نقش شیلد در کابل‌های برق و انواع آن

در دنیای امروز کابل‌ها نقشی حیاتی در انتقال داده و سیگنال‌های مختلف دارند. با گسترش استفاده از تجهیزات الکترونیکی حساس، سیستم‌های مخابراتی و شبکه‌های پیشرفته، میزان احتمال بروز نویز و تداخل الکترومغناطیسی در کابل‌ها افزایش یافته است. این تداخل‌ها می‌تواند کیفیت انتقال داده یا انرژی را کاهش داده و حتی به تجهیزات متصل آسیب برساند. به همین دلیل، برای کاهش نویز و ارتقاء کیفیت سیگنال، لایه‌ای به نام شیلد به برخی کابل‌ها اضافه شده است. این لایه مانند یک سپر عمل می‌کند و مانع ورود یا خروج امواج ناخواسته می‌شود.

کابل شیلددار چیست؟

شیلد (Shield) در کابل به یک لایه محافظتی گفته می‌شود که معمولاً از جنس آلومینیوم یا مس ساخته می‌شود. به‌ طور ساده، کابل شیلددار برای انتقال ایمن‌تر سیگنال‌ها در محیط‌هایی با نویز بالا استفاده می‌شود. هدف اصلی شیلد، جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و جلوگیری از انتشار سیگنال‌های کابل به بیرون است.

ساختار کابل شیلددار

کابل‌های شیلددار معمولا دارای ساختار زیر هستند:

• هادی (Conductor): هادی از جنس مس یا آلومینیوم است.
• عایق (Insulation): معمولاً از جنس PVC، XLPE یا PE تولید می‌شود.
• شیلد (Shield): لایه‌ای از جنس آلومینیوم یا مسی که دور عایق قرار می‌گیرد.
• روکش نهایی (Sheath): برای حفاظت مکانیکی و افزایش مقاومت کابل در برابر سایش، حرارت و رطوبت در کابل است.

انواع شیلد در کابل‌ها

شیلد در کابل‌ها انواع مختلفی دارد که به صورت زیر است:

• شیلد فویل (Foil Shield)
• شیلد بافت سیمی (Braided Shield)
• شیلد کانسنتریک (Concentric Shield)
• شیلد ترکیبی (Combination)

شیلد فویل

شیلد فویل معمولاً از یک لایه نازک آلومینیوم یا مس ساخته می‌شود که به صورت کامل یا نیمه، دور هادی کابل پیچیده می‌شود. این نوع شیلد دارای مزایایی مانند محافظت بالا در برابر نویز فرکانس بالا، ضخامت کم و انعطاف‌پذیری مناسب و وزن سبک است، اما معایبی نیز دارد که شامل مقاومت مکانیکی کم و امکان پارگی در زمان خم شدن شدید می‌شود.

این نوع شیلد همیشه همراه با سیم تخلیه (Drain Wire) استفاده می‌شود تا اتصال به ارت ساده‌تر شود.

شیلد بافت سیمی

شیلد بافته شده (Braided Shield) نوعی شیلد است که در آن سیم‌های مسی ظریف به شکل بافته‌شده دور هادی کابل پیچیده می‌شوند. این ساختار شبیه تور یا شبکه بوده و نسبت به شیلد فویل، محافظت مکانیکی بیشتری فراهم می‌کند. از مزایای آن می‌توان به مقاومت مکانیکی بالا، حفاظت خوب در برابر نویزهای پایین و متوسط و انعطاف‌پذیری بالا اشاره کرد، اما معایبی نیز دارد، از جمله پوشش کامل نبودن که ممکن است باعث نفوذ برخی امواج شود و وزن کمی بیشتر نسبت به شیلد فویل شود.( البته احتمال نفوذ بسیار کم است)

شیلد کانسنتریک

نوعی شیلد کابل است که از سیم‌های مسی یا فلزی به‌صورت متحدالمرکز ( یعنی تمام سیم های شیلد یک مرکز مشترک دارند) و دور هادی اصلی پیچیده شده اند برای حفاظت از سیگنال در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI) استفاده می‌شود. این شیلد بیشتر در کابل‌های قدرت و کنترل استفاده می‌شود و علاوه بر کاهش نویز، نقش مسیر برگشت جریان خطا و حفاظت الکتریکی را نیز دارد (در واقع گاهی همزمان شیلد و هادی نول/ارت است).

شیلد ترکیبی

این شیلد نوعی ترکیب از فویل و بافت مسی یا فویل و کانسنتریک است که مزایای هر دو را با هم ارائه می‌دهد. فویل تمامی هادی را می‌پوشاند و بافت مسی یا کانسنتریک مقاومت مکانیکی و حفاظت اضافی ایجاد می‌کند. از جمله مزایای این شیلد می‌توان به حفاظت کامل در برابر نویزهای فرکانس بالا و پایین، مقاومت مکانیکی بالا و مناسب بودن برای محیط‌های پر از تداخل الکترومغناطیسی اشاره کرد. با این حال، این نوع شیلد نسبت به فویل تنها انعطاف‌پذیری کمتری دارد و قیمت آن نیز بالاتر است. به این موضوع توجه داشته باشید که شیلد فویل برای فرکانس‌های بالا و شیلد بافت / کانسنتریک برای فرکانس‌های پایین استفاده می‌شود.

کاربرد کابل شیلددار

در صنعت برق، استفاده از انواع کابل‌های شیلددار بسیار رایج است. این کابل‌ها هم در مصارف هوایی و هم در مصارف زمینی کاربرد دارند، زیرا ویژگی‌های منحصر به فرد آن‌ها باعث می‌شود برای مصارف مختلف مناسب باشند. به‌طور کلی، دستگاه‌هایی که تحت تأثیر نویزها و نوسانات ولتاژ ناشی از میدان‌های مغناطیسی اطراف قرار می‌گیرند و عملکردشان ممکن است دچار اختلال شود، از کابل‌های شیلددار استفاده می‌کنند، در کابل‌های قدرت فشار ضعیف و متوسط، شیلد (بخصوص کانسنتریک) برای توزیع یکنواخت میدان الکتریکی و جلوگیری از تخلیه جزئی (Partial Discharge) نیز استفاده می‌شود. البته کابل‌های شیلددار فقط محدود به صنعت برق نمی‌شوند و در حوزه های دیگر مانند مخابرات (کابل تلفن) و دیتاسنترها (کابل شبکه) کاربرد دارند.

مزایای شیلد در کابل

• کاهش نویز و تداخل الکترومغناطیسی: شیلد به عنوان یک سپر عمل می‌کند و مانع ورود نویز محیطی به سیم‌ها یا خروج نویز از آن‌ها می‌شود.
• پایداری و کیفیت سیگنال بالاتر: به‌ویژه در محیط‌های صنعتی، کابل شیلددار سیگنال را بدون افت منتقل می‌کند.
• محافظت در برابر تداخل رادیویی: در کنار EMI، این کابل‌ها از ورود امواج رادیویی ناخواسته هم جلوگیری می‌کنند.
• ایمنی بیشتر در محیط‌های حساس: در سیستم‌های کنترل صنعتی، شبکه‌های دیتا، یا تجهیزات پزشکی، استفاده از کابل شیلددار مانع خطاهای ناشی از تداخل می‌شود.
• افزایش دوام در محیط‌های سخت: شیلد علاوه بر نقش الکتریکی، یک لایه مکانیکی اضافه است که مقاومت کابل را در برابر آسیب‌های فیزیکی کمی بیشتر می‌کند.
• کاهش کراس‌تاک: به خصوص در کابل‌های چند زوجی مثل کابل شبکه، شیلد باعث کاهش تداخل بین زوج سیم‌ها می‌شود.

معایب شیلد در کابل

• هزینه بالا: به خاطر وجود فویل یا توری مسی، قیمت کابل شیلددار بیشتر از کابل‌های بدون شیلد است.
• وزن و قطر بیشتر: شیلد لایه‌ی اضافه‌ای است؛ کابل‌ها را ضخیم‌تر و سنگین‌تر می‌کند که در نصب‌های طولانی یا داخل لوله‌ها مشکل‌ساز می‌شود.
• انعطاف‌پذیری کمتر: وجود شیلد باعث می‌شود کابل کمی خشک‌تر شود و خم کردن یا عبور دادن آن از مسیرهای پیچیده سخت‌تر باشد.
• احتمال خوردگی یا آسیب شیلد: در محیط‌های مرطوب یا شیمیایی، شیلد مسی یا آلومینیومی ممکن است دچار خوردگی شود و کارایی‌اش را از دست بدهد.

انواع کابل شیلددار

• کابل شیلد دار قدرت
• کابل شیلد دار فرمان و کنترل
• کابل شیلددار مخابرات
• کابل شبکه شیلددار
• کابل افشان شیلددار
• کابل مفتول شیلددار

نکاتی مهم در هنگام استفاده از کابل شیلددار

در هنگام استفاده از کابل‌های شیلددار نکاتی وجود دارد که توجه به آن‌ها باعث ایمنی بیشتر در کابل‌کشی می‌شود. این نکات به شرح زیر است:

• نوع شیلد: بسته به شرایط محیطی، از شیلد فویلی، شیلد بافت (مش)، شیلد کانسنتریک یا ترکیبی از هر دو استفاده کنید.
• کیفیت ساخت کابل: کابل‌های باکیفیت، محافظت بهتری در برابر تداخلات ارائه می‌دهند.
• مقاومت در برابر شرایط محیطی: کابل باید در برابر عوامل جوی، مواد روغنی و فشارهای خارجی مقاومت کافی داشته باشد.
• کاربرد در محیط‌های خاص: در محیط‌هایی با تداخلات شدید الکترومغناطیسی یا خطرات ویژه، از کابل‌های شیلددار با ویژگی‌های مناسب استفاده کنید.
• نصب صحیح: کابل باید به‌درستی ارت شود و از منابع تداخلات دور باشد. در کابل‌های بلند یا سیستم‌های چند سر (Multi-point Grounding)، باید اصول مهندسی ارتینگ رعایت شود تا از جریان‌های گردشی ناخواسته (Ground Loop) جلوگیری شود.( نویز‌ها و سیگنال‌هایی که توسط شیلد گرفته شده اند باید از کابل خارج شوند به همین علت شیلد باید به زمین متصل شود)
• برند و استانداردها: از برندهای معتبر و استاندارد برای خرید کابل شیلددار استفاده کنید.
• تست و ارزیابی: پیش از نصب، کابل را تست کنید تا از عملکرد صحیح آن مطمئن شوید.
• نگهداری و بازرسی دوره‌ای: برای حفظ عملکرد بهینه، کابل را در طول زمان به طور منظم بازبینی و نگهداری کنید.

جمع‌بندی

شیلد در کابل‌ها یکی از اجزای مهم برای حفظ کیفیت انتقال سیگنال و انرژی محسوب می‌شود. این لایه محافظ مانع ورود نویز و تداخلات الکترومغناطیسی به کابل‌ها شده و در نتیجه، انتقال داده‌ها و انرژی با ثبات و دقت بالاتری انجام می‌شود. انتخاب درست نوع شیلد، نصب اصولی کابل و رعایت استانداردهای لازم، اهمیت زیادی در عملکرد صحیح سیستم دارد. در نهایت، شیلد نه تنها یک لایه محافظ برای سیم‌ها است، بلکه ضامن عملکرد پایدار، ایمنی و بهره‌وری سیستم‌های انتقال انرژی و داده نیز به شمار می‌رود.