Кабели зоновые: конструкция, назначение и применение в системах автоматизации

Зоновые кабели представляют собой специализированный тип кабельной продукции, предназначенный для передачи сигналов низкого напряжения (аналоговых, дискретных, цифровых) в условиях воздействия экстремальных температур, агрессивных сред и электромагнитных помех. Их основная сфера применения – системы автоматизации, контроля и управления технологическими процессами (АСУ ТП) на промышленных предприятиях, в частности, во взрывоопасных зонах производств химической, нефтегазовой, нефтеперерабатывающей, металлургической и энергетической отраслей. Название «зоновый» прямо указывает на предназначение для монтажа во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок согласно классификации ПУЭ и ГОСТ Р 51330.

Конструктивные особенности зоновых кабелей

Конструкция зонового кабеля является многослойной и разработана для обеспечения максимальной защиты целостности сигнала и безопасности в сложных условиях.

• Токопроводящая жила: Как правило, используется медная проволока, однопроволочная или многопроволочная, класса 1 или 2 по ГОСТ 22483. Сечение жил лежит в диапазоне от 0.5 до 2.5 мм², наиболее распространены сечения 0.75 мм², 1.0 мм² и 1.5 мм².
• Изоляция жил: Выполняется из полимерных материалов с высокими диэлектрическими и термостойкими свойствами: поливинилхлорид (ПВХ), полиэтилен (ПЭ), сшитый полиэтилен (СПЭ), реже фторопласт. Изоляция жил имеет расцветку согласно нормативным документам для облегчения монтажа и идентификации.
• Экран: Ключевой элемент для защиты от электромагнитных помех (ЭМП). Может быть выполнен в виде оплетки из медных или луженых медных проволок, алюмополимерной ленты с дренажной жилой, либо комбинации оплетки и фольги. В ряде конструкций применяется индивидуальный экран для каждой пары/тройки.
• Поясная изоляция: Слой, накладываемый поверх скрученных изолированных жил или экранов для формирования сердечника кабеля. Часто выполняется из ПВХ или полиэтиленовой ленты.
• Оболочка: Внешний защитный слой, определяющий стойкость кабеля к внешним воздействиям. Для зоновых кабелей используется маслостойкий, бензостойкий и не распространяющий горение поливинилхлорид (ПВХ), полиэтилен или безгалогенные композиции (LSZH). Оболочка, как правило, имеет характерный оранжевый цвет, сигнализирующий о назначении кабеля для цепей контроля и управления.

Классификация и маркировка

Зоновые кабели классифицируются по нескольким ключевым параметрам, которые отражены в их маркировке.

• По количеству и типу жил: Количество жил варьируется от 2 до 61 и более. Жилы могут быть организованы в пары, тройки или четверки, особенно в кабелях для передачи цифровых сигналов (например, по протоколам RS-485, Fieldbus).
• По наличию экрана: КЭ – кабель с экраном из медной оплетки; КЭВ – кабель с экраном из медной оплетки и оболочкой из ПВХ; КЭБ – с броней из стальных оцинкованных лент.
• По материалу оболочки и термостойкости: Стандартное исполнение (до +70°C), термостойкое (до +105°C, +150°C, с изоляцией из кремнийорганической резины или фторопласта).
• По стойкости к внешним воздействиям: Устойчивость к маслам, агрессивным парам, УФ-излучению (для наружной прокладки).

Пример маркировки: КВВГЭнг(А)-LS 10х2х0.75 расшифровывается как:
К – кабель контроля, В – изоляция жил из ПВХ, В – оболочка из ПВХ, Г – гибкий (многопроволочная жила), Э – экранированный, нг(А) – не распространяющий горение по категории А, LS – с пониженным дымовыделением, 10х2х0.75 – 10 пар жил сечением 0.75 мм² каждая.

Области применения и схемы подключения

Зоновые кабели применяются для построения низковольтных цепей, связывающих датчики, исполнительные механизмы, контроллеры и системы управления.

• Подключение датчиков: Температуры (термопар, термосопротивлений), давления, уровня, расхода, анализаторов состава. Для аналоговых датчиков (4-20 мА, 0-5 В) используются экранированные пары. Для термопар применяются кабели с жилами из материалов, соответствующих термоэлектродным сплавам (например, хромель-алюмель).
• Цифровые промышленные сети: Организация шин Fieldbus (Foundation Fieldbus, Profibus PA), HART-протокола, RS-485. Здесь критически важны параметры волнового сопротивления, емкости и симметричности пар.
• Дискретные сигналы: Подключение концевых выключателей, позиционных датчиков, сигнальных ламп, реле.
• Питание низковольтных устройств: Подача напряжения на датчики, преобразователи, маломощные исполнительные устройства (обычно 24 В постоянного тока).

Схема подключения, как правило, предполагает обязательное заземление экрана с одной стороны (обычно со стороны шкафа управления) для предотвращения образования контура заземления и создания пути для стока наведенных помех. Дренажная жила экрана подключается к клемме защитного заземления.

Требования нормативных документов

Проектирование и монтаж зоновых кабелей регламентируется комплексом стандартов.

Нормативный документ	Область регулирования
ГОСТ Р 53315-2009 (МЭК 60331)	Огнестойкость кабельных линий.
ГОСТ Р МЭК 60332-3-22	Не распространяющие горение кабели (категория А).
ПУЭ 7-е изд.	Классификация взрывоопасных зон, правила прокладки кабелей.
СП 439.1325800.2018	Кабельные сети систем противопожарной защиты.
Технические регламенты ТР ТС 004/2011, 020/2011	Электромагнитная совместимость и безопасность низковольтного оборудования.

Критерии выбора зонового кабеля

Выбор конкретной марки кабеля осуществляется на основе технического задания и условий проекта.

1. Класс взрывоопасной зоны (В-I, В-Iа, В-II и т.д.): Определяет необходимость в бронировании, материале оболочки, степени защиты.
2. Характер передаваемого сигнала: Аналоговый слаботочный сигнал требует высокоэффективного экранирования (оплетка высокой плотности). Для цифровых шин важна симметрия пар и погонная емкость.
3. Условия прокладки: Открыто, в лотках, в земле (требуется броня типа КЭБ), в агрессивной среде, при высоких температурах.
4. Требования пожарной безопасности: Обязательность исполнения «нг(A)-LS» или «нг(A)-FRHF» для прокладки в пучках, в помещениях с массовым пребыванием людей, на объектах транспортной инфраструктуры.
5. Механические нагрузки: Наличие вибраций, возможность растяжения определяют выбор гибкости жилы и необходимости бронирования.

Особенности монтажа и эксплуатации

Монтаж зоновых кабелей требует соблюдения строгих правил для обеспечения долговременной и безотказной работы.

• Прокладка силовых и зоновых кабелей должна осуществляться раздельно, с расстоянием не менее 600 мм во избежание наводок. При пересечении – под углом 90°.
• Радиус изгиба при монтаже должен быть не менее 10-12 наружных диаметров кабеля для небронированных и не менее 15-20 для бронированных марок.
• Экраны подлежат обязательному заземлению. Рекомендуется использовать для этого специальные зажимы, накладки или клеммы, обеспечивающие надежный контакт по всей окружности экрана.
• При прокладке в лотках допускается укладка пучком, но с учетом коэффициента заполнения и требований к нераспространению горения.
• Концы кабелей после разделки должны быть герметизированы для предотвращения попадания влаги под оболочку (особенно актуально для кабелей с поясной изоляцией из гигроскопичных материалов).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальное отличие зонового кабеля от обычного контрольного кабеля (КВВГ)?

Зоновый кабель всегда имеет экран (индивидуальный или общий) для защиты от электромагнитных помех, что критически важно для целостности слаботочных аналоговых и цифровых сигналов в промышленной среде. Кроме того, он чаще всего имеет исполнение с не распространяющей горение оболочкой (нг) и пониженным дымовыделением (LS), а также может быть рассчитан на более широкий температурный диапазон и стойкость к агрессивным веществам.

Можно ли использовать зоновый кабель для прокладки вне взрывоопасных зон?

Да, можно. Его применение оправдано в любых системах АСУ ТП, где присутствуют чувствительные измерительные цепи или цифровые шины, требующие защиты от помех. Это повышает надежность системы в целом.

Как правильно выбрать тип экрана: фольга или оплетка?

Оплетка (медная) обеспечивает лучшую защиту от низкочастотных магнитных помех и обладает большей механической прочностью, удобнее для монтажного заземления. Фольга (алюмополимерная лента) дает 100% защиту от высокочастотных электромагнитных полей, но более хрупкая. Для комплексной защиты часто применяют комбинированный экран: фольга + оплетка.

Обязательно ли заземлять экран с двух сторон?

Нет, в большинстве случаев для аналоговых и цифровых сигнальных цепей экран заземляется строго с одной стороны (обычно со стороны шкафа управления/контроллера). Заземление с двух сторон может создать гальванический контур (контур заземления), в котором будут наводиться токи от разности потенциалов земли, что приведет к сильным помехам в сигнальной цепи.

Что означает обозначение «LS» в маркировке и когда оно обязательно?

«LS» (Low Smoke) означает, что материал оболочки и изоляции имеет пониженное дымовыделение при горении. Исполнение «нг(A)-LS» обязательно для прокладки в помещениях с массовым пребыванием людей, в метро, на вокзалах, в аэропортах, многофункциональных комплексах, а также в зданиях, где проектом предусмотрены системы дымоудаления.

Какой кабель выбрать для термопар?

Для подключения термопар используются специальные термопарные (термоэлектродные) кабели. Их жилы изготовлены из тех же материалов, что и электроды термопары (хромель-алюмель, хромель-копель, медь-константан и др.). Это необходимо для обеспечения точности измерения, так как использование обычной медной жилы на участке удлинения создаст дополнительные паразитные термоЭДС. Такие кабели также выполняются в зоновом экранированном исполнении.