5 טיפים מעשיים ליישום כבלים מסוככים (Shielded Cables)

מתכנני יישומים תעשייתיים כגון מכונות לרצפות הייצור, נדרשים להתמודד עם רעשים חשמליים שמקורם בקרינה או בהולכה של הפרעות אלקטרו מגנטיות (EMI). רעשים חשמליים עלולים לשבש קשות את פעולתם התקינה של מכשירים שונים. כבלים עשויים להוות כלי העברה עיקרי להפרעות אלקטרומגנטיות, כמקור שידור או קליטה. בנוסף, כבל המשדר הפרעה אלקטרומגנטית עלול להוליך את הרעש החשמלי למכשירים אחרים או להוות אנטנה המקרינה את הרעש, ובנוסף על כך, גם עלול לקלוט הפרעה אלקטרומגנטית ממקורות אחרים.

כיצד ניתן להתגונן מפני הפרעות אלקטרו מגנטיות (EMI)?
קיימים שני סוגי הגנה על כבלים: הראשון הוא בידוד והשני הוא סיכוך, ולהם תפקידים שונים.
בידוד (Insulation) מגן על הכבל מפני פגיעה מכנית כגון שריטות ושחיקה, ומפני גורמים סביבתיים כגון לחוּת ונזילוֹת, אך הבידוד של הכבל חדיר לגמרי לאנרגיה אלקטרומגנטית ואינו מגן מפניה כלל.
הסיכוך (Shielding) נחוץ כדי להגן על הכבל והמכשיר מפני הפרעות אלקטרומגנטיות. סיכוך הכבל מגן הן מפני השידור והן מפני הקליטה.
בטבלה בעמוד הבא מפורטות הנחיות כלליות לגבי אזורים הנתונים לרמות רעש שונות. שימו לב כי עומסי מיתוג כבדים, תנורים השראתיים (Inductive Heaters) ושנאים גדולים מפיצים רמות גבוהות של הפרעה אלקטרומגנטית בקרינה ושל הפרעה אלקטרומגנטית בהולכה.
פרישת כבלים המשדרים אותות, כגון כבלי תקשורת ליד כבלי מתח, עלולה לאפשר לרעש שמייצרים כבלי המתח להסתנן לכבלים המעבירים אותות ולשבש את תעבורתם.
סיכוך הוא למעשה ההגנה העיקרית מפני הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI). הסיכוך מקיף את המוליכים הפנימיים אשר מובילים אותות תקשורת או חשמל ומנטרל הפרעות אלקטרומגנטיות בשתי דרכים: האחת באמצעות החזרת האנרגיה, והשנייה באמצעות קליטת הרעש והארקתו. בשני המקרים, ההפרעה האלקטרומגנטית איננה מגיעה למוליכים. בכל זאת, מעט אנרגיה חודרת את הסיכוך, אך היא מונחתת (Attenuation) משמעותית ולפיכך כבר אינה גורמת להפרעות. לכבלים שונים יש רמות סיכוך שונות, ולפיכך האפקטיביות של הסיכוך שונה. מידת הסיכוך הנדרש תלויה במספר גורמים, ובכללם הסביבה החשמלית שבה מותקן הכבל, עלות הכבל (מדוע לשלם על סיכוך לא חיוני?) ונתונים כגון קוטר הכבל, משקלו וגמישותו.
כבלים לא מסוככים מותקנים לרוב ביישומים תעשייתיים אשר פועלים בסביבות מבוקרות – בתוך ארון מתכתי או בתעלות. המתכת ממנה עשויים הארון או התעלה מגנה על הכבלים והרכיבים האלקטרוניים הפנימיים מפני הפרעות אלקטרומגנטיות שבסביבה.

קיימים שני סוגי סיכוך אופייניים לכבלים: סרט או רשת.
בסיכוך סרט (Foil) משתמשים ברדיד אלומיניום דק, המחובר בדרך כלל לרדיד פוליאסטר המקנה לו עמידות וחוזק ומספק למוליכים שהוא עוטף בידוד מצוין של 100%. בשל דקיקותו קשה יותר לעבוד איתו, בעיקר בחיבור הכבל למַחְבָּר. ברוב המקרים, במקום להאריק את הסיכוך בשלמותו, נעשה שימוש בחוט מוליך (Drain Wire) לביצוע הארקה.
סיכוך רשת (Braid) הינו מקלעת של חוטי נחושת חשופים או מצופים בבדיל. בשל התנגדותה הנמוכה, היא משמשת כמסלול הארקה. סיכוך רשת מקל על חיבור הכבל למחבר באמצעות לחיצה או הלחמה. סיכוך רשת אינו מספק כיסוי של 100% מכיוון שבסיכוך זה ישנם רווחים קטנים אשר מהווים בדרך כלל כיסוי של 70-95%, בהתאם למידת הצפיפות של הרשת. כיסוי של 70% הוא די והותר לכבל נייח. למעשה, כיסוי גבוה יותר איננו מעלה את האפקטיביות של המיגון. בשל העובדה שמוליכות של נחושת גבוהה יותר מזו של האלומיניום, אפקטיביות המיסוך של רשת נחושת גבוהה יותר מזו של סרט אלומיניום, אך היא מעלה את משקל הכבל ומייקרת אותו.
בסביבות רועשות מאד, יש צורך לפעמים להשתמש בכמה שכבות סיכוך. אפשרות נפוצה במקרים כאלה היא סיכוך משולב – רדיד אלומיניום ורשת נחושת. בחלק מן הכבלים המורכבים ממוליכים רבים, מסוככים כל זוג גידים בסרט אלומיניום וזאת על מנת למנוע הצטלבות אותות (Crosstalk) בין הזוגות, ואילו הכבל כולו מסוכך ברדיד, ברשת או בשניהם גם יחד. יש גם כבלים עם שכבה כפולה של רדיד או שכבה כפולה של רשת.
סוג נוסף שלישי, המשמש בסדרת מוצרי Supra-Shield של חברת Alpha Wire, הוא סיכוך משולב של רשת ורדיד. סוגי הסיכוך משלימים זה את זה ומפצים זה על חסרונותיו של זה. המעטה התלת שכבתי – למינציית אלומיניום / פוליאסטר / רדיד אלומיניום – הוא הסיבה לביצועים הטובים ביותר של הכבלים מסדרת Supra-Shield. המעטה מגדיל את האפקטיביות של הסיכוך בזכות הפחתת התנגדות הסיכוך והמגע בינו לבין מוליך הארקה מקל לחבר אותו באופן מהיר וקל לקצה.
בתרשים שלהלן מוצגות תצורות סיכוך אופייניות. ניתן לראות בבירור כי סיכוך משולב של רשת ורדיד של חברת Alpha Wire הוא אפקטיבי יותר מאשר סיכוך בשיטה אחת בלבד.
בפועל, מטרת הסיכוך היא להאריק רעשים לקרקע. חשיבות סיכוך ההארקה הינה גדולה מאד – וחוסר הבנה של השלכותיה עלול להביא לבחירה בסיכוך שאינו אפקטיבי מספיק. סיכוך הכבל והסיומת שלו חייבים לספק מסלול הארקה עם עכבה נמוכה. כבל מסוכך שאיננו מוארק כיאות איננו פועל היטב. כל הפרעה במסלול ההארקה עלולה להעלות את העכבה ולהפחית את האפקטיביות של הסיכוך.
5 טיפים מעשיים ליישום כבלים מסוככים
(Shielded Cables):
1. בדקו אם הסיכוך של הכבל מספיק והולם את השימוש שאמור להיעשות בכבל. בסביבות עם רעש בינוני, אפשר להסתפק בסיכוך סרט. בסביבות רועשות יותר מוטב לשקול להשתמש בסיכוך רשת או בשילוב של סיכוך רשת וסרט.
2. השתמשו בכבל המתאים לאופן השימוש. כבלים העוברים כיפופים חוזרים ונשנים זקוקים לסיכוך אשר נכרך בצורת ספירלה ולא רשת. סיכוך סרט אינו מתאים לכבלים העוברים כיפוף תכוף מכיוון שהכיפוף החוזר ונשנה עלול לקרוע את רדיד האלומיניום.
3. ודאו כי הציוד שאליו מחובר הכבל מוארק כהלכה. במידת האפשר, השתמשו בהארקה לקרקע ובדקו את הקשר בין המכשיר לבין נקודת ההארקה. התנגדות הארקה נמוכה היא אחד התנאים להפחתת רעשים.
4. רוב המחברים מתוכננים כך שניתן ליצור לסיכוך סיומת של 360 מעלות. ודאו כי אפקטיביות הסיכוך של המחבר אינה נופלת מזו של הכבל. לדוגמה, סוגי מחברים נפוצים הם מחברים מפלסטיק בציפוי מתכת, מאבץ יצוק או מאלומיניום (Backshells). היזהרו לא לנסח מפרט הדורש סיכוך מוגזם ויקר מדי כמו גם לא לנסח מפרט שאינו דורש סיכוך מספיק.
5. האריקו את הכבל בקצה אחד. הארקת הכבל מונעת לולאות הארקה (Ground Loops) היוצרות רעש.

איכות הסיכוך של המערכת כולה נגזרת מאיכות הסיכוך ברכיב הכי פחות מסוכך. כבל איכותי לא ישיג את מטרתו אם הוא מחובר למחבר לא איכותי. כמו כן, מחבר משובח אינו יכול לשפר את פעולתו של כבל גרוע.

בני שאשה – מנהל תחום הכבילה בחברת אלכסנדר שניידר

בני שאשה, אלכסנדר שניידר

תגובות סגורות