shadow png

Огнестойкие кабели для высокоскоростной передачи данных

НПП «Спецкабель» представляет новую уникальную серию огнестойких кабелей КСБ и КСБГ для современных интегрированных систем АСУ ТП и комплексной безопасности нефтегазовой, атомной, военно-промышленной и других отраслей. Новые кабели призваны обеспечить работу систем в течение заданного времени в условиях пожара и являются «огнестойким воплощением» широко известной серии интерфейсных кабелей КИПЭ и КИПвЭ для RS-485 и серии кабелей для сетей Profibus, Foundation Fieldbus, LonWorks. Нормируемые высокочастотные параметры кабелей и их конструктивные исполнения позволяют проектировщику системы сделать правильный выбор и подобрать требуемый кабель под различные протоколы высокоскоростной передачи данных на большие расстояния и для различных условий эксплуатации.

По своим основным характеристикам и охватываемой области применения кабели практически не имеют аналогов, сертифицированы в области пожарной безопасности, системе ГОСТ Р и доступны для заказа уже сейчас.

Активное развитие нефтяной и газовой отрасли и связанная с этим модернизация производства привели к тому, что в настоящее время на большинстве промышленных предприятий нефтегазового комплекса функционируют современные разветвлённые структурированные системы управления технологическими процессами с высокоскоростной передачей данных. Данные системы позволяют контролировать, оптимизировать и управлять технологическими процессами из единого центра управления. Связь между удалёнными объектами управления и центром управления осуществляется по кабелям промышленного интерфейса, причём современные линии связи должны быть широкополосными, чтобы обеспечить необходимую скорость приёма-передачи данных, а также сигналов управления.

Огнестойкие кабели для высокоскоростной передачи данных в современных системах безопасности и автоматизации

Учитывая специфику предприятий нефтегазового комплекса, к кабелям промышленного интерфейса предъявляются особые требования и, в первую очередь, по пожаровзрывобезопасности. Построение современных автоматизированных систем управления технологическими процессами на предприятиях нефтегазового комплекса в особой степени должно учитывать требования Федерального закона № 123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» , вступившего в действие с 1 мая 2009 года. В соответствии с Техническим регламентом , промышленные объекты должны иметь систему противопожарной защиты, причём для нефтегазовых предприятий эта система должна быть интегрирована с АСУ ТП предприятия.

При возникновении очага пожара, по команде системы пожарной сигнализации АСУ ТП необходимо завершить технологические процессы, и, в первую очередь, пожароопасные. Завершение технологических процессов должно происходить быстро, но в штатном режиме, поэтому линии связи АСУ ТП должны обеспечить на это время надёжную работу всех устройств и механизмов. Кроме того, на некоторых предприятиях имеются технологические процессы непрерывного цикла, остановка которых может привести к большим потерям. Например, в случае пожара, возникает необходимость срочного отключения технологического оборудования налива нефти.

Огнестойкие кабели для высокоскоростной передачи данных в современных системах безопасности и автоматизации

Проектирование современных систем противопожарной защиты должно проводиться в соответствии с Техническим регламентом , а также сводами правил и стандартами пожарной безопасности, вступивших в действие в 2009-2010 годах на территории РФ, среди которых для кабельных изделий основными являются СП 5.13130.2009, СП 6.13130.2009, ГОСТ Р 53315-2009 и ГОСТ Р 53316-2009. Новые нормативные документы предписывают линиям связи сохранение работоспособности в условиях пожара в течение всего времени эвакуации и пожаротушения, то есть, по сути, быть им огнестойкими, что реализуется применением огнестойкого кабеля. При этом некоторыми документами это требование установлено напрямую (кабели должны быть в исполнении FRLS, FRHF).

Перспективными системами противопожарной защиты являются автоматизированные, в том числе адресные, системы, использующие различные интерфейсы связи устройств, среди которых выделяется наиболее распространенный промышленный интерфейс — RS-485 , зачастую являющийся средой передачи таких распространенных в АСУ ТП протоколов передачи данных, как Profibus, LonWorks, ModBus, CAN, BACNet и прочих. Технические средства таких систем (извещатели, датчики, приемно-контрольные приборы, блоки индикации и проч.) способны работать в настоящее время на скоростях передачи данных от десятков до сотен килобит в секунду (с составляющими передаваемого сигнала до нескольких десятков мегагерц), что предъявляет более высокие требования к среде передачи.

Таким образом, на каждом участке связи систем пожарной безопасности должны применяться кабели для высокоскоростной передачи цифровых и аналоговых сигналов в огнестойком исполнении, что предполагает следующий подход к выбору таких кабелей. Они должны иметь нормированные характеристики среды передачи и быть способными надежно и с высокой скоростью передавать данные на максимально возможное расстояние, как в дежурном режиме работы системы, так и в условиях пожара.

В связи с вышесказанным, понятен особый интерес у проектировщиков АСУ ТП нефтегазового комплекса к новой запатентованной серии огнестойких кабелей промышленного интерфейса серий КСБ и КСБГ, разработанных НПП «Спецкабель». Данные кабели могут успешно применяться не только в системах противопожарной защиты, но и в АСУ ТП, обеспечивая надёжную работу систем управления во время пожара на удалённых объектах управления. Они позволяют штатно завершить технологический процесс, предотвратить поломку оборудования, сохранить продукцию.

Новая серия кабелей может успешно работать в реализации симметричного интерфейса передачи данных по протоколам Profibus, ModBus, CAN, LonWorks, BACNet и др. на частотах до 1 МГц и выше . Одним из преимуществ разработанной серии кабелей, является разнообразие конструкций, обеспечивающее работу интерфейсных линий в различных условиях:

  • при прокладке в помещении и на открытом воздухе;
  • во взрывоопасных зонах;
  • в земле;
  • в условиях повышенной вибрации и ударов;
  • в атмосфере, содержащей продукты нефтепереработки;
  • в условиях повышенных электромагнитных помех и т.д.

Новая серия огнестойких интерфейсных кабелей изготавливается по ТУ 16.К99-037-2009 (КСБ — с сердечником из скрученных пар однопроволочных жил) и ТУ 16.К99-040-2009 (КСБГ — с сердечником из скрученных пар многопроволочных жил).

Кабель марки КСБнг(A)-FRLS

Основная конструкция серии кабелей по ТУ 16.К99-037-2009 — марки КСБнг(A)-FRLS (в оболочке из ПВХ пластиката пониженной пожароопасности) или марки КСБнг(A)-FRHF (в оболочке из безгалогенной полимерной композиции) включает в себя изолированные кремнийорганической резиной медные однопроволочные жилы диаметром 0,64×1,78 мм (эквивалентно сечениям 0,35×2,5 мм2), скрученные в пару (пары) совместно с полиимидной пленкой, и общий экран из ламинированной алюминиевой фольги с контактным проводником.

Кабели данной конструкции, в зависимости от диаметра жил, в диапазоне частот 31,25 кГц ÷ 1 МГц имеют номинальное волновое сопротивление 120; 100; 80 или 60 Ом, коэффициент затухания — от 0,21 до 2,30 дБ/100м, электрическую емкость пар — от 70 до 95 пФ/м; число пар — от 1 до 40.

Кабель марки КСБГнг(A)-FRLS

Наличие слоя полиимидной плёнки между изолированными жилами пары позволяет гарантировать сохранение высокого уровня сопротивления изоляции в течение всего срока службы кабеля, даже в условиях повышенной радиации. Более того, полиимидная пленка характеризуется хорошей стойкостью к органическим растворителям, маслам и разбавленным кислотам, обладает исключительно низкой газопроницаемостью, достаточной для защиты резины от воздействия кислорода воздуха. Несмотря на недостаточную стойкость к щелочам и перегретому пару, под действием которых она гидролизуется, электрические показатели даже увлажненной полиимидной пленки остаются на достаточно высоком уровне.

Основная конструкция серии кабелей по ТУ 16.К99-040-2009 — марки КСБГнг(A)-FRLS (в оболочке из ПВХ пластиката пониженной пожароопасности) или марки КСБГнг(A)-FRHF (в оболочке из безгалогенной полимерной композиции) включает в себя изолированные кремнийорганической резиной медные семипроволочные жилы диаметром 0,78÷2,00 мм (эквивалентно сечениям 0,35÷2,5 мм2), скрученные в пару (пары) совместно с полиимидной пленкой, выполняющей указанные выше функции, поясную изоляцию и общий экран из ламинированной алюминиевой фольги и оплетки из медных луженых проволок с контактным проводником. По требованию заказчика возможно изготовление кабелей с лужеными медными жилами повышенного класса гибкости. Кабели данной конструкции, в зависимости от диаметра жил, в диапазоне частот 31,25 кГц ÷ 1 МГц имеют номинальное волновое сопротивление 140; 120; 100 или 80 Ом, коэффициент затухания — от 0,20 до 2,20 дБ/100м, электрическую емкость пар — от 60 до 85 пФ/м; число пар — от 1 до 10.

Поясная изоляция кабелей серии КСБГ обеспечивает не только заданные электрические характеристики, но также придает конструкции максимально круглую форму , что является важным фактором для герметичных уплотнителей в проходках взрывоопасных зон, и создаёт дополнительный барьер проникновению влаги в сердечник кабеля. Двойной экран данной серии обеспечивает эффективность ослабления внешнего электромагнитного поля более чем на 75 дБ.

Кабели обеих серий могут быть изготовлены с броней в виде оплетки из стальных оцинкованных проволок и защитным шлангом поверх него (марки КСБКнг(A)-FRLS, КСБКнг(A)-FRHF и КСБГКнг(A)-FRLS, КСБГКнг(A)-FRHF), что обеспечивает им гибкость, повышенную механическую, электромагнитную устойчивость и защиту от грызунов. Для взрывоопасных зон допускается их прокладка в грунтах I-III категорий.

Бронированные кабели

Кроме того, возможно изготовление кабелей повышенной пожаростойкости (марки КСБСнг(A)-FRLS, КСБСнг(A)-FRHF, КСБСКнг(A)-FRLS, КСБСКнг(A)-FRHF и КСБГСнг(A)-FRLS, КСБГСнг(A)-FRHF, КСБГСКнг(A)-FRLS, КСБГСКнг(A)-FRHF), в которых поверх каждой скрученой пары изолированных жил применена специальная огнестойкая стеклослюдянитовая лента, выполняющая роль дополнительного механического и огнестойкого бандажа, что придает конструкции кабеля повышенную устойчивость к вибрациям и ударам в условии пожара. Коэффициент затухания и электрическая емкость кабелей с дополнительной стеклослюдянитовой лентой заметно ниже, чем у кабелей без ленты, что позволяет увеличить максимальную дальность передачи данных.

Огнестойкие кабели повышенной пожаростойкости

Все кабели серии КСБ и КСБГ с индексом «FRLS» имеют пониженное до 50 % дымо- и газовыделение и класс пожарной опасности П1.1.2.2.2 в соответствии с ГОСТ Р 53315-2009, полностью удовлетворяют требованиям нормативных документов «Технического регламента о пожарной безопасности», в т.ч. установленным в ГОСТ Р 53315-2009 п.5.3 ПРГП 1 (категория А по нераспространению горения при групповой прокладке), п.5.8 ПО 1 (по огнестойкости в течение 180 минут), имеют сертификат соответствия требованиям «Технического регламента о пожарной безопасности» и соответствия ГОСТ Р. По уровню токсичности газообразных продуктов, выделяющихся при горении кабеля, относятся к умеренноопасным. Эксплуатируются в помещениях или закрытых объёмах (коробах, трубах). Температурный диапазон эксплуатации кабелей с индексом «FRLS» — от минус 50 °С до плюс 70 °С, срок службы — не менее 30 лет.

Кабели с индексом «FRHF» имеют пониженное до 25 % дымо- и газовыделение и класс пожарной опасности П1.1.1.2.1, полностью удовлетворяют требованиям нормативных документов «Технического регламента о пожарной безопасности», в т.ч. п.5.3 ГОСТ Р 53315-2009 (ПРГП 1, категория А), п.5.8 (ПО 1) и имеют соответствующие сертификаты. При горении не выделяют галогенсодержащих кислот, по уровню токсичности продуктов дымогазовыделения относятся к умеренноопасным. Эксплуатируются в помещениях или закрытых объёмах (коробах, трубах). По отдельному заказу изготавливаются в исполнении для эксплуатации на открытом воздухе. Оболочка и защитный шланг из безгалогенной композиции обладают повышенной маслобензостойкостью. Температурный диапазон эксплуатации кабелей с индексом «FRHF» — от минус 60 °С до плюс 70 °С, срок службы — не менее 40 лет.

Допустимый радиус изгиба кабелей при прокладке — не менее 10 наружных диаметров кабеля для кабелей без брони и не менее 15 наружных диаметров для кабелей с броней. Номинальное рабочее напряжение переменного тока — 300 В (ведется работа по повышению до 500 В для кабелей серии КСБГ). Из дополнительных характеристик, имеющих значение для кабелей, применяемых для «искробезопасных» цепей во взрывоопасных зонах можно выделить индуктивность кабелей — не более 1 мГн/км (0,5 ÷ 0,8 мГн/км) и отношение L/R — в пределах 15 ÷ 50 мкГн/Ом, в зависимости от конструкции кабелей.

Кабели обладают достаточной радиационной, химической и озоностойкостью в сочетании с минимально достижимым уровнем потерь (коэффициентом затухания) и необходимым набором электрических параметров, так как огнестойкая кремнийорганическая резина относительно устойчива к атмосферным воздействиям, озону и кислороду, поскольку её основой является озоностойкий каучук. Более того, огнестойкие кабели с однослойной изоляцией из керамообразующей силиконовой резины (серий КСБ, КСБГ, а также КПСЭ, КПСЭС) являются оптимальным вариантом кабелей для высокоскоростной передачи данных в промышленных сетях безопасности и автоматизации. Электрические свойства (диэлектрическая проницаемость и коэффициент диэлектрических потерь) кремнийорганической резины достаточны для обеспечения приемлемых высокочастотных характеристик передачи (коэффициент затухания, электрическая емкость, волновое сопротивление) при сохранении небольших габаритных размеров кабелей. К тому же, особая запатентованная технология скрутки изолированных жил с полиимидной пленкой дает эффект скрепления жил между собой данной пленкой, обеспечивающий постоянство симметрии пары, что, в свою очередь, приводит к уменьшению потерь, обусловленных отражениями и фазовыми искажениями сигнала.

Следует отметить преимущества предложенных конструкций кабелей от других известных конструктивных решений, обеспечивающих огнестойкость. Имеется в виду сравнение с известными конструкциями огнестойких кабелей с двухслойной изоляцией в виде подмотки стеклослюдянитовой лентой или оплетки стеклонитью по жиле со вторым слоем полимерной изоляции. Так, в условиях воздействия огня электрические свойства кабелей с резиновой изоляцией менее подвержены изменению, чем у кабелей с двухслойной изоляцией, вследствие деструкции и выгорания полимерного слоя последних. В то же время, керамообразующая структура однослойной резиновой изоляции при воздействии огня изменяется не сильно, как по электрическим, так и геометрическим параметрам. Кабели с огнестойкой резиновой изоляцией более удобны для монтажа, как по гибкости, так и по разделке. Удобней производить заделку гибких кабелей с однослойной концентрической изоляцией, чем счищать с жил осыпающиеся слюдяные слои. В конечном итоге, сочетание эксплуатационных, массогабаритных, и ценовых показателей кабелей с огнестойкой резиновой изоляцией является отличным компромиссом среди кабелей прочих конструкций.

Всё сказанное выше о кабелях серий КСБ и КСБГ справедливо не только для нефтегазовой, но также и других отраслей промышленности, где необходима высокоскоростная передача данных в условиях повышенной пожаровзрывоопасности и негативного воздействия окружающей среды, в том числе военно-промышленного комплекса и атомных электростанций. Так, в условиях накопления радиационной дозы в гермозоне атомной станции, повышение радиационной стойкости кремнийорганической резины достигается путем защиты изоляции от свободного доступа кислорода воздуха, способствующего разрушению резины при ее эксплуатации. В качестве защитного слоя изоляции токопроводящих жил использована полиимидная пленка, которая имеет более высокую, чем у кремнийорганической резины, радиационную стойкость и непроницаема для молекул кислорода. Ее высокая радиационная стойкость обеспечивает защиту и целостность изоляции в течение всего срока службы кабеля при работе в условиях повышенной радиации. Пленка сохраняет достаточную эластичность после воздействия гамма-излучения 4,16•107 Гр и 50% первоначального удлинения после облучения потоком электронов 6-10 Гр.

Помимо прочего, по конструктивным и эксплуатационным признакам кабели серии КСБГ могут стать хорошей альтернативой, так называемым, кабелям «универсальным» огнестойкого исполнения, а также кабелям, выполненным в соответствии с европейским стандартом EN 50288-7 и международными стандартом МЭК 60092-375 и ГОСТ Р МЭК 60245-1.

В заключении стоит отметить, что в целом рассмотренная новая серия кабелей (КСБ и КСБГ) обладает следующими очевидными преимуществами:

  1. Высокочастотные параметры кабелей нормированы и контролируемы, что позволяет, в зависимости от диаметра токопроводящих жил, подобрать требуемый кабель под различные протоколы передачи данных, применяемые в современных высокоскоростных системах управления технологическими процессами, противопожарной защиты и прочих интегрированных комплексных систем безопасности. К тому же, данные кабели призваны обеспечить работу указанных систем в течение заданного времени в условиях воздействия огня.
  2. Конструктивные исполнения новых кабелей позволяют проектировщику системы сделать правильный выбор для различных условий эксплуатации, обеспечивая при этом весьма существенные сроки службы кабелей.
  3. Кабели серии КСБ и КСБГ являются «огнестойким воплощением» широко известной серии интерфейсных кабелей КИПЭ и КИПвЭ по ТУ 16.К99-008-2001 и ТУ 16.К99-025-2005 для RS-485, серии кабелей для сетей Profibus и Foundation Fieldbus по ТУ 16.К99-012-2003 и ТУ 16.К99-027-2005, а также других серий кабелей для сетей передачи данных, разработанных НПП «Спецкабель».
  4. По своим основным характеристикам и охватываемой области применения практически не имеют аналогов, сертифицированы в области пожарной безопасности, системе ГОСТ Р и доступны для заказа уже сейчас!