Шляхи забезпечення коефіцієнту згасання у межах нормованих значень кабелів на основі одинокої екранованої крученої пари для промислових мереж Ethernet

Abstract

В останні роки в концепції Industry 4.0 та IioT спостерігається інтенсивний перехід промислових мереж на провідну передачу даних на базі сімейства технологій Ethernet. Наведена хронологія розроблення міжнародних стандартів промислового Ethernet та відповідних кабелів на основі кручених пар доводить перспективність застосування одинокої крученої пари з можливістю передачі сигналу живлення, що значно знижує кількість, вагу та вартість кабелів у мережі. Відповідно до міжнародних стандартів на кабелі для промислового Ethernet екрановані рішення на основі одинокої екранованої крученої пари повинні забезпечувати передачу цифрових сигналів в діапазоні частоти до 20 МГц на відстань до 1 кілометра. Необхідність застосування екранованої крученої пари обумовлена умовами експлуатації при дії сильних електромагнітних завад. Виконаний аналітичний огляд наукових публікацій показує, що екрановані конструкції кабелів мають підвищенні значення робочої ємності. На підставі чисельного моделювання електричного поля у крученій парі визначено значення робочої ємності залежно від конструктивного виконання екрану. Показано, що екранована кручена пара має значно більші (на 80 %) значення робочої ємності порівняно з неекранованою за умови однакової товщини ізоляції, екрану та захисної полімерної оболонки. Обґрунтовано ефективність застосування двошарового алюмополімерного екрану. Доведено, що варіювання товщини та діелектричної проникності матеріалу плівки екрану дозволяють оптимізувати конструкцію кабелю для забезпечення менших значень робочої ємності порівняно з неекранованою парою. На підставі чисельних розрахунків показано, що при розташуванні двошарового екрану плівкою назовні робоча ємність суттєво зростає та не відрізняється від ємності екранованої суцільним металевим екраном. Обґрунтованість та адекватність виконаних чисельних розрахунків робочої ємності кручених пар підтверджено експериментальними результатами вимірювань коефіцієнту згасання в діапазоні частоти до 20 МГц неекранованої та екранованої двошаровим ламінованим екраном крученої пари.