Кабели сигнальные многожильные гибкие

Кабели сигнальные многожильные гибкие: конструкция, классификация и применение

Кабели сигнальные многожильные гибкие представляют собой специализированный класс кабельной продукции, предназначенный для передачи сигналов низкого уровня (аналоговых, цифровых, дискретных) в системах автоматизации, телемеханики, связи, управления и контроля. Их ключевая задача – обеспечить целостность и минимальное искажение передаваемого информационного сигнала в условиях механических воздействий, электромагнитных помех и сложных эксплуатационных сред. В отличие от силовых кабелей, они не рассчитаны на передачу значительной мощности, но предъявляют высокие требования к стабильности электрических параметров, гибкости и помехозащищенности.

Конструктивные элементы и материалы

Конструкция сигнального многожильного гибкого кабеля является многослойной и каждый слой выполняет строго определенную функцию.

1. Токопроводящая жила

Основа кабеля – многопроволочная медная жила. Гибкость достигается за счет использования большого количества тонких проволок (0.08 – 0.20 мм) в каждом проводнике. Класс гибкости регламентируется стандартами (например, ГОСТ 22483 или IEC 60228):

• Класс 4 – повышенной гибкости.
• Класс 5 – гибкие.
• Класс 6 – особо гибкие (наиболее тонкие проволоки).

Материал жилы: бескислородная медь (Cu-OF), часто луженая. Лужение (покрытие оловом или сплавом олово-свинец) предотвращает окисление меди, облегчает пайку и повышает стойкость к коррозии, особенно в условиях высокой влажности.

2. Изоляция жил

Каждая жила изолируется индивидуально для обеспечения электрической прочности и идентификации. Основные материалы:

• Поливинилхлорид (ПВХ): наиболее распространен. Обладает хорошими электрическими и механическими свойствами, негорючестью, широким диапазоном рабочих температур (обычно от -40°C до +70°C). Существуют специальные составы: маслостойкий, холодостойкий, безгалогенный (LSZH).
• Полиэтилен (ПЭ) отличные диэлектрические характеристики, низкое влагопоглощение, но менее гибкий и горюч. Применяется в кабелях для постоянного напряжения.
• Сшитый полиэтилен (XLPE): повышенная термостойкость (до +90°C), стойкость к растрескиванию.
• Фторопласт (PTFE, FEP) исключительная химическая, термическая (до +200°C и выше) и огнестойкость. Используется в специальных применениях.

Изоляция жил окрашивается в различные цвета согласно стандартным кодам для облегчения монтажа и обслуживания.

3. Скрутка (парная, тройковая, повивная)

Изолированные жилы скручиваются вместе. Для снижения взаимных влияний и переходных помех применяются особые виды скрутки:

• Парная скрутка: две жилы, свитые с определенным шагом. Основа для интерфейсов RS-485, Profibus PA и т.д.
• Тройковая скрутка: три жилы, часто для 3-проводных датчиков.
• Экран в паре: каждая пара может иметь индивидуальный экран из фольги для защиты от перекрестных помех.

4. Экран (электромагнитный)

Критически важный элемент для защиты сигнала от внешних электромагнитных помех (ЭМП) и предотвращения излучения сигнала кабелем. Типы экранов:

• Оплетка из луженых медных проволок: обеспечивает гибкость и хорошее покрытие (обычно 65-85%). Обладает низким сопротивлением по постоянному току, эффективна в широком диапазоне частот. Уязвима к микрофонному эффекту при вибрациях.
• Фольга (алюминиевая или полиэстер-алюминиевая ламинатная): 100% покрытие на низких и средних частотах. Требует дренажного проводника. Менее долговечна при многократных изгибах.
• Комбинированный экран (фольга + оплетка): сочетает 100% покрытие фольги с механической прочностью и низким сопротивлением оплетки. Наиболее эффективное решение для промышленных сетей (PROFIBUS DP, Ethernet Industrial).

5. Внешняя оболочка

Защищает все внутренние элементы от механических повреждений, агрессивных сред, влаги, УФ-излучения. Материалы аналогичны изоляции, но с усиленными механическими и защитными свойствами:

• ПВХ: универсальный, экономичный, с хорошей стойкостью к маслам и химикатам.
• Полиуретан (PUR): исключительная стойкость к истиранию, излому, маслам, гидролизу. «Кабели для робототехники».
• Резина (каучук): высокая гибкость при отрицательных температурах, стойкость к ударным нагрузкам.
• Термоэластопласт (ТЭП): сочетает эластичность резины и простоту переработки пластика.
• Безгалогенные составы (LSZH): при пожаре выделяют мало дыма и не выделяют коррозионных галогенсодержащих газов. Обязательны для общественных зданий и транспорта.

Ключевые технические характеристики и стандарты

Выбор кабеля осуществляется на основе анализа следующих параметров:

Таблица 1. Основные технические характеристики сигнальных кабелей

Параметр	Типичные значения / Описание	Стандарты/Методы испытаний
Номинальное напряжение U0/U	300/500 В, 0.6/1 кВ	ГОСТ, IEC 60227, IEC 60502
Количество и сечение жил	От 2 до 50-60 жил; 0.25 мм², 0.34 мм², 0.5 мм², 0.75 мм², 1.0 мм², 1.5 мм²	ГОСТ 22483
Сопротивление изоляции	> 5 МОм·км (при +20°C)	ГОСТ 3345, IEC 60228
Рабочий температурный диапазон	ПВХ: от -40°C до +70°C PUR: от -30°C до +90°C PTFE: от -60°C до +200°C	—
Минимальный радиус изгиба	5-10 наружных диаметров кабеля (для гибких)	ГОСТ 23286
Волновое сопротивление	100 Ом (для Ethernet), 120 Ом (для RS-485), 150 Ом (для Profibus)	IEC 61156, IEC 61158
Затухание сигнала	Зависит от частоты, сечения, материала изоляции (дБ/100м)	IEC 61156

Классификация и области применения

Классификация может проводиться по различным признакам: по типу экрана, по назначению, по стойкости к внешним воздействиям.

Таблица 2. Классификация по назначению и типичные применения

Тип кабеля / Обозначение	Конструктивные особенности	Область применения
Кабели для аналоговых сигналов (типа КВВГ, LiYCY)	Многожильные (до 50), общий и/или индивидуальные экраны, сечение жил 0.5-1.5 мм².	Подключение датчиков (температуры, давления), исполнительных механизмов, сигналов 4-20 мА, 0-10 В в системах АСУ ТП.
Кабели для полевых шин (PROFIBUS, MODBUS)	Парная скрутка, импеданс 100-150 Ом, комбинированный экран (фольга+оплетка).	Промышленные сети передачи данных для соединения контроллеров, датчиков, приводов.
Кабели для промышленного Ethernet (Cat.5e, Cat.6)	4 витые пары, строго контролируемый импеданс 100 Ом, высококачественная изоляция.	Высокоскоростные промышленные сети на уровне цеха и предприятия.
Кабели для пожарной и охранной сигнализации (КПСВВ, КПСВЭВ)	Повышенная огнестойкость (не распространяющие горение, с низким дымовыделением).	Шлейфы пожарной и охранной сигнализации, системы оповещения.
Кабели управления (КГВВ, КГВЭВ)	Повышенная гибкость, стойкость к вибрациям, часто с медной оплеткой.	Подключение подвижных частей станков, шкафов управления, кранов.
Кабели для робототехники и гибких применений	Оболочка из PUR или TPE, без заполнителей, особо гибкие жилы класса 6.	Кабельные цепи на роботах-манипуляторах, портальных системах, постоянно движущихся механизмах.

Рекомендации по выбору и монтажу

Ошибки при выборе и монтаже сигнальных кабелей являются частой причиной сбоев в работе автоматизированных систем.

Критерии выбора:

• Характер сигнала: аналоговый слаботочный, цифровой высокочастотный, дискретный. Определяет требования к экранированию и волновому сопротивлению.
• Электромагнитная обстановка: при прокладке рядом с силовыми кабелями, частотными преобразователями обязательны кабели с экраном из оплетки или комбинированным.
• Механические нагрузки: стационарная прокладка, подвижное подключение, изгибы, вибрации, истирание. Определяют класс гибкости жил и материал оболочки.
• Внешние условия: температура, влажность, УФ-излучение, наличие масел, растворителей, кислот. Определяют материал изоляции и оболочки.
• Требования пожарной безопасности: необходимость использования безгалогенных (LSZH) или огнестойких кабелей.

Правила монтажа:

• Разделение трасс: минимальное расстояние от силовых кабелей (не менее 30-50 см при параллельной прокладке). При пересечении – только под прямым углом.
• Заземление экрана: экран должен быть заземлен только в одной точке, как правило, на стороне источника или контроллера, чтобы избежать контурных токов. В системах с плавающей землей используются емкостные развязки.
• Обработка конца экрана: экран (оплетку или фольгу) необходимо аккуратно завести в коннектор или клемную колодку, обеспечивая надежный 360-градусный контакт. Использование «косичек» недопустимо для ВЧ-сигналов.
• Радиус изгиба: не нарушать минимально допустимый радиус изгиба (обычно указывается производителем).
• Защита от натяжения: использовать кабельные вводы с обжимом по оболочке (например, PG-гайки) для снятия механической нагрузки с токоведущих жил.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между кабелями КВВГ и КВВГэ?

Буква «э» в обозначении КВВГэ указывает на наличие экрана. КВВГ – это кабель с изолированными жилами в ПВХ изоляции и ПВХ оболочке, но без общего экрана. КВВГэ имеет общий экран, обычно в виде оплетки из медных луженых проволок или алюмопластиковой ленты, что делает его пригодным для передачи сигналов в условиях электромагнитных помех.

Когда необходимо использовать кабель с витой парой, а не с простой скруткой жил?

Витая пара (с определенным шагом скрутки) необходима для передачи дифференциальных сигналов высокой частоты (свыше 100 кГц) или цифровых сигналов (PROFIBUS, Ethernet, RS-485). Скрутка обеспечивает постоянное волновое сопротивление и эффективно подавляет синфазные помехи. Для медленных аналоговых сигналов (4-20 мА, 0-10 В) достаточно простой скрутки или даже параллельного расположения жил под общим экраном.

Как правильно выбрать сечение жилы сигнального кабеля?

Сечение выбирается, в первую очередь, исходя из падения напряжения на линии (для аналоговых сигналов 4-20 мА это критично) и механической прочности. Для токовых петель 4-20 мА на расстояния до 500-700 м обычно достаточно 0.5 мм², на большие расстояния – 0.75 или 1.0 мм². Для цифровых шин сечение часто стандартизировано (например, 0.34 мм² для многих полевых шин) и связано с волновым сопротивлением.

Можно ли использовать кабель с оболочкой из ПВХ на улице?

Обычный ПВХ не предназначен для длительного воздействия ультрафиолета и перепадов температур на открытом воздухе. Под УФ-излучением он теряет эластичность и растрескивается. Для уличной прокладки следует выбирать кабели с оболочкой из светостабилизированного полиэтилена (PE), полиуретана (PUR) или с маркировкой «для наружной прокладки».

Что означает обозначение «LSZH» и где такие кабели обязательны?

LSZH (Low Smoke Zero Halogen) – низкое дымовыделение, без галогенов. При пожаре такие кабели выделяют минимальное количество плотного дыма и не выделяют коррозионных, токсичных галогенсодержащих газов (хлористого водорода и др.). Их применение обязательно в метро, тоннелях, на атомных станциях, в высотных зданиях, аэропортах, больницах – везде, где эвакуация людей затруднена и важна сохранность дорогостоящего электронного оборудования.

Какой экран эффективнее: оплетка или фольга?

Эффективность зависит от частоты помехи. Фольга (ламинированная) обеспечивает 100% покрытие и эффективна на низких и средних частотах (до ~10 МГц), но имеет большее сопротивление и хуже выдерживает многократные изгибы. Оплетка (покрытие 65-90%) обладает меньшим сопротивлением и лучше защищает на высоких частотах, а также более устойчива механически. Для комплексной защиты в широком спектре частот (особенно в промышленных сетях) применяется комбинированный экран: фольга + оплетка.

Нужно ли заземлять оба конца экрана сигнального кабеля?

Как правило, нет. Заземление экрана в двух и более точках создает «земляную петлю», в которой под действием разности потенциалов между точками заземления начинает протекать ток. Этот ток наводит помеху на сигнальные жилы, что может полностью парализовать работу системы. Рекомендуется заземлять экран в одной точке, обычно на стороне источника питания/контроллера (приемника). Исключения могут составлять высокочастотные системы с длинами волн, соизмеримыми с длиной кабеля, где требуется многоточечное заземление, но такие случаи требуют отдельного расчета.