Кабели экранированные с одной витой парой представляют собой специализированный класс кабельной продукции, предназначенный для передачи слаботочных сигналов в условиях воздействия интенсивных электромагнитных помех. Их основное функциональное назначение – обеспечение целостности и достоверности аналоговых или цифровых данных в промышленных сетях, системах автоматизации, связи и телеметрии. Конструкция таких кабелей принципиально отличается от силовых и многопарных кабелей, фокусируясь на защите единственной дифференциальной пары проводников.
Конструкция экранированного кабеля с одной парой является многослойной, где каждый слой выполняет строго определенную функцию.
Изготавливается из медной проволоки. В зависимости от требований к гибкости, применяются различные классы:
Сечение жил стандартизировано и выбирается исходя из длины линии и сопротивления нагрузки: 0.22; 0.34; 0.5; 0.75; 1.0; 1.5 мм².
Наносится на каждую жилу индивидуально для обеспечения электрической прочности и сохранения геометрии пары. Материалы:
Две изолированные жилы скручиваются с определенным шагом. Этот шаг является ключевым параметром, снижающим влияние внешних наводок и перекрестных помех между жилами пары. Качество скрутки напрямую влияет на симметрию линии и эффективность работы дифференциальной системы передачи.
Экран – критически важный элемент, обеспечивающий защиту от электромагнитных помех. Типы экранирования:
Обозначения: U – неэкранированная пара, F – фольга, S – оплетка. Кабель с 1 экранированной парой чаще всего имеет маркировку F/UTP (общий экран из фольги) или SF/UTP (фольга + оплетка).
Защищает все внутренние элементы от механических, химических, климатических воздействий. Материал выбирается по условиям эксплуатации:
Цвет оболочки часто серый, черный или оранжевый (для обозначения как слаботочного).
Выбор кабеля осуществляется на основе технических параметров, регламентированных национальными и международными стандартами (МЭК, ГОСТ, EN).
| Параметр | Типичные значения / Описание | Стандарт/Метод измерения |
|---|---|---|
| Номинальное напряжение | 300 В (для слаботочных цепей) | МЭК 61156, ГОСТ 22498 |
| Электрическое сопротивление жилы при +20°C | Ом/км (зависит от сечения: 0.5 мм² ≈ 36-39 Ом/км; 1.0 мм² ≈ 18-19 Ом/км) | МЭК 60228 |
| Сопротивление изоляции | > 5 ГОм·км (при +20°C) | МЭК 60189-1 |
| Рабочая емкость (погонная) | 40 — 120 нФ/км (зависит от изоляции и шага скрутки) | МЭК 60189-1 |
| Волновое сопротивление | 100 Ом, 120 Ом, 150 Ом (для цифровых интерфейсов) | МЭК 61156 |
| Затухание сигнала | Зависит от частоты и сечения (дБ/100м). Указывается в datasheet. | МЭК 61156 |
| Скорость распространения | 0.6 — 0.7c (где c – скорость света) | — |
| Полоса пропускания | До нескольких МГц для аналоговых сигналов; определяется протоколом для цифровых. | — |
| Рабочий температурный диапазон | От -60°C до +70°C (зависит от материалов изоляции и оболочки) | — |
| Минимальный радиус изгиба | 7.5 — 10 × наружного диаметра кабеля (для стационарной прокладки) | МЭК 60754 |
Данные кабели являются физической средой для ряда критически важных промышленных протоколов и интерфейсов.
Эффективность экранирования на 50% определяется правильностью монтажа. Нарушения ведут к появлению «антенн», излучающих или принимающих помехи.
| Критерий | Экранированная 1 пара (F/UTP, SF/UTP) | Неэкранированная витая пара (UTP) | Многопарный экранированный кабель |
|---|---|---|---|
| Устойчивость к ЭМП | Высокая. Для сред с выраженными помехами. | Низкая. Только для офисных/бытовых условий. | Высокая. Общий и/или индивидуальные экраны. |
| Гибкость применения | Высокая для одиночных линий. | Высокая в «чистой» среде. | Низкая. Для прокладки магистралей, групповых линий. |
| Стоимость | Средняя (дороже UTP за счет экрана). | Низкая. | Высокая на единицу длины, но может быть экономичнее при большом количестве пар. |
| Сложность монтажа | Высокая (требует правильного заземления экрана). | Низкая. | Очень высокая (разделка, заземление многих экранов). |
| Типичное применение | Промышленные датчики, приводы, RS-485, PROFIBUS. | Офисная LAN-сеть, бытовая автоматика. | Магистрали АСУ ТП, телефония, центры обработки данных. |
Оба часто используют экранированную витую пару, но с разными номинальными параметрами. Кабель для PROFIBUS DP (тип А) стандартизирован под волновое сопротивление 150 Ом и имеет строгие требования к емкости (менее 30 пФ/м) и сечению жил. Кабель для RS-485 часто имеет импеданс 120 Ом. Использование «профибасного» кабеля для RS-485 обычно допустимо и даже улучшает характеристики линии, а вот обратная замена может ухудшить работу PROFIBUS на высоких скоростях.
Технически возможно, но не рекомендуется для ответственных промышленных применений. Кабели СКС (Cat.5e/6) рассчитаны на высокие частоты (>100 МГц), имеют тонкие жилы (24-26 AWG, ~0.22-0.13 мм²), что ведет к большему падению напряжения на длинных линиях для токовой петли. Их экран (фольга) часто хрупкий и не предназначен для частых изгибов в условиях цеха. Лучше использовать специализированный кабель с жилой 0.5 мм² или более, в стойкой к маслам и механическим воздействиям оболочке.
Выбор сечения основывается на двух факторах: падение напряжения и механическая прочность.
Заземление с одной стороны исключает протекание тока по экрану, вызванного разностью потенциалов земель в разных точках системы (контур заземления). Этот ток наводит помехи на сигнальные жилы. Однако на высоких частотах (>1 МГц) длинный незаземленный с одного конца экран становится неэффективным. Поэтому в высокочастотных цифровых системах (Ethernet, высокоскоростной PROFIBUS) применяют заземление с двух сторон, но обязательно обеспечивают гальваническую развязку в оборудовании и/или низкоомное соединение между точками заземления.
PUR – это полиуретан. Кабели в оболочке из PUR обладают исключительной стойкостью к абразивному износу, многократным изгибам, воздействию масел (включая минеральные), смазок, топлива и гидравлических жидкостей. Они применяются в тяжелых условиях: на подвижных механизмах станков, роботах, в автомобильной промышленности, лесозаготовительной технике. Такая оболочка обычно более гибкая и эластичная, чем ПВХ, но может быть чувствительна к длительному воздействию влаги и УФ-излучения.
Рекомендуется проводить следующие измерения: