مقایسه بین کابلهای تخت وکابلهای گرد

مقایسه بین کابلهای تخت و کابلهای گرد

ترجمه : مهندس محمد باقر پورعبداله

هنگام طراحی یک سامانه الکترونیکی ، در اکثر موارد کابل ها آخرین جزء سیستم است که به وسیله مهندسین طراحی می شود . اما در صورتی که بخواهیم یک سیستم کابلی مطلوب در طول عمر  مفید تجهیزات پایدار باقی بماند ، موضوع طراحی کابلی که از نظر دوام و توانایی حفظ ثبات انتقال سینگال قابل اطمینان باشد ، اهمیت ویژه ای پیدا می کند .

در امور صنعتی یا کاربردهای دیگر ، توقفات برنامه ریزی نشده قابل پذیرش نیست . بنابراین سامانه کابلی به منزله ” طناب نجات غریق ” در ماشین آلات مدرن جایگاه ویژه ای دارد .

در فناوری ماشین آلات سنگین اتوماتیک ، کاربری های جابجایی چالش های بسیاری را در مقابل مهندسین قرار می دهند ، که ناچارند در مورد اینکه چه نوع کابلی – کابل گرد یا کابل تخت – گزینه مناسب تری است ، تصمیم بگیرند . در این مقاله به چندید عامل که در این گزینش موثرترند ، می پردازیم .

کاربرد :

بسته به بازار مصرف و کاربرد برای نوع بخصوصی از مصرف ، هریک از انواع کابل های گرد یا کابل های تخت در هر حالت بر دیگری ترجیح دارد. کابل های گرد که طی سالها به عنوان کابل های معمول در صنایع مطرح هستند ، در اکثر کاربردهای صنعتی نظیر انواع تولیدات اتوماتیک و عمومی و همچین انرژیهای تجدیدپذیر مورد استفاده قرار می گیرند .

کابل های تخت ، که امروز به عنوان گزینه مناسب در نظر گرفته می شوند ، راه حل مناسبی برای تامین برق و انتقال داده ها در دستگاه های مربوط به حوزه طبی ، نیمه هادی ها و هواپیماهای غیر نظامی در مقایسه با سایر گزینه ها می باشند .

کابل های تخت یا کلافی از طرفی مورد نظر شرکت های تولید کننده جرثقیل های سقفی است که تمایلی به پیچیدن کابل برروی قرقره ندارند .

شرایط عملکردی

عملکرد الکتریکی :

• تداخل الکترو مغناطیسی (EMI) :

این تداخل شامل هر دو نوع منابع داخلی و خارجی است . حفاظت در برابر تداخل الکترو مغناطیسی داخلی متغیر بوده و شدیدا” به ساختار کابل بستگی دارد .

کابل های تخت معمول ( غیر تابیده ) عملکردی به خوبی کابل های مربوط به انتقال داده ها ندارند . در صورتی که طراحان کابل زوجهایی را که هر یک جداگانه شیلد شده باشند در کابل تخت در نظر بگیرند ، این امر باعث حفاظت هم شنوایی و تداخل زوج نسبت به زوج در کابل می شود .

به کاربردن شیلد کلی روی کابل تخت دشوار است ، بدلیل اینکه خود شیلد تمایل به گرد شدن دارد و مانع حفظ ساختار تخت در کابل می شود . این امر باعث دشواری محافظت کابل تخت در برابر تداخل الکترو مغناطیسی خارجی می شود و همچنین ساختاری با این ترکیب دردسترس نیست .

زیرا در مورد کابل های گرد تمایل شیلد شدن طبیعی حفاظت بهتری را در برابر تداخل الکترو مغناطیسی خارجی فراهم می سازد .

• هم شنوایی :

این تداخل از نوع تداخل کنترل شده سیگنالها بین دو مدار انتقال است . مشابه حفاظت در برابر تداخل الکترو مغناطیسی ، به کارگیری طول تابهای متفاوت در کابل تخت یا کابل گرد باعث بهبود حفاظت در برابر هم شنوایی می شود .

• تضعیف :

این پارامترها در نهایت تعیین کننده حداکثر طول یک کابل سیگنال و مقاومت هادی است ، که باعث افت ولتاژ در یک مولفه توان می شود. در اکثر حالات در صورت به کارگیری کابل تخت ، تمایل به تضعیف افزایش می یابد .

در ساختار کابل تخت به کار گیری عایق با کیفیت بالا و جاگذاری مناسب سیم اتصال زمین موجب بهبود در تضعیف می شود . برخی از انواع کابل های تخت با عملکرد بسیار مناسب ( هم شنوایی کم و دارای تضعیف پایین ) برای صنایع خاص تولید و مورد بهره برداری قرار می گیرند.

 

یکی از دلایلی که کابل های برق و کابل های سیگنال را می توان در قالب یک کابل ترکیبی به صورت قرار گیری در کنار هم به کاربرد ، استفاده از شیلد کردن کابل است . به عنوان مثال کابل واقع در شکل بالا یکی از انواع شیلد ها را برای جلوگیری از تداخل الکترو مغناطیسی نشان می دهد .

کابل ترکیبی تولید شده در شرکت توسعه آروین الکترونیک پارس ( سیمند کابل )  شامل کابل قدرت سه رشته بهمراه دوکابل شیلد شده 2 رشته جهت ارتفاع سنج هیدرو استاتیک داخل چاه که در کنار پمپ نصب می گردد تا سطح دینامیک چاه را اندازه گیری نماید و کابل شیلد شده 3 رشته جهت سنسور PT100 موتور جهت اندازه گیری درجه حرارت آب داخل الکتروپمپ شناور می باشد .

تنش مکانیکی :

چهار نوع تنش مکانیکی اصلی که ممکن است به کابل ها اعمال شود عبارتند از : خمش ، پیچش ، نوسان ، و خمش به صورت S .  کابل های گرد به دلیل توانایی حرکت همزمان در محورهای مختلف امکان تحمل همه تنش ها ی گفته شده در بالا را دارند .

در کاربردهای خاص ، کابل های گرد توانایی تحمل 30 میلیون بار خمش را پیش از نیاز به تعویض دارند . کابل های تخت بهترین گزینه برای خمش می باشند زیرا این نوع حرکت تنها در یک محور صورت می گیرد .

آزمونهای سخت گیرانه و دقیق نصب ، اطمینان از عملکرد مناسب کابل در کاربردهای پیچیده ای است

 

در حرکت هایی نظیر پیچش که نیاز به چندین محور باشد ، استفاده از کابل تخت محدودیت دارد . در غیر این صورت پیچش کابل حول یک نقطه امری طبیعی است . تحت تنش های پیچشی حالت پیچ خوردگی و تابیده شدن در طول مشخصی از کابل رخ می دهد .

بنابراین ، هر یک از اجزاء باید در محل مناسب و یا پیچش درست جاسازی شده و با یک نوار PTFE  ( تفلون ) پیچیده شود تا در حین پیچش کابل نیروهای اصطکاک به کمترین مقدار خود برسد .

درجداول 1 انواع حرکت ها و نوع کابل مناسب برای هر حرکت را مشاهده می کنید .

جدول 1 : کابل ترجیحی برای انواع حرکت ها

تجهیزات آزمون	کاربرد	کابل تخت	کابل گرد	نوع حرکت
آزمون پیچش – خمش S	ربات – پیچش روی قرقره		*	حرکت پیچشی
آزمون نوسان	ربات – تجهیزات حمل و نقل		*	حرکت نوسانی
آزمون نوسان + پیچش	ابزارهای دستی		*	حرکت خمشی تصادفی
تجهیزات آزمون خطی	محوهای خطی	*	*	حرکت خمشی مکرر

تنش های محیطی :

کابل ها می توانند در معرض عوامل تنش زایی قرار گیرند که حاصل آن در صورت به کارگیری مواد نامناسب در تولید کابل به صورت کاهش تدریجی کیفیت آن در طول زمان استفاده از کابل بروز می کند . برخی از این عوامل تنش زا عبارتند از : اشعه فرابنفش UV  ، روغن ، تابش اشعه ، سایش ، دمای محیط بالا یا پایین و اصطکاک .

شناخت این عوامل از پیش بر انتخاب نوع مواد عایق روی هادی در کابل ( پلی آمیر – پلی اتیلن اسفنجی و … ) و همچنین مواد روکش کابل  ( به عنوان مثال پلی پورتان ) اثر می گذارد .

ساختار دو بخشی :

مقایسه بین کابلهای تخت و کابلهای گرد

برخی از کابل های تخت را می توان به صورت کیسه ای روکش کرد . برای توزیع یکنواخت بار و افزایش استحکام کابل ، در صورتی که کابل تخت به صورت یک تکه اکسترود شود ، مناسب تر است .

 

بسیاری از انواع مواد  pvc  یا PTFE   به کار رفته در کابل های گرد امکان مقاومت در برابر بسیاری از این عوامل تنش زای محیطی را به همراه حفظ انعطاف پذیری کابل فراهم می کنند . کابل های تختی که با مواد سیلیکون اکسترود می شوند قادر به تحمل دماهای بالا خواهند بود .

اما ، سیلیکون مواد نرم تری است و مقاومت آن در برابر سایش و اصطکاک مناسب نیست و در صورت به کارگیری آن احتمال آسیب دیدن هادی داخل کابل وجود دارد .

طراحی کابل و تولید :

طراحی کابل های گرد بر اساس حداکثر فضا در حداقل سطح مقطع لازم است . این امر سبب میشود کابل های گرد برای اکثر تابلوها یا ورودی دستگاه ها جا خور مناسبی داشته باشند که از طرف دیگر با توجه به شکل چهار گوش کابل تخت در ورودیهای گرد ممکن است مشکل تغییر شکل در کابل رخ دهد .

فضای تقریبا نصف برای کابل تخت

فاکتور فضا کابل تخت بسیار مهم است ، و دایره برای کارکردن بهتر عمل می کنند مثلا ایجاد سوراخ دایره ای با مته عملا” آسان تر از ایجاد یک برش مستطیل شکل است .

اما کابل های تخت را می توان به صورت کاملا” چسبیده روی هم قرار داد و بدین ترتیب فضای کمتری نسبت به کابل های گرد نیاز دارند .

علاوه بر این ، در کابل های تخت لازم است عملیات توزیع یکنواخت وزن و ایجاد تعادل به دقت صورت گیرد تا از یکنواختی حرکت آن اطمینان حاصل شود . این موضوع در مورد کابل های گرد فقط در صورتی لازم است که بخواهیم آنها را در مسیر کابل کشی زنجیری (  cable track ) نصب کنیم . در کابل های گرد برای اطمینان از هم مرکزیت تنها پرکننده ها و یا نوار به کار می رود .

وزن و نرمی یک کابل  طراحی شده به منظور بهینه سازی عملکرد و ارگونومیک برای مصرف کننده نهایی مطرح است . خصوصا” در صورتی که کاربرد کابل در یک وسیله دستی مورد نظر باشد .

جدول 2 :

مقایسه بین کابلهای تخت و کابلهای گرد

کابل تخت	کابل گرد	عامل موردنظر
–	+	امان افزودن یا جایگزین کردن اجزا دیگر
–	+	ارگونومیک
+	–	نیاز به ابزارهای خاص
–	+	مقایسه هزینه ای

کاربرد –  تنش های ویژه :کاربردهای پیشرفته در جوامع صنعتی کنونی نیازمند به کارگیری کابل هایی است که برای تنها نوع خاصی از تنش طراحی نشده باشد بلکه اغلب بتواند تنش های متنوعی را تحمل کند .برخی از مثالهای این گونه کاربرد ها عبارتند از :

• مقاومت در برابر سایش و برش : چون سامانه کابل بر روی قرقره ها دوباره پیچی شده و بر روی سطوح بتنی و لبه های تیز کشیده میشود ، مواد روکش خارجی کابل باید برای غلبه بر این عوامل سختی الاستیکی ( SHORE ) مناسبی داشته باشند ( برای چنین کاربردی پلی یورتان نتایج خوبی را ارائه می کند .)
• ازدیاد طول کم در تنش کششی زیاد : چنین ویژگی از طریق فرآیند اکستروژن دو لایه ، به همراه یک بافت از جنس آرامید (Kelvar/Vectran ) واقع در بین این دو لایه اکسترود شده به دست     می آید تا تنش مکانیکی را از اجزاء داخلی کابل رفع نماید .

این نوع ساختار باعث حداقل شدن نیروی کششی به هادی های داخلی کابل و در نتیجه موجب کاهش خستگی هادی و پارگی زود هنگام کابل می شود

به کارگیری یک عضو تقویت کننده (  strength member) در ساختار کابل سبب کاهش اتکا به مس برای افزایش تحمل در برابر تنش کششی می شود ، بنابراین کاهش مقدار مس کلی مصرفی و نهایتا” کاهش سایز کابل ، وزن و هزینه آن را درپی خواهد داشت . چنین ساختارهایی در مورد کابل های تختی که ساختمان چند سیمه آنها توسط مواد سیلکون و PTFE  پوشیده شده اند ، امکانپذیر نمی باشد

مقایسه بین کابلهای تخت و کابلهای گرد

.روکش زدن کابل موضوع کاربردی پر اهمیتی است . این کابل گرد جوش دهنده در یک ربات به کار رفته در خطوط لوله باید در برابر سایش ، اشعه فرابنفش UV هیدرو لیزر روغن ، و حتی آلودگی میکروبی  مقاوم باشد . 

به طور خلاصه می توان گفت گزینه های بسیاری در زمان طراحی یک سامانه کابلی قابل بررسی و در دسترس است. مهندسین طراحی کابل باید از یک قیف طراحی یا فهرست بازبینی به منظور کاهش تعداد گزینه ها استفاده کنند

تا راه حل مناسبی را که الزامات الکتریکی و مکانیکی را برآورده سازد ، به کا رگیرند .به کار گیری چنین راهکاری تضمین می کند که کدام نوع کابل – گرد یا تخت – برای کاربرد مورد نظر بهینه است و دوام و قابلیت اعتماد سامانه کابلی را تضمین می کند .