Экран кабеля как показать
Каталог продукции
подписаться
Экран в кабеле
Везде, где есть кабели, есть и электричество, а значит и электромагнитные шумы и помехи. Они появляются из-за побочных излучений при передаче токов в кабеле, а также наводок по цепям электропитания. Самые мощные помехи появляются вблизи трансформаторов, высоковольтных линий электропередач, высокочастотных аппаратов и индукционных нагревателей. Помехи нарушают работу кабеля, поэтому для снижения воздействия в процессе производства на кабель накладывают экран, барьер для шумов. Однако польза экрана не исчерпывается одной лишь функцией защиты от внешнего воздействия, ниже полный перечень назначений:
- Передачи сигнала – в радиочастотных кабелях РК и триаксиальных кабелях ТРК экран используется как внешний проводник. Более плотное экранирование способно передать сигнал на большее расстояние без потери в качестве.
- Снятие сигнала – в трибоэлектрических кабелях (например, КТМ) при внешнем воздействии на кабель возникает напряжение, которое экран обмоткой передает на считывающее устройство.
- Снижение перекрестных наводок – индивидуальные экраны пар в информационных кабелях (ParLan S/FTP) предотвращают влияние пар друг на друга внутри одного кабеля.
- Снижения воздействия окружения на кабель – информационные (например, ParLan) и сигнальные (например, КСПЭВ) кабели применяют экран для сохранения передаваемых данных.
- Снижения собственного воздействия на электромагнитную среду вокруг – силовые кабели (например, ВВГЭ) используют экран, чтобы снизить уровень шумов и меньше влиять на окружающие электроприборы.
Чтобы убрать статическое электричество и увеличить эффективность экранирования, экран нужно заземлить. Если этого не сделать, статический заряд будет создавать свои помехи или может возникнуть искра, что критично во взрывоопасных зонах. Для экранированных фольгой кабелей используется контактная жила. Она удобна для заземления и собирает заряд со всей длины фольги, даже если она где-то порвалась.
Какие типы экранов и материалы мы используем?
Существует два варианта наложения экрана: фольга и оплётка. В Паритете для экранирования оплеткой применяется только медь и ни в коем случае алюминий, так как медь обладает большей проводимостью, а значит лучше защищает данные и сигналы от помех. Для экранирования фольгой применяется лавсановая лента с напылением меди или алюминия. Возможно наложение комбинированного экрана – оплетка поверх фольги. Правильно использовать медную фольгу с медным экраном, а фольгу из алюминия только с луженой медью (с покрытием из олова). В противном случае образуется гальванопара, что приводит к разложению металлов.
Экран помимо способа наложения и материала отличается еще и плотностью перекрытия. В нашем производстве экран фольгой всегда накладывается с небольшим перекрытием (т.е. более 100%), а вот плотность оплетки варьируется от 40% в бюджетных РК кабелях до 85-90% в интерфейсных кабелях КИС и Parbus , которые применяются на промышленных объектах и требуют особой защиты от внешних шумов.
Ниже проиллюстрированы типы экранов и номенклатура кабелей, где они применяются.
| Тип экрана | Примеры кабелей с подобным экраном | Изображение |
|---|---|---|
| Общий экран из фольгированного лавсана. Бывает фольга из меди или алюминия |
|  |
| Общий экран из оплётки медными (лужёными) проволоками |
|  |
| Комбинированный общий экран из фольгированного лавсана (медного или алюминиевого) и оплётки медными (лужёными) проволоками |
|  |
| Индивидуальный экран пар (троек) оплёткой из медных лужёных проволок |
|  |
| Индивидуальный экран пар фольгированным лавсаном и общий экран из оплётки медными лужёными проволоками |
|  |
Как экран обозначается в марке кабеля?
В маркообразовании кабелей два подхода написания – кириллицей и латиницей. На русскоязычном пространстве чаще встречаются марки-аббревиатуры, в которых каждая буква означает тот или иной элемент. Так, экран зачастую обозначается буквой «Э» (некоторые заводы для обозначения экрана фольгой пишут «Эф»).
В случае с марками на латинице (например, кабели типа витая пара), экран обозначается буквами «F» (foil – фольга) и «S» (shielded – защищенный, для оплётки). Подробнее про маркообразование LAN кабелей можете почитать здесь. Для импортных инструментальных кабелей используются еще символы «St» (экран фольгой) и «С» (экран оплеткой).
Сложнее всего понять конструкцию экрана в радиочастотных кабелях РК (статья про маркообразование РК кабелей) и тут уже без разницы – отечественная это маркировка (РК 75-3-34М) или зарубежный стандарт (RG-59). Нужно либо знать марку, либо читать ее техническое описание. В прайсе мы постарались облегчить задачу, расписав экран во втором столбце:
Источник
Чтение схем: экранирование, заземление
Для предотвращения влияний электростатических и магнитных полей на провода и приборы электроустройств применяют экранирование, то есть защищают провод, кабель и другие элементы металлической оболочкой – экраном. На схемах, как было сказано в статье: Провода, кабели, шины и электрические соединения, экран изображается в виде горизонтальной штриховой линии (№ 1) . Есть схемы, где присутствует штриховой прямоугольник (№2) , здесь говорится, о том, что в экранируемую оболочку помещена, например, катушка реле. Обозначение (№ 3) говорит о том, что провод или кабель экранирован частично.
Обозначение № 4 свидетельствует о том, что группа из 6-ти линий электрический связи находятся в общем экране. Здесь обозначение экранирования – штриховая окружность – показано в начале кабеля. Иногда рядом с изображением экрана пишут букву Е (раньше писали Cu – медь – материал, из которого изготовлен экран) – если экранирование электростатическое, или Н (раньше писали Fe – железо), если экранирование электромагнитное.
Металлические нетоковедущие части электрических машин и аппаратов, каркасы щитов и пультов, трубы, в которых проложены провода и кабели, заземляют или зануляют. Вряде случаев корпуса и конструкции используют как части электрической цепи. Так, например, в сетях с глухо заземленной нейтралью (в случаях питания катушек магнитных пускателей от фазы и нейтрали, когда это допустимо) один из выводов катушки внутри пускателя присоединяют к его заземленному корпусу. Если нужно подчеркнуть соединение с корпусом (т. е. если оно не очевидно, а требуется, например, для действия электрической защиты), то употребляют обозначение №5 . Например, обозначение № 8 – изображает соединение экрана с корпусом. № 6 указывает на то, заземление применяется для создания условий нормальной эксплуатации, либо как средство электробезопасности. Однако заземление или же недопустимое соединение между проводниками может наступить из-за повреждения. Обозначение повреждения изоляции – № 7 .
Его применение иллюстрируют: № 9 изоляция повреждена между проводами, № 10 – В результате повреждений произошло соединение провода с «землей».
Источник
Для чего кабелю экран?
Ответ на поставленный в заголовке вопрос вроде бы ясен: для защиты от помех.
Проблема применения экранированных кабелей все еще не имеет однозначного решения.
Но тщательный анализ показывает, что этот ответ — неоднозначный. От внешних помех или от переходных помех внутри кабеля? А как защищает экран от помех, излучаемых самим кабелем? Есть ли другие, эффективные и недорогие приемы защиты от помех? Как связаны параметры кабеля с присутствием экрана? Некоторые из поставленных вопросов мы и рассмотрим.
В одних стандартах на кабельные системы экранированные кабели поддерживаются, в других они служат альтернативой неэкранированным. Самая общая рекомендация такая: сначала выжать максимум из неэкранированных кабелей, а уж если это окажется недостаточным, то тогда применять более дорогие и сложные экранированные системы.
Известны две стадии защиты кабеля от помех:
а. симметрирование и подбор шагов скрутки;
б. экранирование, внешнее и внутреннее.
Симметрирование
В скрученной (витой) паре провода меняются местами — этим достигаются симметричные условия возбуждения помехи в проводах пары, т. е. баланс. В идеально симметричной паре помехи, наведенные в проводах пары, взаимоуничтожаются (см. Рисунок 1). На практике полного баланса, конечно, не бывает, и некая результирующая помеха остается. То же самое можно сказать и относительно излученной помехи: чем лучше баланс пары, тем меньше витая пара излучает наружу, в окружающую среду (см. Рисунок 1).
 |
| Рисунок 1. Излучение наружу и помехозащищенность. |
В многопарном кабеле витые пары влияют друг на друга. Если пары скрутить с одинаковым шагом, то влияние их друг на друга будет почти таким, как если бы они не были скручены вовсе. Поэтому стараются скручивать пары с разными шагами, расчет взаимного соотношения которых представляет довольно сложную задачу. Окончательный подбор шагов скрутки делают экспериментальным путем.
Для достижения максимальной симметрии (баланса) пары требуется следующее:
- прецизионное изготовление проводов, входящих в пару, достижение их идентичности;
- скрутка проводов в пару с точным и равномерным по длине шагом;
- математически вычисленное и максимально соблюденное соотношение шагов скрутки всех четырех пар.
Рассмотрим эти условия более детально.
Прецизионное изготовление проводов пары. На стабильность элементарной ячейки (шага скрутки) пары влияет точность, с которой выполнены провода, входящие в пару. Так как размеры провода по длине (в основном — диаметр изоляции) меняются, на такую же мизерную величину изменяются и размеры элементарной ячейки. Поскольку таких ячеек очень много, то суммарная помеха оказывается весьма существенной. Следовательно, нужно точно выдерживать диаметр и эксцентриситет изоляции провода, ее диэлектрические характеристики при изготовлении.
Точно выдерживаемый шаг скрутки. Здесь — то же самое: нестабильный шаг приводит к разбросу размеров элементарной ячейки по длине. Данный фактор также крайне слабый, но интегральный эффект от огромного числа шагов существенен. Поэтому важно использовать такой метод скрутки проводов, который дает наибольшую точность шага скрутки, даже ценой уменьшения производительности технологического оборудования.
Оптимальное соотношение шагов скрутки. В многопарном кабеле степень влияния между парами зависит еще и от выбора соотношения шагов скрутки соседних пар. Этой проблемой в кабельной технике занимались самые светлые головы; результатами их работы мы и пользуемся. Здесь не место обсуждать соответствующие труды, но замечу, что существует математически рассчитанное соотношение шагов скрутки соседних пар многопарного кабеля. Исследования этого вопроса ведутся до сих пор, так что процесс еще не завершен. На практике, во-первых, точно выдержать это соотношение невозможно — не бывает такого технологического оборудования; во-вторых, реальные размеры проводов и пар не точно соответствуют заложенным в расчет. Приходится шаги скрутки пар подбирать опытным путем, экспериментируя с большим количеством образцов кабеля. Результатом является то, что у различных изготовителей шаги скрутки пар разные.
Экранирование
Если симметрирования пар недостаточно, приходится применять еще и экранирование. В случае, когда необходима защита от внешних помех, окружают экраном весь сердечник кабеля. Ежели требуется перекрыть путь помехам внутри кабеля, между его парами, то следует заэкранировать каждую пару. Для решения обеих задач экранируют каждую пару в отдельности, а потом еще накладывают и общий экран. В связи с этими особенностями вводятся специальные обозначения кабеля. Об этом несколько раз приходилось уже писать (впервые — в LAN, сентябрь 1996 г., с. 46-49), но до сих пор нет однозначности в определениях и обозначениях конструкций кабелей.
Компании-изготовители вносят немалую путаницу, используя для одних и тех же конструкций разные аббревиатуры. Поэтому стоит вернуться к обозначениям и ввести последовательную классификацию четырехпарных (и не только) кабелей, в зависимости от количества и состава экранов. Более или менее стройная система изложена в Таблице 1, а соответствующие конструкции показаны на Рисунке 2.
 |
| Рисунок 2. Типы и обозначение четырехпарных кабелей. |
Надо заметить, что рассмотренная классификация не представляет ничего нового для кабельной промышленности. Тем не менее понадобилось несколько лет, чтобы она стала достоянием смежной отрасли — структурированных кабельных систем. При заказе кабеля следует в тексте применять термин «экранированный», чтобы избежать ошибки, так как существует путаница с терминами Screened и Shielded. Предлагается термин Shielded использовать только для тех случаев, когда экран имеет сложную конструкцию (фольга + оплетка).
Внешний экран кабеля бывает двух видов: одинарный — из алюмополимерной пленки, и двойной — из фольги и оплетки медной луженой проволокой. В первом случае экрану часто присваивают букву F (Foiled), во втором — S (Shielded). Пары в кабеле обычно окружены одинарными экранами из фольги или алюмополимерной пленки. В кабельной технике встречаются и двойные экраны витых пар, но в компьютерных сетях они почти не используются.
Конструкции общих кабельных экранов имеют существенные отличия. Если экран выполнен из продольно наложенной фольгированной пленки, то она лежит обычно алюминиевой стороной внутрь, к сердечнику кабеля, и по этой же стороне прокладывают дренажный проводник. Если же поверх фольгированной пленки наложена еще оплетка, то в этом случае слой алюминия часто повернут наружу, и оплетка соприкасается с ним.
Экран из фольгированной полимерной пленки может выполняться с нахлестом или с продольным швом типа кровельного. Иногда такой шов герметизируют путем склейки полимерной пленки. Как правило, в конструкцию экрана входит дренажная проволока, проложенная для шунтирования порывов фольги, которые могут возникнуть при производстве работ.
Оплетка проволоками также имеет свои особенности: от ее плотности и других параметров зависят экранирующие свойства, по частотным характеристикам отличающиеся от фольгового экрана. По этой причине эффективно именно совместное использование фольги и оплетки. Наилучшим современным кабельным экраном можно считать сочетание наложенной вдоль кабеля фольгированной пленки и оплетки проволоками поверх нее.
Большую роль играет толщина фольги, используемой для экранирования витых пар. Если фольга толстовата, то и кабель станет слишком толстым, грубым, негибким. Если же фольга тонковата, то эффективность и прочность экрана снижаются. Различные компании-изготовители, оптимизируя экран, применяют фольгу толщиной от 20 до 100 мкм.
Экран, наложенный на витую пару, уменьшает ее волновое сопротивление (impedance). По этой причине изоляция (диэлектрическое покрытие) проводов витой пары делается или более толстой, или пористой. Это нужно для того, чтобы довести импеданс до 100 Ом — стандартного значения для компьютерной проводки. Оба фактора (и экран, и утолщение изоляции) увеличивают диаметр кабеля, что нежелательно: число кабелей, которое можно проложить в монтажном коробе или желобе, уменьшается. Использование пористой изоляции также нежелательно: требуется специализированное оборудование для изготовления таких кабелей, из-за чего производство их удорожается. Кроме того, пористая изоляция неустойчива, легко сминается и плохо держит форму. Из-за указанных недостатков пористая изоляция применяется намного реже, чем сплошная.
Промышленные образцы
В Таблицах 2 и 3 приведены результаты разборки имеющихся у автора образцов экранированных кабелей, предназначенных для локальных компьютерных сетей (LAN-кабелей). Образцы делятся на две группы: кабели с некранированными витыми парами и общим экраном (см. Таблицу 2) и дважды экранированные кабели — с общим экраном и витыми парами, экранированными фольгой (см. Таблицу 3).
Данные, приведенные в Таблицах 2 и 3, списаны с оболочек кабелей. Обращает на себя внимание (см. Таблицу 2), что проверка технических характеристик кабелей выполнялась различными испытательными лабораториями, как американскими (UL, ETL), так и европейскими (EC DELTA). Некоторые изделия не имеют отметок о проверке, но содержат ссылки на соответствие стандартам (EIA/TIA 568A; ISO/IEC 11801; CSA PCC FT1). Экран чаще всего обозначен словом SHIELDED, но иногда указывают и тип экрана (FTP).
В Таблице 3 следует обратить внимание на разницу в конструкции экранов отдельных пар: обмотка фольгированной пленкой — у европейских отделений компаний Siemens и AMP, а продольно наложенная фольгированная пленка (с нахлестом) — у израильской компании Teldor.
Какой кабель выбрать?
В литературе очень мало сопоставлений экранированных и неэкранированных кабелей. Опубликованные материалы касаются по отдельности тех и других, а сравнения двух видов кабелей, как правило, не содержат. Авторы статей как будто сговорились не помещать в одной и той же публикации результаты по экранированным и неэкранированным кабелям. По существу, не удается найти и практических рекомендаций, хотя они так необходимы. Все сказанное очень странно: дискуссии о том, какие кабели следует применять, идут в России во множестве и непрерывно.
Более того — и распространенность обоих типов кабеля в различных странах Европы также вызывает недоумение (см. Таблицу 4). Например, в Германии и Франции большинство проложенных кабелей — экранированные (в Германии больше STP, во Франции — FTP). В Великобритании же намного больше проложено неэкранированных кабелей (86%!). Как следует из опубликованных данных, подобная картина и в США. Возникает мысль, что использование тех или иных кабелей зависит не от их технических характеристик, а от решений государственных органов. Для России, насколько известно, такие решения только готовятся.
В связи с последним замечанием надо сказать следующее. К настоящему времени, на мой взгляд, совершенно недостаточно накопленных научных и технических знаний, чтобы сделать соответствующий выбор. Более семи лет мне приходилось отвечать на вопросы о кабелях для компьютерных сетей. Много раз меня спрашивали: какой выбрать кабель — экранированный или нет? Но ни разу не была поставлена задача о критериях такого выбора, о научном подходе. Вместе с тем есть возможность относительно небольшими усилиями внести ясность в эту проблему, проведя соответствующие исследования, например, в ОКБ кабельной промышленности или МТУСИ. Задуманная ассоциация поставщиков структурированных кабельных систем могла бы взять это дело под свое покровительство. Хотелось бы надеяться, что важность поставленной проблемы ни у кого не вызывает сомнений.
Давид Яковлевич Гальперович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник ОКБ КП, доцент МТУСИ. С ним можно связаться по тел.: (095) 583-5472.
| Обозначение | Определение |
| UTP | Неэкранированный кабель с неэкранированными витыми парами. |
| F/UTP | Экранированный фольгой кабель с неэкранированными витыми парами. |
| S/UTP | Защищенный (дважды экранированный, фольгой и оплеткой) кабель с неэкранированными витыми парами. |
| S/FTP | Защищенный (дважды экранированный, фольгой и оплеткой) кабель с экранированными фольгой витыми парами. |
| S/STP | Защищенный (дважды экранированный, фольгой и оплеткой) кабель с защищенными (дважды экранированными, фольгой и оплеткой) витыми парами. |
| Страна | UTP | STP | FTP |
| Франция | 17% | 4% | 79% |
| Германия | 10% | 64% | 26% |
| Италия | 80% | 13% | 7% |
| Голландия | 65% | 10% | 25% |
| Испания | 75% | 5% | 20% |
| Великобритания | 86% | 2% | 12% |
| FTP — витая пара с фольговым экраном; STP — витая пара с оплеточным экраном; UTP — неэкранированная витая пара. Источники: The Building Services and Dataquest Europe Ltd. | |||
Поделитесь материалом с коллегами и друзьями
Источник
