Кабели экранированные низкочастотные
Кабели экранированные низкочастотные: конструкция, назначение и применение
Экранированные низкочастотные кабели представляют собой специализированный класс кабельной продукции, предназначенный для передачи сигналов в диапазоне частот от постоянного тока (0 Гц) до нескольких сотен килогерц (как правило, до 1 МГц). Их основная функция – обеспечение целостности и достоверности передаваемого сигнала в условиях воздействия внешних электромагнитных помех (ЭМП) и предотвращение излучения собственного электромагнитного поля кабеля во внешнюю среду. Конструкция таких кабелей базируется на применении одного или нескольких экранов, окружающих токопроводящие жилы.
Конструктивные особенности и материалы
Конструкция экранированного низкочастотного кабеля является многослойной и включает в себя несколько ключевых элементов.
Токопроводящая жила
Изготавливается из медной или алюминиевой проволоки. В зависимости от требований к гибкости, жила может быть:
- Монолитной (однопроволочной) – для стационарной прокладки.
- Скрученной (многопроволочной) – для кабелей, подвергающихся изгибам и вибрациям.
- Поливинилхлорид (ПВХ) – наиболее распространен, обладает хорошими изоляционными и механическими свойствами, широким диапазоном рабочих температур (от -50°C до +70°C).
- Полиэтилен (ПЭ) – высокая стойкость к влаге и агрессивным средам, хорошие диэлектрические характеристики.
- Сшитый полиэтилен (СПЭ) – повышенная термостойкость (до +90°C), стойкость к растрескиванию.
- Резина на основе этиленпропиленового каучука (EPR) – высокая гибкость и стойкость к перегибам, применяется в особо гибких кабелях.
- Оплеточный экран: выполняется из тонких медных, луженых медных или алюминиевых проволок, сплетенных в виде сетки. Обеспечивает хорошую гибкость и защиту от высокочастотных помех. Степень покрытия (плотность оплетки) обычно составляет 65% до 95%.
- Фольгированный экран (экранирующая лента): представляет собой алюминиевую или медную фольгу, ламинированную полиэстеровой пленкой для механической прочности. Фольга накладывается продольно с перекрытием, а для обеспечения электрического контакта часто используется дренажный проводник. Обеспечивает 100% покрытие, эффективен против низкочастотных электрических полей.
- Комбинированный экран: сочетает фольгу и оплетку, что обеспечивает максимальную защиту в широком частотном диапазоне. Например, «фольга+оплетка» является отраслевым стандартом для кабелей связи и измерительных цепей.
- Экран из проводящего полимера: наносится в виде слоя, обеспечивает полное покрытие, но обладает меньшей механической прочностью и применяется в специфических условиях.
- С одним общим экраном (общее экранирование).
- С индивидуальным экранированием каждой жилы (парная или тройная экранизация).
- С комбинированным экраном (индивидуальный + общий).
- Кабели управления и контроля: Например, КВВГЭ, КВВГЭнг-LS, АКВВГЭ. Используются для подключения датчиков, исполнительных механизмов, в системах АСУ ТП. Сечение жил обычно от 0.75 до 10 мм².
- Кабели измерительные и для слаботочных сигналов: Например, КИП, КИПЭ, МКЭШВ. Применяются для передачи аналоговых сигналов (4-20 мА, 0-10 В) от датчиков давления, температуры, расхода. Имеют высокоэффективный экран, часто с индивидуальным экранированием пар.
- Кабели связи низкочастотные: Например, ТППэп, КСПЭ. Используются в системах телефонной связи, пожарной и охранной сигнализации.
- Кабели питания экранированные: Например, ВВГЭ, ПвПГЭ. Применяются для питания чувствительного электронного оборудования в условиях сильных электромагнитных полей (промышленные цеха, медицинские учреждения).
- Энергетика: Подключение устройств РЗА (релейной защиты и автоматики), измерительных трансформаторов, датчиков состояния оборудования на подстанциях и в распределительных устройствах.
- Промышленная автоматизация (АСУ ТП): Прокладка в цехах с мощным силовым оборудованием (прокатные станы, тяговые двигатели, частотные преобразователи). Кабели соединяют программируемые логические контроллеры (ПЛК) с датчиками и приводами.
- Связь и сигнализация: Организация линий пожарной и охранной сигнализации, систем оповещения, телефонных сетей.
- Медицинская техника: Питание и управление диагностическим оборудованием (КТ, МРТ), где помехи недопустимы.
- Транспортная инфраструктура: Системы управления и сигнализации на железной дороге, в метрополитене.
- Цельность экрана: Экран должен быть непрерывным на всем протяжении линии. Все соединения и ответвления должны выполняться с сохранением экранировки.
- Заземление: Экран должен быть заземлен с одной или двух сторон в зависимости от типа сигнала и частоты помех.
- Одностороннее заземление: Применяется для защиты от электростатических (высокочастотных) помех и для предотвращения протекания уравнительных токов по экрану. Типично для систем с заземлением в одной точке (например, на стороне контроллера).
- Двустороннее заземление: Применяется для защиты от низкочастотных магнитных полей (например, от силовых линий 50 Гц). При этом экран работает как короткозамкнутый виток. Важно, чтобы точки заземления на обоих концах имели одинаковый потенциал во избежание протекания тока по экрану, что само по себе создаст помеху.
- Тип соединения: Для подключения экрана к клемме заземления необходимо использовать специальные экранирующие наконечники, зажимы или экранирующие втулки в разъемах. Дренажный провод должен быть надежно подключен.
- Прокладка: Силовые и слаботочные экранированные кабели должны прокладываться раздельно, с соблюдением нормируемого расстояния (не менее 300-500 мм при параллельной прокладке). При пересечении трасс угол должен быть близок к 90°.
- Допустимый длительный ток (по нагреву): Определяется по таблицам ПУЭ с учетом способа прокладки, температуры окружающей среды и количества рабочих жил.
- Допустимая потеря напряжения: Для цепей управления и сигнализации падение напряжения не должно превышать 5-10% от номинального значения сигнала или питания.
- Механическая прочность: Для кабелей управления минимальное сечение, как правило, составляет 0.75 мм² для меди.
- Визуальный осмотр: Цельность оболочки, качество разделки и подключения экрана к заземляющей клемме.
- Измерение сопротивления изоляции: Мегаомметром на напряжение 500-1000 В измеряется сопротивление между каждой жилой и экраном, а также между экранами (если их несколько). Значение должно соответствовать паспортным данным (обычно не менее 5-10 МОм·км).
- Проверка целостности экрана: Измерение омического сопротивления экрана между двумя точками (например, на разных концах кабеля). Оно должно быть мало и соответствовать паспортному значению.
- Специализированные испытания на ЭМС: В лабораторных условиях эффективность экранирования проверяется путем измерения ослабления поля в экранированной камере.
Сечение жил варьируется от 0.5 до 240 мм² и более, в соответствии с токовой нагрузкой и падением напряжения.
Изоляция жилы
Материал изоляции определяет температурный режим, гибкость и диэлектрические свойства. Основные типы:
Экран (экранирующая оболочка)
Экран является критически важным элементом. Его эффективность измеряется в децибелах (дБ) и показывает степень ослабления электромагнитного поля. Основные типы экранов:
Внешняя оболочка
Защищает все внутренние элементы кабеля от механических повреждений, влаги, химических веществ и ультрафиолетового излучения. Материалы: ПВХ, полиэтилен, полиуретан, безгалогенные огнестойкие составы (например, при прокладке в людных местах).
Классификация и основные типы кабелей
Экранированные низкочастотные кабели классифицируются по нескольким ключевым параметрам.
По количеству и типу экранов
По назначению и сфере применения
Ключевые технические характеристики
При выборе кабеля необходимо учитывать комплекс параметров, представленных в таблице ниже.
| Характеристика | Описание | Типовые значения/Примеры |
|---|---|---|
| Номинальное напряжение, U0/U | Между фазой и землей / между фазами. Определяет толщину изоляции. | 300/500 В, 0.66/1 кВ |
| Количество и сечение жил | Число токопроводящих жил и их номинальное поперечное сечение. | От 2 до 61 жилы; 0.5 мм², 0.75 мм², 1.5 мм², 2.5 мм², 4 мм², … 240 мм² |
| Материал и тип экрана | Конструкция экранирующего слоя. | Медная оплетка (плотность 80%), алюмополимерная лента с дренажным проводом, комбинированный экран (лента+оплетка) |
| Эффективность экранирования | Ослабление электромагнитного поля, выраженное в дБ на определенной частоте. | ≥70 дБ на частоте 50 Гц; ≥90 дБ на частоте 100 кГц (для кабелей КИП) |
| Рабочая температура | Диапазон температур, в котором кабель сохраняет заявленные характеристики. | От -50°C до +70°C (для ПВХ); от -60°C до +80°C (для СПЭ) |
| Сопротивление изоляции | Минимальное сопротивление между жилой и экраном/землей. | Не менее 5 МОм·км (при +20°C) |
| Погонная емкость | Емкость между жилами или жилой и экраном. Критично для аналоговых сигналов. | 50-120 нФ/км (в зависимости от конструкции) |
Области применения и нормативная база
Экранированные низкочастотные кабели находят применение во всех отраслях промышленности, где присутствуют электромагнитные помехи и предъявляются высокие требования к достоверности передачи сигнала или данных.
Нормативная база включает в себя государственные стандарты (ГОСТ), отраслевые стандарты и технические условия (ТУ). Основные документы: ГОСТ 1508-78 (кабели контрольные), ГОСТ Р 53769-2010 (кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена), ГОСТ 31565-2012 (кабели огнестойкие), серия ТУ 16.К71-XXX. Также важны международные стандарты МЭК (IEC), например, IEC 60227, IEC 60502.
Правила монтажа и заземления экрана
Эффективность экрана на 50% определяется его конструкцией и на 50% – правильностью монтажа и заземления. Нарушение этих правил сводит защитные свойства к нулю.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальная разница между экраном из фольги и оплетки?
Фольгированный экран (лента) обеспечивает 100% покрытие по окружности и высокую эффективность против электрической составляющей ЭМП, особенно на высоких частотах. Однако он обладает меньшей механической прочностью и, как правило, худшей гибкостью. Оплеточный экран обеспечивает лучшую гибкость, механическую защиту и более низкое сопротивление для токов высокой частоты, но его покрытие менее 100% (обычно 65-95%), что оставляет микроскопические «окна» для проникновения помех. Для низкочастотных приложений, где критична защита от магнитного поля 50 Гц, оплетка часто предпочтительнее из-за более низкого сопротивления.
Когда необходимо применять кабель с двойным или тройным экраном?
Кабели с двойным (индивидуальный + общий) или тройным экраном применяются в условиях экстремально высокого уровня электромагнитных помех, а также для передачи особо чувствительных аналоговых сигналов (например, термопар в микровольтном диапазоне) или цифровых шин с высокой скоростью (например, Profibus DP, Modbus RTU в сложной обстановке). Индивидуальный экран защищает каждую пару от взаимных наводок внутри кабеля (перекрестных помех).
Как правильно выбрать сечение жилы экранированного кабеля?
Выбор сечения производится по трем основным критериям, аналогично силовым кабелям:
Для измерительных цепей с малыми токами решающим часто является критерий механической прочности и удобства монтажа.
Можно ли использовать экранированный кабель в качестве заземляющего проводника?
Нет. Экран кабеля не предназначен для выполнения функций защитного заземляющего проводника (PE-проводника) в силовых цепях. Его сечение и механическая стойкость не нормированы для отвода токов короткого замыкания. Для этих целей в кабеле должна присутствовать отдельная заземляющая жила. Экран заземляется в целях электромагнитной совместимости (ЭМС), а не электробезопасности.
Как проверить целостность и качество экранирования после монтажа?
Контроль включает:
Заключение
Экранированные низкочастотные кабели являются неотъемлемым элементом современных систем управления, автоматизации и связи в условиях промышленных электромагнитных помех. Их правильный выбор, учитывающий тип и конструкцию экрана, материалы изоляции и оболочки, а также строгое соблюдение правил монтажа и заземления, являются залогом устойчивой и безотказной работы всего технологического комплекса. Постоянное развитие материалов и технологий производства ведет к улучшению характеристик экранирования, гибкости и долговечности данной продукции, что позволяет удовлетворять растущие требования к электромагнитной совместимости и надежности.