Кабели сигнальные многожильные экранированные
Кабели сигнальные многожильные экранированные: конструкция, классификация и применение
Сигнальные многожильные экранированные кабели представляют собой специализированный класс кабельной продукции, предназначенный для передачи слаботочных аналоговых и цифровых сигналов управления, измерения, контроля и данных в условиях воздействия электромагнитных помех. Их основная функция – обеспечение целостности и минимального искажения передаваемого сигнала на значительные расстояния в сложной электромагнитной обстановке, характерной для современных промышленных предприятий, объектов энергетики и автоматизированных систем.
Конструктивные элементы и материалы
Конструкция таких кабелей является многослойной и каждый элемент выполняет строго определенную функцию.
1. Токопроводящая жила
Изготавливается из медной проволоки. Ключевой параметр – класс гибкости. Для стационарной прокладки используется жила 1-го или 2-го класса (моножила или многопроволочная с умеренной гибкостью). Для подключения к движущимся элементам, шкафам управления или вибрирующему оборудованию применяются жилы 5-го или 6-го класса гибкости – многопроволочные, состоящие из большого числа тонких проволок. Сечение жил варьируется от 0.5 до 2.5 мм², реже более, в зависимости от требуемой дальности передачи и механической нагрузки.
2. Изоляция жил
Выполняется из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката, полиэтилена (ПЭ) или вспененного полиэтилена. Материал изоляции определяет температурный диапазон эксплуатации, гибкость и электрические характеристики кабеля. Для повышенных температур применяется изоляция из силиконовой резины или фторполимеров (PTFE, FEP). Цветовая маркировка изоляции индивидуальных жил выполняется согласно стандартам для облегчения монтажа и идентификации.
3. Скрутка (парная, тройковая, повивная)
Изолированные жилы скручиваются в пары, тройки или группы. Скрутка (twisting) является первичной мерой защиты от помех, так как она минимизирует влияние электромагнитных наводок на дифференциальный сигнал. Шаг скрутки для разных пар в одном кабеле различается для снижения перекрестных помех (crosstalk).
4. Экранирование
Экран – критически важный элемент, обеспечивающий защиту внутренних проводников от внешних электромагнитных полей и предотвращающий излучение внутренних сигналов вовне. Типы экранирования:
- Фольгированный экран (Foil shield): Алюминиевая или полиэфирная фольга с дренажным проводом. Обеспечивает 100% покрытие по всей длине, эффективно против высокочастотных помех. Недостаток – низкая механическая прочность и ограниченная гибкость.
- Оплеточный экран (Braided shield): Выполнен из тонких медных или луженых медных проволок, сплетенных в сетку. Обеспечивает высокую механическую прочность, хорошую гибкость и низкое сопротивление по постоянному току. Степень покрытия обычно 60-95%. Эффективен в широком частотном диапазоне.
- Комбинированный экран (Foil + Braid, SF/UT): Сочетание фольги и оплетки. Обеспечивает максимальную защиту (до 100% покрытия фольгой и механическую стойкость оплетки). Применяется в условиях экстремальных электромагнитных помех.
- Экран из проводящего полимера: Применяется реже, в специализированных кабелях.
- Системы АСУ ТП и КИП: Подключение датчиков температуры, давления, расхода (аналоговые сигналы 4-20 мА, 0-10 В), позиционеров, исполнительных механизмов.
- Цифровые промышленные сети: Прокладка линий для интерфейсов RS-485, Modbus, Profibus DP/PA, Foundation Fieldbus.
- Системы телемеханики (SCADA): Сбор данных с удаленных терминальных блоков (RTU) на подстанциях.
- Системы пожарной и охранной сигнализации: Передача сигналов от извещателей к контрольным панелям.
- Системы связи и видеонаблюдения: Передача данных и питания для IP-камер (PoE).
- Щитовое соединение: Внутри шкафов управления для гибкого монтажа между клеммными рядами, реле и приборами.
- ГОСТ Р 53769-2010 (МЭК 60519-1:2007): Кабели для систем управления и связи. Общие технические условия.
- ГОСТ 31565-2012 (МЭК 60332): Требования по пожарной безопасности.
- ТУ 16.К71-310-2001, ТУ 16.К71-335-2004: Технические условия на конкретные марки кабелей.
- МЭК 61158: Цифровые промышленные сети передачи данных.
- IEEE 802.3: Сеть Ethernet, включая промышленные варианты.
- Уровень электромагнитных помех: В зонах близости силовых кабелей (>380 В), частотных преобразователей, мощных двигателей обязательны кабели с комбинированным экраном (фольга+оплетка).
- Условия прокладки: Для стационарной прокладки в лотках, кабельных каналах подходят кабели с жилами 2 класса. Для подключения к подвижным частям (двери шкафов, поворотные механизмы) – только 5-6 класс гибкости.
- Агрессивность среды: Наличие масел, растворителей, УФ-излучения требует специальной оболочки (PUR, LSZH). Для прокладки в земле (в трубах) необходима гидрофобная заполняющая масса и бронирование.
- Требования пожарной безопасности: Для прокладки в пучках, в общественных зданиях, тоннелях обязательны кабели с пониженным дымовыделением и безгалогенной оболочкой (LSZH).
Экран требует обязательного заземления с одной или двух сторон (в зависимости от топологии системы и типа сигнала) для отвода наведенных токов.
5. Разделительный слой и оболочка
Поверх скрученных и экранированных жил может накладываться разделительный слой из полимерной ленты или обмотки. Внешняя оболочка из ПВХ, полиуретана (PUR), безгалогенных материалов с низким дымовыделением (LSZH) или термоэластопласта защищает кабель от механических повреждений, влаги, масел, химических веществ и УФ-излучения. Цвет оболочки чаще всего черный, серый или оранжевый.
Классификация и ключевые параметры
Кабели классифицируются по нескольким техническим критериям, которые определяют область их применения.
| Критерий | Типы / Значения | Пояснение и область применения |
|---|---|---|
| Количество жил | 2, 4, 5, 7, 8, 10, 12, 14, 16, 19, 24, 27, 30, 37, 44, 48, 52, 60 и более. | Определяется количеством сигнальных цепей в системе. Пары и четверки часто используются для цифровых интерфейсов (RS-485, Ethernet). |
| Тип экрана | Индивидуальный (на пару), общий (на все жилы), комбинированный (инд.+общ.). | Индивидуальный экран (STP) защищает каждую пару от помех внутри кабеля. Общий экран защищает весь пучок жил от внешних полей. |
| Номинальное напряжение | 300 В, 500 В | Указывает на электрическую прочность изоляции. Для слаботочных сигналов важно соответствие испытательному напряжению. |
| Температурный диапазон | -40°C … +70°C, -60°C … +80°C, -40°C … +105°C | Зависит от материалов изоляции и оболочки. Для котельных, холодильных установок, наружной прокладки требуются широкие диапазоны. |
| Сечение жилы | 0.5 мм², 0.75 мм², 1.0 мм², 1.5 мм² | Выбор зависит от длины линии и сопротивления жилы. Для длинных линий (сотни метров) выбирают большее сечение для снижения падения напряжения. |
Области применения в энергетике и промышленности
Нормативная база и стандарты
Производство и применение сигнальных кабелей регламентируется национальными и международными стандартами:
Рекомендации по выбору и монтажу
Выбор конкретной марки кабеля должен основываться на техническом задании проекта. Критически важные параметры для уточнения:
Правила монтажа: Экран должен быть заземлен непрерывно по всей длине. Предпочтительно использовать специальные экранирующие разъемы (D-Sub, M12) или кабельные вводы с зажимом для экрана. Сигнальные кабели должны прокладываться с минимальным расстоянием от силовых линий (не менее 30 см, при пересечении – под углом 90°). В лотках рекомендуется разделение перегородками.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальная разница между кабелями КВВГэнг и КВВГЭнг?
Маркировка «Э» в обозначении кабеля (КВВГЭнг) указывает на наличие экрана в виде медной оплетки или алюмополимерной ленты. Кабель КВВГэнг не имеет общего экрана, хотя может иметь индивидуальную экранировку жил. Буквы «нг» означают нераспространение горения при групповой прокладке. Таким образом, КВВГЭнг применяется в условиях электромагнитных помех, а КВВГэнг – в относительно «чистой» среде.
Как правильно заземлить экран: с одной или с двух сторон?
Это зависит от типа передаваемого сигнала и частоты помех. Для аналоговых сигналов низкой частоты (4-20 мА) часто применяют заземление экрана в одной точке (обычно со стороны источника питания или контроллера), чтобы избежать образования контура заземления и циркулирующих токов. Для высокочастотных цифровых сигналов (Ethernet, Profibus) экран необходимо заземлять с двух сторон для эффективного отвода высокочастотных наводок. При этом важно обеспечить качественное уравнивание потенциалов между точками заземления.
Можно ли использовать сигнальный кабель для передачи питания датчиков?
Да, многие сигнальные кабели с жилами сечением 0.75-1.5 мм² рассчитаны на передачу не только сигнала, но и низковольтного питания датчиков (например, 24 В DC). Важно рассчитать суммарное падение напряжения на длине линии, исходя из потребляемого тока и сопротивления жил, чтобы обеспечить корректную работу оборудования на конце линии.
Что означает обозначение «LSZH» в характеристиках оболочки?
LSZH (Low Smoke Zero Halogen) – материал оболочки с пониженным дымовыделением и безгалогенный. При пожаре такие кабели выделяют минимальное количество дыма и не выделяют коррозионно-активных галогенсодержащих газов (хлора, фтора), которые могут повредить электронное оборудование и затруднить эвакуацию людей. Обязательны к применению в метро, аэропортах, больницах, торговых центрах и на любых объектах с массовым пребыванием людей.
Как выбрать между кабелем с фольгированным и оплеточным экраном?
Выбор определяется характером помех и условиями монтажа. Фольгированный экран эффективен на высоких частотах (>10 МГц), но физически хрупок и требует бережного обращения. Оплеточный экран обеспечивает защиту в широком частотном диапазоне, более устойчив к механическим воздействиям и вибрациям, имеет лучшее сопротивление по постоянному току. Для сложных промышленных условий с комплексными помехами и частыми перекладками рекомендуется комбинированный экран (фольга + оплетка).
Каков срок службы сигнального кабеля и от чего он зависит?
Номинальный срок службы качественных сигнальных кабелей при соблюдении условий эксплуатации составляет 15-25 лет. Основные факторы, сокращающие срок службы: постоянные механические нагрузки (вибрация, изгибы), работа при температурах, выходящих за указанный диапазон, воздействие УФ-излучения, агрессивных химических сред, высокая влажность в сочетании с повреждением оболочки. Регулярный визуальный осмотр и замеры сопротивления изоляции помогают выявить старение кабеля до возникновения аварийной ситуации.