Кабели монтажные экранированные

Кабели монтажные экранированные: конструкция, назначение, применение

Кабели монтажные экранированные представляют собой специализированный класс кабельно-проводниковой продукции, предназначенный для неподвижного внутриприборного и межприборного монтажа электронных устройств, систем автоматизации, телемеханики, связи и управления. Их ключевая особенность – наличие экрана, который служит для защиты передаваемого сигнала от воздействия внешних электромагнитных помех (ЭМП) и предотвращения излучения собственных электромагнитных полей вовне, тем самым обеспечивая электромагнитную совместимость (ЭМС) оборудования.

Конструктивные особенности и материалы

Конструкция экранированного монтажного кабеля является многослойной и включает несколько обязательных элементов.

Токопроводящая жила

Изготавливается из медной проволоки. В зависимости от требований к гибкости, жила может быть:

• Монолитной (однопроволочной, класс 1 по ГОСТ 22483) – для стационарного монтажа без перемещений.
• Скрученной (многопроволочной, классы 2-6) – для монтажа в условиях вибраций или необходимости частых изгибов.

Сечение жил нормировано и обычно лежит в диапазоне от 0.05 до 2.5 мм², наиболее распространены сечения 0.5, 0.75, 1.0, 1.5 мм².

Изоляция жилы

Выполняется из полимерных диэлектрических материалов:

• Поливинилхлоридный пластикат (ПВХ) – наиболее распространен, обеспечивает хорошие диэлектрические свойства, негорючесть, стойкость к агрессивным средам.
• Полиэтилен (ПЭ) – отличные высокочастотные характеристики, низкие диэлектрические потери.
• Фторопласт (PTFE, FEP) – для работы в экстремальных условиях: высокие температуры (до +250°C), агрессивные среды, повышенные требования к негорючести.
• Сшитый полиэтилен (XLPE) – повышенная термостойкость и стойкость к механическим повреждениям.

Изоляция может быть сплошной или в виде обмотки (например, лавсановая лента).

Скрутка и поясная изоляция

Изолированные жилы многожильных кабелей скручиваются в пары, тройки или группы. Для сохранения геометрии и дополнительной изоляции между жилами и экраном может накладываться слой поясной изоляции в виде полимерной пленки или оплетки из нитей.

Экран

Это ключевой элемент, определяющий функциональность кабеля. Существует несколько основных типов экранов:

• Фольгированный экран (FS – Foil Screen) – представляет собой алюминиевую или полиэфирную лавсановую фольгу, часто с дренажной медной луженой проволокой для обеспечения электрического контакта и снятия заряда. Обеспечивает 100% покрытие, эффективен против высокочастотных помех. Недостаток – низкая механическая прочность и ограниченная гибкость.
• Оплеточный экран (BS – Braid Screen) – выполняется в виде сетки из медных, луженых медных или оловянно-свинцовых проволок. Плотность оплетки (покрытия) обычно составляет 65-95%. Обладает высокой механической прочностью, хорошей гибкостью и обеспечивает низкое сопротивление для токов помехи. Эффективен в широком диапазоне частот.
• Комбинированный экран (SFB – Foil + Braid) – сочетание фольги и поверх нее медной оплетки. Это наиболее эффективный тип экрана, обеспечивающий защиту как от высокочастотных, так и от низкочастотных помех, а также повышенную механическую надежность. Применяется в ответственных системах с высокими требованиями к ЭМС.

Оболочка

Наружная оболочка защищает все внутренние элементы кабеля от механических повреждений, влаги, химических веществ и обеспечивает требуемые пожаробезопасные характеристики. Материалы оболочки аналогичны материалам изоляции: ПВХ, ПЭ, полиуретан (PUR), фторопласт. Оболочка может иметь специальные свойства: маслобензостойкость, стойкость к УФ-излучению, низкая горючесть (LSZH – Low Smoke Zero Halogen).

Классификация и маркировка

Монтажные экранированные кабели классифицируются по нескольким признакам: количество и тип жил, материал изоляции и оболочки, тип экрана, температурный диапазон, пожарная безопасность.

Маркировка осуществляется в соответствии с национальными (ГОСТ) и международными стандартами. В России распространены кабели марок:

• МКЭШ – Монтажный Кабель, Экранированный, в оболочке из Поливинилхлоридного пластиката.
• МКЭК – Монтажный Кабель, Экранированный, в оболочке из Кремнийорганической резины (термостойкий).
• КСПВ, КСПЭВ – Кабели для Систем Передачи в Виниловой/Полиэтиленовой изоляции, Экранированные, с Виниловой оболочкой.
• LiYCY – международное обозначение по DIN 47100: многожильный монтажный кабель с ПВХ изоляцией, медным экраном-оплеткой и ПВХ оболочкой.

Области применения

Экранированные монтажные кабели применяются во всех отраслях, где критична стабильность и целостность слаботочных сигналов:

• Промышленная автоматизация: подключение датчиков (аналоговых и цифровых), исполнительных механизмов, соединение модулей PLC, передача сигналов в системах АСУ ТП.
• Измерительные системы и КИП: передача сигналов от термопар, тензодатчиков, расходомеров и другого прецизионного оборудования.
• Связь и телекоммуникации: внутристоечный монтаж коммутационного оборудования, патч-корды для критичных линий.
• Энергетика: вторичные цепи релейной защиты и автоматики (РЗА), цепи управления выключателями, системы телемеханики на подстанциях.
• Транспорт: бортовые системы управления в авиации, железнодорожном транспорте, автомобилестроении.
• Медицинское и научное оборудование: подключение высокочувствительных измерительных приборов.

Ключевые технические характеристики

При выборе кабеля необходимо учитывать следующие параметры:

• Рабочее напряжение: обычно 300, 500 или 750 В переменного или постоянного тока.
• Электрическое сопротивление жилы: нормируется в Ом/км, зависит от сечения и материала.
• Сопротивление изоляции: не менее 5-20 МОм·км.
• Емкость жила-жила / жила-экран: критичный параметр для высокочастотных и аналоговых сигналов, измеряется в пФ/м.
• Волновое сопротивление: важно для кабелей, работающих в высокочастотных линиях передачи.
• Эффективность экранирования (Attenuation): выражается в дБ и показывает, насколько экран ослабляет внешнее электромагнитное поле. Зависит от типа экрана и частоты.

Сравнительная таблица типов экранов

Тип экрана	Материал	Покрытие, %	Эффективность экранирования	Гибкость	Область применения
Фольгированный (F)	Алюминиевая фольга + дренаж. провод	~100%	Высокая на ВЧ (>1 МГц), средняя на НЧ	Низкая	Стационарный монтаж, сети передачи данных, аналоговые сигналы ВЧ
Оплеточный (B)	Медные луженые проволоки	65-95%	Высокая на НЧ/СЧ, хорошая на ВЧ	Очень высокая	Мобильные соединения, промышленные интерфейсы (RS-485, CAN), аудио
Комбинированный (SFB)	Фольга + медная оплетка	~100% (фольга) + оплетка	Очень высокая во всем диапазоне частот	Средняя/Высокая	Критичные системы, сильные ЭМП, прецизионные измерения, военная техника

Правила монтажа и заземления экрана

Эффективность экрана напрямую зависит от правильности его монтажа и заземления. Нарушение этих правил может свести на нет защитные свойства.

• Целостность экрана: экран должен быть непрерывным на всем протяжении линии. При необходимости сращивания, экраны должны быть надежно соединены с сохранением контакта по всей окружности.
• Заземление: экран должен быть заземлен, как минимум, с одной стороны. Это позволяет стекать наведенным токам помехи. Заземление с одной стороны предотвращает образование замкнутого контура по земле, в котором могут циркулировать уравнительные токи (вызывающие помехи).
• «Звезда» заземления: в аналоговых и смешанных системах рекомендуется заземлять все экраны в одной точке (по принципу «звезды») для избежания разности потенциалов между ними.
• Концевые разделки: при установке разъемов экран должен быть аккуратно зачищен, оплетка подобрана и надежно соединена с экранной частью разъема (например, через хвостовик или обжимную гильзу). Не допускается использование экрана в качестве механической опоры для разъема.

Стандарты и нормативная база

Производство и применение монтажных экранированных кабелей регламентируется рядом стандартов:

• ГОСТ 23594-79: Кабели монтажные с пластмассовой изоляцией в полихлорвиниловой оболочке. Основной отечественный стандарт.
• ГОСТ 24334-80: Кабели монтажные с изоляцией и оболочкой из фторопласта.
• ТУ 16.К71-310-2001, ТУ 16.К71-335-2004: Технические условия на различные модификации.
• DIN VDE 0250, DIN 47100: Немецкие стандарты, широко используемые в международной практике.
• МЭК 60227, МЭК 60245: Международные стандарты МЭК.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальное отличие экранированного кабеля от неэкранированного?

Неэкранированный кабель (UTP, UNSHILDED) не имеет защитного слоя от электромагнитных помех. Он подвержен влиянию внешних полей (от силовых линий, двигателей, радиопередатчиков) и сам может излучать помехи. Экранированный кабель (FTP, STP, S/FTP) содержит экран, который физически блокирует эти поля, обеспечивая целостность сигнала. Это критично для слаботочных аналоговых сигналов (мВ, мА) и высокоскоростных цифровых линий.

Всегда ли экран нужно заземлять?

Да, для выполнения своей защитной функции экран должен быть соединен с земляной шиной или общим проводом схемы. Незаземленный экран не создает пути для отвода наведенных токов и его эффективность резко падает. Однако способ заземления (с одной или двух сторон) зависит от типа сигнала и частоты помех.

Когда заземлять экран с одной стороны, а когда с двух?

Заземление с одной стороны (чаще со стороны источника сигнала или приемника) применяется для низкочастотных аналоговых сигналов (до 1 МГц), таких как сигналы от термопар, тензодатчиков. Это предотвращает протекание циркулирующих токов по экрану. Заземление с двух сторон может потребоваться для высокочастотных сигналов (свыше 1 МГц) и цифровых интерфейсов (например, Ethernet), где длина волны помехи мала, и экран работает как элемент волновода. В этом случае для отвода токов помехи часто используется шина заземления с низким импедансом.

Как правильно оконцевать экран при отсутствии специализированного разъема?

Если разъем не имеет контакта для экрана, рекомендуется:

1. Собрать оплетку в плотный жгут.
2. Обжать жгут луженой гильзой (трубкой).
3. Припаять гильзу к проводу заземления достаточного сечения.
4. Коротким путем подключить этот провод к ближайшей точке заземления шасси или общей шине.
5. Изолировать место соединения. Нельзя оставлять экран «висящим в воздухе» или не подключенным.

Что такое дренажный провод и зачем он нужен?

Дренажный провод (drain wire) – это неизолированный или луженый медный проводник, который прокладывается под фольгированным экраном. Поскольку фольга тонкая и имеет относительно высокое сопротивление, дренажный провод обеспечивает низкоомный электрический контакт по всей длине кабеля, облегчая соединение экрана с землей, особенно при использовании разъемов без 360-градусного обжима экрана.

Как выбрать между кабелем с оплеткой и кабелем с фольгой?

Выбор зависит от условий:

• Фольга (F): Выбирайте для статичного монтажа, при необходимости 100% покрытия на высоких частотах, для защиты от емкостной связи, при ограниченном бюджете и весе.
• Оплетка (B): Выбирайте для кабелей, подверженных вибрациям, частым изгибам (кабели роботов, подвижные механизмы), когда важна механическая защита экрана, а также для эффективного экранирования в широком частотном диапазоне.
• Комбинация (SFB): Для систем с максимальными требованиями к ЭМС, в условиях сильных промышленных помех, для критически важных сигналов.

Влияет ли экран на допустимый ток нагрузки кабеля?

Прямого влияния на токопроводящую способность жил экран не оказывает, так как не является токонесущим элементом в нормальном режиме. Однако наличие экрана ухудшает теплоотвод от жил, так как создает дополнительный тепловой барьер. В практике это влияние незначительно для слаботочных монтажных кабелей, но для силовых кабелей среднего напряжения оно учитывается поправочными коэффициентами.