Кабели экранированные с полипропиленовой изоляцией
Кабели экранированные с полипропиленовой изоляцией: конструкция, свойства и области применения
Экранированные кабели с изоляцией из полипропилена (ПП, PP) представляют собой специализированный класс кабельно-проводниковой продукции, предназначенный для работы в условиях интенсивных электромагнитных помех, агрессивных сред и при повышенных требованиях к пожарной безопасности. Их конструкция и используемые материалы обеспечивают комплекс характеристик, недостижимый для кабелей с традиционной ПВХ или полиэтиленовой изоляцией. Данный тип кабелей находит применение в системах автоматизации, АСУ ТП, измерительных цепях, силовых линиях частотно-регулируемых электроприводов и других ответственных участках.
Материалы и конструктивные особенности
Конструкция экранированного кабеля с полипропиленовой изоляцией является многослойной и включает несколько ключевых элементов.
1. Токопроводящая жила
В качестве материала жилы используется отожженная медь (реже – луженая медь), обеспечивающая высокую электропроводность и гибкость. Жилы могут быть как однопроволочными (класс 1 по ГОСТ 22483), так и многопроволочными (классы 2, 5, 6), что определяет гибкость кабеля. Сечение жил варьируется от 0.5 до 10 мм² и более, в зависимости от назначения (сигнальное или силовое).
2. Изоляция из полипропилена (ПП)
Это центральный элемент, определяющий основные свойства кабеля. Применяется не обычный, а специальный термостабилизированный полипропилен, часто с добавлением антипиренов.
- Термостойкость: Рабочая температура изоляции составляет от -60°C до +100°C, а кратковременно кабель может выдерживать до +120°C. Это значительно выше, чем у ПВХ (обычно до +70°C).
- Химическая и маслобензостойкость: Полипропилен инертен к воздействию масел, смазок, растворителей, кислот и щелочей, что позволяет прокладывать кабель в промышленных цехах, на химических производствах.
- Низкое влагопоглощение: Материал практически не гигроскопичен, что сохраняет диэлектрические свойства в условиях высокой влажности.
- Отсутствие галогенов: При горении и тлении полипропилен не выделяет коррозионно-активных галогенсодержащих газов (хлористого водорода и др.), что критически важно для электроники и безопасности людей.
- Механическая прочность: Обладает высокой стойкостью на разрыв и истирание.
- Оплетка из луженой медной проволоки: Обеспечивает гибкость и высокую степень экранирования (обычно >90%). Применяется в гибких кабелях для подвижного подключения.
- Экран из алюмополимерной или медной фольги с дренажным проводником: Обеспечивает 100% покрытие по длине, используется в стационарной прокладке. Дренажный проводник (луженая медь) необходим для обеспечения электрического контакта и снятия наведенных токов.
- Комбинированные экраны: Сочетание оплетки и фольги (SF/Foiled Braid) обеспечивает максимальную степень экранирования (до 120 дБ) и используется в условиях экстремальных ЭМП.
- Поливинилхлорид (ПВХ): Стандартное решение для общего применения внутри помещений.
- Полиуретан (PUR): Для повышенной стойкости к истиранию, маслам, гидролизу и изгибам. Применяется в робототехнике и на конвейерах.
- Безгалогенный полиолефин (LSZH, HF): Для объектов с массовым пребыванием людей и в метро. При пожаре выделяет мало дыма и нетоксичные газы.
- Термоэластопласт (ТЭП): Для экстремально низких температур (до -50°C и ниже) и высокой гибкости.
- Комплексная стойкость к внешним воздействиям: Сочетание термо-, хим- и маслостойкости в одном кабеле.
- Электромагнитная совместимость (ЭМС): Наличие качественного экрана гарантирует целостность сигнала в промышленных сетях с большим количеством силового оборудования.
- Пожарная безопасность: Безгалогенные версии (ПП+LSZH) обеспечивают безопасную эвакуацию и защиту дорогостоящего оборудования в случае пожара.
- Долговечность: Устойчивость к старению, ультрафиолету (при соответствующей оболочке) и перепадам температур увеличивает срок службы до 25-30 лет.
- Универсальность: Возможность прокладки в различных средах: кабельные каналы, лотки, по стенам, в земле (при наличии брони), в цехах агрессивных производств.
- Нефтегазовая и химическая промышленность: Взрывозащищенные цепи управления, подключение оборудования на установках, где присутствуют пары углеводородов, реагенты.
- Машиностроение и автоматизация: Монтаж внутри станков с ЧПУ, промышленных роботов, на конвейерных линиях. Кабели в оболочке из PUR.
- Энергетика и распределение энергии: Цепи управления и сигнализации на подстанциях, в генераторных установках, где важна термостойкость.
- Транспортная инфраструктура: Системы сигнализации и управления в метрополитенах, тоннелях, на железнодорожных вокзалах (обязательно применение безгалогенных марок).
- Судостроение: Судовая кабельная продукция, где требуется стойкость к влажной соленой атмосфере и вибрации.
- Пищевая промышленность: Возможно применение в зонах, где требуется периодическая мойка оборудования, благодаря химической стойкости.
- Заделка экрана: Экран должен быть правильно заземлен с обоих концов (в большинстве случаев) для эффективного отвода наведенных токов и выполнения функции защиты от ЭМП. Для этого используются кабельные наконечники, экранирующие коробки или специальные разъемы.
- Минимальный радиус изгиба: Определяется конкретной конструкцией кабеля, но для многожильных гибких версий обычно составляет не менее 5-10 наружных диаметров.
- Прокладка в магнитном поле: При прокладке в зонах сильных магнитных полей (вблизи шин мощных трансформаторов) рекомендуется использовать кабели с комбинированным экраном из ферромагнитных материалов.
- Соединение и ответвление: Места соединения должны сохранять целостность экрана. Изоляция из ПП не плавится при пайке, как ПВХ, что требует аккуратности и использования термофена или термоусаживаемых трубок для восстановления изоляции.
- Совместная прокладка: Силовые экранированные кабели с ПП-изоляцией для ЧРП можно прокладывать вместе с контрольными, так как их собственное электромагнитное излучение минимизировано экраном.
- HF (Halogen Free), безгалогенный: Материалы изоляции и оболочки не содержат хлора, фтора, брома и йода.
- FR (Flame Retardant), огнестойкий: Кабель обладает способностью сохранять работоспособность в условиях пожара в течение заданного времени (например, 30, 60, 120 минут). Это отдельное свойство, не связанное напрямую с галогенами.
- LSZH (Low Smoke Zero Halogen), пониженное дымовыделение без галогенов: Комбинированное требование: кабель при горении выделяет минимальное количество дыма и не выделяет коррозионных галогенсодержащих газов.
- Повышенным электрическим нагрузкам на изоляцию (частичные разряды). ПП обладает лучшими диэлектрическими характеристиками при высоких частотах, чем ПВХ.
- Излучению мощных высокочастотных помех. Медный экран эффективно их подавляет, защищая стороннее оборудование.
- Возникновению емкостных токов утечки на землю. Экран, будучи правильно заземленным, отводит эти токи.
- Выделению тепла в кабеле. Повышенная термостойкость ПП (до +100°C) обеспечивает надежность.
- Маркировка на оболочке: В техническом описании или на барабане должна быть указана аббревиатура «PP» или «ПП».
- Термостойкость: Небольшой отрезок изоляции при нагреве в пламени зажигалки (с осторожностью). ПВХ быстро размягчается, тлеет с выделением едкого белого дыма (хлористого водорода). Полипропилен плавится, каплеобразно стекает, горит более чистым пламенем с запахом парафина, не выделяя едкого белого дыма.
- Плотность: ПП (плотность ~0.9 г/см³) легче воды и будет плавать, ПВХ (плотность ~1.4 г/см³) – утонет.
- Лабораторный анализ: Самый точный метод – ИК-спектроскопия.
3. Экранирование
Экран служит для защиты передаваемого сигнала или силового тока от внешних электромагнитных помех (ЭМП) и для предотвращения излучения помех от самого кабеля. В кабелях с ПП-изоляцией применяются следующие типы экранов:
4. Оболочка
Внешняя оболочка изготавливается из различных полимеров в зависимости от условий эксплуатации:
Классификация и типы кабелей
Кабели с ПП-изоляцией и экраном можно разделить на несколько ключевых типов по назначению.
| Тип кабеля | Назначение | Конструктивные особенности | Примеры аналогов/обозначений |
|---|---|---|---|
| Кабели управления и контроля | Передача дискретных и аналоговых сигналов в системах АСУ ТП, подключение датчиков, исполнительных механизмов. | Многожильный (до 61 жилы и более), сечение жил 0.5-2.5 мм². Общий экран или индивидуальное экранирование пар/троек. | КВВГЭнг(А)-LS, LiYCY (по DIN), Câble SY |
| Инструментальные и измерительные кабели | Подключение высокоточных датчиков (тензометрических, термопарных), передача слаботочных сигналов. | Спирально уложенные пары/тройки с индивидуальным и общим экраном. Используется луженая медь для минимизации термо-ЭДС. | МКЭШВ, ЭКВВ, Cable LiYY |
| Кабели для частотных преобразователей (ВЧ-кабели) | Питание электродвигателей от частотных преобразователей (ЧРП). | Три силовые жилы большого сечения (1.5-10 мм²) с ПП-изоляцией, 3 симметричные жилы для тормозной цепи, общий медный экран. Предназначены для подавления гармоник и перенапряжений. | ВЧ-кабель, Cable CY, Кабель для ЧРП |
| Монтажные провода | Внутренний монтаж электрощитов, приборов в условиях высоких температур и вибраций. | Одножильный, с изоляцией из ПП, часто в оплетке. Высокая термостойкость и стойкость к растрескиванию. | ПМВ, МГТФ (с фторопластом), Wire UL 1015 |
Ключевые технические характеристики и преимущества
Свод основных преимуществ и параметров перед другими типами изоляции.
| Характеристика | Полипропилен (ПП) | Поливинилхлорид (ПВХ) | Сшитый полиэтилен (XLPE) | Фторополимер (FEP/PFA) |
|---|---|---|---|---|
| Рабочая температура, °C | -60 … +100 | -50 … +70 | -50 … +90 | -60 … +200 |
| Стойкость к маслам | Отличная | Удовлетворительная | Хорошая | Отличная |
| Стойкость к кислотам/щелочам | Высокая | Средняя | Высокая | Исключительная |
| Выделение дыма/галогенов при горении | Низкое/Не выделяет | Очень высокое/Выделяет | Низкое/Не выделяет | Низкое/Не выделяет |
| Диэлектрические потери | Низкие | Высокие | Очень низкие | Крайне низкие |
| Относительная стоимость | Средняя | Низкая | Средняя | Очень высокая |
Преимущества кабелей с ПП-изоляцией и экраном:
Области применения
Особенности монтажа и эксплуатации
При работе с экранированными кабелями с ПП-изоляцией необходимо учитывать ряд специфических требований.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальная разница между кабелями КВВГЭнг(А)-LS и LiYCY, если оба имеют ПП-изоляцию и экран?
КВВГЭнг(А)-LS – это обозначение по российскому ГОСТ. Буква «В» указывает на изоляцию из ПВХ, но в современных исполнениях она часто заменяется на ПП для термостойкости. «нг(А)-LS» означает нераспространение горения по категории А и пониженное дымогазовыделение. Кабель LiYCY – европейское обозначение по DIN/VDE. «Li» означает лишенный галогенов, «Y» – изоляция из ПВХ/Полиолефина, «CY» – медный экран в виде оплетки. Фактически, это могут быть очень близкие по конструкции кабели. Ключевое отличие – в стандартах испытаний и сертификации (ГОСТ Р МЭК vs. VDE, HAR).
Можно ли прокладывать экранированный кабель с ПП-изоляцией на открытом воздухе?
Да, но с оговорками. Полипропилен сам по стоек к УФ-излучению, но внешняя оболочка должна быть соответствующей. Для открытой прокладки необходимо выбирать кабель с оболочкой из светостабилизированного полиэтилена (PE), полиуретана (PUR) или специального безгалогенного состава с УФ-защитой. ПВХ оболочка для постоянной наружной прокладки не рекомендуется, так как она теряет эластичность и трескается под действием солнца и перепадов температур.
Как правильно заземлить экран такого кабеля?
Существует два основных метода. 1. Заземление с двух сторон: Применяется для защиты от низкочастотных помех (до 1 МГц) и когда оборудование на обоих концах заземлено в одной потенциальной системе. Это предотвращает прохождение тока по экрану как по обратному проводнику. 2. Заземление с одной стороны: Используется для защиты от электростатических помех и предотвращения образования контура заземления, который может стать антенной для низкочастотных наводок. Выбор метода зависит от частоты сигнала, длины линии и конструкции заземляющей системы объекта. Чаще в промышленной автоматизации рекомендуется заземление с двух сторон через специализированные экранирующие клеммы или разъемы.
Что означает маркировка «HF», «FR», «LSZH» применительно к таким кабелям?
Это обозначения, касающиеся в основном оболочки и поведения кабеля при пожаре:
Кабель с ПП-изоляцией может сочетаться с любой из этих оболочек, но наиболее типично сочетание ПП+LSZH.
Почему для питания от частотных преобразователей рекомендуется именно кабель с ПП-изоляцией и экраном?
Частотный преобразователь генерирует на выходе широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) с высокими скоростями нарастания напряжения (du/dt). Это приводит к:
Использование неэкранированного кабеля или кабеля с неподходящей изоляцией приводит к сбоям в работе датчиков, преждевременному выходу из строя изоляции двигателя и электромагнитным нарушениям.
Как определить, что в кабеле используется именно полипропилен, а не ПВХ?
Визуально и тактильно отличить сложно. Надежные методы: