公共广播系统线材选用

定压式公共广播系统是目前公共广播工程的主流。尽管有些规模很大的公共广播系统使用了网络传输，但在网络的终端、在系统分控中心所属的广播服务区内，大多数仍然是使用定压式功率线路传输。

随着经济的发展，大规模的共广播系统越来越多，其覆盖尺度动辄以千米计。例如：天安门广场：南北长880m，东西宽500m（44公顷）；广州动物园：400m×1100m（约43公顷）；华南植物园300公顷；浙江大学：136公顷；北京火车站每个站台长度：约600m；北京奥林匹克公园：680公顷森林公园，405公顷场馆中心区….。即便是在室内，一些大型场馆如机场、会展中心、科技展览馆、大型超市，其尺度也非常大。因此，传输线路成为不可忽视的问题，其工程量和投资额度往往“喧宾夺主”，成为工程主体。

定压式公共广播传输线路的工程问题有两个方面。一个是线路的路由及其拓扑结构；另一个是线路的实体，包括传输电压、线路截面和线路损耗等问题。本文是针对后者。

定压式公共广播的传输线路模型

虽然现在很多定压式公共广播的传输线路可能很长，但却不能认为是“长线”。因为传输的是声频信号，其理论频带为20Hz~20kHz（工程中实际传输频率在12.5kHz以下）。以其最高分量——20kHz计，传输信号的最短波长为：

式中λ为波长（m），C为光速（m/s），f为频率（Hz）。

可见波长仍然比实际线路长得多。所以这种线路仍可用集总参数来描述，分布电抗也可忽略不计，其模型见图一。

图一定压广播系统传输线路模型

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对于工程来说，大家关心的是如何选择传输线，特别是如何确定传输线路的截面。毫无疑问，线路截面与传输线电压、负载、允许衰耗等因数有关。

下面，我们就以线路截面为应变量来建立计算模型。

定压广播扬声器的等效负载电阻

定压广播扬声器通常有额定工作电压U（该电压必须与线路传输线电压相容，因此也即是传输线电压）、额定功率P两个参数。其等效电阻为：

Ω

式中U为扬声器额定工作电压（V），P为扬声器额定功率（W）。

传输线路的增益和衰耗

根据增益的定义：

dB 因此，相应的衰耗为：

dB（1）

由式（1），可根据给定的线路衰耗值，求得允许的传输线路电阻r

Ω（2）式中为由给定的衰耗（单位为dB）决定的“线路衰耗系数”：

为便于计算，表1给出了对应于给定衰耗的值。

表1线路衰耗系数

传输里程L是工程给出的，线路的长度是传输里程的2倍，如果已知线路电阻r，即可椐以求出线路截面S

根据电工理论：

（3）

式中ρ为线材电阻率。铜导线的电阻率为铜=20Ωmm2/km[国家标准GB/T3956-1997，允许铜导线的电阻率为20Ωmm2/km。]，铝导线的电阻率铝=29.4Ωmm2/km，为线路总长度。

将式（2）代入（3），即得到传输线路的导体截面积为：

mm2（4）

式中ρ为线材电阻率(Ωmm2/km)，L为传输里程(km)，P为负载扬声器功率(W)，U为传输线电压(V)，为线路衰耗系数。

式（4）表明，如果传输距离、负载功率已定，则为了减小线路截面以节约投资，最有效的办法是提高线路传输电压U。线路传输电压每提高1倍，线路截面即可减小4倍。经验证明，传输距离超过1km时，就应考虑使用120V～200V的传输电压，尤其是在室外。此外，合理地确定允许的传输损耗，也是一个重要的方面。

顺便指出，当广播扬声器不是集中在线路终端，而是沿线路均匀分布时，可以大体上认为负载集中挂在传输线路的中点，这时式（4）中的L可折半估算。

当传输线电压为100V、传输线为铜线、广播扬声器沿线路均匀分布、且允许传输损耗为3dB时，式（4）可简化为

mm2(5)

式中S为传输线截面（mm2），L为传输里程（km）,P为负载扬声器功率（kW）。

式（5）十分方便于工程应用。

线路衰耗的争议

在编制国家标准《公共广播系统工程技术规范》的过程中，有关传输线路允许的传输损耗有不同的看法。主要是3dB与1dB之争。前者认为，线路允许的传输损耗太小，例如小至1dB，将会过分增加工程投资和增加施工困难。后者认为，线路允许的传输损耗太大，例如大至3dB，将会降低工程运行质量，增加运行负担。

笔者倾向于前者。

以传输线电压为100V，负载扬声器的总功率为500W，传输里程为1.0km，使用铜导线传输为例，由式（4）计算出不同的允许衰耗所对应的线路截面（及线材估价）见表2。

表2100V/500W/1.0km对应的线路截面及线材估价

*以RVV双芯线约2.5元/m·mm2估算。由线材引起的投资，实际上还应考虑线管和布线施工，表2未计及这些考虑。

由表2可见，从投资和施工的角度来看，线路衰耗不应大于1dB的方案所需线径太粗、价格太贵，是不容易接受的。

那么，表2所对应的规模是否过分夸张？不是的。根据我们的经验，2000W/2km也是常有的事。这时，如果按线损1dB计算，线路截面将达131mm2，广播线将比动力线还要粗！

放宽对功率传输线路衰耗的限制，如上例将线路衰耗由1dB放宽到3dB，则不仅节省近3倍的线材，而且布线施工会容易很多，因而费用会节约很多。

但放宽对功率传输线路衰耗的限制，理论上将有大量功率耗散于线路，从而须额外增加功率放大器的输出功率，同时增加日常运行的成本。

众所周知，衰耗放宽到3dB，听觉上不会有太大变化。而且广播扬声器通常备有相差3dB的端子（例如100V端子和70V端子），其用意之一，就是为了便于适应衰耗较大的线路末端。3dB衰耗所对应的线路终端电压正是0.707U。其实，改革开放以前，遍布我国大地的农村有线广播线路，是按终端电压不低于0.63U 计算的[有线广播基本知识安徽省广播管理局编，1960年。

]，运行了多少年都很正常。所以原则上不必为此而增大功放的容量。剩下来的问题是会不会增加日常运行的成本。因为损耗增加了，必须开大音量。如果损耗为3dB，则意味着有半数功率损耗在线路上。乍看起来，电费将增加一倍。其实不然。因为即使是损耗1dB,线路上也有功耗，大约是21%。所以，满打满算，损耗3dB也只是增加了30%的功耗。实际上，在正常情况下，系统一般会在不大于四分之一功率的状态下运行（例如所谓“最高可用增益”状态），而且语言和音乐信号都有许多低潮和间歇，因而电费的增加就极其有限。如上所述，以1000W容量匡算，大概每20小时增加1度耗电。由此看来，即使把所增加的