Кабели медные экранированные

Кабели медные экранированные: конструкция, назначение, применение и стандарты

Медные экранированные кабели представляют собой класс электротехнической продукции, в котором токопроводящие жилы окружены экраном из электропроводящего материала. Основное назначение экрана — защита передаваемого сигнала или энергии от воздействия внешних электромагнитных помех (ЭМП) и предотвращение излучения электромагнитных полей от самого кабеля, что может создавать помехи для стороннего оборудования. Конструкция, материалы и параметры таких кабелей строго регламентируются национальными и международными стандартами, такими как ГОСТ, МЭК, VDE.

Конструктивные элементы медных экранированных кабелей

Конструкция кабеля определяется его назначением (силовые, контрольные, кабели связи) и условиями эксплуатации. Однако общий принцип включает в себя ряд обязательных компонентов.

• Токопроводящая жила: Изготавливается из медной проволоки (мягкой, полутвердой или твердой) по ГОСТ 22483. Может быть однопроволочной (монолитной) или многопроволочной. Класс гибкости (1-6) зависит от количества проволок в жиле. Сечение жилы нормируется и выбирается исходя из тока нагрузки и условий прокладки.
• Изоляция жилы: Наносится на каждую жилу для обеспечения электрической прочности и предотвращения короткого замыкания. Материалы: ПВХ (винил), сшитый полиэтилен (XLPE), полиэтилен (PE), резина, фторопласт. Выбор зависит от требований к напряжению, температуре, гибкости и химической стойкости.
• Экран: Ключевой элемент. Выполняется в виде оплетки, обмотки фольгой (фольгирование), комбинации оплетки и фольги или в виде сплошной металлической оболочки.
  • Оплетка: Изготавливается из медных, луженых медных или алюминиевых проволок. Обеспечивает хорошую гибкость и механическую прочность экрана. Степень покрытия (плотность) обычно составляет 60-95%. Эффективна на низких и высоких частотах.
  • Фольга: Алюминиевая или медная пленка, ламинированная на полиэстеровую или полипропиленовую пленку для прочности. Накладывается продольно с перекрытием. Обеспечивает 100% покрытие, но имеет ограниченную гибкость и механическую стойкость. Наиболее эффективна на высоких частотах.
  • Комбинированный экран (фольга+оплетка): Сочетает 100% покрытие фольги и механическую прочность/низкое сопротивление оплетки. Оптимален для критичных приложений.
• Поясная изоляция и разделительный слой: Может представлять собой обмотку из полимерной пленки или экструдированный слой, накладываемый поверх скрученных изолированных жил перед экранированием.
• Внешняя оболочка: Защищает все внутренние элементы от механических повреждений, влаги, агрессивных сред и обеспечивает пожарную безопасность. Материалы: ПВХ, полиэтилен, резина, безгалогенные составы (LSZH). Цвет оболочки часто регламентирован стандартами.

Классификация и типы экранированных кабелей

Классификация осуществляется по нескольким ключевым признакам.

По назначению и области применения

• Силовые кабели на напряжение до 1 кВ и выше: Предназначены для передачи электроэнергии. Экранирование применяется в кабелях на среднее и высокое напряжение (6 кВ и выше) для выравнивания электрического поля и защиты от внешних воздействий. Примеры: АВВГз, ВВГз, ПвПг, КГВЭВ.
• Кабели контрольные: Используются для соединения электрических аппаратов, распределительных устройств с приборами и средствами автоматизации. Экранирование защищает слаботочные сигналы от помех. Примеры: КВВГэ, КВБбШв, АКВВГЭ.
• Кабели связи и передачи данных: Категории витой пары (UTP, FTP, SFTP), коаксиальные кабели (RG-6), кабели для промышленных сетей (PROFIBUS, CAN-bus). Экранирование критически важно для целостности цифрового сигнала.
• Кабели для подвижного состава (гибкие, крановые, погрузочные): Имеют повышенную гибкость, стойкость к скручиванию и маслам. Экранирование часто выполняется оплеткой. Пример: КГПЭВ.
• Пожаробезопасные кабели: С изоляцией и оболочкой из безгалогенных материалов с низким дымовыделением. Экранированные версии применяются в системах безопасности и эвакуации. Пример: ПвПг-LS.

По типу экрана

Тип экрана	Материал	Преимущества	Недостатки	Типовое применение
Оплетка	Луженая медь, медь, алюминий	Высокая механическая прочность, гибкость, хорошее заземление, эффективность на НЧ и ВЧ	Не 100% покрытие, больший вес и диаметр	Силовые кабели, аудио, контрольные кабели, радиочастотные приложения
Фольга (ламинированная)	Алюминий/медь + полиэстер	100% покрытие, малый вес и диаметр, низкая стоимость, эффективность на ВЧ	Ограниченная гибкость, низкая механическая стойкость, сложность заземления	Витая пара (FTP), контрольные кабели, слаботочные системы
Комбинированный (фольга+оплетка)	Алюминиевая фольга + медная оплетка	100% покрытие + механическая защита, широкий частотный диапазон, надежное заземление через оплетку	Наибольшая стоимость, увеличенный диаметр	Критичные промышленные сети (PROFIBUS), системы автоматизации, медицинское оборудование
Спиральный экран	Медная проволока	Высокая гибкость и стойкость к многократным изгибам	Меньшая эффективность экранирования на ВЧ	Гибкие шланговые кабели, робототехника

Принципы экранирования и эффективность

Эффективность экранирования (ЭЭ) измеряется в децибелах (дБ) и показывает, насколько ослабляется напряженность внешнего электромагнитного поля или излучение от кабеля. ЭЭ зависит от материала, толщины, частоты помехи, типа конструкции и качества заземления.

• Магнитное поле (НЧ): Низкочастотные магнитные поля (50/60 Гц) плохо экранируются материалами с высокой магнитной проницаемостью (сталь). Медный и алюминиевый экраны малоэффективны на НЧ, если не используются специальные конструкции (двойная оплетка, ферромагнитные ленты).
• Электрическое поле и электромагнитные волны (ВЧ): На высоких частотах скин-эффект концентрирует ток на поверхности проводника. Медный экран с хорошей проводимостью обеспечивает высокую эффективность. Чем выше частота, тем лучше работает даже тонкая фольга.

Критерии выбора экранированного кабеля

Выбор осуществляется на основе технического задания и нормативной документации.

• Условия эксплуатации: Стационарная или подвижная прокладка, температура окружающей среды, наличие масла, химикатов, УФ-излучения, возможность механических воздействий.
• Электрические параметры: Номинальное и максимальное напряжение, токовая нагрузка (согласно ПУЭ, ГОСТ 31996), частота передаваемого сигнала, требования к сопротивлению изоляции и емкости.
• Требования к ЭМС: Уровень ожидаемых помех, чувствительность оборудования. Определяет тип и плотность экрана.
• Пожарная безопасность: Необходимость использования кабелей с пониженным дымовыделением и безгалогенных (LSZH), особенно в общественных зданиях и транспорте.
• Стандарты и сертификация: Соответствие ГОСТ, ТУ, международным стандартам (МЭК, UL). Наличие сертификатов пожарной безопасности и соответствия.

Монтаж и заземление экрана

Неправильный монтаж сводит на нет эффективность экрана. Ключевые правила:

• Непрерывность экрана: Экран должен быть непрерывным по всей длине линии. В местах соединений и ответвлений необходимо использовать экранированные муфты и соединители.
• Заземление: Экран должен быть надежно заземлен с одной или двух сторон.
  • Одностороннее заземление: Применяется для защиты от емкостных (электрических) помех. Исключает образование замкнутого контура, в котором могут наводиться токи от силового оборудования (токи циркуляции).
  • Двустороннее заземление: Обеспечивает защиту как от электрических, так и от электромагнитных помех. Может вызывать циркуляцию выравнивающих токов по экрану при наличии разности потенциалов в точках заземления. Рекомендуется для высокочастотных помех и экранов с низким сопротивлением.
• Соединение экранов: Место соединения экранов двух отрезков кабеля должно иметь электрический контакт с сопротивлением, близким к сопротивлению самого экрана. Для этого используются специальные обжимные гильзы, экранирующие ленты или коннекторы.
• Заделка конца кабеля: Неиспользуемая часть экрана не должна быть оголена. Ее следует обрезать и изолировать, а заземляющий проводник подключить к точке заземления оборудования.

Стандарты и маркировка

В РФ основные стандарты: ГОСТ 31565-2012 (кабели пожаробезопасные), ГОСТ 31996-2012 (силовые кабели с пластмассовой изоляцией), ГОСТ Р 53769-2010 (кабели силовые на напряжение до 450/750 В). Маркировка включает буквы и цифры:

• А – алюминиевая жила (отсутствие – медь).
• В – изоляция из ПВХ.
• П – изоляция из силанольносшитого полиэтилена.
• Э – экран (обычно оплетка).
• г – герметизация (водоблокирующая лента).
• з – заполнение жил уплотняющим составом.
• LS – Low Smoke (пониженное дымовыделение).
• нг(А)-HF – нераспространяющий горение по категории А, безгалогенный.

Пример: ПвПг-нг(А)-HF 1х120/35-1 – кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена, с экраном из медных проволок, с герметизацией, нераспространяющий горение категории А, безгалогенный, с одной жилой 120 мм² и сечением экрана 35 мм², на напряжение 1 кВ.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между экраном из оплетки и из фольги?

Оплетка обеспечивает лучшее механическое заземление, более высокую стойкость к многократным изгибам и эффективна в широком частотном диапазоне, но не дает 100% покрытия. Фольга обеспечивает полное покрытие и отличное экранирование на высоких частотах, но менее долговечна при динамических нагрузках и требует careful обращения при заземлении (часто через дренажный провод).

Обязательно ли заземлять экран с двух сторон для силовых кабелей 6/10 кВ?

Для силовых кабелей среднего и высокого напряжения с экраном из медных проволок или лент стандартно применяется двустороннее заземление. Это обеспечивает безопасность (снижает напряжение на экране до нуля), способствует отводу токов утечки и выравниванию электрического поля. Однако в длинных линиях могут возникать значительные циркулирующие токи, ведущие к потерям. В таких случаях рассматриваются схемы с одноточечным заземлением или применение специальных устройств (защитных аппаратов для экрана).

Как правильно выбрать сечение экрана?

Сечение экрана (проволок оплетки или продольных проводов) нормируется стандартами. Для силовых кабелей оно обычно составляет 16, 25 или 35 мм² и выбирается исходя из условий токов короткого замыкания. Для контрольных и сигнальных кабелей сечение экрана не нормируется по току, а определяется требованиями к эффективности экранирования и механической стойкости.

Можно ли прокладывать экранированные и неэкранированные кабели в одном лотке?

Не рекомендуется. Силовые кабели, даже экранированные, создают электромагнитные поля, которые могут наводить помехи в расположенных рядом слаботочных и контрольных кабелях. При совместной прокладке необходимо соблюдать нормируемые расстояния (например, по ПУЭ гл. 2.1 и 3.4) или использовать разделительные перегородки. Идеально – прокладка в отдельных лотках или кабельных конструкциях.

Что означает «емкостная связь» и как экран от нее защищает?

Емкостная связь – это влияние электрического поля одного проводника на другой через паразитную емкость между ними. Экран, выполненный из проводящего материала и заземленный, становится электрической «перегородкой». Внешнее электрическое поле индуцирует заряд на экране, который стекает на землю, не достигая внутренней жилы. Таким образом, экран работает как барьер для электрической составляющей помехи.

Какие существуют методы тестирования эффективности экранирования?

Основные методы регламентированы стандартами (например, МЭК 62153-4). К ним относятся:

• Метод triaxial (трехосный): Измерение переходного затухания экрана.
• Метод трубчатого трансформатора: Измерение поверхностного импеданса трансфера (STI) для низких частот.
• Метод «поглощающие клещи»: Измерение эффективности экранирования в диапазоне 30-1000 МГц.

В практических условиях на объекте часто проверяют целостность экрана и сопротивление заземления.

Какой кабель выбрать для системы АСУ ТП: с общим экраном или с экранами на каждой паре?

Выбор зависит от уровня помех и топологии сети. Для сред с умеренными помехами достаточно кабеля с общим экраном (FTP). В условиях сильных промышленных помех, особенно при прокладке рядом с силовыми линиями, рекомендуется использовать кабель с индивидуальным экранированием каждой пары (S/FTP или PIMF). Это предотвращает также перекрестные помехи между парами внутри одного кабеля.