Кабели связи низкочастотные

Кабели связи низкочастотные: классификация, конструкция, параметры и применение

Низкочастотные кабели связи представляют собой класс кабельной продукции, предназначенной для передачи сигналов в диапазоне частот от 0 (постоянный ток) до нескольких сотен килогерц, с верхней практической границей, традиционно ограничиваемой значением 1 МГц. Они являются основой для организации абонентских линий, магистральной связи на небольшие расстояния, внутриобъектовых и внутристанционных соединений, а также для систем сигнализации, управления и контроля в энергетике, на транспорте и в промышленности. Их ключевая особенность – оптимизация для эффективной передачи мощности сигнала на низких частотах, а не широкополосности.

Классификация низкочастотных кабелей связи

Классификация осуществляется по нескольким ключевым признакам, определяющим область применения и технические характеристики.

• По назначению:
  • Междугородные и зоновые: Кабели магистральной и внутризоновой первичной сети (например, ТЗ, ТЗГ). Имеют сложную конструкцию с кордельно-полиэтиленовой или трубчатой изоляцией, многослойной защитной оболочкой.
  • Городские (абонентские): Для подключения абонентов к АТС (ТПП, ТППэп). Характеризуются большой парностью (до 2400 пар и более), бумажной или полиэтиленовой изоляцией жил.
  • Станционные и распределительные: Для монтажа внутри объектов связи (КСПП, КСПЗП). Обладают гибкостью, часто имеют поливинилхлоридную изоляцию и оболочку.
  • Общего применения (для систем сигнализации и блокировки): Кабели типов КСБ, КСБГ, КСПВ для несиловых цепей автоматики, телемеханики, пожарной сигнализации.
• По типу изоляции токопроводящих жил:
  • Бумажная (бумажная кордельно-стилоскопическая, бумажно-масляная): Исторически первый тип. Обладает стабильными электрическими параметрами, но гигроскопична, требует герметичной оболочки. Пример: кабель Т.
  • Полиэтиленовая (воздушно-полиэтиленовая, сплошная): Наиболее распространена. Обеспечивает низкие диэлектрические потери, влагостойкость. Пример: кабель ТПП.
  • Поливинилхлоридная (ПВХ): Применяется в основном для станционных и распределительных кабелей, а также кабелей общего назначения. Обладает хорошей гибкостью и самозатуханием, но худшими высокочастотными параметрами по сравнению с ПЭ. Пример: КСПВ.
• По конструкции защитных покровов:
  • Броневые: С ленточной (стальные оцинкованные ленты) или проволочной (стальные оцинкованные проволоки) броней. Для прокладки в грунте, в канализации, в условиях риска механических повреждений.
  • Неброневые (голые): С алюминиевой или свинцовой оболочкой и наружным полиэтиленовым шлангом. Для прокладки в кабельной канализации, тоннелях.
  • Легкие (для внутренней прокладки): С ПВХ оболочкой, без металлических элементов. Пример: КСПВ, КСПП.

Конструктивные элементы низкочастотных кабелей

Конструкция кабеля определяет его механическую прочность, устойчивость к внешним воздействиям и электрические параметры.

• Токопроводящая жила: Изготавливается из медной проволоки (мягкой, ММ). Диаметр стандартизирован: 0.4, 0.5, 0.7, 0.9 мм (для абонентских линий), 1.2 мм (для междугородных). Может быть однопроволочной (для стационарной прокладки) или многопроволочной (для гибких кабелей).
• Изоляция жилы: Наносится на жилу для обеспечения электрической прочности и стабильности параметров пары. В современных кабелях – преимущественно полиэтилен (ПЭ) или полипропилен, окрашенный в различные цвета для идентификации пар.
• Скрутка (повив): Изолированные жилы скручиваются в пары (четверки, звездные четверки) с определенным шагом. Разный шаг скрутки соседних пар минимизирует переходные влияния (перекрестные помехи). Парные скрутки объединяются в группы, а группы – в общий сердечник.
• Поясная изоляция: Лента из полимерного материала или бумаги, наложенная поверх скрученного сердечника для его фиксации и дополнительной изоляции.
• Экран (металлическая оболочка): Обязательный элемент для защиты от внешних электромагнитных помех и ограничения излучения кабеля. Выполняется в виде гофрированной медной или алюминиевой ленты, оплетки из медных проволок, или сплошной алюминиевой/свинцовой оболочки.
• Защитный покров (броня и наружная оболочка): Предназначен для защиты от механических повреждений, влаги, химических воздействий. Включает подушку под броню, бронепокров (стальные ленты или проволоки) и наружный полиэтиленовый или ПВХ шланг.

Основные электрические параметры и характеристики

Параметры нормируются для частоты 800 Гц или 1 кГц, если не указано иное.

Таблица 1. Основные электрические параметры низкочастотных кабелей связи (на примере городского кабеля ТПП)

Наименование параметра	Единица измерения	Норма для жилы диаметром 0.5 мм	Примечание
Сопротивление жилы постоянному току (не более)	Ом/км	95.0	При температуре +20°C
Рабочая емкость (средняя)	нФ/км	36±2	Измеряется между жилами пары
Электрическое сопротивление изоляции (не менее)	МОм·км	5000	На постоянном токе
Переходное затухание на дальнем конце (Аз) на 150 кГц (не менее)	дБ/км	61	Характеризует защищенность от перекрестных помех
Волновое сопротивление на частоте 1 кГц	Ом	1200 — 1400	Зависит от конструкции пары
Затухание сигнала на частоте 1 кГц	дБ/км	~0.06 — 0.08	Определяется активным сопротивлением и емкостью

Области применения в энергетике и смежных отраслях

В профессиональной сфере энергетики и промышленности низкочастотные кабели связи решают критически важные задачи, не связанные с передачей высокочастотных данных.

• Системы релейной защиты и автоматики (РЗА): Организация цепей тока и напряжения от трансформаторов, цепей управления выключателями, каналов телесигнализации и телеуправления между подстанциями. Используются кабели с медными жилами, часто с экраном каждой пары (типа КСПЭ).
• Системы пожарной и охранной сигнализации (ОПС): Прокладка шлейфов сигнализации, соединение датчиков, извещателей с приемно-контрольными приборами. Применяются кабели КСПВ, КПСВВ, КПСВЭВ в неагрессивных средах.
• Системы диспетчерского управления и технологической связи: Создание выделенных, устойчивых к помехам линий связи между объектами энергосистемы.
• Сети проводного вещания (трансляционные сети): Для передачи программ звукового вещания в диапазоне 30-15000 Гц. Используются кабели типа ТРП (радиотрансляционные).
• Телефонная связь на объектах: Организация административно-диспетчерской связи внутри и между подстанциями, производственными корпусами.
• Цепи постоянного тока вторичных коммутаций: Для соединения аппаратов РЗА, измерительных приборов, источников оперативного тока.

Выбор и монтаж: ключевые аспекты

Правильный выбор и монтаж определяют надежность работы систем на протяжении десятилетий.

• Выбор типа кабеля: Определяется условиями прокладки (земля, кабельная канализация, помещение), наличием электромагнитных помех, требованиями к нераспространению горения (использование кабелей с индексом «нг-LS» или «нг-FRLS» для групповой прокладки внутри зданий).
• Учет электрических параметров: Для длинных аналоговых линий (более нескольких км) критичным становится погонное затухание и сопротивление жил. Необходим расчет падения напряжения и уровня сигнала.
• Монтажные работы: Требуют соблюдения минимальных радиусов изгиба (обычно 10-15 наружных диаметров для бронированных кабелей). При прокладке в грунте обязательна песчаная подушка и защита кирпичом или сигнальной лентой. Внутри объектов – крепление на лотках, в коробах.
• Заземление экранов и брони: Является обязательным для защиты от наведенных потенциалов и опасных напряжений. Экран должен быть заземлен с двух сторон в цепях РЗА для обеспечения циркуляции токов короткого замыкания и повышения помехозащищенности. В цепях связи часто практикуется одностороннее заземление для исключения образования контура заземления.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальное отличие низкочастотных кабелей связи от высокочастотных (коаксиальных, витой пары Cat.5e и выше)?

Низкочастотные кабели оптимизированы для работы в диапазоне до 1 МГц. Их конструкция (скрутка, изоляция) направлена на минимизацию рабочей емкости и сопротивления жил, что критично для передачи аналогового голосового сигнала или сигналов постоянного тока на большие расстояния с минимальными искажениями. Высокочастотные кабели (витая пара категорий 5e/6/7, коаксиальные) сконструированы для передачи широкополосных цифровых сигналов (до сотен МГц и нескольких ГГц) и характеризуются строгим контролем волнового сопротивления, перекрестных наводок (NEXT, FEXT) и возвратных потерь в высокочастотном диапазоне.

Можно ли использовать кабель КСПВ для прокладки в земле?

Нет, категорически не рекомендуется. Кабель КСПВ имеет оболочку из поливинилхлорида, не стойкую к длительному воздействию почвенной влаги и агрессивных сред, и не имеет влагозащитной и броневой защиты. Для прокладки в земле необходимо применять кабели с гидрофобным заполнением, броней из стальных оцинкованных лент (типа КСБл, ТППэпБ) и наружным полиэтиленовым шлангом, стойким к грунтовым водам и механическим нагрузкам.

Что означает маркировка «ТППэп» и «КСПЗП»?

• ТППэп: Т – телефонный, П – изоляция жил из полиэтилена, П – оболочка (покров) из полиэтилена, э – экран (в виде алюмополимерной ленты), п – подушка под броню (из битума и полимерных лент).
• КСПЗП: К – кабель, С – станционный, П – изоляция жил из полиэтилена, З – заполнение (гидрофобное, для защиты от влаги), П – оболочка из полиэтилена. Это кабель для внутренней и внешней прокладки, часто используется для абонентских линий.

Как правильно выбрать сечение (диаметр) жилы для цепей постоянного тока вторичных коммутаций?

Выбор осуществляется по двум основным критериям: допустимому падению напряжения и механической прочности. Расчет ведется по формуле: S = (ρ 2L I) / ΔU, где S – сечение жилы (мм²), ρ – удельное сопротивление меди (0.0175 Ом·мм²/м), L – длина линии (м), I – максимальный ток в линии (А), ΔU – допустимое падение напряжения (В). Для большинства цепей сигнализации и управления достаточно сечения 0.5-0.75 мм², для цепей питания электромагнитов включения выключателей – 1.5-2.5 мм² и выше, в зависимости от тока и длины.

Почему в кабелях РЗА часто требуется экранирование каждой пары, а не общего сердечника?

Индивидуальное экранирование каждой пары (как в кабелях типа КСПЭ) обеспечивает максимальную защиту от электромагнитных помех, возникающих вблизи силовых установок, шин и заземляющих устройств подстанций. Это предотвращает взаимные наводки между цепями внутри одного кабеля, что критично для точной работы дифференциальных защит, где важно передавать точные значения тока с двух разных точек. Общий экран защищает только от внешних помех.

Как проверить целостность и качество низкочастотной кабельной линии?

Проводится комплекс измерений:

1. Измерение сопротивления изоляции мегомметром на напряжение 500-2500 В между жилами и между жилой и землей (экраном).
2. Измерение сопротивления шлейфа (петли) жил одной пары для определения длины линии или поиска обрыва (рефлектометрия на постоянном токе или с помощью импульсного рефлектометра).
3. Измерение рабочей емкости пары для оценки ее состояния и выявления увлажнения.
4. Проверка на отсутствие перекрестных соединений (замыканий между жилами разных пар).