โครงสร้างของผลิตภัณฑ์สายเคเบิล

ส่วนประกอบโครงสร้างของผลิตภัณฑ์สายไฟและสายเคเบิลโดยทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นสี่ส่วนหลักๆ ดังนี้:ตัวนำ, ชั้นฉนวนรวมถึงชั้นป้องกันและชั้นหุ้มฉนวน ตลอดจนส่วนประกอบเติมเต็มและองค์ประกอบรับแรงดึง ตามข้อกำหนดการใช้งานและสถานการณ์การใช้งาน โครงสร้างของผลิตภัณฑ์บางอย่างค่อนข้างเรียบง่าย โดยมีเพียงตัวนำเป็นส่วนประกอบโครงสร้าง เช่น สายไฟเปลือยเหนือศีรษะ สายไฟเครือข่ายสัมผัส บัสบาร์ทองแดง-อะลูมิเนียม (บัสบาร์) เป็นต้น ฉนวนไฟฟ้าภายนอกของผลิตภัณฑ์เหล่านี้อาศัยฉนวนระหว่างการติดตั้งและระยะห่างทางกายภาพ (เช่น ฉนวนอากาศ) เพื่อความปลอดภัย

 

1. ตัวนำ

 

ตัวนำเป็นส่วนประกอบพื้นฐานและขาดไม่ได้ที่สุดที่ทำหน้าที่ส่งผ่านกระแสไฟฟ้าหรือข้อมูลคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าภายในผลิตภัณฑ์ ตัวนำ ซึ่งมักเรียกว่าแกนลวดนำไฟฟ้า ทำจากโลหะที่ไม่ใช่เหล็กที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูง เช่น ทองแดง อลูมิเนียม เป็นต้น สายเคเบิลใยแก้วนำแสงที่ใช้ในเครือข่ายการสื่อสารด้วยแสงที่พัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงสามสิบปีที่ผ่านมา ใช้ใยแก้วนำแสงเป็นตัวนำ

 

2. ชั้นฉนวนกันความร้อน

 

ส่วนประกอบเหล่านี้ห่อหุ้มตัวนำไฟฟ้า ทำหน้าที่เป็นฉนวนไฟฟ้า ช่วยให้กระแสไฟฟ้าหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า/คลื่นแสงที่ส่งผ่านเดินทางไปตามตัวนำเท่านั้น ไม่แผ่กระจายออกไปภายนอก ชั้นฉนวนช่วยรักษาศักย์ไฟฟ้า (เช่น แรงดันไฟฟ้า) บนตัวนำ ไม่ให้ส่งผลกระทบต่อวัตถุรอบข้าง และช่วยให้ตัวนำไฟฟ้าทำงานได้อย่างปกติ รวมถึงมีความปลอดภัยภายนอกสำหรับวัตถุและบุคคล

 

ตัวนำและชั้นฉนวนเป็นส่วนประกอบพื้นฐานสองอย่างที่จำเป็นสำหรับผลิตภัณฑ์สายเคเบิล (ยกเว้นสายไฟเปลือย)

 

3. ชั้นป้องกัน

 

ภายใต้สภาวะแวดล้อมต่างๆ ระหว่างการติดตั้งและการใช้งาน ผลิตภัณฑ์สายไฟและสายเคเบิลจำเป็นต้องมีส่วนประกอบที่ให้การป้องกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งชั้นฉนวน ส่วนประกอบเหล่านี้เรียกว่าชั้นป้องกัน

 

เนื่องจากวัสดุฉนวนต้องมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม จึงจำเป็นต้องมีความบริสุทธิ์สูงและมีสิ่งเจือปนน้อยที่สุด อย่างไรก็ตาม วัสดุเหล่านี้มักไม่สามารถป้องกันจากปัจจัยภายนอกได้พร้อมกัน (เช่น แรงทางกลระหว่างการติดตั้งและการใช้งาน ความต้านทานต่อสภาพบรรยากาศ สารเคมี น้ำมัน ภัยคุกคามทางชีวภาพ และอันตรายจากไฟไหม้) ความต้องการเหล่านี้จึงได้รับการแก้ไขโดยโครงสร้างชั้นป้องกันต่างๆ

 

สำหรับสายเคเบิลที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับสภาพแวดล้อมภายนอกที่เหมาะสม (เช่น พื้นที่ภายในอาคารที่สะอาดและแห้ง ปราศจากแรงทางกลจากภายนอก) หรือในกรณีที่วัสดุชั้นฉนวนเองมีความแข็งแรงทางกลและทนต่อสภาพอากาศในระดับหนึ่ง อาจไม่จำเป็นต้องมีชั้นป้องกันเป็นส่วนประกอบเพิ่มเติม

 

4. การป้องกัน

 

เป็นส่วนประกอบในผลิตภัณฑ์สายเคเบิลที่ทำหน้าที่แยกสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายในสายเคเบิลออกจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก แม้กระทั่งระหว่างคู่สายหรือกลุ่มสายที่แตกต่างกันภายในผลิตภัณฑ์สายเคเบิล ก็ยังจำเป็นต้องมีการแยกซึ่งกันและกัน ชั้นป้องกันนี้สามารถอธิบายได้ว่าเป็น "ฉากกั้นการแยกสนามแม่เหล็กไฟฟ้า"

 

เป็นเวลาหลายปีที่อุตสาหกรรมมองว่าชั้นป้องกันเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างชั้นปกป้อง อย่างไรก็ตาม มีข้อเสนอว่าควรพิจารณาให้เป็นส่วนประกอบแยกต่างหาก เนื่องจากหน้าที่ของชั้นป้องกันไม่เพียงแต่แยกข้อมูลที่ส่งผ่านภายในผลิตภัณฑ์สายเคเบิลออกจากกันทางแม่เหล็กไฟฟ้า ป้องกันการรั่วไหลหรือการรบกวนอุปกรณ์ภายนอกหรือสายอื่นๆ แต่ยังป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกไม่ให้เข้าสู่ผลิตภัณฑ์สายเคเบิลผ่านการเชื่อมต่อทางแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งข้อกำหนดเหล่านี้แตกต่างจากหน้าที่ของชั้นปกป้องแบบดั้งเดิม นอกจากนี้ ชั้นป้องกันไม่ได้ติดตั้งอยู่ภายนอกผลิตภัณฑ์เท่านั้น แต่ยังวางไว้ระหว่างคู่สายแต่ละคู่หรือหลายคู่ในสายเคเบิลด้วย ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา เนื่องจากการพัฒนาอย่างรวดเร็วของระบบส่งข้อมูลโดยใช้สายไฟและสายเคเบิล พร้อมกับจำนวนแหล่งกำเนิดการรบกวนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในบรรยากาศที่เพิ่มขึ้น โครงสร้างป้องกันจึงมีหลากหลายมากขึ้น ความเข้าใจที่ว่าชั้นป้องกันเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของผลิตภัณฑ์สายเคเบิลจึงได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง

 

5. โครงสร้างการบรรจุ

 

ผลิตภัณฑ์สายไฟและสายเคเบิลจำนวนมากเป็นแบบหลายแกน เช่น สายไฟแรงดันต่ำส่วนใหญ่เป็นสายสี่แกนหรือห้าแกน (เหมาะสำหรับระบบสามเฟส) และสายโทรศัพท์ในเมืองที่มีตั้งแต่ 800 คู่ถึง 3600 คู่ หลังจากรวมแกนหุ้มฉนวนหรือคู่สายไฟเหล่านี้เข้าด้วยกันเป็นสายเคเบิล (หรือรวมกลุ่มกันหลายครั้ง) จะเกิดรูปทรงที่ไม่สม่ำเสมอและช่องว่างขนาดใหญ่ระหว่างแกนหุ้มฉนวนหรือคู่สายไฟ ดังนั้นจึงต้องมีการใส่โครงสร้างเติมเต็มในระหว่างการประกอบสายเคเบิล จุดประสงค์ของโครงสร้างนี้คือเพื่อรักษาระดับเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกให้ค่อนข้างสม่ำเสมอในระหว่างการม้วน ทำให้การห่อและการอัดขึ้นรูปปลอกหุ้มทำได้ง่ายขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยให้สายเคเบิลมีความเสถียรและคงโครงสร้างภายในไว้ได้ โดยกระจายแรงอย่างสม่ำเสมอในระหว่างการใช้งาน (การยืด การบีบอัด และการดัดงอในระหว่างการผลิตและการวาง) เพื่อป้องกันความเสียหายต่อโครงสร้างภายในของสายเคเบิล

 

ดังนั้น แม้ว่าโครงสร้างการเติมจะเป็นส่วนเสริม แต่ก็มีความจำเป็น มีข้อกำหนดโดยละเอียดเกี่ยวกับการเลือกวัสดุและการออกแบบโครงสร้างนี้

 

6. ส่วนประกอบแรงดึง

 

โดยทั่วไปแล้ว ผลิตภัณฑ์สายไฟและสายเคเบิลแบบดั้งเดิมจะอาศัยชั้นหุ้มเกราะของชั้นป้องกันเพื่อต้านทานแรงดึงภายนอกหรือแรงดึงที่เกิดจากน้ำหนักของตัวมันเอง โครงสร้างทั่วไปได้แก่ การหุ้มเกราะด้วยเทปเหล็กและการหุ้มเกราะด้วยลวดเหล็ก (เช่น การใช้ลวดเหล็กหนา 8 มม. บิดเป็นชั้นหุ้มเกราะสำหรับสายเคเบิลใต้น้ำ) อย่างไรก็ตาม ในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง เพื่อป้องกันเส้นใยจากแรงดึงเล็กน้อยและหลีกเลี่ยงการเสียรูปเล็กน้อยที่อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการส่งสัญญาณ จึงมีการรวมเอาการเคลือบหลักและรอง รวมถึงส่วนประกอบรับแรงดึงพิเศษเข้าไว้ในโครงสร้างของสายเคเบิล ตัวอย่างเช่น ในสายเคเบิลหูฟังโทรศัพท์มือถือ ลวดทองแดงเส้นเล็กหรือเทปทองแดงบางๆ ที่พันรอบเส้นใยสังเคราะห์จะถูกขึ้นรูปด้วยชั้นฉนวน โดยที่เส้นใยสังเคราะห์ทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบรับแรงดึง โดยรวมแล้ว ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ขนาดเล็กและยืดหยุ่นพิเศษที่ต้องการการดัดงอและการบิดหลายครั้ง ส่วนประกอบรับแรงดึงมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง