Главная » Статьи » Элементы автоматики

Специальные марки кабелей российского производства для сетей RS485

Для построения цифровых промышленных сетей RS485 часто применяется специализированная дорогостоящая кабельная продукция иностранных производителей таких, например, как Belden, LappKabel, Helukabel и др. или, в условиях ограниченного бюджета, в качестве кабеля RS485 применяется стандартная "витая пара" 5-й категории для LAN сетей, телефонные кабели, кабели управления с ПВХ изоляцией, которые хоть и имеют право на использование в системах с интерфейсом RS485, но технически в принципе не могут полностью обеспечить качество, надежность, защищенность и дальность передачи данных. В тоже время российскими производителями кабельной продукции уже достаточно давно освоен выпуск специальных интерфейсных кабелей для сетей использующих интерфейс RS485. Рассмотрим номенклатуру отечественных специальных интерфейсных кабелей RS485 на примере продукции НПП "Спецкабель".

Для построения сетей RS485 НПП "Спецкабель" выпускает интерфейсные кабели марок КИПЭВ, КИПвЭП и КИПвЭВ (ТУ 16.К99- 008-2001) с одной или более пар скрученных многопроволочных медных луженых проводников диаметром 0,60 мм (24AWG) и 0,78 мм (22AWG). Проводники жил имеют изоляцию из сплошного полиэтилена (П) или вспененного полиэтилена (Пв) с заполнением сердечника продольно уложенными нескрученными полипропиленовыми фибрилированными нитями в общем экране (Э). Экран состоит из алюмолавсановой ленты и наложенных поверх нее дренажного многопроволочного проводника и оплетки из луженых медных проволок (плотность оплетки 88…92%), в общей защитной оболочке из светостабилизированного полиэтилена (П) или поливинилхлоридного пластиката (В).

Конструктивное исполнение жил проводников кабелей марок КИПЭВ, КИПвЭП и КИПвЭВ (семь луженых скрученных проволок) обеспечивает:

  1. соответствие рекомендуемым размерам для отверстий стандартных интерфейсных соединителей RS485;
  2. повышенную гибкость сердечника (скрученных между собой пар проводников) кабеля, что важно при его использовании в жестких промышленных условиях, где не исключена вероятность воздействия многократных изгибов, перегибов, кручений, а также вибрации во время про кладки и эксплуатации кабеля;
  3. лучшую паяемость и коррозионную стойкость проводников при монтаже и дальнейшей работе кабеля.

Изоляция проводников из сплошного или вспененного полиэтилена обеспечивает этим кабелям низкое значение электрической емкости между проводниками пар порядка 40 пФ/м (в 2-3 раза ниже, чем у кабелей с ПВХ изоляцией проводников), что дает малую задержку и искажение сигнала при его распространении по кабелю. В свою очередь, это обеспечивает возможность передачи сигналов данных на большие расстояния при высоких скоростях передачи данных.

Волновое сопротивление данной серии кабелей равно (120±10) Ом, что строго удовлетворяет рекомендациям стандарта RS485, который устанавливает только требования к электрическим характеристикам интерфейсов (выходы передатчиков и входы приемников), но не самой среды передачи. Относительно последней в стандарте дается рекомендованное значение 120 Ом, под которое оптимизирована работа приемопередатчиков RS485. При волновом сопротивлении кабеля уменьшается токовая нагрузка на передатчик и увеличивается максимальная дальность передачи данных на низких скоростях передачи.

В качестве примера можно указать, что волновым сопротивлением 100 Ом обладает широко доступная дешевая "витая пара" 5-й категории для Ethernet. В случае же контрольных кабелей с ПВХ изоляцией, их волновое сопротивление не выходит за пределы 80 Ом в диапазоне 0,1…100 МГц, что увеличивает нагрузку на передатчик. Телефонные провода имеют волновое сопротивление 120 Ом на частоте выше 100 кГц, но они имеют массу других недостатков в свете применения их для RS485.

Благодаря использованию в конструкции интерфейсных кабелей заполняющих полипропиленовых нитей между скрученными парами, достигается некоторое удаление скрученных пар друг от друга и от экрана и уменьшение коэффициента затухания по сравнению с обычной экранированной "витой парой" 5-й категории в среднем на 15…20% в диапазоне частот 1…100 МГц. Это обусловлено уменьшением взаимного влияния между проводниками пар (эффект близости), а также влияния экрана на сердечник (эффект реакции экрана). Использование в кабелях марок КИПвЭП и КИПвЭВ в качестве изоляции проводников вспененного ПЭ дает снижение коэффициента затухания в среднем еще на 20 %. Кабели с ПВХ изоляцией, например контрольные кабели, в данном случае дают коэффициент затухания в 1,5…2,5 раза превышающий коэффициент затухания кабелей с изоляцией из ПЭ.

Полипропиленовые нити, помимо снижения коэффициента затухания, обеспечивают также дополнительную механическую прочность сердечника. Их наличие придает форме сердечника большую округлость, значительно повышает разрывную прочность сердечника, а также обеспечивает его целостность при осевых кручениях, изгибах и перегибах, что в свою очередь повышает стабильность электрических характеристик при указанных воздействиях.

Следует также отметить, что рассматриваемые кабели обладают повышенной помехозащищенностью, благодаря двухслойному экрану в виде алюмолавсановой ленты и медной луженой оплетки с дренажным проводником между ними, обеспечивающими ослабление внешнего электромагнитного поля примерно на 75 дБ. Это особенно важно в условиях напряженной электромагнитной обстановки в промышленной среде. Более того, наличие оплетки и дренажного проводника поверх фольги позволяет уберечь последнюю от нежелательных изломов при многократных изгибах кабеля, а также сохранить собственно физическую и электрическую целостность экрана. В LAN-кабелях, контрольных и телефонных кабелях экран зачастую выполняют в одном варианте: одна алюмолавсановая фольга или чисто медная оплетка, эффективность экранирования которых составляет всего 40…60 дБ.

Вариантов оболочек кабелей, выполняющих функции защиты кабеля от внешних воздействующих факторов, которые зависят от условий прокладки и климатических факторов, несколько. Если кабель прокладывается внутри здания, то в этом случае целесообразней использовать кабели марок КИПЭВ или КИПвЭВ с оболочкой из ПВХ пластиката; при этом, во-первых, кабель будет отвечать требованиям норм пожарной безопасности, а во-вторых, обладать меньшей жесткостью, что удобно при прокладке.

Кабели КИПЭП и КИПвЭП с оболочкой из светостабилизированного полиэтилена целесообразно использовать, когда нет отдельных требований по пожарной безопасности и когда кабельный проброс должен располагаться там, где на него будет воздействовать прямое ультрафиолетовое излучение (солнечные лучи), например по периметру или между зданиями при отсутствии кабельных каналов, а также в местах с постоянной повышенной влажностью (водопоглощение оболочечного полиэтилена в 10…15 раз меньше, чем у ПВХ пластиката).

Если на незащищенном от солнечных лучей месте проложить кабель с оболочкой из ПВХ пластиката, то последняя при длительном воздействии на нее УФ со временем будет охрупчиваться и покрываться трещинами, что абсолютно недопустимо. Как правило, температурный диапазон кабелей с полиэтиленовой оболочкой КИПЭП и КИПвЭП лежит в пределах 60…85°С, кабелей с ПВХ оболочкой КИПЭВ и КИПвЭВ - 40…70°С. Возможно исполнение кабелей с оболочкой из ПВХ пластиката повышенной морозостойкости (буква м в маркировке) - марки КИПЭВм и КИПвЭВм - для температурного диапазона 60…70°С, что крайне важно для климатических особенностей России, а также с оболочкой из ПВХ пластиката специальной светостабилизированной рецептуры (с добавлением в состав пластиката сажи), позволяющей прокладывать кабель с ПВХ оболочкой на открытых для УФ излучения местах.

Для защиты рассматриваемых кабелей от механических воздействий используется исполнение с наложением поверх защитной оболочки брони одного из двух видов: оплетки стальными оцинкованными (для защиты от коррозии) проволоками диаметром 0,3 мм или стальной гофрированной ленты.

Броня в виде оплетки из стальных круглых проволок (буква К в маркировке) используется в конструкции кабелей марок КИПЭПКГ, КИПЭВКГ, КИПвЭПКГ, КИПвЭВКГ, КИПЭВКГм и КИПвЭВКГм; буква Г (голый) в обозначении марок кабелей указывает на отсутствие защитных пластмассовых оболочек поверх брони.

Данный вид брони может применяться, на пример в случае прокладки кабеля в грунте, который в связи с сезонными колебаниями температуры, а значит, и плотности почвы, будет оказывать на конструкцию кабеля различные механические воздействия, а именно, значительные радиальные и растягивающие усилия.

Данный вид брони также стоит применять, если есть вероятность воздействия на кабель значительных растягивающих и изгибающих усилий, которым должен противостоять кабель. Таким образом, еще одно свойство данного вида брони, которое можно использовать в качестве критерия его выбора - это сохранение гибкости конструкции кабеля, достаточной для его неоднократного изгиба, перегиба и кручения.

Кроме того, разумным решением может стать использование кабеля с наложенной поверх брони защитной оболочкой. В качестве дополнительного примера для ПЭ оболочки (марки КИПЭПКП и КИПвЭПКП) можно назвать прокладку в подвалах и шахтных участках с высокой влажностью и отсутствием пожаро- и взрывоопасности, а в случае ПВХ оболочки (марки КИПЭВКВ, КИПвЭВКВ, КИПЭВКВм и КИПвЭВКВм) - пожаро- и взрывоопасные участки шахт, а также другие внутриобъектовые трассы, требующие стойкость к воздействию пламени.

Наряду с броней из стальных оцинкованных проволок, используется броня в виде стальной гофрированной ленты. При этом соображения по выбору защитной оболочки под броней и поверх нее остаются теми же, что изложены выше. Кроме того, промежуток между броней и оболочкой под ней заполняется герметизирующим гидрофобным материалом, препятствующим продольному распространению влаги. Кабели с таким видом брони также могут быть использованы на участках, где необходима защита от раздавливающих нагрузок. При этом в случае требований пожаро- и взрывозащищенности должны использоваться кабели марок КИПЭВБВ, КИПвЭВБВ, КИПЭВБВм и КИПвЭВБВм, а в случае прокладки во влажных местах и на открытом для солнечных лучей воздухе - кабели марок КИПЭПБП и КИПвЭПБП.

Необходимо заметить, что в грунте всегда должны прокладываться кабели с ПЭ оболочкой, что также связано с периодическим увлажнением почвы, но если речь идет об эксплуатации в условиях, где необходима защита от распространения пламени и инициализации взрыва во взрывоопасных средах, то следует рассматривать кабели с ПВХ оболочкой. Это подтверждается "Разрешением Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору", полученным НПП "Спецкабель" для всех кабелей серии КИП с оболочкой из ПВХ пластиката (морозостойкого, теплостойкого или пониженной пожароопасности) или полиуретана пониженной пожароопасности.

Применение ленточной и, в меньшей степени, оплеточной брони сразу отбрасывает на второй план проблему помехозащищенности линии передачи, поскольку конструкция брони обеспечивает ослабление внешнего электромагнитного поля на несколько сот децибел в диапазоне частот выше 100 кГц; при этом совокупность брони и двойного экрана кабеля из фольги и оплетки делает кабель практически неуязвимым для влияния электромагнитных помех в промышленной обстановке. Кабели с ленточной броней рекомендованы ФГУП "РТРС" к применению в создании АСКУЭ промышленных предприятий, где имеет место воздействие высокого уровня помех со стороны многочисленных радиопередатчиков.

Число пар проводников в кабелях серии КИП НПП "Спецкабель" может быть от 1 до 4. Это позволяет организовать либо полудуплексную (с одной или полуторной (с дополнительным, используемым для заземления, изолированным проводником) парой), либо дуплексную (с двумя, тремя или четырьмя парами) связь. Например, в случае четырех пар одна пара будет использоваться для передачи, другая - для приема сигнала данных приемопередатчиком и две остальные - для передачи сигнала контроля/подтверждения.

Смотреть другие упоминания оборудования #Спецкабель на сайте.