Контрольный кабель выбирают по назначению цепей, количеству и сечению жил, напряжению, уровню электромагнитных помех, механическим воздействиям, условиям прокладки и требованиям пожарной безопасности. Сначала составляют перечень сигналов и цепей, затем подбирают конструкцию и исполнение.
Для контрольно-измерительных приборов и промышленной автоматики (далее — КИПиА) нет одной марки, подходящей для любых соединений. Дискретная цепь управления, аналоговый сигнал датчика, питание исполнительного механизма и цифровой интерфейс могут предъявлять разные требования к конструкции линии. Поэтому подбор начинают не с вопроса «нужен ли экран», а с функциональной схемы, перечня сигналов и кабельного журнала.
Где применяются контрольные кабели
Контрольные кабели применяют для стационарного присоединения электрических приборов и аппаратов в цепях управления, контроля и сигнализации. На промышленном предприятии такие линии используются между шкафами автоматики, полевыми приборами, исполнительными механизмами, релейной аппаратурой и другими элементами системы.
Контрольный кабель может входить в состав КИПиА, автоматизированной системы управления технологическим процессом (далее — АСУ ТП), диспетчеризации, технологической сигнализации, блокировок и других систем. Однако понятие «кабель для КИПиА» очень широкое. Не каждый сигнал можно передавать обычным многожильным контрольным кабелем.
Цепи управления
В цепях управления кабель передает команды между контроллерами, реле, пускателями, конечными выключателями, клапанами и другими устройствами.
При выборе необходимо знать рабочее напряжение, максимальный ток, количество проводников, длину трассы и параметры конечного устройства. Если линия питает катушку контактора, реле или электромагнитного клапана, нужно проверить, достаточно ли напряжения на удаленном устройстве с учетом сопротивления проводников.
Для короткой цепи небольшой мощности падение напряжения может быть несущественным, а на длинной трассе этот критерий способен стать определяющим при выборе сечения.
Сигнализация и измерение
Контрольные кабели используют в цепях технологической и аварийной сигнализации, блокировок, контроля положения и других дискретных сигналов.
Для измерительных каналов необходимо определить принцип передачи сигнала. Сухой контакт, токовая петля 4–20 мА, сигнал термопары, датчик сопротивления и цифровой интерфейс требуют разного подхода.
Для части стандартных сигналов КИПиА контрольный кабель подходит, если это допускают проект и документация оборудования. Но для термопар, чувствительных низкоуровневых сигналов и ряда цифровых интерфейсов могут требоваться специализированные изделия.
Автоматика и диспетчеризация
В АСУ ТП кабельные линии соединяют полевые устройства, шкафы автоматики, промежуточные коробки и другие компоненты.
Особенно важно разделять дискретные, аналоговые и цифровые линии. Для цифровых интерфейсов недостаточно выбрать нужное количество жил и добавить экран. Могут иметь значение конструкция пары, волновое сопротивление, емкость и другие характеристики.
Например, для RS-485 и других интерфейсных линий тип кабеля следует выбирать по требованиям стандарта интерфейса и документации оборудования. Контрольный кабель с медными жилами, изоляцией из поливинилхлоридного пластиката и оболочкой из поливинилхлоридного пластиката, без защитного покрова и контрольный кабель с медными жилами, изоляцией и оболочкой из поливинилхлоридного пластиката, с экраном, без защитного покрова (далее — КВВГ и КВВГЭ) нельзя автоматически считать заменой специализированного кабеля связи.
Какие исходные данные нужны для выбора
Основой выбора становится перечень сигналов и кабельный журнал. В них фиксируют начало и конец линии, назначение цепи, количество проводников, длину трассы и требования к конструкции.
| Параметр | Что необходимо определить |
|---|---|
| Назначение цепи | Управление, сигнализация, измерение, питание |
| Подключаемые устройства | Типы приборов и аппаратов |
| Напряжение | Рабочее напряжение цепи |
| Ток | Максимальная расчетная нагрузка |
| Количество проводников | По электрической схеме |
| Резервные жилы | По требованиям проекта |
| Сечение | По току, длине и падению напряжения |
| Длина трассы | Для электрического расчета и заказа |
| Электромагнитная обстановка | Источники и уровень возможных помех |
| Экран | Необходимость определяется проектом |
| Механические воздействия | Для оценки необходимости брони |
| Способ прокладки | Лоток, канал, помещение, наружная трасса |
| Пожарные требования | Требуемое исполнение |
| Климатические условия | Температура и климатическое исполнение |
Типы подключаемых устройств
Сначала составляют перечень полевого и шкафного оборудования: датчики, преобразователи, конечные выключатели, реле, клапаны, приводы, шкафы автоматики.
Затем для каждого подключения определяют электрическую схему. Одному устройству может требоваться только пара сигнальных проводников, другому — отдельные линии питания и сигнала.
Поэтому число подключаемых устройств нельзя напрямую преобразовать в количество жил.
Нужно учитывать и требования производителя оборудования. Если в инструкции указаны определенное сечение, экран, тип пары или ограничение сопротивления линии, эти параметры становятся частью проектных исходных данных.
Количество сигналов и резервных жил
Количество жил определяет схема подключения.
Для каждой цепи устанавливают:
- число рабочих проводников;
- наличие общего проводника;
- необходимость отдельного питания;
- защитные проводники, если они предусмотрены;
- возможность размещения нескольких цепей в одном кабеле;
- требуемый резерв.
После этого выбирают серийную конструкцию с подходящим количеством жил.
Длина и конфигурация трассы
Длина определяет не только метраж заказа. Она влияет на сопротивление проводников и падение напряжения.
На протяженной линии важно проверить, сохранится ли требуемое напряжение на исполнительном устройстве или допустимая нагрузка измерительной петли.
Одновременно анализируют маршрут. Особое внимание требуется, если контрольная линия проходит рядом с силовыми кабелями, электродвигателями, преобразователями частоты, трансформаторами и коммутационной аппаратурой.
Как определить количество жил
Подбор числа жил начинается со схемы, а не с каталога производителя.
В каталоге контрольных кабелей «Людиновокабель» представлены конструкции с различным количеством жил, включая 4, 5, 7, 10, 14, 19, 27 и 37 жил. Серийный ряд позволяет подобрать кабель для разных схем, однако конкретное число жил должно быть рассчитано заранее.
Рабочие и общие проводники
Количество рабочих жил определяется электрической схемой.
Если несколько каналов используют общий проводник, число жил может быть меньше простого удвоения количества сигналов. Но объединять цепи ради экономии кабеля можно только тогда, когда такая схема предусмотрена проектом и допустима характеристиками оборудования.
Нужно также учитывать функциональное разделение. Разные типы сигналов не всегда целесообразно или допустимо объединять в одном многожильном кабеле.
Резерв на модернизацию
Резерв особенно полезен на протяженных и труднодоступных трассах, где повторная прокладка потребует значительных затрат.
Однако слишком большой резерв увеличивает наружный диаметр, массу и стоимость кабеля. Поэтому проектировщик должен найти баланс между возможностями будущей модернизации и рациональностью конструкции.
Свободные жилы желательно фиксировать в кабельном журнале и исполнительной документации. Это упрощает дальнейшую эксплуатацию.
Ограничения многожильных конструкций
Принцип «чем больше жил в одном кабеле, тем лучше» не работает.
С увеличением числа жил растут диаметр и масса, усложняются разделка, маркировка и монтаж. Кроме того, размещение большого количества цепей в одном кабеле может осложнить диагностику и ремонт.
Как выбрать сечение жил
Универсального сечения для КИПиА нет. Значение выбирают по электрической нагрузке, длине линии, сопротивлению проводников, механическим требованиям и параметрам подключаемого оборудования.
Ток цепи и длина
Сечение должно выдерживать расчетный ток без недопустимого нагрева.
При этом в маломощных цепях автоматики ограничивающим фактором часто становится не токовая нагрузка, а сопротивление длинной линии.
В упрощенном виде сопротивление проводника определяется зависимостью:
R = ρ × L / S,
где:
- R — сопротивление;
- ρ — удельное сопротивление материала;
- L — длина проводника;
- S — площадь его поперечного сечения.
При увеличении длины сопротивление растет, а при увеличении сечения уменьшается.
Поэтому одинаковая цепь на 20 и 500 м может потребовать разных проектных решений.
Механическая прочность
Электрического расчета недостаточно. Жила должна быть пригодна для монтажа и подключения.
Нужно учитывать размер клемм, наконечников, кабельных вводов, условия разделки и требования оборудования.
Избыточное увеличение сечения также нежелательно: увеличиваются наружный диаметр и минимально допустимый радиус изгиба, требуется больше места в шкафах и кабельных сооружениях.
Падение напряжения в цепях управления
Для двухпроводной цепи постоянного тока падение напряжения можно представить как:
ΔU = I × Rлинии,
где сопротивление линии учитывает полный путь тока по рабочим проводникам.
Если кабель питает катушку реле или электромагнитный клапан, необходимо проверить напряжение непосредственно на устройстве. Требуемый диапазон берут из технической документации.
Для токовой петли 4–20 мА проверяют допустимое сопротивление всей нагрузки петли. В него входят кабель, входное устройство и другие элементы схемы. Если сопротивление становится слишком большим, передатчик не сможет поддерживать требуемый ток во всем диапазоне.
Когда необходим экран
Экран нужен не каждому контрольному кабелю. Его необходимость определяется чувствительностью сигнала и электромагнитной обстановкой.
Источники электромагнитных помех
На промышленном объекте помехи могут создавать:
- силовые кабели;
- электродвигатели;
- преобразователи частоты;
- трансформаторы;
- коммутационные аппараты;
- импульсные источники питания;
- другое силовое и электронное оборудование.
Чувствительность к этим воздействиям зависит от типа сигнала, частоты, длины линии и схемы подключения.
Поэтому нельзя автоматически решить проблему помех только заменой обычного кабеля на экранированный. Необходимо оценивать всю систему электромагнитной совместимости.
Общий экран и условия его подключения
КВВГЭ отличается от КВВГ наличием экрана. Такая конструкция применяется, когда проект предусматривает снижение влияния электромагнитных воздействий на передаваемые сигналы.
Однако экран эффективен только как часть правильно спроектированной системы.
Результат зависит от:
- конструкции экрана;
- непрерывности экранирования;
- расположения линии;
- системы уравнивания потенциалов;
- способа подключения экрана;
- характера и частоты помех.
Когда нужна броня
Экран и броня выполняют разные функции. Экран относится прежде всего к электромагнитной совместимости, броня повышает механическую защищенность конструкции.
Риск механического повреждения
Бронированный контрольный кабель рассматривают для трасс, на которых возможны механические воздействия и проектом не предусмотрена достаточная защита другим способом.
К таким условиям могут относиться отдельные наружные и промышленные трассы, участки с повышенным риском повреждения и другие ситуации, предусмотренные проектом.
Контрольный кабель с медными жилами, изоляцией из поливинилхлоридного пластиката, броней из стальных лент и защитным шлангом из поливинилхлоридного пластиката. (далее — КВБбШв) относится к бронированным контрольным кабелям. Наличие брони позволяет использовать конструкцию там, где требуется дополнительная механическая защита.
Способ прокладки трассы
Потребность в броне оценивают с учетом всего маршрута:
- помещения или открытой территории;
- кабельного лотка, короба или трубы;
- риска ударов и других механических воздействий;
- условий кабельных сооружений;
- климатических факторов;
- требований проекта.
Броня не является обязательной только потому, что линия находится на промышленном предприятии. Если трасса надежно защищена строительными или кабельными конструкциями, проект может предусматривать небронированный кабель.
Как выбрать пожарное и климатическое исполнение
После выбора электрической конструкции проверяют требования пожарной безопасности и условия эксплуатации.
Обозначения выполняют разные функции:
- нг(А) связано с нераспространением горения при групповой прокладке в соответствующей категории испытаний;
- LS указывает на пониженное дымо- и газовыделение;
- FRLS обозначает огнестойкое исполнение с пониженным дымо- и газовыделением;
- ХЛ относится к климатическому исполнению для холодного климата в установленных для конкретного изделия условиях.
Эти характеристики нельзя ранжировать по принципу «простое — хорошее — лучшее». Каждое исполнение выбирают под требования конкретного объекта.
Марки КВВГ, КВВГЭ и КВБбШв в каталоге
Различия основных конструкций удобнее рассматривать по назначению дополнительных элементов.
| Марка | Особенность | Когда рассматривают |
|---|---|---|
| КВВГ | Базовая небронированная конструкция без экрана | Для стационарных контрольных цепей без требования к экрану и броне |
| КВВГЭ | Имеет экран | Когда требуется защита сигнальных цепей от электромагнитных воздействий |
| КВБбШв | Имеет броню | При необходимости дополнительной механической защиты |
| КВВГнг(А) | Исполнение по нераспространению горения | Для соответствующих требований при групповой прокладке |
| КВВГнг(А)-LS | Пониженное дымо- и газовыделение | По требованиям пожарной безопасности проекта |
| КВВГнг(А)-FRLS | Огнестойкое малодымное исполнение | Для линий с требованиями сохранения работоспособности при пожаре |
КВВГЭ нельзя считать «улучшенным КВВГ» во всех отношениях, а КВБбШв — автоматически более надежным вариантом. Это разные конструкции для разных условий эксплуатации.
Доступные марки, число жил и сечения можно предварительно проверить в каталоге контрольных кабелей «Людиновокабель». Нормативную основу выпуска конкретной марки следует дополнительно сопоставить с разделом «ГОСТы и стандарты» и проектной документацией.
Как составить заявку производителю
Правильная заявка формируется после завершения кабельного журнала.
Предположим, требуется линия между шкафом автоматики и группой полевых устройств. Проектировщик определил:
- назначение сигналов;
- рабочее напряжение;
- количество рабочих жил;
- резерв;
- сечение;
- требования к экрану;
- необходимость или отсутствие брони;
- пожарное исполнение;
- климатическое исполнение;
- длину.
После этого можно сформировать строку спецификации, например:
КВВГЭнг(А)-LS 10 × 1,5 мм², 0,66 кВ — 420 м.
Это только пример формата записи, а не рекомендация конкретной марки или сечения.
В запросе производителю желательно указать:
- полную марку либо требования к конструкции;
- количество жил;
- сечение жил;
- номинальное напряжение;
- необходимость экрана;
- необходимость брони;
- пожарное исполнение;
- климатическое исполнение;
- общую длину;
- строительные длины;
- нормативный документ или требования проекта.
Если точная марка еще не определена, можно передать производителю условия применения и требуемые параметры конструкции. Однако производитель не должен вместо проектировщика определять электрическую схему и количество необходимых проводников.
Ошибки при выборе
- Начинать подбор с экрана. Сначала определяют назначение цепи, схему и количество проводников.
- Считать любой кабель КИПиА экранированным. Для части цепей экран не требуется, а для других общего экрана недостаточно.
- Определять число жил по числу датчиков. Количество проводников зависит от электрической схемы каждого устройства.
- Использовать фиксированный процент резервных жил. Резерв определяется требованиями проекта и эксплуатации.
- Выбирать сечение только «по привычке». Нужно учитывать ток, длину, сопротивление линии и требования оборудования.
- Использовать обычный контрольный кабель для любого цифрового интерфейса. Для сетевых линий могут быть нормированы специальные электрические параметры.
- Путать экран и броню. Экран уменьшает электромагнитное воздействие, броня обеспечивает дополнительную механическую защиту.
- Считать броню обязательной для любой наружной трассы. Необходимость определяется фактическими условиями прокладки.
- Игнорировать расположение силовых кабелей. Трасса может влиять на электромагнитную обстановку и устойчивость чувствительных сигналов.
- Выбирать FRLS без требований проекта. Огнестойкость необходима для конкретных функциональных линий, а не для любой системы автоматики.
- Передавать поставщику неполное обозначение. Запись «КВВГ 10 жил» не определяет сечение, напряжение, исполнение и длину.
Частые вопросы
Нужно указать марку или требования к конструкции, число и сечение жил, номинальное напряжение, необходимость экрана и брони, пожарное и климатическое исполнение, длину и требования к строительным длинам.
Такой подход позволяет выбрать контрольный кабель для КИПиА и промышленной автоматики по реальным условиям работы цепи, а не по одному признаку. Сначала проектировщик формирует электрические требования, затем сопоставляет их с доступными конструкциями в каталоге контрольных кабелей и нормативной документацией. После этого можно составлять полноценную заявку производителю с количеством жил, сечением, исполнением и строительной длиной.
