สายเคเบิลแบบมีฉนวนคืออะไร และเหตุใดชั้นฉนวนจึงมีความสำคัญมาก?

สายเคเบิลหุ้มฉนวน (Shielded Cable) ตามชื่อเรียก คือสายเคเบิลที่มีคุณสมบัติป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าจากภายนอก สร้างขึ้นในรูปแบบของสายส่งไฟฟ้าที่มีชั้นป้องกัน การป้องกันที่เรียกว่า “shielding” บนโครงสร้างสายเคเบิลยังเป็นมาตรการเพื่อปรับปรุงการกระจายของสนามไฟฟ้า ตัวนำของสายเคเบิลประกอบด้วยเส้นลวดหลายเส้น ซึ่งทำให้เกิดช่องว่างอากาศระหว่างตัวนำและชั้นฉนวนได้ง่าย และพื้นผิวตัวนำไม่เรียบ ซึ่งจะทำให้เกิดความเข้มข้นของสนามไฟฟ้า

1.ชั้นป้องกันสายเคเบิล
(1) เพิ่มชั้นป้องกันที่ทำจากวัสดุกึ่งตัวนำบนพื้นผิวตัวนำ ซึ่งมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากับตัวนำที่มีฉนวนป้องกันและสัมผัสกับชั้นฉนวนได้ดี เพื่อป้องกันการคายประจุบางส่วนระหว่างตัวนำและชั้นฉนวน ชั้นป้องกันนี้เรียกอีกอย่างหนึ่งว่าชั้นป้องกันชั้นใน นอกจากนี้ อาจมีช่องว่างระหว่างผิวฉนวนและปลอกหุ้ม และเมื่อสายเคเบิลงอ พื้นผิวฉนวนของสายเคเบิลที่ทำจากกระดาษน้ำมันจะแตกได้ง่าย ซึ่งเป็นปัจจัยที่ทำให้เกิดการคายประจุบางส่วน

(2) เพิ่มชั้นป้องกันของวัสดุกึ่งตัวนำบนพื้นผิวของชั้นฉนวน ซึ่งมีการสัมผัสที่ดีกับชั้นฉนวนป้องกันและมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากันกับปลอกโลหะ เพื่อหลีกเลี่ยงการคายประจุบางส่วนระหว่างชั้นฉนวนและปลอก

เพื่อให้แกนกลางตัวนำไฟฟ้าและฉนวนสนามไฟฟ้ามีการนำไฟฟ้าสม่ำเสมอ สายไฟฟ้าแรงดันปานกลางและแรงดันสูงที่มีขนาด 6 กิโลโวลต์ขึ้นไป โดยทั่วไปจะมีชั้นป้องกันตัวนำและชั้นป้องกันฉนวน ส่วนสายไฟฟ้าแรงดันต่ำบางสายไม่มีชั้นป้องกัน ชั้นป้องกันมีสองประเภท ได้แก่ ชั้นป้องกันแบบกึ่งตัวนำและชั้นป้องกันแบบโลหะ

2. สายเคเบิลหุ้มฉนวน
ชั้นป้องกันของสายเคเบิลนี้ส่วนใหญ่ถักเป็นโครงข่ายของสายโลหะหรือฟิล์มโลหะ และมีวิธีการหุ้มฉนวนแบบเดี่ยวและแบบหลายชั้นที่หลากหลาย ฉนวนแบบเดี่ยวหมายถึงโครงข่ายหรือฟิล์มป้องกันแบบเดี่ยว ซึ่งสามารถหุ้มสายไฟได้ตั้งแต่หนึ่งเส้นขึ้นไป ส่วนฉนวนแบบหลายชั้นประกอบด้วยโครงข่ายป้องกันหลายโครงข่าย และฟิล์มป้องกันจะอยู่ในสายเคเบิลเส้นเดียว บางแบบใช้เพื่อแยกสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างสาย และบางแบบใช้ฉนวนสองชั้นเพื่อเสริมประสิทธิภาพในการป้องกัน กลไกของฉนวนป้องกันคือการต่อสายดินของชั้นป้องกันเพื่อแยกแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจากสัญญาณรบกวนของสายไฟภายนอก

(1).โล่กึ่งตัวนำ
ชั้นป้องกันกึ่งตัวนำมักจะวางอยู่บนพื้นผิวด้านนอกของแกนตัวนำและพื้นผิวด้านนอกของชั้นฉนวน เรียกว่าชั้นป้องกันกึ่งตัวนำด้านในและชั้นป้องกันกึ่งตัวนำด้านนอกตามลำดับ ชั้นป้องกันกึ่งตัวนำนี้ประกอบด้วยวัสดุกึ่งตัวนำที่มีค่าความต้านทานต่ำมากและมีความหนาบาง ชั้นป้องกันกึ่งตัวนำด้านในได้รับการออกแบบมาเพื่อให้สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอบนพื้นผิวด้านนอกของแกนตัวนำ และป้องกันการคายประจุบางส่วนของตัวนำและฉนวนเนื่องจากพื้นผิวตัวนำที่ไม่เรียบและช่องว่างอากาศที่เกิดจากแกนเกลียว ชั้นป้องกันกึ่งตัวนำด้านนอกสัมผัสกับพื้นผิวด้านนอกของชั้นฉนวนได้ดี และมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากับปลอกโลหะ เพื่อป้องกันการคายประจุบางส่วนกับปลอกโลหะอันเนื่องมาจากข้อบกพร่อง เช่น รอยแตกบนพื้นผิวฉนวนของสายเคเบิล

(2).โล่โลหะ
สำหรับสายไฟฟ้าแรงดันปานกลางและแรงดันต่ำที่ไม่มีปลอกโลหะ นอกจากการติดตั้งชั้นป้องกันแบบกึ่งตัวนำแล้ว ยังต้องเพิ่มชั้นป้องกันโลหะด้วย โดยทั่วไปชั้นป้องกันโลหะจะหุ้มด้วยเทปทองแดงหรือลวดทองแดง ซึ่งทำหน้าที่ป้องกันสนามไฟฟ้าเป็นหลัก

เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านสายไฟฟ้ามีขนาดค่อนข้างใหญ่ สนามแม่เหล็กจึงถูกสร้างขึ้นรอบ ๆ กระแสไฟฟ้า เพื่อไม่ให้ส่งผลกระทบต่อส่วนประกอบอื่น ๆ ดังนั้นชั้นป้องกันจึงสามารถป้องกันสนามแม่เหล็กไฟฟ้านี้ในสายเคเบิลได้ นอกจากนี้ ชั้นป้องกันสายเคเบิลยังมีบทบาทสำคัญต่อการป้องกันการต่อลงดิน หากแกนสายเคเบิลเสียหาย กระแสไฟฟ้าที่รั่วไหลสามารถไหลไปตามกระแสลามินาร์ป้องกัน เช่น เครือข่ายสายดิน เพื่อมีบทบาทในการป้องกันความปลอดภัย จะเห็นได้ว่าบทบาทของชั้นป้องกันสายเคเบิลยังคงมีอยู่มาก