, Kabelrecht, Wörterbuch des Völkerrecht und der Diplomatie, I., Berlin 1924; Câbles télégraphifiques sous-marins, Dictionnaire diplomatique, I., Paris s. a.V. I.
Slaganje. Podvodni se kabeli na dugim putovanjima krcaju prema uputama tvornice. Obično se smotaju u jedan tank, koji se nakon toga puni morskom vodom ili vapnenim mlijekom. Olovni ili gumom obloženi električni kabeli krcaju se namotani na velikim drvenim kalemima, koji su obično teški po nekoliko tona. S ovim kalemima treba pažljivo rukovati, a slažu se po uzdužnici broda. Pritom ih se mora dobro zaglaviti i učvrstiti, da se kod valjanja broda ne bi pomicali i nanijeli štetu susjednim teretima i samom brodu.
Faktor slaganja: olovni kabel na drvenim kalemima 3 m 3, električni kabel na drvenim kalemim 1—1,5 m 3 po t.M. Ać.