Экранированный кабель: зачем нужен экран, как он работает и когда без него не обойтись

Экранированный кабель: зачем нужен экран, как он работает и когда без него не обойтись

На промышленном объекте рядом могут проходить силовые линии, кабели управления, цепи автоматики, датчиков, преобразователей частоты и систем связи. Все они работают с электрическими сигналами, но далеко не всегда мирно сосуществуют друг с другом.

Сильное электромагнитное поле от одной линии способно создавать помехи в соседней. В результате появляются ошибки передачи данных, нестабильные показания датчиков, ложные срабатывания автоматики и другие проблемы.

Один из способов снизить влияние электромагнитных помех — использовать экранированный кабель.

Разберёмся, зачем нужен экран кабеля, каким он бывает, чем отличается от брони и почему наличие металлической оплётки ещё не означает, что кабель автоматически подойдёт для любой промышленной системы.

Что такое экранированный кабель

Экранированный кабель — это кабель, в конструкции которого предусмотрен проводящий слой, окружающий жилы или отдельные группы проводников.

Этот слой называется экраном.

Его основная задача — уменьшать влияние электромагнитных помех:

• поступающих на кабель извне;
• создаваемых самим кабелем;
• возникающих между отдельными цепями внутри кабеля.

Экран может выполняться из металлической фольги, медной проволочной оплётки, ленты или комбинации нескольких элементов.

Конкретная конструкция зависит от назначения кабеля и диапазона помех, от которых необходимо защитить передаваемый сигнал.

Откуда вообще появляются электромагнитные помехи

Практически любое электрооборудование создаёт электромагнитное поле.

На промышленном объекте источниками помех могут становиться:

• электродвигатели;
• силовые трансформаторы;
• частотные преобразователи;
• пускатели и контакторы;
• сварочное оборудование;
• силовые кабельные линии;
• импульсные источники питания;
• радиопередающее оборудование.

Чем мощнее источник и чем ближе расположена чувствительная сигнальная линия, тем выше вероятность возникновения проблем.

Особенно чувствительны к помехам цепи, в которых передаются малые аналоговые сигналы или высокочастотные данные.

Что происходит, если использовать обычный кабель вместо экранированного

В бытовой цепи освещения электромагнитные помехи обычно не являются основной проблемой. Но для промышленной автоматики ситуация совершенно другая.

В зависимости от оборудования помеха может привести к:

• искажению сигнала датчика;
• нестабильным измерениям;
• ошибкам передачи данных;
• ложному срабатыванию входов контроллера;
• сбоям связи между устройствами;
• нарушению работы систем управления.

Проблема осложняется тем, что неисправность может быть непостоянной.

Например, система работает нормально, пока не запускается мощный двигатель или преобразователь частоты. После запуска появляются ошибки, а после остановки оборудования они исчезают.

В подобных ситуациях одной из причин как раз может быть электромагнитное влияние на кабельную линию.

Как работает экран кабеля

В упрощённом виде металлический экран создаёт проводящий барьер вокруг защищаемых проводников.

Он помогает уменьшить воздействие внешнего электромагнитного поля на сигнал внутри кабеля и одновременно снижает излучение самой линии во внешнее пространство.

Однако эффективность экранирования зависит не только от самого кабеля.

Большое значение имеют:

• материал экрана;
• процент покрытия;
• частота помех;
• правильность монтажа;
• заземление экрана;
• конструкция разъёмов и вводов;
• длина линии.

Поэтому купить экранированный кабель и просто проложить его рядом с источником помех недостаточно. Вся система должна быть выполнена правильно.

Какие бывают виды экрана

Экран из фольги

Один из распространённых вариантов — алюминиевая или комбинированная фольга.

Такой экран позволяет получить практически сплошное покрытие проводников и при этом не слишком сильно увеличивает наружный диаметр и массу кабеля.

Фольгированные экраны часто встречаются в информационных и сигнальных кабелях.

Медная оплётка

Другой вариант — экран из тонких медных проволок, переплетённых вокруг сердечника.

Оплётка обладает хорошей механической гибкостью и сохраняет свои свойства при изгибах лучше, чем некоторые типы сплошной металлической ленты.

Она широко применяется в кабелях автоматики, управления, передачи данных и специализированных промышленных линиях.

Комбинированный экран

В некоторых конструкциях одновременно используются фольга и металлическая оплётка.

Такое решение позволяет использовать преимущества разных типов экранирования.

Конкретную конструкцию следует выбирать по требованиям оборудования и условиям эксплуатации.

Общий и индивидуальный экран — в чём разница

Экран может окружать весь сердечник кабеля целиком или отдельные пары и группы жил.

Общий экран в первую очередь защищает кабель от внешнего электромагнитного воздействия.

Индивидуальный экран отдельных пар позволяет дополнительно уменьшать взаимное влияние сигналов внутри самого кабеля.

В сложных системах могут использоваться оба варианта одновременно.

Например, каждая сигнальная пара имеет собственный экран, а поверх всего сердечника расположен ещё один общий экран.

Экран кабеля и броня — это не одно и то же

Это одна из самых частых ошибок при выборе кабеля.

Экран предназначен прежде всего для работы с электромагнитными полями и электрическими помехами.

Броня предназначена прежде всего для механической защиты кабеля.

Например, броня может защищать кабель от механических воздействий при прокладке в грунте или на промышленном объекте.

Но наличие металлической брони само по себе не означает, что кабель обладает теми же характеристиками электромагнитной совместимости, что специально экранированный кабель.

Некоторые кабели могут одновременно иметь и экран, и броню.

Где применяются экранированные кабели

Сфера применения таких кабелей значительно шире, чем может показаться.

Они встречаются в:

• промышленной автоматике;
• системах управления;
• измерительных цепях;
• системах связи;
• линиях подключения датчиков;
• интерфейсах передачи данных;
• частотно-регулируемых приводах;
• станках и производственном оборудовании;
• системах диспетчеризации;
• энергетике и инфраструктурных объектах.

Особенно актуально экранирование там, где по одной кабельной трассе или в непосредственной близости проходят силовые и чувствительные сигнальные цепи.

Экранированный кабель для частотного преобразователя

Отдельная область применения — подключение электродвигателей к преобразователям частоты.

Преобразователь формирует напряжение с импульсной формой, содержащей высокочастотные составляющие.

Поэтому кабель между преобразователем и двигателем может становиться заметным источником электромагнитных помех.

В подобных системах производители оборудования могут устанавливать специальные требования к конструкции моторного кабеля, его экрану и способу подключения.

Использовать вместо рекомендованного кабеля первый попавшийся силовой кабель только потому, что совпадают число жил и сечение, неправильно.

Нужно ли заземлять экран кабеля

В большинстве систем металлический экран должен быть корректно подключён в соответствии со схемой оборудования и требованиями проекта.

Но универсального правила «экран всегда заземляется только с одной стороны» или «обязательно с двух сторон» для любых систем не существует.

Способ подключения зависит от:

• типа сигнала;
• частотного диапазона;
• назначения кабеля;
• схемы заземления;
• оборудования;
• требований производителя.

Неправильное подключение экрана способно заметно снизить эффективность всей системы экранирования.

Поэтому схему подключения следует брать из проектной документации или технического руководства производителя оборудования.

Почему нельзя оставлять длинный «хвост» экрана

При подключении экранированного кабеля важно сохранить непрерывность и качество экранирования максимально близко к месту ввода.

Если экран снять на большой длине, участок проводников около оборудования фактически останется без защиты.

Для некоторых высокочастотных систем даже небольшие конструктивные особенности подключения могут существенно влиять на результат.

Поэтому производители частотных преобразователей, промышленных сетей и другого чувствительного оборудования часто подробно описывают способ разделки и подключения кабеля.

Когда экранированный кабель действительно нужен

Выбор экранированного исполнения особенно обоснован, если:

• кабель передаёт слабый измерительный сигнал;
• рядом проходят мощные силовые линии;
• на объекте установлены преобразователи частоты;
• есть двигатели и мощное коммутационное оборудование;
• используются промышленные интерфейсы передачи данных;
• требования к экрану указаны производителем оборудования;
• кабель входит в систему автоматизации или управления.

При этом сам факт промышленного применения ещё не означает, что абсолютно любой кабель обязательно должен иметь экран.

Решение принимается исходя из назначения цепи и требований проекта.

Можно ли заменить экранированный кабель обычным

Если экран предусмотрен проектом или требованиями производителя оборудования, самостоятельно заменять кабель на неэкранированный не рекомендуется.

Электрически цепь может даже заработать.

Но отсутствие проблем во время первого включения ещё не означает, что система будет стабильно работать во всех режимах.

Помехи могут проявиться:

• после запуска дополнительного оборудования;
• при увеличении нагрузки;
• при работе двигателя;
• в определённых режимах преобразователя частоты;
• после прокладки рядом новой силовой линии.

Поэтому правильнее сразу соблюдать требования к типу кабеля.

Как выбирать экранированный кабель

При подборе необходимо смотреть значительно дальше, чем просто на наличие экрана.

Полезно проверить:

1. Назначение кабеля. Силовой, контрольный, сигнальный, интерфейсный или специализированный.
2. Количество жил или пар. Оно должно соответствовать схеме подключения.
3. Сечение жил. Выбирается по электрическим параметрам цепи.
4. Конструкцию экрана. Фольга, оплётка или комбинированный вариант.
5. Гибкость. Особенно важна для подвижного оборудования.
6. Пожарное исполнение. Например, LS, HF или другое требуемое проектом исполнение.
7. Условия эксплуатации. Температура, влажность, механические воздействия, масла, ультрафиолет и другие факторы.

Если кабель используется в составе конкретного промышленного оборудования, одним из главных источников требований должна быть документация производителя этого оборудования.

Распространённые ошибки при работе с экраном

Ошибка 1. Считать экран механической защитой

Экран и броня выполняют разные задачи. Если линии требуется защита от механических повреждений, наличие экрана само по себе её не обеспечивает.

Ошибка 2. Выбирать любой кабель с металлической оплёткой

Конструкции экранов отличаются. Необходимо учитывать назначение кабеля и требования конкретной системы.

Ошибка 3. Не учитывать способ подключения экрана

Даже хороший кабель может не дать ожидаемого результата при неправильной разделке и подключении.

Ошибка 4. Прокладывать чувствительную линию вплотную к силовой без необходимости

Экранирование не отменяет грамотную организацию кабельной трассы. Разнос силовых и сигнальных цепей часто остаётся важной частью электромагнитной совместимости.

Ошибка 5. Заменять экранированный кабель обычным без согласования

Если конкретное исполнение указано проектом, такую замену необходимо технически обосновывать.

Что важнее: хороший экран или правильный монтаж

Правильный ответ — и то, и другое.

Можно купить качественный промышленный экранированный кабель, а затем неправильно подключить экран, снять его на значительной длине или проложить линию в неблагоприятных условиях.

В результате реальная эффективность системы окажется значительно ниже ожидаемой.

Поэтому электромагнитную совместимость необходимо рассматривать комплексно:

• правильно подобрать кабель;
• грамотно спроектировать трассу;
• правильно выполнить заземление;
• соблюсти требования к разделке и подключению;
• учесть рекомендации производителя оборудования.

Частые вопросы об экранированном кабеле

Для чего нужен экран в кабеле?

Экран помогает снизить влияние внешних электромагнитных помех на передаваемый сигнал и уменьшить электромагнитное излучение самой линии.

Чем экранированный кабель отличается от обычного?

В его конструкции предусмотрен дополнительный проводящий экран вокруг жил, пар или всего сердечника.

Экран и броня — одно и то же?

Нет. Экран предназначен прежде всего для электромагнитной защиты, а броня — для механической.

Нужно ли подключать экран к земле?

Схема подключения зависит от типа системы и оборудования. Необходимо соблюдать проектные требования и рекомендации производителя.

Можно ли использовать экранированный кабель вместо обычного?

Техническая возможность зависит от конкретной цепи. При замене необходимо учитывать не только наличие экрана, но и электрические, конструктивные и эксплуатационные характеристики кабеля.

Нужен ли экран для частотного преобразователя?

Для многих частотно-регулируемых приводов производители оборудования предусматривают специальные требования к моторному кабелю и его экранированию. Следует ориентироваться на документацию конкретного преобразователя.

Как подобрать подходящий кабель

При выборе экранированного кабеля важно знать не только количество жил и сечение, но и назначение цепи, тип оборудования, условия прокладки и требования к электромагнитной совместимости.

Если кабель уже указан в проекте, при заказе лучше передавать его полную маркировку без сокращений.

Если требуется подобрать продукцию по техническим характеристикам, отправьте специалистам «ТехКабельЩит» спецификацию или параметры линии.

В каталоге кабеля представлены силовые, контрольные и специализированные решения для промышленных, строительных и инфраструктурных объектов.

Отправьте заявку с маркой, сечением и необходимым метражом — поможем подобрать подходящее исполнение и подготовим предложение на поставку.

Перейти в каталог кабеля