Кабели экранированные многожильные

Кабели экранированные многожильные: конструкция, назначение и применение

Экранированные многожильные кабели представляют собой сложные электротехнические изделия, предназначенные для передачи электрических сигналов или мощности в условиях воздействия электромагнитных помех. Их конструкция сочетает в себе несколько токопроводящих жил, объединенных в единую оболочку с обязательным наличием экранирующего элемента. Основное назначение – обеспечение целостности и минимальных искажений передаваемого сигнала в промышленных, телекоммуникационных, измерительных и силовых цепях.

Конструктивные особенности и составные элементы

Конструкция экранированного многожильного кабеля является многослойной. Каждый слой выполняет строго определенную функцию.

• Токопроводящая жила: Изготавливается из медной или алюминиевой проволоки. В многожильном исполнении каждая жила состоит из множества тонких проволок, скрученных по определенному правилу. Это обеспечивает высокую гибкость, стойкость к переменным изгибам и вибрациям.
• Изоляция жилы: Каждая отдельная жила изолируется материалом с высокими диэлектрическими свойствами: ПВХ (поливинилхлорид), сшитый полиэтилен (XLPE), полипропилен (PP), фторопласт (FEP), резина. Выбор материала зависит от требований к гибкости, температурному режиму, стойкости к маслам и химикатам.
• Скрутка (парная, тройная, звездная): Изолированные жилы скручиваются вместе с определенным шагом. Для точных аналоговых и цифровых сигналов часто используется парная скрутка (витая пара), которая сама по себе повышает помехозащищенность за счет компенсации наводок в соседних проводах.
• Экран: Ключевой элемент кабеля. Представляет собой барьер, защищающий внутренние проводники от внешних электромагнитных полей и предотвращающий излучение внутренних полей наружу. Выполняется в виде оплетки, фольги или комбинации обоих материалов.
  • Оплетка: Изготавливается из тонких луженых медных, медных или алюминиевых проволок. Обеспечивает высокую механическую прочность, хорошую гибкость и низкое сопротивление по постоянному току. Степень покрытия (плотность) обычно составляет 65-95%.
  • Фольга: Алюминиевая или медная полиэфирная лавсановая лента, часто с дренажной жилой. Обеспечивает 100% покрытие на высокой частоте, но менее устойчива к механическим воздействиям.
  • Комбинированный экран (фольга+оплетка): Сочетает преимущества обоих типов: 100% покрытие фольги и механическую прочность/низкое сопротивление оплетки.
• Разделительный слой: Как правило, представляет собой полиэтиленовую или ПВХ обмотку, которая защищает экран от повреждения острыми кромками внешней оболочки и фиксирует конструкцию.
• Внешняя оболочка: Защищает весь пакет жил и экран от механических, химических, климатических воздействий. Материалы: ПВХ, полиуретан (PUR), резина, термоэластопласт (ТЭП). Может обладать специальными свойствами: маслобензостойкость, нераспространение горения, низкое дымовыделение, стойкость к УФ-излучению.

Классификация и типы экранированных многожильных кабелей

Классификация осуществляется по нескольким ключевым признакам.

По назначению и сфере применения:

• Кабели управления и контроля: (Например, КВВГЭ, КГВЭВ, LiYCY). Применяются для подключения датчиков, исполнительных механизмов, сигнализации в системах АСУ ТП. Имеют от 2 до 61 жилы сечением 0.5-2.5 мм², экран из оплетки или фольги.
• Измерительные и термопарные кабели: (Например, КММ, КСПВ, экранированные кабели для термопар). Предназначены для передачи слаботочных аналоговых сигналов от датчиков температуры, давления, расхода. Имеют точную калибровку, экран для защиты от наводок, пары могут быть индивидуально экранированы.
• Сигнальные и интерфейсные кабели: (Например, для RS-485, Profibus, CAN-bus, Ethernet). Используются в промышленных сетях передачи данных. Обязательно имеют витую пару и общий или попарный экран (типы: UTP, FTP, SFTP).
• Кабели для частотно-регулируемых приводов (ЧРП): Специализированные симметрированные кабели с экраном из медной оплетки высокой плотности (более 80%) для минимизации электромагнитных помех, генерируемых инверторами.
• Многожильные силовые кабели: (Например, РКГМ, ВВГнг-П, КГВВ). Применяются для подвижного или стационарного подключения оборудования. Экран в силовых кабелях на напряжение выше 6 кВ служит для выравнивания электрического поля, а в кабелях для ЧРП – именно для защиты от помех.

По типу экрана:

Тип экрана	Материал	Преимущества	Недостатки	Типовое применение
Оплетка	Луженая медь, медь, алюминий	Высокая механическая прочность, гибкость, низкое сопротивление, хорошее заземление	Не 100% покрытие, более высокая стоимость и вес	Кабели управления, ЧРП, мобильное оборудование
Фольга (лента)	Алюминий/медь + полиэстер	100% покрытие на ВЧ, низкая стоимость, малый вес и диаметр	Низкая механическая прочность, сложность заземления без дренажной жилы	Интерфейсные кабели, витые пары, измерительные цепи
Комбинированный	Фольга + оплетка	Максимальная защита (ВЧ и НЧ), надежное заземление	Наибольшая стоимость, увеличенный диаметр	Критичные системы автоматизации, высокоскоростные шины данных

Критерии выбора и ключевые технические параметры

Выбор конкретного типа кабеля требует анализа всех условий эксплуатации и технических требований.

• Количество и сечение жил: Определяется количеством сигналов и токовой нагрузкой. Сечение жил в многожильных кабелях управления обычно лежит в диапазоне 0.5 – 2.5 мм².
• Материал и класс гибкости жилы: Класс гибкости по ГОСТ (3,4,5,6) или по IEC (стандарт EN 60228). Чем выше класс, тем больше проволок в жиле и выше стойкость к многократным изгибам (например, для подвижных механизмов, кабельных цепей).
• Тип и эффективность экрана: Выбирается исходя из уровня электромагнитных помех. Для сред с высоким уровнем помех (промзона, рядом с силовыми линиями) обязательна оплетка или комбинированный экран. Эффективность экранирования измеряется в дБ.
• Характеристики изоляции и оболочки:
  • Рабочее напряжение (U₀/U), В.
  • Температурный диапазон эксплуатации, °C.
  • Стойкость к маслам, химикатам, УФ-излучению.
  • Поведение при пожаре: нераспространение горения (нг), безгалогеновый низкодымный состав (LSZH).
• Механические требования: Наличие армирования (например, для подвесных трасс), стойкость к скручиванию, истиранию.

Правила монтажа и заземления экрана

Неправильный монтаж экрана сводит на нет все его защитные свойства. Основные правила:

• Непрерывность экрана: Экран должен быть непрерывным на всем протяжении линии. Соединения должны обеспечивать надежный электрический контакт.
• Заземление в одной точке: Для защиты от низкочастотных наводок (например, «земляная петля») экран рекомендуется заземлять только с одной стороны кабеля, обычно со стороны управляющего оборудования (контроллера, шкафа). Это предотвращает протекание уравнительных токов по экрану.
• Заземление в двух точках: Для защиты от высокочастотных помех (радиочастотный диапазон) экран может заземляться с обеих сторон. В этом случае критически важно обеспечить низкоомное соединение с землей и использовать экран с низким сопротивлением (оплетка).
• Использование специализированных аксессуаров: Для оконцевания экрана применяются кабельные наконечники, экранирующие зажимы, металлизированные кабельные вводы (МКВ), коннекторы с экранирующими корпусами. Экран должен быть закреплен вокруг изоляции по всей окружности («косичка» недопустима для ВЧ-помех).
• Изоляция экрана от земли: В некоторых схемах, для исключения гальванической связи, экран изолируют от земли, но соединяют через подавительный конденсатор, шунтирующий ВЧ-помехи.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между экранированным и неэкранированным многожильным кабелем?

Неэкранированный кабель (например, КВВГ) не имеет защитного слоя из проводящего материала. Он подвержен влиянию внешних электромагнитных полей, что может вызывать искажение аналоговых сигналов, ошибки в цифровой передаче, ложные срабатывания. Экранированный кабель изолирует внутренние проводники от таких воздействий и сам не создает помех для окружающего оборудования.

Когда обязательно применять экранированный кабель?

Экранирование обязательно: 1) При прокладке в зонах с высоким уровнем ЭМП (вблизи силовых линий, трансформаторов, частотных преобразователей). 2) Для передачи слаботочных аналоговых сигналов (менее 1 В, токовые петли 4-20 мА). 3) В промышленных сетях передачи данных (Ethernet, Fieldbus). 4) В медицинском, военном, авиационном оборудовании. 5) При требованиях электромагнитной совместимости (ЭМС) согласно стандартам.

Как правильно выбрать тип экрана: оплетка или фольга?

Выбор зависит от природы помех и условий монтажа. Оплетка предпочтительна для низко- и среднечастотных помех, при подвижном монтаже, где важна механическая стойкость экрана. Фольга эффективнее на высоких частотах (более 10 МГц), а также когда важен минимальный диаметр и вес кабеля. Для комплексной защиты в ответственных применениях используется комбинированный экран.

Можно ли соединять экраны разных кабелей между собой?

Да, но соединение должно быть надежным, с низким переходным сопротивлением, предпочтительно пайкой, опрессовкой или специальными зажимами. Нельзя допускать, чтобы экран был просто скручен и изолирован лентой. Соединение должно сохранять непрерывность экранирующей оболочки.

Что делать, если экран поврежден на участке кабеля?

Поврежденный экран резко снижает эффективность защиты. Рекомендуется заменить весь участок кабеля. Временный ремонт возможен только с помощью специального экранирующего ремонтного комплекта (проводящая лента, оплетка), но его характеристики будут уступать целостному экрану. Повреждение внешней оболочки с сохранением целостности экрана допустимо ремонтировать изолирующей лентой.

Как проверить целостность и качество заземления экрана?

Целостность проверяется измерением сопротивления постоянному току между экраном и точкой заземления (должно быть близко к 0 Ом). Качество заземления на высоких частотах оценить сложнее, оно требует измерения импеданса заземления. На практике важно визуально контролировать площадь контакта и надежность соединения экрана с заземляющей шиной.

Заключение

Экранированные многожильные кабели являются критически важным компонентом современных промышленных и телекоммуникационных систем. Их корректный выбор, основанный на анализе условий эксплуатации, типа передаваемого сигнала и уровня электромагнитных помех, определяет надежность, точность и бесперебойность работы всего оборудования. Особое внимание должно уделяться правилам монтажа и заземления экрана, так как ошибки на этом этапе могут полностью нивелировать его защитные свойства. Понимание конструкции, типов экранов и их характеристик позволяет инженерно-техническому персоналу проектировать устойчивые к помехам системы управления, связи и электроснабжения.