Кабели коаксиальные экранированные

Кабели коаксиальные экранированные: конструкция, параметры, применение и стандарты

Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального внутреннего проводника, окруженного концентрическим внешним проводником, разделенных диэлектрическим изолятором. Ключевым элементом, обеспечивающим его свойства, является экран. Экранирование в коаксиальном кабеле выполняет две фундаментальные функции: предотвращает излучение электромагнитной энергии наружу, минимизируя потери и электромагнитные помехи (ЭМП), и защищает передаваемый сигнал от воздействия внешних электромагнитных полей. Геометрическая соосность (коаксиальность) проводников обеспечивает постоянство волнового сопротивления и эффективное экранирование по всей длине линии.

Конструкция и материалы

Конструкция экранированного коаксиального кабеля является многослойной и строго регламентированной. Каждый слой выполняет конкретную электромагнитную и механическую функцию.

• Центральный проводник (жила): Изготавливается из медной или омедненной стальной проволоки, может быть однопроволочным (solid) или многопроволочным (stranded). Многопроволочная жила обеспечивает большую гибкость. Для высокочастотных применений часто используется посеребренная медь для снижения поверхностного сопротивления (скин-эффекта).
• Внутренний диэлектрик (изоляция): Фиксирует положение центральной жилы относительно экрана, определяя волновое сопротивление. Материалы: сплошной полиэтилен (PE), вспененный полиэтилен (Foamed PE), сплошной фторопласт (PTFE). Вспененная структура снижает диэлектрические потери и уменьшает погонную емкость.
• Экран (внешний проводник): Основной экранирующий элемент. Выполняется в нескольких вариантах:
  • Оплетка: Плетеная сетка из медных, омедненных или алюминиевых проволок. Степень покрытия (плотность оплетки) варьируется от 60% до 95%. Чем выше процент, тем лучше экранирование.
  • Фольга (алюмополимерная лента): Часто используется в комбинации с оплеткой. Обеспечивает 100% покрытие на постоянном токе, но на высоких частотах эффективность зависит от качества контакта с дренажным проводом.
  • Двойной/тройной экран: Комбинации типа «фольга + оплетка» или «фольга + оплетка + оплетка» для достижения экранирования свыше 100 дБ.
• Внешняя оболочка: Защищает от механических повреждений, влаги, УФ-излучения и химических воздействий. Материалы: поливинилхлорид (PVC), полиэтилен (PE), безгалогенные несгораемые составы (LSZH). Для уличной прокладки оболочка часто имеет черный цвет и содержит стабилизаторы.

Основные электрические и эксплуатационные параметры

Выбор коаксиального кабеля осуществляется на основе строгого соответствия его параметров требованиям системы.

• Волновое сопротивление (импеданс): Номинальное сопротивление, определяемое соотношением диаметров внешнего и внутреннего проводников и диэлектрической проницаемостью изолятора. Стандартные значения: 50 Ом (радиочастотные системы, измерительная аппаратура) и 75 Ом (видео, телевизионные, спутниковые системы). Реже встречаются 93 Ом (компьютерные сети Arcnet) и 100 Ом.
• Погонное затухание (потери): Ключевой параметр, измеряемый в дБ/м или дБ/100м на определенной частоте. Затухание растет с увеличением частоты сигнала. Зависит от качества диэлектрика и проводимости центральной жилы. Чем больше диаметр кабеля, тем, как правило, меньше затухание.
• Эффективность экранирования: Измеряется в децибелах (дБ) и характеризует способность экрана ослаблять внешние и внутренние поля. Для сложных условий (промышленные сети, объекты энергетики) требуются кабели с эффективностью экранирования не менее 90-120 дБ.
• Рабочее напряжение и мощность: Определяются свойствами диэлектрика и конструкцией. Важны для систем передачи мощных ВЧ-сигналов (например, в передающих антенных системах подстанций).
• Радиус изгиба: Минимально допустимый радиус изгиба без ухудшения параметров. Обычно составляет 5-10 наружных диаметров кабеля. Превышение ведет к деформации диэлектрика и изменению волнового сопротивления в месте изгиба.
• Рабочий температурный диапазон: Зависит от материалов изоляции и оболочки. Стандартный диапазон: от -40°C до +70°C. Для специальных применений (тепловые пункты, АЭС) используются кабели с изоляцией из PTFE, работающие до +250°C.

Классификация, маркировка и стандарты

Коаксиальные кабели классифицируются по гибкости, области применения и стандартам.

• По гибкости:
  • Жесткие (полужесткие): Центральная жила и диэлектрик – твердые, внешний проводник – медная трубка. Имеют стабильные параметры, используются в стационарных ВЧ-трактах.
  • Гибкие: С многопроволочной жилой и оплеточным экраном. Для мобильных соединений, патч-кордов.
  • Сверхгибкие: С особо тонкой многопроволочной жилой и многослойной оплеткой. Для часто перемещаемого оборудования.

Таблица 1. Примеры типов коаксиальных кабелей и их основные применения в профессиональной сфере.

Тип кабеля / Марка (пример)	Волновое сопротивление, Ом	Тип экрана	Типичное применение	Стандарт/Аналог
RG-6/U	75	Алюминиевая фольга + оплетка (60%)	Распределение спутникового и эфирного TV-сигнала, системы видеонаблюдения (CCTV).	Серия ГОСТ 11326, DIN 47295
RG-58C/U	50	Оплетка (95%)	Сети LAN старых стандартов (10BASE2), подключение измерительных приборов, радиочастотные соединения малой мощности.	MIL-C-17
RG-213/U	50	Оплетка (95%)	Фидерные линии передающих антенн, соединения между ВЧ-оборудованием средней мощности на объектах энергетики.	MIL-C-17
Кабель 5D-FB	50	Двойная оплетка	Системы связи и телеметрии на подстанциях, мобильные радиостанции, GPS/ГЛОНАСС антенны.	Спецификация производителя
Кабель коаксиальный радиочастотный 1.5/6″	50	Медная трубка (полужесткий)	Внутристанционные соединения в ВЧ-оборудовании релейной защиты, связи и измерения высоковольтных линий (ВЧ-заградители, конденсаторы связи).	Серия ГОСТ 11326
Кабель SAT-703	75	Фольга + оплетка + оплетка (тройной экран)	Цифровое спутниковое вещание (DVB-S2), высокоскоростная передача данных в условиях сильных ЭМП.	EN 50117

Маркировка кабеля включает в себя указание на номинальный диаметр по изоляции и по оболочке, волновое сопротивление, климатическое исполнение, номер технических условий или стандарта. Например: Кабель коаксиальный 7.3-75-ОЖ-1-В ГОСТ 11326.0-2013.

Применение в энергетике и на промышленных объектах

В сфере энергетики коаксиальные кабели применяются в системах, требующих высокой помехозащищенности и стабильности параметров.

• Системы релейной защиты и автоматики (РЗА): Передача аналоговых и цифровых сигналов от трансформаторов тока и напряжения к устройствам защиты. Требуется кабель с высоким уровнем экранирования для подавления помех от силовых цепей.
• Высокочастотная связь по ЛЭП (ВЧ-связь): Соединение между ВЧ-заградителем, конденсатором связи и аппаратурой связи. Используются кабели с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом, часто полужесткой конструкции, рассчитанные на работу в условиях высоких потенциалов.
• Системы телемеханики и АСКУЭ: Организация каналов передачи данных от интеллектуальных датчиков и счетчиков к контроллерам. Коаксиальные кабели с хорошим экраном обеспечивают целостность данных в условиях промышленных шумов.
• Системы видеонаблюдения (CCTV) и контроля технологических процессов: Передача видеосигналов (часто в форматах HD-SDI или аналоговом) по периметру подстанций, в машинных залах. Используются кабели 75 Ом с медной центральной жилой и плотным экраном.
• Антенно-фидерные устройства систем радиосвязи и СГГ: Обеспечение связи диспетчерского персонала, системы грозопеленгации. Применяются фидерные кабели 50 Ом с низким затуханием (например, RG-213, 8D-FB).

Монтаж и эксплуатационные особенности

Правильный монтаж критически важен для сохранения характеристик коаксиальной линии.

• Разделка и оконцевание: Необходимо использовать специализированный инструмент для сохранения геометрии среза. Центральная жила не должна иметь заусенцев, диэлектрик не должен быть поврежден.
• Установка соединителей (коннекторов): Тип коннектора (N, BNC, SMA, F-тип) должен соответствовать типу кабеля и волновому сопротивлению. Необходимо обеспечить надежный электрический контакт как с центральной жилой, так и с экраном. Место соединения должно быть защищено от попадания влаги.
• Прокладка: Избегать резких изгибов. При параллельной прокладке с силовыми кабелями расстояние должно быть не менее 0.5 м, при пересечении – под углом 90°. При необходимости прокладки в одном лотке с силовыми цепями обязательна установка разделительных перегородок.
• Заземление экрана: Экран должен быть заземлен только в одной точке, как правило, на стороне приемника или источника питания, чтобы избежать образования контуров заземления и протекания выравнивающих токов. В системах передачи данных иногда применяется симметрирование с помощью трансформаторов (балунов).
• Контроль целостности: Перед вводом в эксплуатацию обязательна проверка кабеля рефлектометром (кабельным радаром) на предмет обрывов, коротких замыканий и неоднородностей волнового сопротивления, которые приводят к отражениям сигнала.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между кабелем 50 Ом и 75 Ом?

Разница обусловлена исторически сложившимися оптимизациями для разных задач. Кабель 50 Ом представляет собой компромисс между минимальным затуханием и максимальной передаваемой мощностью для данного диаметра. Кабель 75 Ом оптимизирован под минимальное затухание сигнала. Использование кабеля с несоответствующим импедансом приводит к несовпадению волновых сопротивлений в тракте, возникновению стоячих волн, росту КСВ (коэффициента стоячей волны) и, как следствие, к дополнительным потерям и искажению формы сигнала.

Какой тип экранирования является наиболее эффективным?

Наиболее эффективным является комбинированное экранирование, например, «алюминиевая фольга + оплетка высокой плотности (более 85%)». Фольга обеспечивает 100% покрытие на низких частотах, но имеет высокое сопротивление на радиочастотах из-за скин-эффекта. Оплетка, имея меньшую поверхностную проводимость, эффективно работает на ВЧ. Их комбинация перекрывает широкий спектр частот. Для крайне высоких требований к помехозащищенности применяют экраны из двойной оплетки или тройные экраны (фольга+оплетка+оплетка).

Можно ли использовать телевизионный кабель RG-6 для передачи цифровых данных в системе АСКУЭ?

Теоретически возможно, но не рекомендуется для критически важных систем. Кабель RG-6 (75 Ом) предназначен для передачи ВЧ-сигналов в диапазоне до 2-3 ГГц. Для передачи цифровых данных по стандартным интерфейсам (RS-485, Ethernet over Coax) часто требуется кабель 50 Ом или специальный кабель с точным импедансом, указанным в технической документации на оборудование. Кроме того, качество диэлектрика и экрана в бюджетных версиях RG-6 может быть недостаточным для обеспечения стабильной связи в условиях промышленных электромагнитных помех.

Как правильно выбрать диаметр (сечение) коаксиального кабеля?

Выбор диаметра является компромиссом между электрическими параметрами, механическими свойствами и стоимостью. Основные критерии:

1. Допустимое затухание: Чем длиннее линия и выше частота сигнала, тем больше должен быть диаметр кабеля для удержания потерь в допустимых пределах. Данные по погонному затуханию приводятся в спецификации производителя.
2. Передаваемая мощность: Для фидерных линий передающих антенн или мощных ВЧ-генераторов требуется кабель с большим диаметром центральной жилы и качественным диэлектриком с высокой электрической прочностью.
3. Гибкость и условия прокладки: Для стационарной прокладки в кабельных каналах можно использовать более жесткие кабели большего диаметра. Для подключения подвижного оборудования или в стесненных условиях выбирают гибкие кабели меньшего диаметра, жертвуя, возможно, величиной затухания.

Что такое КСВ и почему его важно контролировать?

Коэффициент стоячей волны (КСВ, или SWR) – это параметр, характеризующий степень согласования волнового сопротивления кабеля с сопротивлением нагрузки (оборудования). Идеальное согласование (КСВ=1) означает, что вся энергия передается от источника через кабель в нагрузку без отражений. Высокий КСВ (например, 2 и более) указывает на рассогласование, что приводит к отражению части энергии назад к источнику. Это вызывает:

• Увеличение общих потерь в тракте.
• Перегрев кабеля и разъемов из-за стоячих волн.
• Снижение эффективной выходной мощности передающего оборудования, вплоть до его аварийного отключения системами защиты.

Контроль КСВ обязателен при монтаже антенно-фидерных трактов и высокочастотных линий передачи.

Как бороться с наводками при параллельной прокладке с силовыми кабелями?

Основные меры:

• Физическое разделение: Соблюдение нормативных расстояний (не менее 0.5 м). Прокладка в разных лотках или с использованием металлических разделительных перегородок.
• Использование кабелей с максимальным экранированием: Применение кабелей с двойным или тройным экраном с эффективностью не менее 100 дБ.
• Правильное заземление экрана: Заземление экрана в одной точке, предпочтительно на стороне приемной аппаратуры, для разрыва контуров заземления.
• Прокладка в металлических трубах или коробах: Дополнительная экранировка всего пучка коаксиальных кабелей.
• Использование симметрирующих трансформаторов (балунов) или оптоволоконных преобразователей: Для гальванической развязки и перехода на нечувствительную к электромагнитным наводкам среду передачи.