Kabel ekranowany — co to jest?

Czy rozglądasz się właśnie za kablem, który sprawdzi się nawet w sytuacji, w której urządzenie otoczone jest przez sporą ilość sprzętu generującego liczne zakłócenia? W takim razie zachęcamy do pogłębienia wiedzy o to, czym jest kabel ekranowany. 

Kabel tego rodzaju stosowany jest przez profesjonalistów na całym świecie, którym zależy na najwyższej jakości przesyłu sygnału. Sprawdź, w jaki sposób konstruowany jest przewód ekranowany i w jaki sposób chroni sygnał przed zakłóceniami.

Czego dowiesz się na temat kabli ekranowanych z tego artykułu?  

Czy „przewód ekranowany” brzmi dla Ciebie niczym czarna magia? Ten artykuł będzie więc idealną lekturą, gdyż dowiesz się z niego:

• Jak skonstruowany jest kabel ekranowany.
• Przed jakimi zakłóceniami chroni.
• Gdzie się stosuje kable ekranowane.
• Na co zwracać uwagę, by mieć pewność, że kupujemy kabel zapewniający odpowiednie ekranowanie.

Nie mamy wątpliwości, że po paru minutach spędzonych na lekturze tego wpisu będziesz orientował się w tym, na czym polega ekranowanie przewodów sygnałowych, kiedy wybrać kabel ekranowany a nieekranowany, oraz będziesz w stanie zadecydować czy lepsza jest skrętka ekranowana, czy nieekranowana.

Kabel ekranowany — co to znaczy?

Czym są więc przewody ekranowane? To specjalne warianty kabli, które zostały wyposażone w dodatkową warstwę ochronną. Ta warstwa to właśnie ekran przewodu, któremu kable ekranowane zawdzięczają swoją nazwę. 

Ekran najczęściej wykonany jest z folii metalowej (np. miedź albo aluminium), istnieją też warianty z oplotu drucianego. Ekran kabla ma za zadanie chronić przewody przed różnego rodzaju zakłóceniami. W ten sposób zagwarantowana jest wysoka jakość przekazywanego sygnału, nawet w przypadku miejsc szczególnie narażonych na wpływ zakłóceń.

Budowa przewodów ekranowanych

Orientujesz się już co do ogólnej budowy przewodów ekranowanych. Zobaczmy więc teraz, z jakich poszczególnych elementów składa się kabel ekranowany:

1. Żyły przewodzące — wykonane zwykle z miedzi, rzadziej z aluminium, są podstawowym elementem przewodzącym prąd lub sygnał. Mogą być one zarówno pojedyncze, jak i skręcone w pary, co dodatkowo zwiększa odporność na zakłócenia.
2. Izolacja wewnętrzna — zabezpiecza żyły przewodzące przed zwarciem oraz chroni przed uszkodzeniami mechanicznymi. Izolacja ta może być wykonana z różnych materiałów, takich jak PVC, PE czy specjalne polimery odporne na promieniowanie UV.
3. Ekran — wspomniana już wcześniej, najważniejsza część przewodu ekranowanego. W zależności od przeznaczenia może być wykonany z folii metalowej, która zapewnia pełne pokrycie i doskonałą ochronę przed zakłóceniami elektromagnetycznymi, lub z oplotu drucianego, który charakteryzuje się większą elastycznością i odpornością na zginanie. Ekran pełni rolę bariery, która minimalizuje zakłócenia pochodzące z otoczenia.
4. Izolacja zewnętrzna — chroni cały przewód przed czynnikami zewnętrznymi, takimi jak wilgoć, promieniowanie UV, oraz przed uszkodzeniami mechanicznymi. Do produkcji izolacji wykorzystuje się materiały o wysokiej odporności, które zapewniają długą żywotność przewodu.

Zalety przewodów ekranowanych

Budowa, którą cechuje się kabel ekranowany, niesie szereg istotnych korzyści. Wśród najważniejszych z nich znajdują się:

• Ochrona przed zakłóceniami — ekran redukuje wpływ zakłóceń, co jest kluczowe w aplikacjach związanych z transmisją danych i sygnałów sterowniczych. Dzięki temu urządzenia działają stabilniej, co ma szczególne znacznie w środowiskach profesjonalnych. Kabel ekranowany może chronić przed różnymi rodzajami zakłóceń — o ich konkretnych rodzajach oraz sposobach, w jakie chroniony jest sygnał, wspomnimy w dalszej części wpisu.
• Równomierny rozkład pola magnetycznego — poprawnie zaprojektowany ekran zapewnia równomierne rozłożenie pola magnetycznego wokół przewodu, co minimalizuje efekt sprzężenia z innymi przewodami oraz zakłócenia międzyfazowe.
• Odporność na zginanie — przewody z ekranem oplotowym charakteryzują się większą odpornością na wielokrotne zginanie, co jest istotne w instalacjach ruchomych, np. w robotach przemysłowych.

Bezpieczeństwo użytkowania — ekranowanie zwiększa bezpieczeństwo poprzez ograniczenie prądów zwarciowych oraz możliwość zastosowania uziemienia, co zapobiega przeskokom napięcia i potencjalnym awariom sprzętu.

Przed jakimi zakłóceniami chroni kabel ekranowany?

Jak już wspomnieliśmy, ekranowanie przewodów sygnałowych oraz elektrycznych zapewnia ochronę przed wieloma rodzajami zakłóceń. Przekonajmy się, przed jakimi negatywnymi czynnikami, chroniony jest przewód ekranowany.

Zakłócenia galwaniczne

Zakłócenia galwaniczne wynikają z różnic potencjałów elektrycznych, które mogą pojawiać się pomiędzy różnymi punktami systemu. Mogą być one wywołane przez prądy upływowe lub różnice potencjałów uziemienia. W przypadku przewodów nieekranowanych różnice te mogą prowadzić do powstawania prądów zakłócających, które negatywnie wpływają na sygnał.

Ochrona przez kabel ekranowany — ekran działa jak bariera przewodząca, która zapewnia wyrównanie potencjałów poprzez uziemienie. Dzięki temu prądy zakłócające nie przedostają się do przewodów sygnałowych, co zapewnia stabilność transmisji danych i minimalizuje wpływ zakłóceń galwanicznych na jakość sygnału.

Zakłócenia pojemnościowe

Zakłócenia pojemnościowe powstają na skutek zmian napięcia w przewodach znajdujących się w bliskiej odległości od siebie. W praktyce oznacza to, że w kablu przebiega zmiana pola elektrycznego, co indukuje niepożądane sygnały w sąsiadujących przewodach.

Ochrona przez kabel ekranowany — ekranowanie, zwłaszcza wykonane z folii metalowej, ogranicza wpływ zmian pola elektrycznego na przewody sygnałowe. Folia, jako materiał przewodzący, działa jak tarcza, która odbija lub absorbuje te zmiany, zapobiegając ich przedostawaniu się do wnętrza kabla.

Zakłócenia indukcyjne

Zakłócenia indukcyjne są wywołane zmianami pola magnetycznego. Gdy przewody są położone w pobliżu urządzeń lub przewodów o dużym natężeniu prądu, zmieniające się pole magnetyczne może indukować prądy zakłócające w przewodach sygnałowych. Jest to szczególnie istotne w przypadku przewodów zasilających i silnoprądowych.

Ochrona przez kabel ekranowany — ekran wykonany z oplotu miedzianego działa jak zwarta powierzchnia przewodząca, która zmniejsza wpływ zmieniających się pól magnetycznych. Redukuje to indukowane prądy zakłócające, co jest kluczowe dla zapewnienia stabilności sygnału w systemach sterowniczych oraz przy transmisji danych.

Zakłócenia falowe

Zakłócenia falowe odnoszą się do wpływu fal elektromagnetycznych, które mogą przechodzić przez przestrzeń i wpływać na przewody sygnałowe. Dotyczy to szczególnie sygnałów radiowych, mikrofalowych oraz innych źródeł emitujących fale elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości.

Ochrona przez kabel ekranowany — kable ekranowane, zwłaszcza te z podwójnym ekranem (oplot oraz folia), skutecznie tłumią zakłócenia falowe. Tego typu konstrukcja działa jak filtr elektromagnetyczny, który odbija lub absorbuje fale zakłócające, zapobiegając ich przedostaniu się do przewodów sygnałowych. Tłumienie zakłóceń falowych jest kluczowe w aplikacjach wymagających wysokiej jakości transmisji, takich jak systemy komunikacyjne i transmisja danych.

Promieniowanie elektromagnetyczne

Promieniowanie elektromagnetyczne może pochodzić zarówno z zewnętrznych źródeł (np. urządzeń nadawczych, radarów) jak i wewnętrznych, np. z pobliskich przewodów zasilających. Zakłócenia te mogą być zarówno wysokiej jak i niskiej częstotliwości, co wpływa na jakość sygnału w kablach sygnałowych.

Ochrona przez kabel ekranowany — ekran wykonany z metalu (np. miedzi lub aluminium) odbija promieniowanie elektromagnetyczne, minimalizując zakłócenia. W przypadku szczególnie wymagających aplikacji, stosowane są dodatkowe warstwy ekranu, co pozwala na maksymalne tłumienie zakłóceń zewnętrznych. Ekran pełni również funkcję ochrony przed promieniowaniem UV, co jest istotne w przypadku instalacji zewnętrznych, narażonych na długotrwałe działanie słońca.

Zastosowanie przewodów ekranowanych

Kable i przewody ekranowane znajdują szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach:

• Automatyka przemysłowa — w instalacjach sterowniczych, gdzie wymagana jest niezawodność i minimalizacja zakłóceń sygnałów sterujących. Przykładem mogą być przewody ekranowane do falowników, które wymagają odpowiedniego ekranowania, aby zapewnić kompatybilność elektromagnetyczną.
• Transmisja danych — wykorzystywane są w aplikacjach sieciowych, gdzie kluczowa jest wysoka jakość sygnału. Popularne są tzw. skrętki ekranowane (STP), które chronią przed zakłóceniami w środowiskach o wysokim poziomie zakłóceń elektromagnetycznych.
• Systemy audio i wideo — aby zapewnić wysoką jakość sygnału bez szumów i interferencji, przewody te są wykorzystywane w profesjonalnych systemach dźwiękowych i wizyjnych.
• Przemysł maszynowy — w instalacjach narażonych na silne zakłócenia elektromagnetyczne, gdzie przewody (takie jak przewód sterowniczy) muszą działać w pobliżu silników elektrycznych, falowników czy innych urządzeń generujących silne pole elektromagnetyczne.

Czy kabel ekranowany i skrętka to to samo?

Przeglądając Internet, można od czasu do czasu zetknąć się z zamiennym wykorzystywaniem pojęć kabel ekranowany oraz skrętka ekranowana. Czy jednak rzeczywiście jest to ten sam rodzaj przewodu?

Otóż nie: kabel ekranowany i skrętka ekranowana to dwa różne pojęcia. Są często mylone, ponieważ oba dotyczą kabli z dodatkowymi warstwami ochronnymi. Różnica polega jednak na specyfice ich budowy i przeznaczenia.

Kabel ekranowany to ogólna kategoria kabli, które mają dodatkową warstwę ochronną w postaci ekranu z folii lub siatki metalowej. Jak już zdążyliśmy opisać w poprzedniej części tekstu, taki ekran chroni sygnał przesyłany wewnątrz kabla przed zakłóceniami elektromagnetycznymi (EMI) pochodzącymi z zewnątrz. 

Skrętka ekranowana to natomiast specyficzny rodzaj kabla sieciowego, zbudowanego z par przewodów skręconych ze sobą.

Podsumujmy więc powyższe akapity. Kabel ekranowany to ogólne określenie dotyczące każdego kabla wyposażonego w ekran niezależnie od jego przeznaczenia (np. kable HDMI, audio, koncentryczne). Z kolei skrętka ekranowana to rodzaj kabla sieciowego, który jest częścią kategorii kabli ekranowanych.

Można zatem pokusić się o stwierdzenie, że każda skrętka ekranowana jest kablem ekranowanym, ale nie każdy kabel ekranowany jest skrętką ekranowaną.

Skrętka ekranowana czy nieekranowana?

Chcesz dowiedzieć się więcej na temat skrętek? To powszechnie stosowane przewody w systemach transmisji danych, zwłaszcza w sieciach komputerowych. Wyróżnia się dwa podstawowe typy: skrętkę ekranowaną (STP) i nieekranowaną (UTP). Każdy z nich ma swoje zalety i wady, które determinują zastosowanie w różnych środowiskach.

• Skrętka nieekranowana (UTP) składa się z par skręconych żył bez dodatkowego ekranu. Jest lżejsza, bardziej elastyczna i tańsza od wersji ekranowanej. Doskonale sprawdza się w miejscach o niskim poziomie zakłóceń elektromagnetycznych, takich jak biura lub domowe sieci. Jest to najczęściej stosowany typ przewodu w instalacjach lokalnych (LAN), ponieważ oferuje wystarczającą jakość sygnału przy niższych kosztach.
• Skrętka ekranowana (STP) ma dodatkowy ekran, który może być wykonany z folii lub oplotu metalowego, otaczającego każdą parę przewodów lub cały kabel. Ekranowanie zapewnia ochronę przed zakłóceniami elektromagnetycznymi oraz zakłóceniami pochodzącymi od innych kabli. Skrętki STP są bardziej odporne na interferencje, co czyni je idealnymi w środowiskach przemysłowych i miejscach o wysokim poziomie zakłóceń, takich jak bliskość maszyn przemysłowych, instalacji elektrycznych czy systemów radiowych. Jednakże są one droższe, mniej elastyczne i wymagają bardziej skomplikowanego montażu oraz właściwego uziemienia, aby spełniały swoją funkcję efektywnie.

Podsumowując, wybór między STP a UTP zależy od warunków instalacji oraz poziomu zakłóceń elektromagnetycznych w otoczeniu. W środowiskach o wysokim poziomie zakłóceń warto zainwestować w przewody ekranowane, natomiast w miejscach o niskim poziomie zakłóceń i przy krótkich odległościach, skrętka nieekranowana będzie bardziej ekonomicznym rozwiązaniem.

Wybór odpowiedniego przewodu ekranowanego

Wiemy już, czym charakteryzują się przewody ekranowane, co z pewnością może pomóc znaleźć odpowiedź na pytanie, „czy lepiej kupić kabel ekranowany, czy nieekranowany”. Jeżeli interesuje Cię bardziej ten pierwszy wariant, warto zastanowić się, na co zwrócić uwagę wybierając kabel sygnałowy ekranowany. Przy podejmowaniu tej decyzji warto zwrócić uwagę na 4 główne kwestie: typ ekranowania, kategoria kabla, jego długość oraz końcówki. Przyjrzyjmy się bliżej tym elementom:

Co ekranuje skrętkę?

Ekranowanie w kablu może przybierać różne formy, wpływając na poziom ochrony przed zakłóceniami elektromagnetycznymi (EMI) i zakłóceniami radiowymi (RFI). Najczęściej spotykane rodzaje to:

• FTP (Foiled Twisted Pair) - każda para przewodów jest osłonięta folią aluminiową. Taki kabel zapewnia umiarkowaną ochronę przed EMI, jest lekki i bardziej elastyczny.
• STP (Shielded Twisted Pair) - kabel posiada pojedynczy ekran wokół wszystkich par przewodów lub wokół każdej pary osobno. Zapewnia lepszą ochronę przed zakłóceniami niż FTP, ale jest mniej elastyczny.
• S/FTP (Shielded Foiled Twisted Pair) - podwójne ekranowanie — folia wokół każdej pary oraz ekran z oplotu wokół wszystkich przewodów. Oferuje najwyższy poziom ochrony, idealny do wymagających środowisk przemysłowych lub serwerowni.
• U/FTP (Unshielded/Foiled Twisted Pair) - ekranowanie folią tylko na poziomie par przewodów, brak dodatkowego ekranu z oplotu, co zapewnia kompromis między ochroną a elastycznością.

Wybór rodzaju ekranowania zależy od warunków pracy — w środowiskach o wysokim poziomie zakłóceń lepiej sprawdzi się S/FTP, podczas gdy FTP może być wystarczający w typowych biurowych instalacjach.

Kategoria kabla, czyli przepustowość oraz częstotliwość

Kategoria kabla (np. Cat5e, Cat6, Cat6a, Cat7, Cat8) wskazuje na maksymalną przepustowość oraz częstotliwość pracy kabla:

• Cat5e: Do 1 Gbps przy 100 MHz — odpowiedni do większości domowych zastosowań.
• Cat6: Do 10 Gbps przy 250 MHz — popularny w biurach, idealny do sieci lokalnych.
• Cat6a: Do 10 Gbps przy 500 MHz — wyższa przepustowość i mniejsze tłumienie sygnału, dobry wybór do instalacji profesjonalnych.

Cat7 i Cat8 to przepustowość nawet do 40 Gbps przy wysokich częstotliwościach (do 2000 MHz dla Cat8). Zalecane do serwerowni, centrów danych oraz zastosowań wymagających najwyższej jakości sygnału.

Kabel ekranowany: długość i jakość materiałów

Kolejna istotna kwestia to długość kabla oraz materiały, z których wykonane są przewody. Co powinno Cię interesować, gdy dobierasz przewód pod kątem tych elementów budowy kabla? 

• Długość kabla — im dłuższy kabel, tym większe ryzyko tłumienia sygnału. Wybierając kabel, warto uwzględnić zapas, ale unikać nadmiernego przedłużania — standardowe limity wynoszą około 100 m dla kabli Cat5e i Cat6.
• Materiał przewodów — wysokiej jakości kable wykorzystują przewody z czystej miedzi OFC - Oxygen-Free Copper.  Przewody typu CCA (Copper-Clad Aluminum) są tańsze, ale mają gorsze właściwości przewodzące i trwałość.

Jaką końcówkę ma dobry kabel sygnałowy ekranowany?

Dobry kabel ekranowany powinien posiadać wysokiej jakości złącza RJ45 z metalowymi osłonami, które poprawiają ekranowanie na całej długości połączenia. Złącza powinny być solidne, z odpowiednim dociskiem, aby zapewnić stabilność połączenia oraz minimalizować straty sygnału.

Czas podsumować wiedzę na temat kabli ekranowanych, którą nabyłeś z tego wpisu. Najważniejsze wnioski, które można wynieść z powyższy treści to:

Ekranowanie, czyli lepsza jakość sygnału

• Przewody ekranowane mają dodatkową warstwę ochronną (folia metalowa lub oplot), która chroni przed zakłóceniami elektromagnetycznymi (EMI) i radiowymi (RFI).
• To rozwiązanie zwiększa stabilność sygnału, szczególnie w miejscach pełnych urządzeń elektronicznych.

Dostępne są typy ekranowania do różnych potrzeb

• FTP: folia aluminiowa na każdej parze przewodów — dobra ochrona i elastyczność.
• STP: ekranowanie całego kabla — lepsza ochrona, mniejsza elastyczność.
• S/FTP: podwójne ekranowanie (folia i oplot) — maksymalna ochrona, idealne do środowisk przemysłowych.
• U/FTP: ekranowanie tylko na parach — kompromis między ochroną a elastycznością.

Gdzie stosować przewody ekranowane?

• Automatyka przemysłowa — gdy trzeba ograniczyć zakłócenia w systemach sterowania.
• Transmisja danych — sieci komputerowe, zwłaszcza w zakłóconych środowiskach (serwerownie).
• Systemy audio-wideo — dla czystego dźwięku i obrazu bez szumów.
• Przemysł maszynowy — instalacje przy urządzeniach o dużym polu elektromagnetycznym.

Kabel ekranowany kontra skrętka ekranowana

• Kabel ekranowany to szerokie pojęcie: dotyczy różnych przewodów z ekranem (np. HDMI, koncentryczne).
• Skrętka ekranowana to typ kabla sieciowego ze skręconymi parami przewodów — część kategorii kabli ekranowanych.

Chcesz mieć pewność, że kupowane przez Ciebie przewody są odporne na zakłócenia elektromagnetyczne oraz inne czynniki mogące wpłynąć na jakość sygnału? Dzięki rozwiązaniom znajdującym się w asortymencie sklepu PCKLIPER możesz mieć pewność, że jakość transmisji sygnału pozostanie na najwyższym poziomie nawet w niezbyt sprzyjających warunkach!