Кабели гибкие экранированные: конструкция, классификация и применение

Гибкие экранированные кабели представляют собой специализированный класс кабельно-проводниковой продукции, предназначенный для передачи электроэнергии, сигналов управления или данных в условиях механических перемещений, вибраций и воздействия электромагнитных помех. Их ключевые отличия — повышенная гибкость за счет использования особых конструкций токопроводящих жил и наличие экрана, выполняющего защитные функции. Данный тип кабелей является критически важным компонентом в системах автоматизации, робототехнике, станкостроении и других областях промышленной энергетики.

Конструктивные особенности гибких экранированных кабелей

Конструкция кабеля является комплексной и определяет его конечные характеристики. Каждый элемент выполняет строго определенную функцию.

1. Токопроводящая жила

Основа гибкости кабеля. В отличие от жестких кабелей, где используется монолитная проволока, в гибких кабелях жила свивается из большого количества тонких медных проволок (диаметром от 0.05 до 0.2 мм, в зависимости от класса гибкости). Чем тоньше проволоки и больше их количество, тем выше гибкость и стойкость к многократным изгибам. Для предотвращения окисления и улучшения скольжения проволоки часто лудят (покрывают сплавом олово-свинец) или покрывают тонким слоем серебра или олова.

2. Изоляция жил

Материал изоляции определяет температурный режим, стойкость к маслам, химикатам и изгибам. Основные материалы:

• Поливинилхлорид (ПВХ): наиболее распространен, обеспечивает хорошую гибкость и баланс стоимости, но имеет ограниченный температурный диапазон (обычно от -15°C до +70°C) и может разрушаться под воздействием масел.
• Полиэтилен (ПЭ): обладает хорошими электрическими характеристиками, используется в кабелях связи.
• Сшитый полиэтилен (XLPE): повышенная термостойкость и стойкость к деформациям.
• Термоэластопласт (ТЭП) и резина на основе этиленпропиленового каучука (EPR): обеспечивают высокую гибкость при низких температурах (до -50°C) и стойкость к маслам, озону и истиранию.
• Полиуретан (PUR): исключительная стойкость к истиранию, маслам, гидролизу и многократным изгибам. Стандартный выбор для кабелей, работающих в цепях управления движущихся механизмов.

3. Скрутка и заполнение

Изолированные жилы скручиваются в сердечник. Для сохранения круглой формы кабеля и повышения его механической стабильности свободное пространство между жилами заполняется эластичным материалом (например, полипропиленовой или полиэстеровой нитью) или вспомогательными элементами (разрывными нитями, упрочняющими сердечниками из кевлара).

4. Экранирование

Экран — ключевой элемент, обеспечивающий защиту от электромагнитных помех (ЭМП). Выполняет две основные функции: предотвращает излучение электромагнитных полей от кабеля (эмиссия) и защищает передаваемый сигнал от внешних наводок (иммунитет). Основные типы экранов:

• Оплетка из медных или луженых медных проволок: Классическое решение. Обеспечивает хорошую гибкость и высокую степень экранирования (до 90% и более). Сопротивление постоянному току оплетки нормируется. Недостаток — более высокая стоимость и увеличенный вес.
• Алюмополимерная или медная фольга (лавированная фольга): Фольга (чаще алюминиевая) накладывается на полиэстеровую или полипропиленовую пленку для придания механической прочности. Для обеспечения электрического контакта вдоль фольги укладывается дренажная луженая медная проволока. Обеспечивает 100% покрытие по длине, но менее гибко и долговечно при многократных изгибах по сравнению с оплеткой.
• Комбинированный экран (фольга + оплетка): Наиболее эффективное решение. Фольга обеспечивает полное покрытие на высоких частотах, а оплетка — механическую прочность, низкое сопротивление и защиту на низких частотах. Степень экранирования таких систем может превышать 120 дБ.
• Спиральный экран: Применяется в особо гибких кабелях, где важна гибкость во всех направлениях. Проволоки наложены по спирали. Обладает меньшей стойкостью к растяжению, чем оплетка.

5. Внешняя оболочка

Защищает все внутренние элементы от механических повреждений, агрессивных сред, ультрафиолета и обеспечивает требуемые пожаробезопасные свойства (не распространяет горение, низкое дымовыделение, безгалогенность). Материалы аналогичны материалам изоляции: ПВХ, PUR, TPE, резина. Цвет оболочки часто стандартизирован: серый (универсальный), черный (устойчивый к УФ), оранжевый (для робототехники).

Классификация и ключевые параметры

Выбор кабеля осуществляется на основе ряда технических параметров, зафиксированных в нормативной документации.

Классы гибкости (по ГОСТ, МЭК, DIN)

Класс определяет стойкость жилы к изгибам. Чем выше класс, тем больше гибкость.

• Класс 1: Моножила. Для стационарной прокладки.
• Класс 2: Многопроволочная жила. Для стационарной прокладки с occasional изгибами.

Класс 5: Высокогибкая жила (стандартная для гибких кабелей).

Класс 6: Очень гибкая жила (более тонкие проволоки).

Таблица 1. Сравнение материалов оболочки для гибких экранированных кабелей

Материал	Температурный диапазон	Стойкость к маслам	Стойкость к истиранию	Основное применение
ПВХ (PVC)	-15°C … +70°C	Ограниченная	Средняя	Общего назначения внутри помещений, цепи управления.
Полиуретан (PUR)	-40°C … +90°C	Очень высокая	Исключительная	Робототехника, станки, движущиеся механизмы, цеха с наличием масел.
Термоэластопласт (TPE)	-50°C … +105°C	Высокая	Высокая	Морское применение, пищевая промышленность, низкие температуры.
Резина (EPR)	-50°C … +70°C	Хорошая	Хорошая	Тяжелые условия, горнодобывающая промышленность.

Технические характеристики

• Номинальное напряжение (U₀/U): Например, 0.6/1 кВ. Опредеет электрическую прочность изоляции.
• Количество и сечение жил: От 2 до 60 и более жил, сечения от 0.5 до 95 мм² и более, в зависимости от назначения.
• Минимальный радиус изгиба: Указывается в диаметрах кабеля (например, 5×D или 7.5×D). Критичный параметр для монтажа.
• Степень экранирования: Выражается в процентах покрытия (для оплетки) или в децибелах (дБ) ослабления электромагнитного поля.
• Стойкость к скручиванию (torsion): Для кабелей, работающих в системах с вращением, указывается количество циклов скручивания на определенный угол.
• Пожарная безопасность: Исполнения: не распространяющие горение (нг), с низким дымовыделением (LS), безгалогенные (HF), огнестойкие (FR).

Области применения

Гибкие экранированные кабели применяются во всех отраслях, где оборудование движется или подвержено вибрациям, а целостность сигнала/питания критична.

• Промышленная автоматизация: Кабели для управления серводвигателями, энкодерами, датчиками в ЧПУ станках, обрабатывающих центрах.
• Робототехника: Внутришарнирная прокладка кабелей на роботах-манипуляторах (требуются кабели с повышенной стойкостью к скручиванию и истиранию, часто в PUR-оболочке).
• Энергетика и АСУ ТП: Подключение подвижных частей оборудования, цепи измерения и управления на подстанциях, в системах релейной защиты.
• Связь и передача данных: Экранированные гибкие витые пары (FTP, S-FTP) для подвижных соединений в сетях Industrial Ethernet (PROFINET, EtherNet/IP).
• Сценическое и световое оборудование: Питание и управление движущимися прожекторами, подъемными механизмами.
• Транспортное машиностроение: Внутри кабин кранов, экскаваторов, на железнодорожном подвижном составе.

Особенности монтажа и эксплуатации

Неправильный монтаж сводит на нет все преимущества конструкции кабеля.

• Задел кабеля: При вводе в клеммную коробку или шкаф необходимо использовать кабельные вводы с сальниками, не нарушающие гибкость в зоне изгиба. Обязательна фиксация кабеля с обеих сторон от точки подвижного изгиба для снятия механической нагрузки с токоведущих жил.
• Заземление экрана: Для эффективной работы экран должен быть правильно заземлен. Заземление должно выполняться с низким импедансом, предпочтительно по всей окружности кабеля (с помощью специальных экранирующих хомутов). Дренажная проволока экрана из фольги должна быть надежно подключена к земляной шине. Частая ошибка — «косичка» из проволок оплетки, которая на высоких частотах имеет высокое индуктивное сопротивление и неэффективна.
• Радиус изгиба: Никогда не следует изгибать кабель с радиусом меньше указанного производителем. Это приводит к механическому повреждению изоляции, жил и экрана, а также к изменению волнового сопротивления в кабелях передачи данных.
• Укладка в кабельные цепи: При использовании в кабелепроводах (гофрах, цепях) необходимо учитывать внутреннее заполнение (обычно не более 75-80%) и обеспечить свободное перемещение кабеля без защемлений.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается экран из оплетки от экрана из фольги?

Оплетка обеспечивает лучшую механическую защиту, более высокую гибкость и стойкость к многократным изгибам, а также имеет меньшее постоянное сопротивление. Фольга дает 100% покрытие по длине и лучше экранирует на высоких частотах, но менее долговечна при динамических нагрузках. Для сложных условий чаще выбирают комбинированный экран.

Как правильно выбрать класс гибкости для применения?

Для стационарной прокладки с редкими перемонтажами достаточно класса 5. Для кабелей, постоянно движущихся в кабельных цепях (например, на портале станка), необходим класс 5 или 6. Для робототехники с многокоординатным движением и скручиванием применяются специализированные кабели с классом гибкости 6 и особыми конструкциями скрутки.

Обязательно ли заземлять экран с двух сторон?

Для экранирования от электромагнитных помех в широком диапазоне частот в системах автоматизации экран, как правило, заземляется с двух сторон. Это создает путь для тока наведенных помех, предотвращая его протекание через полезную цепь. В некоторых случаях, для разрыва контура заземления и предотвращения циркулирующих токов, может применяться заземление с одной стороны, но это ухудшает эффективность экранирования на высоких частотах. Решение зависит от типа сигнала и топологии системы заземления.

Можно ли использовать гибкий кабель для стационарной прокладки?

Да, можно, но это экономически нецелесообразно. Гибкий кабель дороже из-за сложной конструкции жилы. Для стационарной прокладки следует выбирать кабели с жилами класса 1 или 2, которые дешевле и лучше приспособлены для фиксации в клеммах.

Что означает маркировка «PUR» на кабеле и где его обязательно применять?

PUR — это полиуретановая оболочка. Она характеризуется исключительной стойкостью к истиранию, маслам, гидролизу (воздействию влаги) и многократным изгибам. Такой кабель обязателен к применению в условиях интенсивного механического воздействия: внутри кабельных цепей (тросов) станков, на роботах-манипуляторах, в цехах с наличием смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ).

Как определить, что кабель вышел из строя из-за динамических нагрузок?

Основные признаки: локальный нагрев в местах изгиба или зажима, увеличение сопротивление изоляции, обрыв отдельных проволок в жиле (проявляется как «провалы» в работе оборудования, особенно сервоприводов), нарушение целостности экрана (проявляется как увеличение уровня помех, сбои в передаче данных). Для диагностики используются мегомметры, тестеры целостности экрана и анализаторы цепей.

Заключение

Гибкие экранированные кабели являются высокотехнологичным продуктом, выбор которого требует учета множества взаимосвязанных факторов: характера механического движения (изгиб, скручивание, вибрация), уровня электромагнитных помех, агрессивности окружающей среды и требований пожарной безопасности. Правильный подбор кабеля по классу гибкости, материалу изоляции и оболочки, типу и конструкции экрана, а также профессиональный монтаж с корректным заземлением экрана — это залог долговечной и безотказной работы любого промышленного оборудования с подвижными элементами. Пренебрежение этими параметрами ведет к преждевременным отказам, простоям производства и повышению уровня электромагнитных рисков.