Высокотемпературная витая пара

    Возникла задача – считывать данные по RS-422/485 с устройства в 30-50 метрах. Устройство очень сильно нагревается в процессе работы (по расчетам ~150 градусов). А также на месте работы устройства имеются непредсказуемые и сильные электромагнитные помехи, поэтому оставлять сигнальные линии без скрутки было опасно потерей данных.

    Температура не удивительная – подумаешь, небольшой нагрев. Но, подобные температуры – это даже не индустриальная электроника, это – космос, авиация, добыча нефти. Ладно, электроника, с ней понятно – слишком усложняется производство -> растет цена -> меньше заказов -> растут расходы. Но с кабелем-то не должно быть таких проблем? Это ведь просто медь в определенной оболочке/изоляции, так? Тем более, темная изоляция – под солнцем без ветра – должна очень сильно нагреваться. Я был полон уверенности, что вот, первая же страница поисковика даст мне ответ. Оказалось, что нет.

    Одним из открытий для меня было, что “Огнестойкие кабели не работают при большой температуре.

    Большинство из таких витых пар/интерфейсных кабелей всего лишь не распространяли горение и не выделяли вредные/удушающие вещества. Некоторые кабели гарантировали работоспособность в течении лишь нескольких часов на открытом огне.

    При этом, максимальная температура эксплуатации не превышала 90 градусов. Приведу пару примеров:

    • ТЕХНОКСБСнг(A)-FRHF

    • КСБ ГСнг(А)-FRHF

    Подавляющее большинство кабелей/проводов, которые прекрасно работают на данных температурах, не поставляются скрученными, у них нет контроля импеданса, они не подходят для выбранного интерфейса. Данные кабели предназначены для подвода питания, контрольных измерений. Приведу пару примеров, может именно они вам помогут:

    • РусТерм® от ОКБ “Термоавтоматика”

    • ЭНЕРГОТЕРМ® от НПФ “КБ-ЭНЕРГО-ПРОЕКТ”

    • Остальное в ссылках ниже

    Привожу наших местных производителей, т.к. зарубежные легко найти и самому.

    МГТФ фото
    МГТФ фото

    В ходе поисков подумал – почему бы просто не скрутить обычный МГТФ? Да, характеристики у такого кастомного кабеля будут ужасные. Причем, не только электрические – он будет вести себя на сгибе как задубевший на морозе провод. Зато – действительно дифф-пара, а импеданс можно замерить и отбалансировать! Продолжил искать в этом направлении.

    Температурные характеристики МГТФ:

    Провод МГТФ предназначен для монтажа электрической слаботочной аппаратуры и работы при температуре от минус 60 до плюс 220 °C

    ТУ 16-505.324-80

    Расшифруем МГТФ:

    • М – монтажный;

    • Г – гибкий;

    • Т – теплостойкий;

    • Ф – изоляция из фторопласта-4.

    Что есть фторопласт-4? Это Политетрафторэтилен(PTFE), также известный как “Тефлон“® (товарный знак корпорации DuPont).

    Казалось бы, почему нельзя взять и сплести из МГТФ витую пару на 220 градусов?

    Поиски, в итоге, завели на пустующие форумы суровых электромонтажников и производителей. Там обсуждались как раз вопросы связанные с витой парой и высокими температурами.

    Испытания на скручивание. МГТФ диаметром 0.2 и 0.4 хорошо скручивается и держит форму
    Испытания на скручивание. МГТФ диаметром 0.2 и 0.4 хорошо скручивается и держит форму

    Оказалось, большинство интерфейсных кабелей, предназначенных для эксплуатации в суровых условиях, как раз таки и имеют изоляцию жил из фторопласта-4. И имеет обозначение своего Dielectric Material как ePTFE/PTFE.

    Английская Википедия имеет некоторое дополнение на счет этого вопроса:

    “Торговое наименование Тефлон® также используется для других полимеров с подобными составами:

    – Перфторалкоксиалкан (PFA)

    – Фторированный этиленпропилен (FEP)

    Они сохраняют полезные свойства PTFE с низким коэффициентом трения и нереакционноспособностью, но также легче поддаются формованию. Например, FEP мягче, чем PTFE и плавится при 533 K (260 ° C; 500 ° F). А также это очень прозрачный и устойчивый к солнечному свету материал.”

    Вольный перевод части статьи из Вики

    Приведу пару примеров:

    • Belden® 7928A FEP Teflon® DataTuff®

    • Belden® Multi-Conductor – Computer Cable 89504

    • GORE® Ethernet Cables

    • Tempsens® CAT6STPTEFG

    • Xtra-Guard® Cat5e Industrial Ethernet Cable

    • TE Connectivity® C5E-24C124-C14-9

    Также есть еще один интересный, повсеместно распространенный материал – любые кремнийорганические соединения или соединения кремния и углерода (кремнийорганическая резина).

    Вот, например, один из силиконов (произошло от Silicon – кремний) имеет следующую структуру

    Видно кремний, кислород и органическую группу, присоединенную по бокам. В данном примере – метильную.

    In chemistry, organic compounds are generally any chemical compounds that contain carbon.

    https://en.wikipedia.org/wiki/Organic_compound

    Приведу пару примеров российских кабелей с силиконовой изоляцией:

    • ПГРК

    • ПРКС

    • КРГнг(А)-FRHF

    • Транскаб-ППСКТлнг(B)-HF

    • ТРАНСКАБ-КПСКОнг(A)-HFFR

    • МГТФС, ПННКВ (комбинация силиконовой оболочки со фторопластом)

    • МГТФЭС (еще и экранированный)

    В своем проекте мы остановили свой выбор на МГТФЭ 2х0.2.

    МГТФЭ 2х0.2
    МГТФЭ 2х0.2

    На образцах данного кабеля было видно, что провода внутри экрана свиты между собой с частотой примерно 1 оборот на 15 сантиметров. Четыре таких кабеля были уложены в шнур-чулок кремнеземный и образовали самодельный низкоскоростной кабель.

    В остатке – вопрос был открыт – почему у нас не представлена витая пара для Ethernet, пусть даже низких категорий? Мое мнение на этот счет следующее – очень маленький спрос, вкупе с высокой стоимостью проведения разработок и получения сертификатов соответствия, делают это направление невыгодным для кабельных производителей

    Теперь Вы знаете в каком направлении продолжить поиск. Удачи!

    Дополнительно приведу небольшой обзор высокотемпературных кабелей.

    Комментарии 53

      +1
      офф Возможно где-то есть инструкции как её сделать самому. Т.к. листал какой-то старый сборник радиоэлектронных схем и глаз зацепился за витую пару. В небольшом тексте объясняли как она работает и приводилось пару примеров построения длинных линий с подключением буферных усилителей. Так что где-то в глубине старых книг может быть что-то полезное.
        +8
        почему… не представлена витая пара для Ethernet [, расчитанная на высокую температуру]
        Как вариант ответа — потому что витая пара как правило предназначена для соединений устройств Ethernet.
        Активных устройств Ethernet.
        Которые тоже будут себя паршиво чуствовать при температуре 150 С.
        :)
        Поэтому, видимо, стараются в зоне с высокой температурой оставить только датчик, а более-менее умную часть с Ethernet на борту — вынести туда, где попрохладнее. Ну если есть такое место :)
          +5
          Товарищи за границей все-таки делают такие кабели для космического применения. Электроника, конечно специфичная и дорогая (для таких температур), но тем не менее, она производится и запрос на нее определенный есть. Если кому-то будет интересно, могу написать про подобную электронику и её доступность для российского разработчика :)

          UPD
          Именно так и делают, но в некоторых применениях это невозможно — система замкнутая, например
            +1
            Непременно пишите!
              0

              Пишите пожалуйста! Или хотя бы ссылки…

              +2
              А как же вариант, что оба оконечных устройства работают при нормальной температуре, а через ад проходит только кабель, который их соединяет? Ещё, как вариант, устройство удаётся охлаждать, а с длинным кабелем это уже сложнее провернуть.
                0
                6 категория как раз расчитана на температуру. Только не на работу при температуре, как в посте написано, а он не распространяет огонь.
                0
                Что значит «не представлено у нас»? Если вы сами говорите об аэрокосмическом сегменте, то у нас на меленьком голубом шарике все представлено — ссылка раз, ссылка два, ссылка три, и т.д.
                Две последние ссылки — это просто индустриальное исполнение витой пары, со стандартными ограничениями поставки для РФ. Т.е. ограничения есть в настоящий момент, и они скорее всего преодолимы.
                  +1
                  Спасибо за ссылки. Я имею ввиду российский, доступный для разработчика, внутренний рынок. Желательно, с возможностью покупки без получения «особых» разрешений
                    –1
                    Если вам нужно пара метров кабеля, вам продадут практически любой образец. FedEx просто попросит вас указать в таможенной декларации, что вы не собираетесь применять кабель в военных/оборонных целях или перепродавать военным, а будете использовать самостоятельно для собственного проекта.
                  0
                  Не знаю, из какой локации автор, но не увидел в представленных кабелях производителя Паритет (paritet.su). Возможно, автор просто про них не слышал.
                    0
                    У вас есть нетиповая задача, которую решить «сейчас сбегаю в ближайший хозмаг» очевидно не получится. С другой стороны 150С не очень то и большая температура и у профильных компаний (та же металлургия, космос и т.п.) наверняка есть проработанные решения. Для RS-485 до 150С можно посмотреть Гефест Саламандра (правда сейчас у них какие-то проблемы с наличием, про повив нужно уточнить) — это из пожарной сигнализации. Как вариант позвонить в Спецкабель и спросить, что они смогут предложить.
                    Грустно за уровень инженерии :/
                      0
                      Общался с ними, ничего предложить не смогли. Пожарная сигнализация — она огнестойкая, но не на высокие температуры.
                      Из готовых решений — вот вам медяха в коремнийорганике/силиконе, дальше сами. Причем на 50-100 метров поставки никто из производителей не решается
                        0
                        Очевидно что 50-100 м никто (заводы) продавать и не будет. Торговая единица — бухта, а они обычно от 200 м.
                        Гефест заявлял на свои кабели 180С, но вопрос скрутки проводников между собой не уточнял.
                          0

                          Эмм я тут решил посмотреть как ее испытывают


                          Испытания на огнестойкость выполняются по ГОСТ Р МЭК 60331-23-2003 и заключаются в следующем: на кабель, расположенный горизонтально, подается пламя газовой горелки (не менее 750 °С). В то же время на токопроводящие жилы подается нормированное рабочее напряжение (в данном случае 300 В). Если не произошло пробоя в течении всего времени испытания (180 мин.), то кабель считается выдержавшим испытания.

                          Проблема в деградации при температурах выше 70 градусов? А такая тоже
                          https://snabcable.ru/interfaces/series-ksb/ksbgng-frhf/


                          Тут изоляция из кремнийорганической резины она до 200 градусов спокойно живет

                            +3
                            История из раздела «и смешно и грустно»:
                            Позвали нас помочь провести испытания оптических кабелей — у них есть термокамера с горелками, через которую они протянули разные виды кабелей, а у нас есть сварочник для оптики и флюк.
                            Все кабели были с сертификатами на ОКЛ, на 60 и 120 минут огнестойкости, ребята камеру грели согласно ГОСТу — один фиг где-то на 30й минуте все кабели перегорели полностью.
                            Там возможно кабели были проложены абы как, а не в полноценной ОКЛ, этот этап мы не наблюдали, но факт налицо — не стоит ждать, что кабель сколько-то проработает в пламени, лучше ориентироваться на его мгновенный обрыв.
                        0
                        Из личного практического опыта реализации Fast Ethernet 100Base-TX в нестандартных условиях — попробуйте экранированный кабель, внутри которого каждая индивидуальная сигнальная жила находится в индивидуальном экране. Да, не стандарт, но решение работоспособно даже на 100м.
                          0
                          Очень интересно!
                          Какой материал использовали для экранирования?
                          Измеряли ли вы свое решение на каком-нибудь векторном анализаторе?
                            +2
                            Кабель — покупной, отечественный, точный артикул за давностью лет не скажу. Векторного анализатора на тот момент в доступе не было, так что не проверялось.
                            В общих чертах, помимо простых тестов передачи данных с использованием 2-х ПЭВМ, проверялось так: для удаленного абонента была подготовлена тестовая конфигурация FPGA, обеспечивающая тестовой прием-передачу данных по заранее подобранному набору тестов, и тестовое ПО на стороне сервера на базе RTOS, включая анализ поврежденных на физическом уровне (неверная CRC и т.п.) пакетов с использованием низкоуровневого драйвера сетевого интерфеса. По результатам проверок на сегменте длиной 100м разницы в работе с обычной витой парой не выявлено, скоростные показатели полностью соответствовали физическим возможностям интерфейса, потерь в данных не было.
                            Решение успешно эксплуатируется на нескольких объектах более 8 лет без каких-либо вопросов.
                          +1
                          Есть еще вариант — сделать заказной кабель. Тем более для rs-485. Не гигабит ведь, поди. Где сделать? Масса компаний готовы сделать любой кабель из имеющихся. Лишь бы платили. Ну и как правило такое интересно при заказе от километра кабеля. Да, возможно, дорого, зато здесь и сейчас.
                          Кто бы вот подсказал маслобензостойкий кабель в черной изоляции на четыре многопроволочных жилы сечением 0.5кв.мм. каждая. Наших, отечественных, я не смог найти :(
                            0
                            КГН или КГ не подходит? Обычная резиновая изоляция, гибкие жилы. Может чуть жирнее будет — 0,75
                              0
                              В том-то и дело, что 4х0.75 полно. А вот с 4х0.5 просто провал. Есть какие-то микрофонные, но они 4х0.35, что маловато. Необходимость 0.5 обусловлена тем, что это максимальное сечение кабеля, которое можно в разъем запаять, который я использую.
                                0
                                ну так купите кабель по ТУ, без гордой надписи «по ГОСТ» — вот и будет вам заниженное сечение :) Опять же многопроволочные проводники — отрезали пару проволочек на вводе и получили меньшее. КГ достаточно мягкий
                                  +2
                                  В серийке так не делают. А за отрезание проволочек военпред сам может что-нибудь у разработчика отрезать.
                                  0
                                  Посмотрите продукцию Чебоксарского завода кабельных изделий «Чувашкабель». Помимо классического МГТФЭ у них есть МКЭ 26-13, МГФЭ(Ф), МГЛФЭ(Ф) есть в формате 4x0.5 и много чего другого интересного с большей степенью защиты. ТУ на них есть, с ВП они или нет — не в курсе, нужно проверять.
                                  Если же отказаться от экрана, то вместо рабочей +155C можно рассчитывать на +200C.

                                    0
                                    Смотрел. Нужна черная внешняя изоляция и четыре многопроволочных жилы (можно, конечно, чулок-нецепляйку снаружи надеть, но гибкость тогда хуже). Всё. Если бы не черный цвет, давно бы уже купил наш кабель. Белых просто вагон.
                                0

                                Посмотрите на кабели с оболочкой из полиуретана, например. Судя по всему, достаточно стойкий к химии материал.

                                0
                                Интересно а оптика какие держит температуры?
                                Или конвектор не вывезет +150?
                                  0
                                  Векторный анализатор и всё всё всё… Вы там мегабиты гонять собрались по 422/485у на 30 метров? И причем тут ethernet?
                                    0
                                    Нужно было 4 витые пары. Кроме интерфейсных кабелей возможно использовать и Ethernet-кабель, поэтому и в эту сторону осуществлялся поиск
                                    0
                                    Как-то очень странно приводите в пример ÖLFLEX HEAT и не смогли найти UNITRONIC BUS PB HEAT 180, полагаю что не только он и таких кабелей вагон и маленькая тележка. На поиск ушло 1,5 минуты.
                                      0
                                      вагон и маленькая тележка

                                      Несомненно. Но витых пар с таким (а тем более — выше) температурным диапазоном оказалось мало. Особенно на внутреннем рынке.
                                      Задачи найти все кабели с данным температурным диапазоном не было. ÖLFLEX HEAT и прочие были приведены лишь в пример, чтобы иметь представление из каких материалов делают покрытия.
                                      0
                                      Обычно, если несколько витых пар в одном кабеле, у них разный шаг навива для избежания взаимных наводок. У вас этого очевидно нет(
                                        0
                                        Каждая из «витых» пар находится в экране. Да и вряд ли кто-то придерживается постоянного шага скрутки при производстве МГТФЭ. Мне кажется, что это лишь особенность производства, которая ничем не регламентируется
                                        0
                                        Посмотрите у Чувашкабеля МСЭ 26-15 и МКЭ 26-14. По лучше МГТФа будет.
                                          0
                                          Работали с ним? Расскажите о впечатлениях. Удобный в использовании, прокладке, зачистке?
                                            +1
                                            И сейчас работаю. Изоляция таки герметична, в отличие от МГТФ. Может быть важно когда диапазон температур широк и возможно появление конденсата или влаги. Не лохматится. Специальным инструментом зачищается легко. Способы с использованием пламени, для зачистки, работающие с МГТФ, с этими не работают. А так, стандартные моменты, свойственные тефлоновой изоляции, конечно нужно учитывать. 26-13 тоже лучше МГТФ. У него изоляция, как и у МГТФ, не сплошная, но после намотки спекается и в итоге герметична.
                                              0

                                              Спасибо! При случае надо заказать на пробу

                                          0
                                          свейте сами, мы в общаге двадцать лет назад так и делали когда с коаксиала переходили
                                          достали где-то телефонного кабеля, расчёты сколько витков должно быть и давай…
                                            0

                                            внешние кабели отличаются от внутренних расширенным температурным диапазоном эксплуатации и, возможно, стойкостью к ультрафиолету, но это не точно, за у/ф надо внимательно следить в спецификации. Вода/грязь/песок ничего не сделает нормальному внутреннему точно так же, как и внешнему, если конечно это нормальный кабель, а не сделан неизвестным китайцем в подвале из тряпок, кизяка и веток

                                              0
                                              Вот такой ещё гляньте: CATLine CAT 6A HT. Вроде бы даже реально купить в РФ.
                                              0
                                              С начала прочтения статьи я сразу подумал о хелюкабель, они ведь делают, и мало того, ещё под заказ могут, вопрос цены. В конце статьи как раз увидел и на них ссылку)

                                              У мгтф изоляция производится навивкой, из за чего он не рекомендован к применению во влажных условиях, надеюсь у Вас сухо…
                                                0

                                                Спасибо за уточнение на счёт влажности, забыл в статье про это упомянуть. Действительно, в нашем случае было совершено сухое помещение и оборудование

                                                +1
                                                кремнийорганический гибкий провод весьма популярен в легком электротранспорте, продается в китае по стандартам AWG. также новые паяльники идут с кремнийорганическим кабелем, не плавится.
                                                  –1
                                                  А ссылку с моделькой для примера можете скинуть какую-нибудь?
                                                    0
                                                    загуглите «силиконовый провод 24AWG» обычно идут в красном или черном цвете
                                                  0

                                                  Добрый день! А есть ли витая пара для работы при низких температурах, до -50 ??

                                                  0
                                                  подобные температуры – это даже не индустриальная электроника, это – космос, авиация, добыча нефти.

                                                  Ну уж больно громко сказано.
                                                  Высокие температуры с электропомехами — металлургия, производство стекла, керамика, производство цемента и прочий обжиг сырья и т.д и т.п.
                                                  Мы на стекловаренной печи для питания датчиков и обмена с ними использовали кремнийорганику и какие-то кабели в тканевой изоляции с пропиткой. Вот марку не скажу, не помню, давно это было.
                                                  В совсем тяжелых местах провода лежали в трубах с теплоизоляцией, куда наддувался холодный воздух.
                                                  Там под сводом печи и 1800 гр С в легкую, а на своде над теплоизоляцией 200-300 градусов. У регенераторов снаружи и 400 не предел.
                                                    +1

                                                    В данном предложении речь про электронику. Это слово Вы даже привели в цитате.
                                                    А вот дальше идёт размышление на тему — легко ли найти готовую витую пару в какой-нибудь изоляции. Вот к этой части Ваш комментарий более-менее подходит.

                                                      0
                                                      Про электронику — это Вы считаете защищенное исполнение чем-то космическим.
                                                      Меня это и удивило. Нормальное промышленное оборудование.
                                                      Я по кабелям память освежил, погуглил.
                                                      На печах мы пользовали что-то типа MVV, со слюдой и стекловолокном. Но это думаю для ваших целей перебор. Потом было что-то типа SiHF, многожильные, гибкие, в силиконовой изоляции. Ничего не боялись, ни холода, ни горячего производства.

                                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                  Самое читаемое