Кабели сигнальные экранированные

Кабели сигнальные экранированные: конструкция, назначение и применение

Сигнальные экранированные кабели представляют собой специализированный класс кабельной продукции, предназначенный для передачи слаботочных информационных сигналов (аналоговых или цифровых) в условиях воздействия внешних электромагнитных помех (ЭМП) и для предотвращения излучения самого сигнала во внешнюю среду. Их основная задача – обеспечение целостности, минимального затухания и высокой достоверности передаваемых данных на расстоянии. Ключевым отличием от силовых кабелей является работа с напряжениями, обычно не превышающими нескольких десятков вольт, и токами в единицы миллиампер, при этом требования к помехозащищенности крайне высоки.

Конструктивные элементы экранированных сигнальных кабелей

Конструкция кабеля является многослойной, каждый элемент выполняет строго определенную функцию.

1. Токопроводящая жила

Изготавливается из медной проволоки (реже – из посеребренной меди или алюминия). Используется как однопроволочная (монолитная), так и многопроволочная (гибкая) скрутка. Сечение жил нормировано и обычно лежит в диапазоне от 0.12 до 2.5 мм² (наиболее распространены 0.22, 0.35, 0.5, 0.75, 1.0 мм²). Класс гибкости варьируется в зависимости от применения: для стационарной прокладки – классы 1-3, для подвижного подключения – классы 4-6.

2. Изоляция жилы

Материал изоляции определяет температурный режим, гибкость и частично – электрические характеристики. Основные типы:

• Поливинилхлорид (ПВХ): Наиболее распространен. Имеет хорошие механические и удовлетворительные диэлектрические свойства, широкий диапазон рабочих температур (обычно от -40°C до +70°C). Может содержать галогены.
• Полиэтилен (ПЭ): Высокие диэлектрические характеристики, низкое затухание на высоких частотах. Используется в кабелях для высокочастотных и высокоскоростных линий связи.
• Сшитый полиэтилен (СПЭ): Повышенная термостойкость (до +90°C и выше), стойкость к растрескиванию.
• Фторопласт (ПТФЭ): Исключительная химическая и температурная стойкость (до +250°C), негорючесть. Применяется в особо ответственных и тяжелых условиях.
• Безгалогенные огнестойкие составы (LSZH): Критически важны для прокладки в людных местах и закрытых пространствах, так как при горении выделяют мало дыма и нетоксичные газы.

3. Экранирующая оболочка

Экран – главный функциональный элемент, обеспечивающий защиту от ЭМП. Конструкции экранов могут быть различными и комбинированными:

• Фольгированный экран (FS – Foil Screen): Алюминиевая или полиэстер-алюминиевая фольга, часто с дренажной луженой медной проволокой для обеспечения электрического контакта и снятия заряда. Обеспечивает 100% покрытие по всей длине, эффективно защищает от высокочастотных помех. Недостаток – низкая механическая прочность и ограниченная гибкость.
• Оплеточный экран (BS – Braid Screen): Плетение из медных (луженых) проволок. Степень покрытия (плотность оплетки) обычно составляет 65-95%. Обеспечивает хорошую защиту в широком частотном диапазоне, высокую механическую прочность и служит в качестве элемента цепи заземления. Менее эффективен на очень высоких частотах из-за геометрии ячеек.
• Комбинированные экраны: Наиболее эффективный вариант. Сочетание фольги и оплетки (например, SF/UTP – фольга на каждой паре + общая оплетка). Маркируются как «Foil & Braid». Обеспечивают максимальное затухание помех (до 100-120 дБ).
• Экран из спирально наложенных проволок: Применяется в кабелях повышенной гибкости, где оплетка может разрушиться при многократных изгибах.

4. Внешняя оболочка

Защищает все внутренние элементы от механических повреждений, влаги, химических веществ, ультрафиолета и обеспечивает пожарную безопасность. Материалы аналогичны материалам изоляции: ПВХ, ПЭ, полиуретан (PUR), термоэластопласт (ТЭП), безгалогенные составы. Выбор зависит от условий эксплуатации: для помещений, для улицы, для агрессивных сред, для повышенных температур.

Классификация и основные типы сигнальных экранированных кабелей

Классификация может проводиться по нескольким ключевым признакам.

По количеству и скрутке жил:

• Парная скрутка (витая пара – Twisted Pair): Две изолированные жилы, скрученные с определенным шагом. Скручивание является фундаментальным методом борьбы с низкочастотной наводкой (синфазной помехой). Пары могут быть экранированы индивидуально (каждая в свою фольгу) и/или иметь общий экран. Применяются в системах связи, Ethernet (категории 5e, 6, 6A, 7, 8), промышленных сетях (PROFIBUS, Ethernet/IP).
• Многожильные кабели: Содержат от 2 до 100 и более изолированных жил, сгруппированных в пары, тройки или четверки, либо уложенных повивно. Каждая группа или весь пучок может быть экранирована. Используются в системах автоматизации, телемеханики, для подключения датчиков и исполнительных механизмов.
• Коаксиальные кабели: Имеют концентрическую конструкцию: центральная медная жила, изоляция-диэлектрик (сплошной или вспененный ПЭ), экран в виде оплетки (один или два) и часто дополнительной фольги, внешняя оболочка. Экран одновременно является обратным проводником. Применяются для передачи высокочастотных сигналов (видеонаблюдение, антенны, измерительные системы).

По типу экранирования (на примере кабелей «витая пара»):

Обозначение	Тип экранирования	Описание	Типовое применение
U/UTP (ранее UTP)	Неэкранированный	Нет общего экрана, пары неэкранированы.	Офисные сети, помещения без сильных помех.
F/UTP (ранее FTP)	С общим экраном из фольги	Все пары заключены в общий фольгированный экран.	Промышленные зоны, коммерческие объекты.
U/FTP	С экранированием пар	Каждая пара в отдельной фольге, общего экрана нет.	Защита от перекрестных помех между парами.
SF/UTP	С комбинированным общим экраном	Общий экран из фольги и оплетки.	Объекты с экстремальным уровнем ЭМП (подстанции, цеха).
S/FTP (ранее SSTP)	Полное экранирование	Каждая пара в фольге, плюс общий экран из оплетки.	Высокоскоростные линии (Cat.7 и выше), критичные системы.

Критерии выбора сигнального экранированного кабеля

Выбор осуществляется на основе комплексного анализа условий эксплуатации и технических требований.

• Уровень электромагнитных помех: Определяет необходимость и тип экрана. В непосредственной близости от силовых кабелей (>380В), частотных преобразователей, мощного электрооборудования обязательны кабели с комбинированным экраном (SF/UTP или S/FTP).
• Характер передаваемого сигнала: Аналоговые сигналы (например, от термопар, датчиков давления) крайне чувствительны к помехам, требуют качественного экранирования. Цифровые сигналы более устойчивы, но на высоких скоростях (гигабитный Ethernet) также критичны к целостности экрана.
• Условия прокладки: Стационарная, подвижная, гибкая, в лотках, в земле, на эстакадах. Определяет механические требования: гибкость, стойкость оболочки к УФ, маслам, температуре, наличие брони (например, алюмоленты) для подземной прокладки.
• Требования пожарной безопасности: Прокладка в пучках, в вентиляционных шахтах, тоннелях, людных местах требует применения кабелей с оболочкой из безгалогенных материалов (LSZH), с пониженным дымовыделением и нераспространением горения (маркировка -нг(А)-LS).
• Электрические параметры: Волновое сопротивление (например, 50 Ом для коаксиала, 100 Ом для витой пары), погонная емкость (нФ/км), затухание сигнала (дБ/м). Эти параметры должны соответствовать требованиям используемого протокола передачи данных.

Правила монтажа и заземления экрана

Эффективность экранированного кабеля на 50% зависит от правильности его монтажа и заземления. Ошибки на этом этапе сводят на нет преимущества даже самого совершенного кабеля.

• Целостность экрана по всей длине: Экран должен быть непрерывен. При разделке кабеля необходимо минимизировать его повреждение.

Одностороннее заземление экрана: Классический метод для защиты от электростатических (емкостных) помех. Экран заземляется только в одной точке, обычно на стороне источника сигнала или приемника, но не на обоих концах. Это предотвращает протекание тока по экрану, который мог бы навести помеху на центральную жилу.

• Двустороннее заземление: Применяется для защиты от электромагнитных помех (низкочастотных магнитных полей) и в высокочастотных цепях. Требует обеспечения качественного контакта с землей на обоих концах и низкого сопротивления заземляющего контура во избежание образования «земляной петли» – контура, в котором наводится паразитный ток, создающий помехи. Для борьбы с этим часто используют эквапотенциальное выравнивание.
• Использование специализированных коннекторов: Разъемы (например, D-Sub, RJ45, M12) для экранированных кабелей должны иметь металлический корпус или специальные контактные лепестки для надежного соединения с экраном по всей окружности кабеля («360° экранирование»).
• Изоляция экрана от земли по переменному току: В некоторых случаях экран заземляют через конденсатор, что обеспечивает защиту от высокочастотных помех при предотвращении протекания постоянного или низкочастотного тока.

Области применения в энергетике и промышленности

• Системы релейной защиты и автоматики (РЗА): Соединение трансформаторов тока и напряжения с устройствами РЗА, межшкафные связи. Используются многожильные кабели с общим и/или индивидуальным экранированием пар, часто с требованиями огнестойкости (например, кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена и оболочкой из ПВХ-пластикатата пониженной горючести).
• Системы телемеханики (SCADA) и АСУ ТП: Передача дискретных и аналоговых сигналов от полевых датчиков (температуры, давления, расхода) к контроллерам и на верхний уровень. Применяются кабели с парной скруткой и общим экраном из фольги/оплетки.
• Промышленные сети передачи данных: Организация связи между контроллерами, серверами, интеллектуальными устройствами в рамках протоколов PROFIBUS DP, Modbus RTU, Ethernet Industrial Protocol. Используются специализированные экранированные кабели «витая пара» с точным волновым сопротивлением.
• Системы контроля доступа и видеонаблюдения: Питание и передача видеосигналов от камер. Коаксиальные кабели или витая пара с экраном для передачи видео по технологии UTP.
• Системы пожарной и охранной сигнализации: Шлейфы сигнализации, соединения датчиков. Часто применяются кабели с красной безгалогенной оболочкой.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между экраном из фольги и оплетки?

Фольга обеспечивает 100% покрытие и лучшую защиту на высоких частотах (>>1 МГц), но менее механически прочна. Оплетка (плотность >80%) обеспечивает хорошую защиту в широком диапазоне, более устойчива к многократным изгибам и служит хорошим проводником для токов заземления. В условиях сильных помех рекомендуется комбинация обоих типов.

Всегда ли нужно заземлять экран сигнального кабеля?

Да, незаземленный экран не выполняет свою защитную функцию и может работать как антенна, улавливая помехи. Вопрос заключается в выборе схемы заземления (одностороннее/двустороннее) в зависимости от типа помехи и частоты сигнала.

Можно ли прокладывать экранированные сигнальные кабели в одном лотке с силовыми кабелями?

Категорически не рекомендуется. Минимальное расстояние между силовыми (особенно на напряжение >1 кВ) и сигнальными кабелями должно составлять, согласно нормам, не менее 300-500 мм при параллельной прокладке. При необходимости пересечения оно должно выполняться под углом 90°. Если раздельная прокладка невозможна, следует использовать разделительные перегородки в лотке или применять сигнальные кабели в броне с усиленным экраном.

Какой кабель выбрать для системы АСУ ТП в цеху с большим количеством частотных приводов?

Необходимо применять кабели с максимальным экранированием: для аналоговых сигналов – с индивидуальным и общим экраном (тип S/FTP), для промышленного Ethernet – не ниже Cat.6A SF/UTP или Cat.7 S/FTP. Оболочка должна быть стойкой к маслу и иметь необходимый класс пожарной безопасности (чаще всего -нг(А)-LS). Прокладку следует вести по отдельным, максимально удаленным от силовых линий трассам.

Что означает маркировка «КВВГэнг(А)-LS» или «LiYCY»?

Это примеры обозначений по разным стандартам. «КВВГэнг(А)-LS» – кабель контрольный с медными жилами, ПВХ изоляцией, ПВХ оболочкой, экранированный (э), нераспространяющий горение (нг), категории А, с пониженным дымовыделением (LS). «LiYCY» – общеевропейское обозначение: L – медная жила, i – полимерная изоляция (ПВХ), Y – оболочка ПВХ, С – экран из оплетки, Y – оболочка ПВХ (внешняя).

Как проверить целостность и качество заземления экрана после монтажа?

Необходимо измерить сопротивление экрана относительно точки заземления. Оно должно быть минимальным (единицы Ом или меньше). Для проверки целостности экрана по всей длине используется мегомметр, измеряющий сопротивление изоляции между экраном и жилами, а также между экраном и землей. Также существуют специализированные тестеры для проверки эффективности экранирования в высокочастотном диапазоне.