انواع لایه شیلددار در کابل‌ها: جنس، ساختار، کاربردها و ویژگی‌ها در کابل‌های برق، مخابرات و صنعتی

لایه شیلددار یکی از اجزای کلیدی در ساختار انواع کابل‌هاست که نقش مهمی در محافظت از کابل در برابر آسیب‌های فیزیکی، تداخل‌های الکترومغناطیسی (EMI)، و نویزهای رادیویی ایفا می‌کند. در این مقاله، به بررسی جنس‌های مختلف لایه شیلد، ساختار آن‌ها، و کاربردهای متنوع کابل‌های شیلددار در صنایع مختلف از جمله برق فشار ضعیف و قوی، مخابرات و سیستم‌های صنعتی خواهیم پرداخت.

1. لایه شیلد در کابل‌ها چیست؟

لایه شیلد (Shield) یک لایه محافظتی است که در اطراف هادی‌های کابل قرار می‌گیرد تا از آن‌ها در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI) ، نویزهای رادیویی و آسیب‌های فیزیکی محافظت کند. این لایه به‌ویژه در کابل‌های استفاده‌شده در سیستم‌های برق و مخابرات اهمیت فراوانی دارد.

2. ساختار کابل های شیلددار

بسته به نیاز کاربردی و محیط استفاده، لایه شیلد در کابل‌ها می‌تواند به شکل‌های مختلف طراحی شود. رایج‌ترین انواع شیلد در کابل‌ها عبارتند از:

الف. رشته‌های مسی یا آلومینیومی (هسته کابل): این بخش شامل سیم‌های هادی است که انتقال جریان الکتریکی یا سیگنال را انجام می‌دهند. هسته کابل معمولاً از مس یا آلومینیوم ساخته می‌شود که به دلیل هدایت الکتریکی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند

ب. عایق: هر رشته هادی معمولاً با یک لایه عایق پوشیده می‌شود تا از تماس هادی‌ها با یکدیگر و جلوگیری از اتصال کوتاه جلوگیری کند. این عایق معمولاً از مواد پلاستیکی مانند PVC (پلی وینیل کلراید) یا PE (پلی‌اتیلن) ساخته می‌شود.

ج. شیلد (شیلدینگ): شیلد، که لایه محافظتی است، معمولاً برای جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و محافظت در برابر آسیب‌های فیزیکی اضافه می‌شود. این شیلد می‌تواند یکی از موارد زیر باشد:

1.  شیلد بافته‌شده (Braided Shield): در این نوع شیلد، رشته‌های فلزی (معمولاً مسی) به‌صورت بافته‌شده به دور هسته کابل قرار می‌گیرند. این نوع شیلد از تداخل‌های الکترومغناطیسی محافظت کرده و در عین حال انعطاف‌پذیری مناسبی برای نصب کابل‌ها در فضاهای محدود فراهم می‌آورد. این نوع شیلد معمولاً در کابل‌های فشار ضعیف استفاده می‌شود.
2.  شیلد ترکیبی بافته‌شده و فویلی (Combination of Braided and Foil Shield): در برخی کابل‌ها، برای ایجاد حداکثر محافظت در برابر تداخل‌ها، هم شیلد بافته‌شده و هم شیلد فویلی در کنار هم استفاده می‌شوند. این ترکیب باعث می‌شود که کابل در برابر انواع مختلف تداخل‌ها، چه تداخل‌های فرکانس پایین و چه تداخل‌های فرکانس بالا، محافظت شود. این نوع شیلد معمولاً در کابل‌های فشار قوی که در محیط‌های حساس یا نیازمند تداخل‌های کم کار می‌کنند، استفاده می‌شود.
3.  شیلد مسی (Copper Shield): این نوع شیلد از رشته‌های مسی یا آلومینیومی بافته‌شده ساخته می‌شود. این نوع شیلد به‌ویژه در کابل‌های انتقال برق فشار ضعیف و کابل‌های مخابراتی استفاده می‌شود که نیاز به انعطاف‌پذیری بالا دارند. شیلد بافته‌شده مقاومت خوبی در برابر تداخل‌های الکترومغناطیسی و نویزهای رادیویی دارد.
4.  شیلد فویل روی هسته‌های زوج به زوج (Individual Pair Shielding): در کابل‌های چندزوجی (مثل کابل‌های زوج به زوج)، هر جفت سیم معمولاً دارای شیلد فویلی جداگانه است. این نوع شیلدینگ باعث می‌شود که هر زوج سیگنال به‌طور مستقل محافظت شود و از تداخل بین جفت‌ها و همچنین از تداخل خارجی جلوگیری شود. این نوع کابل‌ها برای اتصالات مخابراتی با فرکانس بالا و انتقال داده‌ها در مسافت‌های طولانی مناسب هستند.

د. عایق بیرونی (شیلد بیرونی یا پوشش نهایی) :این لایه بیرونی برای حفاظت از کابل در برابر آسیب‌های محیطی مانند رطوبت، دما، و فشار مکانیکی است. این پوشش معمولاً از مواد مقاوم به محیط‌های صنعتی مانند PVC یا پلی‌اتیلن ساخته می‌شود و می‌تواند ضد آتش، ضد UV و ضد مواد شیمیایی نیز باشد.

3. جنس لایه‌های شیلد در کابل‌ها

جنس شیلد در کابل‌ها معمولاً از مواد فلزی مختلفی مانند مس، آلومینیوم و پلاستیک‌های رسانا ساخته می‌شود. انتخاب جنس شیلد بسته به نیاز خاص پروژه و شرایط محیطی متفاوت است:

– شیلد مسی: مس به دلیل خواص رسانایی و جلوگیری از تداخل‌های الکترومغناطیسی، به‌طور گسترده در شیلدهای کابل‌های فشار قوی و ضعیف استفاده می‌شود. مس معمولاً در قالب شیلد بافته‌شده یا فویلی به کار می‌رود. این نوع شیلد می‌تواند در سیستم‌های انتقال برق فشار قوی که نیاز به ایمنی بالا و محافظت در برابر تداخل دارند، مورد استفاده قرار گیرد. مس به دلیل خواص رسانایی عالی، یکی از محبوب‌ترین مواد برای ساخت شیلد در کابل‌ها است. این شیلد معمولاً در کابل‌های مخابراتی استفاده می‌شود.

– شیلد آلومینیومی: آلومینیوم سبک‌تر و ارزان‌تر از مس است و می‌تواند به‌عنوان شیلد در کابل‌های فشار ضعیف و کابل‌های مخابراتی استفاده شود. شیلدهای فویلی که از آلومینیوم ساخته می‌شوند، معمولاً برای محافظت در برابر تداخل‌های رادیویی و نویزهای EMI مناسب هستند.

– پلاستیک رسانا (Conductive Plastic):  در برخی موارد، برای کاهش هزینه‌ها و استفاده در کابل‌های با کاربردهای خاص، از پلاستیک‌های رسانا به‌عنوان لایه شیلد استفاده می‌شود. این نوع شیلد در کابل‌های کمیاب یا ارزان‌تر و یا کابل‌های سیگنال با نیاز به کاهش نویز استفاده می‌شود.

4. ویژگی‌ها و کاربردهای لایه شیلددار در کابل‌های فشار ضعیف و قوی:

الف. شیلد برای جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی (EMI): در کابل‌های انتقال برق فشار ضعیف و قوی، یکی از وظایف اصلی لایه شیلد، محافظت از کابل در برابر تداخل‌های الکترومغناطیسی است. این تداخل‌ها می‌توانند ناشی از منابع مختلفی مانند تجهیزات الکترونیکی، موتورهای الکتریکی، خطوط برق مجاور و حتی رعد و برق باشند. شیلد می‌تواند به‌طور مؤثری از ورود این تداخل‌ها به کابل جلوگیری کرده و تأثیرات منفی بر روی سیستم‌های برقی و تجهیزات حساس کاهش دهد.

ب. افزایش ایمنی و جلوگیری از تماس با هادی‌های برق: در برخی از کابل‌های فشار قوی که ولتاژ بالاتری دارند، شیلد می‌تواند به‌عنوان یک لایه ایمنی عمل کند. این شیلد می‌تواند خطرات ناشی از تماس غیرمجاز با هادی‌های برق را کاهش دهد، چرا که شیلد به‌عنوان یک مسیر اتصال به زمین عمل کرده و در صورتی که اتصال به زمین (گراوند) صحیح برقرار شود، از خطرات شوک الکتریکی جلوگیری می‌کند.

ج. حفاظت از عایق‌های کابل: یکی دیگر از مزایای لایه شیلددار در کابل‌های فشار قوی، محافظت از عایق‌ها است. کابل‌های با شیلد می‌توانند از آسیب‌های مکانیکی، مانند فشار یا آسیب‌های ناشی از سایش، در برابر محیط‌های صنعتی و سخت محافظت کنند. شیلد در این حالت به‌عنوان یک لایه محافظتی اضافی برای جلوگیری از آسیب‌های فیزیکی به عایق‌های داخلی کابل عمل می‌کند.

خ. کاهش تداخل سیگنال در سیستم‌های کنترل و ابزار دقیق: کابل‌های شیلددار در سیستم‌های کنترلی و ابزار دقیق که نیاز به سیگنال‌های دقیق و بدون نویز دارند، اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کنند. این کابل‌ها به‌ویژه در محیط‌های صنعتی که تداخل‌های الکترومغناطیسی زیاد است، به کاهش نویز و حفظ کیفیت سیگنال کمک می‌کنند. به این ترتیب از عملکرد صحیح تجهیزات کنترلی و ابزار دقیق اطمینان حاصل می‌شود.

چ. افزایش مقاومت مکانیکی و دوام کابل: در برخی کابل‌های فشار قوی، شیلد علاوه بر محافظت از سیگنال‌ها و جلوگیری از تداخل‌ها، موجب افزایش مقاومت مکانیکی کابل در برابر کشش، فشار و آسیب‌های فیزیکی می‌شود. این ویژگی برای کابل‌هایی که در معرض شرایط سخت محیطی، مانند کابل‌های دفنی یا هوایی، قرار دارند، اهمیت دارد.

5. کاربردهای لایه شیلددار در انواع کابل‌ها

کابل‌های شیلددار در صنایع مختلف و برای کاربردهای مختلف استفاده می‌شوند. برخی از مهم‌ترین کاربردها عبارتند از:

الف. سیستم‌های برق‌رسانی فشار ضعیف و قوی:کابل‌های شیلددار در انتقال برق فشار ضعیف (مثل کابل‌های ۳۰۰ ولت تا ۱ کیلوولت) برای جلوگیری از تداخل‌های الکترومغناطیسی و محافظت از سیستم‌های برقی استفاده می‌شوند. در سیستم‌های برق فشار قوی (بیش از ۱ کیلوولت) مانند خطوط انتقال نیرو، به‌ویژه در زیر زمین یا محیط‌های حساس، کابل‌های شیلددار استفاده می‌شود تا خطرات ناشی از الکتریسیته ساکن و تداخل‌های ناشی از سایر تجهیزات کاهش یابد. این کابل‌ها می‌توانند در خطوط انتقال برق هوایی یا دفنی نصب شوند و از تماس غیرمجاز با هادی‌ها جلوگیری کنند.

ب. سیستم‌های کنترل صنعتی و ابزار دقیق: در محیط‌های صنعتی که تداخل‌های الکترومغناطیسی و نویز زیاد است، کابل‌های شیلددار برای سیستم‌های کنترلی و ابزار دقیق (مانند SCADA و PLC) برای انتقال سیگنال‌های دقیق استفاده می‌شوند.

ج. کابل‌های مورد استفاده در محیط‌های بیرونی: کابل‌های شیلددار در محیط‌های صنعتی، پالایشگاه‌ها، کارخانجات و ساختمان‌ها که نیاز به محافظت در برابر آسیب‌های مکانیکی و الکتریکی دارند، نصب می‌شوند.

ح. کابل‌های ارتباطی: برای استفاده در سیستم‌های مخابراتی و سیستم‌های انتقال داده، به‌ویژه در کابل‌های فشار ضعیف که ممکن است در محیط‌های صنعتی با نویز بالا کار کنند، شیلدینگ اهمیت زیادی دارد.

خ. کابل‌های مخابراتی و شبکه‌های کامپیوتری: در شبکه‌های LAN و کابل‌های فیبر نوری، استفاده از کابل‌های شیلددار برای جلوگیری از نویز و بهبود انتقال داده‌های با سرعت بالا امری ضروری است. این کابل‌ها برای جلوگیری از تداخل‌های رادیویی و فرکانس‌های بالا که می‌توانند سیگنال‌ها را خراب کنند، به‌کار می‌روند.

چ. کابل‌های صنعتی: در کارخانجات صنعتی و سیستم‌های کنترل، کابل‌های شیلددار برای حفاظت از سیگنال‌های کنترل و جلوگیری از تداخل‌های EMI به‌کار می‌روند. این کابل‌ها در دستگاه‌های ماشین‌آلات و سیستم‌های اتوماسیون نقش مهمی دارند.

6. ویژگی‌ها و مزایای کابل‌های شیلددار

الف. محافظت در برابر تداخل‌های الکترومغناطیسی:کابل‌های شیلددار توانایی جلوگیری از ورود تداخل‌های الکترومغناطیسی (EMI) و نویز به داخل سیستم را دارند که باعث افزایش کارایی و پایداری سیستم‌های برقی و مخابراتی می‌شود.

ب. افزایش ایمنی: در کابل‌های فشار قوی، شیلد به‌عنوان یک لایه اتصال به زمین (Grounding) عمل می‌کند و از خطرات ناشی از برق‌گرفتگی جلوگیری می‌کند.

ج. افزایش عمر کابل: کابل‌های شیلددار از آسیب‌های فیزیکی به هادی‌ها و عایق‌ها محافظت می‌کنند و طول عمر کابل‌ها را افزایش می‌دهند.

د. پایداری و دقت در انتقال سیگنال‌ها: کابل‌های شیلددار به‌ویژه در سیستم‌های مخابراتی و ابزار دقیق که نیاز به سیگنال‌های دقیق دارند، بسیار مؤثر هستند و کیفیت سیگنال‌ها را حفظ می‌کنند.

نتیجه‌گیری:

استفاده از لایه شیلد در کابل‌های برق، مخابرات، و صنعتی باعث محافظت از سیگنال‌ها، افزایش ایمنی، و جلوگیری از تداخل‌های الکترومغناطیسی می‌شود. انتخاب جنس و نوع شیلد بسته به کاربرد و محیط نصب کابل‌ها متفاوت است. با توجه به ویژگی‌های منحصربه‌فرد هر نوع شیلد، می‌توانید بهترین گزینه را برای نیازهای خاص خود انتخاب کنید.