Кабели экранированные соединительные

Кабели экранированные соединительные: конструкция, классификация и применение

Экранированные соединительные кабели представляют собой специализированный класс кабельной продукции, предназначенный для передачи электрических сигналов (аналоговых, цифровых, импульсных) или электроэнергии в условиях воздействия внешних электромагнитных помех (ЭМП) и с требованием минимизации излучения собственного электромагнитного поля. Их основная функция – обеспечение целостности и качества сигнала в сложной электромагнитной обстановке, характерной для современных промышленных предприятий, систем автоматизации, измерительных комплексов и IT-инфраструктуры.

Конструктивные элементы экранированных соединительных кабелей

Конструкция таких кабелей является многослойной, где каждый элемент выполняет строго определенную функцию.

• Токопроводящая жила: Изготавливается из медной или медной луженой проволоки. Может быть монолитной (однопроволочной) для стационарной прокладки или гибкой (многопроволочной) для применения в подвижных механизмах, робототехнике. Класс гибкости варьируется от 1 (жесткая) до 6 (очень гибкая).
• Изоляция жилы: Выполняется из поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилена (ПЭ), сшитого полиэтилена (XLPE), полипропилена (ПП) или фторополимеров (PTFE, FEP). Материал выбирается исходя из требований к гибкости, температурному диапазону, диэлектрическим свойствам и стойкости к агрессивным средам.
• Экран (экранирующая оплетка/оболочка): Ключевой элемент, обеспечивающий защиту от помех. Может быть выполнен в нескольких вариантах:
  • Оплетка из медных или луженых медных проволок: Наиболее распространенный тип. Обеспечивает гибкость и хорошее покрытие (обычно 65-95%). Обладает низким сопротивлением, эффективно защищает от высокочастотных помех.
  • Фольгированный экран (алюмополимерная или медная фольга): Представляет собой лавсановую пленку с алюминиевым или медным напылением, часто в сочетании с дренажным проводником. Обеспечивает 100% покрытие, эффективен на высоких частотах, но менее устойчив к механическим воздействиям и многократным изгибам.
  • Комбинированный экран (фольга + оплетка): Сочетает преимущества обоих типов: 100% покрытие от фольги и механическую прочность, низкое сопротивление оплетки. Обеспечивает максимальный уровень защиты (тип SF/UTP или S/FTP в терминологии витых пар).
  • Экран из спирально наложенных проволок: Применяется в особо гибких кабелях, где важна сохранность экрана при многократных изгибах.
• Разделительный слой: Часто представляет собой полиэтилентерефталатную (лавсановую) или полипропиленовую пленку, обмотку или оплетку, которая отделяет экран от изолированных жил или внешней оболочки, предотвращая повреждение и облегчая разделку кабеля.
• Внешняя оболочка: Защищает все внутренние элементы от механических, химических, климатических воздействий. Материалы: ПВХ (универсальный), полиуретан (PUR, для масла, истирания, холода), термоэластопласт (безгалогенный, с низким дымовыделением), фторополимеры (для высоких температур).
• Дренажный проводник: Неизолированный медный проводник, контактирующий с экраном. Служит для заземления экрана и отвода наведенных токов.

Классификация и основные типы

Классификация осуществляется по нескольким ключевым признакам.

По типу передаваемого сигнала и назначению:

• Кабели для аналоговых сигналов и датчиков: (Например, LiYCY, LIYCY-Oz). Имеют экран для каждой пары или общий экран на все жилы. Критично низкое значение емкости (пФ/м) для минимизации искажений.
• Кабели для цифровых интерфейсов и промышленных сетей: Профилированные под конкретные протоколы: PROFIBUS (кабель типа A), CAN-bus, RS-485, Ethernet (Cat.5e, Cat.6, Cat.7 с экранами U/FTP, F/UTP, S/FTP).
• Кабели управления и контроля: Многожильные кабели (например, КВВГЭ, JY(St)Y) с общим экраном из оплетки или фольги для подключения датчиков, исполнительных механизмов в системах АСУ ТП.
• Кабели для частотно-регулируемых приводов (ЧРП): Специализированные симметрированные кабели с экраном из медной оплетки высокой плотности (покрытие >85%) для работы с мощными импульсными сигналами, минимизирующие синфазные помехи и излучение.
• Кабели измерительные и для звуковой техники: Часто имеют двойной экран (индивидуальный на пару и общий) для полного подавления наводок в низкоуровневых сигнальных цепях.

По типу экранирования:

Тип экрана	Обозначение (пример)	Эффективность экранирования	Гибкость	Область применения
Оплетка медная (Cu)	CY, S	Высокая (особенно на ВЧ), зависит от плотности	Отличная	Промышленные сети, приводная техника, мобильное оборудование
Фольга алюминиевая (Al)	FY, F	Очень высокая на ВЧ, 100% покрытие	Ограниченная	Стационарная прокладка, кабели Ethernet, слаботочные системы
Оплетка + Фольга (Combi)	SF, S/FTP	Максимальная (широкий частотный диапазон)	Хорошая	Критичные системы, высокоскоростные сети (Cat.7/7A), измерительные цепи
Спиральный экран	Sp	Средняя (лучше на НЧ)	Превосходная (для гибких применений)	Гибкие шлейфы, робототехника, часто изгибаемые кабели

Ключевые технические характеристики и стандарты

• Эффективность экранирования (Attenuation): Измеряется в дБ. Показывает, насколько экран ослабляет внешнее электромагнитное поле. Для кабелей PROFIBUS требуется не менее 70 дБ на 30 МГц, для Cat.6A – строго регламентировано стандартом.
• Волновое сопротивление: Важно для согласования в высокочастотных и цифровых линиях (например, 100 Ом для Ethernet, 120 Ом для RS-485).
• Погонная емкость: Критичный параметр для аналоговых сигналов, особенно в длинных линиях. Низкое значение (например, 60 пФ/м) снижает затухание высокочастотных составляющих сигнала.
• Сопротивление изоляции и испытательное напряжение: Определяют электрическую прочность кабеля.
• Температурный диапазон: Определяется материалами изоляции и оболочки. Стандартный ПВХ: от -5°C до +70°C. PUR: от -40°C до +80°C. Силикон: от -60°C до +180°C.
• Стандарты: МЭК 61158 (промышленные сети), МЭК 11801 / ISO/IEC 11801 (структурированные кабельные системы), ГОСТ Р 53769-2010 (кабели управления), DIN VDE 0250, отраслевые стандарты (PROFIBUS Nutzerorganisation, CAN in Automation).

Принципы выбора и монтажа

Выбор конкретного типа кабеля осуществляется на основе анализа условий эксплуатации и технических требований системы.

• Уровень электромагнитных помех: В зонах с мощным промышленным оборудованием (ЧРП, сварочные аппараты) обязательны кабели с экраном из оплетки высокой плотности или комбинированным экраном.
• Характер сигнала: Для аналоговых сигналов малого уровня (термопары, тензодатчики) – кабели с индивидуальным экранированием пар и низкой погонной емкостью. Для высокоскоростных цифровых шин – кабели, соответствующие категории и с рекомендуемым типом экрана для данного протокола.
• Условия прокладки: Подвижность, радиус изгиба, наличие масла, УФ-излучения, температура определяют выбор материалов оболочки и конструкцию жил/экрана.
• Требования пожарной безопасности: При прокладке в пучках, вентиляционных шахтах, общественных зданиях требуются кабели с оболочкой из безгалогенных материалов с низким дымовыделением (LSZH).

Критически важным аспектом является правильный монтаж экрана. Некачественное заземление экрана сводит на нет его эффективность. Основные правила:

• Экран должен быть заземлен только с одной стороны в аналоговых цепях для предотвращения образования контура заземления и циркулирующих токов. В цифровых высокоскоростных шинах (Ethernet) – с двух сторон, но с обеспечением equipotential bonding (выравнивания потенциалов).
• Соединение экрана должно иметь минимально возможное переходное сопротивление. Предпочтительно использование специальных экранирующих разъемов (D-sub, M12, RJ45 с металлическим корпусом), обеспечивающих 360-градусный контакт по окружности кабеля.
• Длина оголенного участка экрана под разъемом должна быть минимальной (менее 50 мм).
• При прокладке в лотках необходимо соблюдать расстояние от силовых кабелей (не менее 30 см, при параллельной прокладке на длине более 10 м – не менее 1 м). При пересечении – только под углом 90°.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем разница между экраном из оплетки и из фольги? Что лучше?

Оплетка обеспечивает лучшую механическую защиту, гибкость и более низкое сопротивление постоянному току, что важно для отвода высокочастотных токов. Фольга дает 100% покрытие, лучше защищает на очень высоких частотах, но менее долговечна при динамических нагрузках. Выбор зависит от приоритета: максимальная защита в стационарных условиях (фольга/комби) или стойкость к вибрациям и изгибам (оплетка).

Как правильно заземлить экран: с одной стороны или с двух?

Для аналоговых сигнальных цепей (4-20 мА, сигналы датчиков) – строго с одной стороны, обычно на стороне контроллера/приемника. Это разрывает контур заземления. Для высокоскоростных цифровых интерфейсов (Ethernet, PROFINET, RS-485) экран должен быть заземлен с обеих сторон для эффективного отвода ВЧ-помех. При этом крайне важно обеспечить низкоомное соединение между точками заземления (выравнивание потенциалов), чтобы избежать протекания уравнительных токов по самому экрану.

Можно ли использовать витую пару UTP вместо экранированной FTP в промышленной сети?

В среде с низким уровнем ЭМП (офис, отдельная кабельная трасса) – допустимо. Однако в промышленном цеху, где рядом расположены силовые кабели, двигатели, частотные преобразователи, использование UTP-кабеля с большой вероятностью приведет к ошибкам связи, пакетам коллизий и снижению скорости. Стандарты промышленных сетей (PROFINET, EtherNet/IP) настоятельно рекомендуют или прямо предписывают применение экранированных кабелей и разъемов.

Какой минимальный радиус изгиба для экранированного кабеля?

Минимальный радиус изгиба (MBR) определяется конструкцией жил и экрана. Обычно он составляет от 5 до 15 наружных диаметров кабеля. Для кабелей с экраном из фольги и моножилами – ближе к 10-15D. Для многопроволочных гибких кабелей с оплеткой – 5-8D. Нарушение этого параметра ведет к деформации и разрыву экрана, увеличению затухания, а впоследствии – к обрыву жил.

Требуется ли специальный инструмент для разделки и оконцевания экранированных кабелей?

Да, для качественного монтажа рекомендуется использовать специализированный инструмент: стрипперы для точного снятия внешней оболочки без повреждения экрана, инструмент для обжима экранированных разъемов (RJ45, M12), экранирующие гильзы или наконечники для фиксации оплетки. Кустарные методы (пайка оплетки «жгутом», скрутка) приводят к нестабильному контакту и ухудшению характеристик.

Заключение

Экранированные соединительные кабели являются неотъемлемым компонентом надежных и устойчивых к помехам систем управления, измерения и связи. Их корректный выбор, основанный на анализе электромагнитной обстановки, типа сигнала и условий монтажа, а также профессиональное выполнение работ по заземлению экрана, являются обязательными условиями для обеспечения бесперебойной работы современного технологического оборудования. Пренебрежение этими аспектами ведет к скрытым, трудно диагностируемым сбоям, снижению точности и потере данных.