Кабели питания экранированные

Кабели питания экранированные: конструкция, назначение, применение и стандарты

Экранированные кабели питания представляют собой класс силовых кабелей, конструкция которых включает в себя специальный экранирующий элемент, предназначенный для защиты от электромагнитных помех (ЭМП). Основная функция экрана — локализация электромагнитного поля, создаваемого протекающим по жилам током, внутри кабеля и защита внутренних проводников от внешних электромагнитных воздействий. Это обеспечивает стабильность параметров электроснабжения, повышает безопасность и снижает уровень паразитных излучений.

Конструктивные особенности экранированных кабелей

Конструкция экранированного кабеля питания является многослойной и включает несколько ключевых элементов, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.

• Токопроводящая жила: Изготавливается из меди или алюминия. Медные жилы обладают лучшей проводимостью, гибкостью и стойкостью к окислению. Алюминиевые — легче и дешевле. Жилы могут быть однопроволочными (класс 1 по ГОСТ 22483) или многопроволочными (классы 2-6), что повышает гибкость.
• Изоляция жил: Выполняется из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката, сшитого полиэтилена (XLPE), резины или других полимерных материалов. XLPE является предпочтительным для кабелей на средние и высокие напряжения благодаря высокой термостойкости и диэлектрической прочности.
• Поясная изоляция и заполнитель: После скрутки изолированных жил в сердечник, межжильное пространство часто заполняется или обматывается поясной изоляцией для придания кабелю круглой формы и механической стабильности.
• Экран: Это ключевой элемент. Выполняется в виде оплётки из медных или алюминиевых проволок, медной ленты (фольги), комбинации ленты и оплётки, а также в виде проводящего полимера. Экран должен иметь электрический контакт по всей длине и обязательно заземляться с двух сторон для эффективной работы.
• Разделительный слой: Как правило, представляет собой полиэтилентерефталатную (лавсановую) или ПВХ ленту, накладываемую под экран для предотвращения его контакта с изоляцией и возможного повреждения.
• Внешняя оболочка: Защищает все внутренние элементы от механических повреждений, влаги, химических веществ и ультрафиолета. Материал — ПВХ, полиэтилен, резина или специальные композиты (например, безгалогенные, с низким дымовыделением).

Типы экранов и их характеристики

Выбор типа экрана определяется требованиями к уровню защиты от помех, гибкостью кабеля, условиями монтажа и экономическими факторами.

Сравнительная таблица типов экранов

Тип экрана	Материал и конструкция	Эффективность экранирования	Гибкость	Основная сфера применения
Оплётка	Переплетённые медные или амедные (алюминиево-медные) проволоки. Покрытие обычно 60-95%.	Высокая на низких и средних частотах. Хорошая защита от магнитных полей при высокой плотности покрытия.	Хорошая, зависит от плотности и толщины оплётки.	Промышленные сети, частотные преобразователи, подвижные механизмы.
Фольга (лента)	Алюминиевая или медная лавсанизированная лента, наложенная продольно или спирально.	Очень высокая на высоких частотах (радиочастотный диапазон). Низкая на частотах сети 50/60 Гц.	Ограниченная, лента может повреждаться при многократных изгибах.	Кабели для IT-оборудования, слаботочные цепи в одном кабеле с силовыми, ВЧ-помехи.
Комбинированный	Сочетание фольги и оплётки (например, фольга + оплётка 60-70%).	Наивысшая в широком частотном диапазоне. Фольга блокирует ВЧ-помехи, оплётка — НЧ и обеспечивает механическую защиту и хороший контакт для заземления.	Удовлетворительная, определяется оплёткой.	Высокочувствительное оборудование, медицинские учреждения, лаборатории, точные производства.
Экран из проводящих полимеров	Слой полимера с добавлением сажи, графита или металлических частиц.	Умеренная, преимущественно для защиты от электростатических разрядов.	Отличная, не ограничивает гибкость кабеля.	Специальные применения, где критична гибкость и не требуются экстремальные параметры экранирования.

Назначение и принцип действия экрана

Экран в силовом кабеле выполняет три взаимосвязанные функции:

• Защита от излучаемых помех (EMI — Electromagnetic Interference): Ток, протекающий по жилам, создаёт вокруг них переменное электромагнитное поле. Это поле может индуцировать паразитные напряжения в близко расположенных кабелях управления, связи, измерительных цепях, вызывая сбои в работе оборудования. Экран, будучи заземлённым, замыкает на себя силовые линии поля, существенно снижая его излучение вовне.
• Защита от воспринимаемых помех: Кабель может выступать в роли антенны, воспринимая внешние электромагнитные поля (от радиопередатчиков, соседних силовых кабелей, разрядов молнии). Эти наведённые токи и напряжения попадают на экран и отводятся в землю через систему заземления, не достигая токопроводящих жил.
• Симметрирование поля и снижение поверхностных токов: В кабелях на напряжение выше 1 кВ экран (обычно в виде полупроводящих слоёв и медной оплётки) выравнивает распределение электрического поля вокруг жилы, предотвращая локальные перенапряжения и коронные разряды. Это критически важно для надежной работы кабелей среднего и высокого напряжения.

Области обязательного и рекомендуемого применения

Использование экранированных кабелей питания регламентируется национальными и международными стандартами, а также диктуется требованиями электромагнитной совместимости (ЭМС).

• Промышленные предприятия с большим количеством приводной техники: Частотные преобразователи, сервоприводы, дуговые печи являются мощными источниками высших гармоник и помех. Питание такого оборудования и прокладка кабелей в цехах должны выполняться экранированными кабелями.
• Медицинские учреждения: В операционных, диагностических кабинетах (КТ, МРТ) требования к электромагнитной чистоте предельно высоки. Экранированные кабели обязательны для обеспечения работы чувствительной аппаратуры.
• Центры обработки данных (ЦОД) и серверные: Для гарантии бесперебойной работы IT-оборудования и систем связи, где даже кратковременный сбой, вызванный помехой, недопустим.
• Объекты инфраструктуры: Аэропорты, железнодорожные вокзалы, метрополитен, где системы управления, безопасности и связи работают в условиях высокой концентрации силового электрооборудования.
• Взрывоопасные зоны: Искра от электростатического разряда на неэкранированном кабеле может стать причиной воспламенения. Экранирование и правильное заземление устраняют эту опасность.
• Кабели на напряжение 6 кВ и выше: По конструктивным требованиям все силовые кабели на среднее и высокое напряжение имеют экраны/брони для симметрирования электрического поля.

Нормативная база и стандарты

Производство и применение экранированных кабелей регламентируется рядом стандартов.

• ГОСТ 31996-2012: «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ». Определяет, в том числе, требования к кабелям с экраном (индекс «э» в маркировке, например, ВВГэ-ХЛ).
• ГОСТ Р 53769-2010 (МЭК 60502-1:2004): «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение от 1 кВ до 30 кВ». Детально описывает конструкцию экранов для кабелей среднего напряжения.
• МЭК 60204-1: «Безопасность машин. Электрооборудование промышленных машин». Требует использования экранированных кабелей для цепей питания приводов с частотным регулированием.
• Серия стандартов МЭК 61000 по ЭМС: Устанавливает предельные уровни излучаемых и стойких к помехам излучений для оборудования, что на практике часто достигается применением экранированных кабелей.
• ТУ производителей: Для специальных кабелей (например, гибких для робототехники, безгалогенных огнестойких) разрабатываются технические условия, детализирующие параметры экрана.

Маркировка и обозначение

В маркировке экранированных кабелей питания используются буквенные индексы.

• «Э» — обозначает наличие экрана. Может стоять в конце основной марки (ВВГЭ) или после указания материала изоляции жил.
• «(ож)» — иногда указывает на одножильное исполнение с экраном, но чаще экран обозначается отдельно.
• В кабелях по ГОСТ 31996-2012: ПвВГ-Э — кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена, ПВХ оболочкой, экранированный.
• В кабелях импортного производства или по МЭК: LiYCY — кабель управления с общим экраном из фольги и оплётки. Для силовых часто используется указание H05VVC4V5-K или NSHX…-J, где наличие экрана определяется стандартом на конкретный тип.
• Важно изучать каталоги и ТУ, где конструкция, включая тип и материал экрана, описывается подробно.

Монтаж и заземление экрана: критические аспекты

Эффективность экранированного кабеля на 90% определяется правильностью монтажа и заземления экрана. Ошибки на этом этапе сводят на нет все преимущества конструкции.

• Заземление с двух сторон: Для борьбы с низкочастотными помехами (гармоники от частотных преобразователей) экран должен быть заземлён с обоих концов кабеля. Это создаёт путь для циркуляции токов помехи, которые в противном случае излучались бы в окружающее пространство.
• 360-градусное заземление: Контакт заземляющего проводника или клеммы с экраном должен осуществляться по всей его окружности. Зажим экрана «косичкой» или отдельным проводником недопустим, так как на высоких частотах такое соединение имеет высокий импеданс и неэффективно.
• Использование специальной фурнитуры: Для правильного заземления применяются кабельные наконечники с лепестком для экрана, экранирующие соединители, металлические коробки и гильзы, обеспечивающие круговой контакт.
• Целостность экрана: При разделке кабеля экран не должен быть повреждён или разрезан по длине далее, чем это необходимо для подключения. Его необходимо аккуратно отогнуть и зафиксировать.
• Изоляция экрана: В кабелях среднего напряжения с изолированным экраном (например, по ГОСТ 16442-80 с индексом «г» — герметичный) существуют строгие правила заземления изолирующих оконечных муфт для контроля состояния изоляции.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Обязательно ли использовать экранированный кабель для питания частотного преобразователя (ЧП)?

Да, обязательно. ЧП является источником широкополосных высокочастотных помех, вызванных широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Без экранированного кабеля эти помехи будут излучаться в окружающую среду, вызывая сбои в работе другого оборудования, и могут наводиться на кабели управления самого привода, приводя к его некорректной работе. Требование закреплено в инструкциях по монтажу всех ведущих производителей ЧП и в стандарте МЭК 60204-1.

Чем отличается экран от брони?

Экран и броня — это принципиально разные элементы конструкции, хотя иногда (как в кабелях типа ВБШв) они могут присутствовать одновременно.
Экран — это тонкий слой проводящего материала (фольга, оплётка), основная функция которого — электромагнитная защита.
Броня — это механическая защита. Она выполняется из стальных оцинкованных лент (тип Б) или стальных оцинкованных проволок (тип К). Броня обладает значительной механической прочностью, но её эффективность как экрана на высоких частотах низка из-за высокого сопротивления стали и прерывистого контакта в ленточной броне. Для обеспечения ЭМС в бронированных кабелях часто поверх брони или под неё добавляют отдельный медный экран.

Можно ли использовать алюминиевую фольгу в качестве экрана для заземления?

Алюминиевая фольга является эффективным экраном от электрической составляющей ЭМП на высоких частотах. Однако, для использования в качестве защитного проводника (PE) или для заземления экрана с целью защиты от низкочастотных помех она не пригодна из-за своей малой механической прочности и склонности к окислению, что нарушает непрерывность цепи. Фольга всегда должна использоваться в паре с дренажным проводом — голой медной проволокой, которая обеспечивает надёжный электрический контакт и заземление по всей длине кабеля.

Как проверить целостность и качество экрана?

Контроль осуществляется несколькими методами:
1. Визуальный осмотр после разделки: экран должен быть непрерывным, без разрывов, оплётка — равномерной.
2. Измерение сопротивления экрана омметром. Сопротивление между экраном и землёй на обоих концах кабеля должно быть близко к нулю (доли Ома) при условии его заземления.
3. Испытание на эффективность экранирования в лабораторных условиях по методикам, описанным в стандартах (например, MIL-STD-1344A, метод 3008). В полевых условиях косвенной проверкой может служить измерение токов утечки или высокочастотных помех на корпусе оборудования при работе с экранированным и неэкранированным кабелем.

Что важнее: материал экрана или правильность его заземления?

Правильность заземления является более критичным фактором. Даже кабель с превосходным комбинированным экраном из меди с покрытием 85% станет источником проблем, если его экран заземлён «косичкой» только с одной стороны. Неправильное заземление может даже ухудшить ситуацию, превратив экран в антенну. Материал и тип экрана (оплётка, фольга) определяют теоретический предел эффективности, но достичь этого предела можно только корректным монтажом.

Заключение

Экранированные кабели питания являются не просто разновидностью силовых кабелей, а необходимым техническим решением для обеспечения электромагнитной совместимости, устойчивости и безопасности современных электротехнических комплексов. Их применение переходит из категории рекомендации в категорию обязательного требования в условиях насыщенной электронной аппаратурой промышленной и инфраструктурной среды. Выбор конкретного типа экрана (оплётка, фольга, комбинированный) должен основываться на анализе спектра потенциальных помех, условий эксплуатации и гибкости. Ключевым же для успешной реализации преимуществ экранированного кабеля остаётся неукоснительное соблюдение правил монтажа, в особенности — обеспечения надёжного кругового заземления экрана с обоих концов. Пренебрежение этим правилом является наиболее распространённой ошибкой, сводящей на нет инвестиции в специализированную кабельную продукцию.