کابل شیلد دار به نوعی از کابل ‌های برق یا شبکه گفته می‌شود که در ساختار داخلی آن، یک لایه محافظ رسانا به صورت بافته شده یا فویل قرار گرفته است تا از سیگنال ‌های ارسالی در برابر تداخلات مغناطیسی محافظت کند. در دنیای امروز که تجهیزات الکترونیکی و امواج رادیویی در تمام فضاها حضور دارند، حفظ کیفیت داده‌ها و جلوگیری از تخریب سیگنال ‌های حساس به یک چالش بزرگ تبدیل شده است. این کابل ‌ها با ایجاد یک سد دفاعی فیزیکی و الکتریکی، اجازه نمی‌دهند نویز های ناشی از کابل‌ های برق مجاور یا دستگاه‌ های صنعتی، باعث اختلال در عملکرد سیستم‌ های کنترلی شوند. انتخاب صحیح این محصول در پروژه ‌های ابزار دقیق و اتوماسیون، تفاوت اصلی بین یک سیستم پایدار و یک سیستم پر از خطا را رقم می‌زند.

فلسفه وجودی لایه محافظ در تجهیزات انتقال داده

نیاز به استفاده از کابل شیلد دار زمانی احساس شد که مهندسان متوجه شدند جریان‌های الکتریکی عبوری از کابل‌ های قدرت، میدان‌ های مغناطیسی ناخواسته‌ای ایجاد می‌کنند که بر روی سیم‌های ظریف مجاور اثر می‌گذارد. این پدیده که با نام القای الکترومغناطیسی شناخته می‌شود، می‌تواند باعث ایجاد داده‌ های کاذب در سنسورها یا نویز های آزاردهنده در سیستم‌ های صوتی و تصویری شود. لایه شیلد در واقع مانند یک (قفس فارادی) عمل کرده و تمام این امواج مزاحم را قبل از رسیدن به هسته مرکزی کابل، جذب و به زمین منتقل می‌کند.

·  ممانعت از خروج سیگنال

علاوه بر جلوگیری از ورود نویز، کابل ‌های شیلد دار وظیفه دیگری نیز بر عهده دارند و آن جلوگیری از خروج سیگنال و ایجاد تداخل برای سایر دستگاه‌ ها است. در محیط ‌های نظامی و مراکز داده (Data Centers)، نشت سیگنال می‌تواند هم از نظر امنیتی و هم از نظر فنی خطرناک باشد. بنابراین، شیلدینگ یک جاده دوطرفه است که هم از محتوای داخلی کابل محافظت می‌کند و هم اجازه نمی‌دهد کابل به یک منبع تولید نویز برای محیط اطراف تبدیل شود.

استاندارد های حفاظتی در محیط ‌های پر نویز صنعتی

در محیط‌های صنعتی که موتورهای الکتریکی بزرگ، اینورترها و تابلو های برق فشار قوی حضور دارند، شدت میدان‌ های مغناطیسی به قدری زیاد است که کابل‌ های معمولی به سرعت دچار اختلال می‌شوند. استاندارد های حفاظتی تعیین می‌کنند که برای هر سطح از تداخل، چه نوع کابل شیلد دار با چه تراکمی مورد نیاز است. به عنوان مثال، در نزدیکی درایو های فرکانس متغیر (VFD)، استفاده از کابل‌هایی با شیلد مسی بافته شده با تراکم بالای ۸۵ درصد الزامی است تا پایداری فرمان‌های ارسالی تضمین شود.

کابل شیلد دار چگونه از نویز و تداخل جلوگیری می‌کند؟

مکانیسم عملکرد کابل شیلد دار بر پایه اصول فیزیک الکتریسیته استوار است. زمانی که امواج الکترومغناطیسی مزاحم به لایه شیلد برخورد می‌کنند، در سطح این لایه رسانا جریان‌ های کوچکی ایجاد می‌شود. اگر شیلد به درستی به سیستم ارت (زمین) متصل شده باشد، این جریان‌های ناخواسته مسیری آسان برای تخلیه پیدا می‌کنند و هرگز نمی‌توانند به عایق داخلی نفوذ کرده و بر روی رسانای اصلی اثر بگذارند. این فرآیند باعث می‌شود که نسبت سیگنال به نویز (SNR) در بالاترین سطح خود باقی بماند. تداخلات مغناطیسی معمولا به دو صورت هدایتی و تابشی ظاهر می‌شوند. نویز های تابشی مانند امواج موبایل یا پارازیت ‌های رادیویی توسط فویل‌ های آلومینیومی به خوبی مهار می‌شوند، در حالی که نویز های فرکانس پایین ناشی از کابل‌ های برق، نیازمند شیلد های بافته شده مسی هستند که استحکام مکانیکی و رسانایی بالاتری دارند. ترکیب این دو لایه در کابل شیلد دار، جامع‌ ترین راهکار برای مقابله با طیف گسترده‌ای از اختلالات الکترومغناطیسی در پروژه‌ های مهندسی است.

·  نقش شیلد در حذف کوپلاژهای خازنی و القایی

در تحلیل ‌های تخصصی، نویزها از طریق دو نوع کوپلاژ خازنی و القایی منتقل می‌شوند. کوپلاژ خازنی ناشی از اختلاف پتانسیل بین دو سیم مجاور است که لایه شیلد با قرار گرفتن در میان آنها، این اثر خازنی را خنثی می‌کند. کابل شیلد دار با جذب بارهای الکتریکی ساکن، مانع از تغییرات ناگهانی ولتاژ در سیم‌ های کنترلی می‌شود. این موضوع به ویژه در انتقال سیگنال‌ های آنالوگ که کوچکترین تغییر ولتاژ به معنای خطای اندازه‌گیری است، اهمیت حیاتی دارد. از سوی دیگر، کوپلاژ القایی ناشی از جریان‌ های متغیر است که میدان مغناطیسی ایجاد می‌کنند. شیلد های بافته شده با ایجاد یک مسیر موازی با مقاومت کم، انرژی این میدان‌ها را جذب کرده و مانع از القای ولتاژ ناخواسته در هسته کابل می‌شوند. به همین دلیل است که در تابلو های فرمان پیچیده، استفاده از کابل شیلد دار تنها راه حل برای جلوگیری از فرمان‌ های اشتباه به رله‌ها و کنتاکتور ها است. پایداری این لایه‌ های حفاظتی در طول زمان، عاملی است که کیفیت محصولات لینکو را در بازار متمایز می‌کند.

اهمیت اتصال صحیح ارت برای کارایی لایه محافظ

بسیاری از نصابان تصور می‌کنند که صرف استفاده از کابل شیلد دار کافی است، اما واقعیت این است که شیلد بدون اتصال صحیح به زمین، تنها مانند یک آنتن عمل کرده و نویز بیشتری را جذب می‌کند. برای تخلیه بارهای الکتریکی جذب شده، لایه شیلد باید در یک یا هر دو انتهای کابل (بسته به نوع فرکانس نویز) به شینه ارت متصل شود. در فرکانس‌ های پایین، معمولا اتصال یک‌ طرفه برای جلوگیری از ایجاد حلقه ترجیح داده می‌شود.

در مقابل، برای مقابله با نویز های فرکانس بالا، شیلد باید در هر دو طرف به زمین متصل گردد. استفاده از گلند های مخصوص شیلد - گیر (EMC Glands) در ورودی تابلوها، بهترین روش برای برقراری اتصال ۳۶۰ درجه و کامل بین شیلد کابل و بدنه فلزی تابلو است. این جزئیات اجرایی تعیین می‌کند که آیا کابل شیلد دار خریداری شده می‌تواند وظیفه خود را به درستی انجام دهد یا خیر. عدم توجه به سیستم زمین، عملا هزینه انجام شده برای خرید کابل باکیفیت را بی اثر می‌کند.

انواع لایه‌ های محافظ در ساختار کابل شیلد دار

در فرآیند تولید کابل شیلد دار، از متریال‌ها و ساختار های متفاوتی برای لایه محافظ استفاده می‌شود که هر کدام برای سطح خاصی از نویز طراحی شده‌اند. رایج‌ ترین نوع شیلد بافته شده (Braided Shield) است که از رشته‌ های نازک مسی به هم تابیده تشکیل شده است. این نوع شیلد علاوه بر رسانایی عالی، انعطاف‌ پذیری کابل را حفظ کرده و مقاومت مکانیکی خوبی در برابر کشش ایجاد می‌کند. هرچه تراکم بافت (Coverage) در این مدل بیشتر باشد، قدرت فیلترینگ نویز نیز افزایش می‌یابد.

·  شیلد فویل چیست

نوع دیگر، (شیلد فویل) است که از یک لایه نازک آلومینیوم لمینت شده روی پلی‌استر ساخته می‌شود. فویل‌ها پوشش ۱۰۰ درصدی برای کابل فراهم می‌کنند و برای مقابله با نویزهای فرکانس بالا (RFI) بسیار عالی هستند، اما به دلیل نازک بودن، در برابر خم و راست شدن مکرر آسیب‌پذیر می‌باشند. در محصولات پیشرفته‌تر، از ترکیب فویل و بافت استفاده می‌شود تا از مزایای هر دو لایه به صورت همزمان بهره‌برداری شود و کابل شیلد دار در برابر تمام طیف‌های نویز بیمه شود.

کابل‌ های فویل‌ دار و کاربرد آنها در محیط ‌های اداری

کابل‌های دارای فویل آلومینیوم معمولا در محیط‌هایی که نویزهای رادیویی و الکترونیکی ضعیف وجود دارد، استفاده می‌شوند. این کابل‌ها که در دسته‌بندی کابل شیلد دار سبک قرار می‌گیرند، برای سیم‌کشی سیستم‌های تلفن، شبکه و دوربین‌های مداربسته داخلی ایده‌آل هستند. لایه نازک آلومینیوم به همراه یک سیم تخلیه مسی که در تمام طول کابل با فویل در تماس است، وظیفه انتقال نویز به زمین را بر عهده دارد.

مزایای کابل های فویل دار

قیمت مناسب و وزن کم از مزایای اصلی این مدل است. با این حال، باید دقت کرد که در هنگام نصب، فویل دچار پارگی یا جداشدگی نشود، زیرا حتی یک شکاف کوچک در لایه فویل می‌تواند مسیری برای نفوذ نویز ایجاد کند. کابل شیلد دار فویل‌ دار لینکو با کیفیت ساخت بالا، چسبندگی مناسبی بین فویل و لایه پلیمری ایجاد کرده است تا در حین عبور از لوله‌ها و داکت‌ها، یکپارچگی محافظتی کابل حفظ شود و کیفیت سیگنال در طولانی‌مدت تضمین گردد.

کابل‌ های شیلد بافته شده برای مصارف سنگین صنعتی

در کارخانجات و محیط‌هایی که کابل مدام در حال حرکت است یا تحت فشارهای مکانیکی قرار دارد، شیلد بافته شده تنها انتخاب منطقی است. این نوع کابل شیلد دار به دلیل ساختار تار و پودی رشته‌های مسی، مانند یک زره عمل کرده و اجازه نمی‌دهد نویزهای الکترومغناطیسی ناشی از کابل‌های قدرت مجاور، بر روی سیگنال‌های فرمان اثر بگذارند. همچنین این شیلد به عنوان یک محافظ فیزیکی، مانع از بریدگی عایق داخلی در اثر سایش می‌شود.

تراکم شیلد بافته شده معمولا بین ۷۰ تا ۹۵ درصد متغیر است. برای محیط‌ های بسیار حساس، استفاده از تراکم بالای ۹۰ درصد توصیه می‌شود. در تولید کابل شیلد دار لینکو، از مس قلع‌اندود برای رشته‌های بافته شده استفاده می‌شود تا علاوه بر رسانایی بالاتر، مقاومت کابل در برابر اکسیداسیون و خوردگی در محیط‌های مرطوب نیز افزایش یابد. این ویژگی باعث می‌شود که اتصال ارت کابل در درازمدت ضعیف نشده و کارایی سیستم حفاظتی ثابت بماند.

کابل شیلد دار در مقابل کابل بدون شیلد (UTP) - تفاوت‌ های ساختاری

انتخاب بین کابل شیلد دار و کابل بدون شیلد (Unshielded) یکی از سوالات متداول در طراحی پروژه‌هاست. کابل‌های بدون شیلد که به آن‌ها UTP نیز گفته می‌شود، ساختار ساده‌تری دارند و برای محیط‌هایی که نویز الکترومغناطیسی در آن‌ها ناچیز است، طراحی شده‌اند. در این کابل‌ها، پیچش جفت‌سیم‌ها به دور یکدیگر تا حدی نویزهای داخلی را حذف می‌کند، اما در برابر نویزهای خارجی قدرت دفاعی ندارند. در مقابل، کابل‌های شیلد دار با لایه‌های اضافی خود، امنیت سیگنال را در محیط‌های آلوده به امواج تضمین می‌کنند.

تفاوت اصلی علاوه بر لایه محافظ، در قیمت و دشواری نصب است. کابل شیلد دار به دلیل استفاده از مس یا آلومینیوم بیشتر در ساختار خود، قیمت بالاتری دارد و به دلیل ضخامت بیشتر، فضای بیشتری را در داکت‌ها اشغال می‌کند. همچنین فرآیند لخت کردن و اتصال شیلد به زمین، نیازمند دقت و زمان بیشتری از سوی تکنسین است. با این حال، در پروژه‌های حساس که هزینه تداخلات سیگنالی بسیار بالاست، صرف هزینه بیشتر برای کابل شیلد دار نوعی سرمایه‌گذاری هوشمندانه برای جلوگیری از خرابی‌های آینده محسوب می‌شود.

·  چه زمانی حتما باید از کابل شیلد دار استفاده کنیم؟

قانون کلی در مهندسی برق این است که اگر کابل‌های حامل سیگنال (مانند کابل سنسور، شبکه یا صوت) قرار است در کنار کابل‌های برق فشار قوی (مثلا در یک سینی کابل مشترک) قرار بگیرند، حتما باید از نوع کابل شیلد دار باشند. همچنین در نزدیکی ترانسفورماتورها، ژنراتورها، فرستنده‌های رادیویی و دستگاه‌های جوشکاری که میدان‌های مغناطیسی شدیدی تولید می‌کنند، استفاده از کابل‌های بدون شیلد به معنای شکست قطعی پروژه خواهد بود.

مورد حیاتی دیگر، در مسافت‌های طولانی انتقال سیگنال است. هرچه طول کابل بیشتر شود، احتمال جذب نویز در طول مسیر افزایش می‌یابد. کابل شیلد دار با جلوگیری از تجمع نویز در طول مسیر، به سیگنال اجازه می‌دهد تا با کمترین تغییر به مقصد برسد. در سیستم‌های امنیتی و دوربین‌های مداربسته که فاصله دوربین تا دستگاه ضبط زیاد است، استفاده از کابل‌های کواکسیال یا شبکه شیلد دار برای جلوگیری از لرزش و خط‌افتادگی در تصویر یک ضرورت انکارناپذیر است.

مقایسه انعطاف ‌پذیری و طول عمر در کابل ‌های مختلف

وجود لایه ‌های اضافی در کابل شیلد دار بر روی فاکتور های فیزیکی آن تاثیر می‌گذارد. کابل‌ های شیلد دار نسبت به مدل‌ های معمولی کمی صلب‌تر هستند و شعاع خم مجاز آنها بزرگتر است. اگر این کابل‌ها بیش از حد خم شوند، لایه شیلد دچار شکستگی شده و نه تنها خاصیت محافظتی خود را از دست می‌دهد، بلکه ممکن است تکه‌های شکسته شده شیلد باعث سوراخ شدن عایق و اتصال کوتاه شوند. بنابراین در نصب این کابل‌ها، رعایت شعاع خم استاندارد اهمیت دوچندانی دارد.

از نظر طول عمر، کابل شیلد دار به دلیل لایه فلزی داخلی، در برابر عوامل محیطی و ضربات فیزیکی مقاوم‌تر است. این لایه مانند یک لایه پشتیبان برای عایق عمل می‌کند و مانع از دفرمه شدن کابل تحت فشارهای سطحی می‌شود. در محصولات تخصصی لینکو، از پلیمر های مقاوم برای روکش نهایی استفاده شده است تا در کنار قدرت محافظتی شیلد، کابل در برابر تغییرات دمایی و رطوبت نیز طول عمر بالایی داشته باشد و هزینه تعمیر و نگهداری سیستم را به حداقل برساند.

سخن پایانی

کابل شیلد دار یک ابزار مهندسی دقیق برای تضمین سلامت داده‌ها و جریان‌ های ضعیف در محیط‌ های آلوده به نویز است. انتخاب بین انواع فویل‌دار، بافته شده یا ترکیبی بستگی مستقیمی به بودجه پروژه و شدت تداخلات مغناطیسی موجود در محل نصب دارد. به یاد داشته باشید که خرید یک کابل باکیفیت تنها نیمی از مسیر است؛ نیمه دیگر، اجرای صحیح سیستم زمین (ارتینگ) و استفاده از متعلقات نصب استاندارد است تا لایه محافظ بتواند بهترین کارایی خود را نشان دهد.

سوالات متداول

آیا کابل شیلد دار می‌تواند به عنوان کابل ارت استفاده شود؟

خیر، شیلد کابل برای حمل جریان‌ های سنگین خطا طراحی نشده است. اگرچه شیلد به زمین متصل می‌شود، اما وظیفه اصلی آن تخلیه بارهای القایی ضعیف است. برای سیستم ارتینگ حتما باید از سیم ارت مجزا با سطح مقطع مناسب استفاده کنید.

تفاوت کابل شیلد دار با کابل اسکرین دار چیست؟

در زبان فنی، این دو واژه اغلب به جای یکدیگر استفاده می‌شوند. اما در برخی استانداردها، "شیلد" به محافظت در برابر میدان‌های مغناطیسی و اسکرین به محافظت در برابر میدان‌ های الکتریکی اشاره دارد. در عمل، اکثر کابل‌های موجود در بازار هر دو قابلیت را دارند.

اگر شیلد را به زمین وصل نکنیم چه اتفاقی می‌افتد؟

در این حالت کابل نه تنها در برابر نویز محافظت نمی‌شود، بلکه لایه فلزی شیلد مانند یک ذخیره‌کننده انرژی (خازن) عمل کرده و نویز های محیطی را جذب و به داخل کابل هدایت می‌کند که باعث بدتر شدن کیفیت سیگنال نسبت به کابل‌های معمولی می‌شود.

چگونه متوجه شویم تراکم شیلد کابل مناسب است؟

با جدا کردن بخشی از روکش کابل، لایه بافته شده را بررسی کنید. در کابل شیلد دار استاندارد، رشته‌ های مسی باید به طور منظم و فشرده به هم تابیده شده باشند به طوری که لایه عایق زیرین به سختی دیده شود.