Экранирование кабелей: назначение, виды и способы

29.10.2025

Вокруг каждого проводника с током создается магнитное поле. Если это магнитное поле пронизывает расположенный поблизости проводящий контур, то при изменении напряженности магнитного поля там индуцируется напряжение (принцип трансформатора). Таким образом, в проводящем контуре возникает электрический ток, который может приводить к искажению проходящего по контуру сигнала силовой или сигнальной линии.

Рис. 1. Механизм возникновения электромагнитных помех

Экранирование кабелей представляет собой создание специального проводящего слоя вокруг изоляции, или внутренней оболочки. В зависимости от назначения кабелей, конструкция этого элемента может существенно отличаться. В большинстве случаев, экранирование необходимо для предотвращения электромагнитных помех, но также может служить для выравнивания и сглаживания напряженности электрического поля, протекания сигналов обратного тока, обеспечения безопасности силовых линий и отвода токов утечки. Рассмотрим различные способы и функции экранирования в зависимости от назначения кабелей.

Экранирование кабелей на низкое напряжение (до 1кВ)

Увеличение передаваемых частот повышает вероятность воздействия внешних источников на сигнальные линии, а также их взаимного влияния. На рисунке 2 показан пример воздействия сигнала на измерительную линию весов.

Рис. 2 Искажение сигнала на контрольно-измерительной линии

Из рисунка 2 видно, как данные, передаваемые по линии от весов к дисплею информации, искажаются за счет рядом расположенного источника электромагнитного магнитного излучения.

В целях предотвращения искажения сигналов, производится экранирование силовых и контрольных кабельных линий. В кабелях на низкое напряжение, экранирование зачастую используется для предотвращения электромагнитных помех от внешних источников, а также для снижения собственного электромагнитного излучения. Экран, в данном случае, представляет собой медную оплетку, либо слой алюминиевой фольги, наложенный поверх изоляции токопроводящей жилы, или группы изолированных жил. В качестве примера кабеля с медной оплеткой на рисунке 3 представлен ELKAFLEX СLASSIC КВНЭ.

Рис. 3 Кабель с экраном в виде оплетки из медных луженых проволок

Рисунок 4 демонстрирует кабель управления ELKAKIP КУПД с алюминиевым экраном.

Рис 4. Кабель управления с алюминиевым экраном

Экранирование в кабелях на среднее напряжение (6-35кВ)

Для того, чтобы пояснить необходимость наличия металлических и полупроводящих экранов в силовых кабелях, необходимо немного погрузиться в теорию и рассказать о понятии напряженности электрического поля.

Напряженностью E электрического поля называется физическая величина, численно равная силе, с которой поле действует на единичный заряд, помещенный в данную точку поля. Рассматривая простейший электрический кабель, распределение напряженности электрического поля в изоляции схематически можно изобразить следующим образом:

Рис. 5 Распределение напряженности электрического поля в силовом кабеле

Из рисунка 5 видно, что в идеальных условиях напряженность электрического поля внутри изоляции кабеля снижается по логарифмическому закону и приближается к своему минимальному значению на внешней поверхности изоляции. Экран в таких кабелях служит для того, чтобы максимально приблизить картину распределения напряженности электрического поля к представленной на рисунке 5. В случае отсутствия экрана, напряженность электрического поля в кабелях, проложенных рядом, была бы распределена неравномерно, в толщине изоляции возникали бы локальные перенапряжения, приводящие к преждевременному старению изоляции, образованию триинговых (древовидных) дефектов и пробою кабеля, см. рисунок 6.

Рис. 6 Электрический триинг в толщине изоляции СПЭ кабеля под микроскопом

Экранирование кабелей на среднее напряжение с изоляцией из сшитого полиэтилена производится с помощью медных проволок, скрепленных лентой, либо с помощью гибких стренг из алюминия и его сплавов. Пример кабеля ELKACABLE на среднее напряжение с гибким экраном из термокоррозионностойкого сплава (ТАСг) приведен на рисунке 7.

Рис. 7 Экранированный СПЭ кабель на среднее напряжение

Важной особенностью кабелей на среднее напряжение является наличие полупроводящих экранов. Полупроводящие экраны накладываются поверх проводников, а также поверх изоляции, и призваны увеличить стабильность электрического поля. Полупроводящие слои используются для того, чтобы сгладить локальное увеличение напряженности вблизи неоднородностей поверхности жилы, на поверхности отдельных проволок, и тем самым, снизить уровень частичных разрядов на границе раздела между проводником и изоляцией. См. рисунок 8.

Рис. 8 Силовые линии электрического поля в изоляции кабеля в зависимости от наличия полупроводящих слоев

Кабели на среднее напряжение с бумажной или композитной изоляцией имеют полупроводящий экранирующий слой, расположенный поверх изоляции и металлическую оболочку. В качестве такого кабеля приведем ПАРМА ТААБВ с теплостойкой композитной изоляцией, см. рисунок 9.

Рис. 9 Кабель на среднее напряжение с композитной изоляцией

Кроме функции распределения и сглаживания напряженности электрического поля, экран в кабелях на среднее напряжение обеспечивает безопасность линии. В экранированном кабеле при пробое изоляции создается короткое замыкание и ток в экране приводит к срабатыванию релейной защиты и отключению линии. В неэкранированном кабеле пробой может привести к тому, что на броне или наружной оболочке окажется полное рабочее напряжение, что может привести к гибели персонала, или пожару.

Немаловажной функцией экрана в данном типе кабелей является отвод токов утечки и емкостных токов. Через изоляцию всегда протекают небольшие токи утечки. Более значительными являются емкостные токи, обусловленные самой емкостной связью между жилой и экраном. Экран обеспечивает отвод этих токов на заземляющий контур.

Коаксиальные кабели

В любой электрической цепи ток должен течь по замкнутому контуру. В коаксиальных кабелях связи экран представляет собой не только защиту от помех. В кабелях этого типа «прямой» ток течет по центральной жиле, а «обратный» ток — по экрану. Пример конструкции коаксиального кабеля представлен на рисунке 10.

Рис. 10 Конструкция коаксиального кабеля: 1 – центральный (прямой) проводник; 2 – диэлектрический изоляционный материал; 3 – экранирующая оплетка (обратный проводник); 4 – защитная оболочка

Благодаря концентрическому расположению проводников, их магнитные поля взаимно компенсируются. Это минимизирует потери и делает такой кабель более защищенным от внешних влияний.

Заключение

Экранирование решает различные задачи в зависимости от типа кабеля. В случаях с силовыми кабелями на среднее и высокое напряжение, а также в случае с коаксиальным кабелем, экран является обязательным элементом штатной работы линии. В остальных ситуациях, экранирование применяется для повышения помехозащищенности цепи и минимизации воздействия линии на близлежащие сети.

Специалисты ООО ОКП «ЭЛКА-Кабель» всегда готовы предоставить консультацию и помочь с выбором оптимальной конструкции кабеля и экрана.

Шишкин Дмитрий Андреевич;

Давыдова Виктория Андреевна;

Тел.: +7 (342) 273-77-50 доб. 2091

Моб.: +7 (922) 387-77-04
E-mail: sda@okp-perm.ru

Предыдущая новость

Следующая новость