کابل ابزار دقیق؛ از ساختار و استانداردها تا انتخاب برای پروژه

چکیده : ساختار کابل ابزار دقیق از هادی و عایق هر رشته آغاز می‌شود؛ رشته‌ها به‌صورت زوج یا تریپل یکدیگر تابیده می‌شوند و بسته به طراحی، شیلد مستقل، شیلد کلی، روکش داخلی، زره و روکش نهایی به آن‌ها اضافه می‌شود. در نوع مقاوم در برابر حریق، نوار میکا نیز معمولاً میان هادی و عایق پلیمری قرار می‌گیرد. جنس و ترتیب این لایه‌ها باید با نوع سیگنال، شرایط نصب و الزامات پروژه سازگار باشد.

کابل‌های ابزار دقیق در پالایشگاه‌ها، پتروشیمی‌ها، نیروگاه‌ها، کارخانه‌های فولاد، تصفیه‌خانه‌ها و خطوط تولید، سنسورها و ترانسمیترها را به نمایشگر، کنترلر، PLC یا DCS متصل می‌کنند. انتقال سیگنال‌های ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر، صفر تا ۱۰ ولت، وضعیت تجهیزات و فرمان‌های آنالوگ به پوزیشنر شیر، از کاربردهای متداول این کابل‌هاست.

در یک آرایش رایج، کابل تک‌زوج یا تک‌تریپل از تجهیز به جعبه‌تقسیم ابزار دقیق می‌رود و سپس کابل چندزوج یا چندتریپل، مدارها را به تابلو مارشالینگ و سیستم کنترل منتقل می‌کند. در طرح‌های دارای Remote I/O، سیگنال‌ها ممکن است نزدیک تجهیزات جمع‌آوری شوند و معماری ارتباط متفاوت باشد. برای شبکه‌هایی مانند RS-485 نیز باید کابل دارای مشخصات انتقال مناسب همان شبکه انتخاب شود؛ عنوان عمومی «کابل ابزار دقیق» برای تأیید سازگاری کافی نیست. ساختارهای موجود را می‌توانید در دسته‌بندی سایت سپهران کابل بررسی کنید و برای خرید کابل ابزار دقیق استعلام بگیرید.

ساختار کابل ابزار دقیق

ساختار کابل ابزار دقیق از هادی و عایق هر رشته آغاز می‌شود؛ رشته‌ها به‌صورت زوج یا تریپل یکدیگر تابیده می‌شوند و بسته به طراحی، شیلد مستقل، شیلد کلی، روکش داخلی، زره و روکش نهایی به آن‌ها اضافه می‌شود. در نوع مقاوم در برابر حریق، نوار میکا نیز معمولاً میان هادی و عایق پلیمری قرار می‌گیرد. جنس و ترتیب این لایه‌ها باید با نوع سیگنال، شرایط نصب و الزامات پروژه سازگار باشد.

هادی کابل‌های ابزار دقیق معمولاً مس آنیل‌شده و مس قلع‌اندود است. هادی می‌تواند مفتولی کلاس ۱، رشته‌ای کلاس ۲ یا در طراحی‌های مجاز، انعطاف‌پذیر کلاس ۵ باشد. قلع‌اندود بودن به جنس پوشش هادی مربوط است و با افشان بودن تفاوت دارد.

استاندارد IEC 60228 مرجع رایج سطح مقطع اسمی، ساختمان و مقاومت الکتریکی هادی است؛ کاربرد آن باید با استاندارد محصول سازگار باشد. انطباق هادی با این مرجع، به‌تنهایی انطباق کل کابل ابزار دقیق را ثابت نمی‌کند. همچنین کابل‌های رابط و جبران‌ساز ترموکوپل، هادی متناسب با نوع ترموکوپل دارند و نباید همگی مسی فرض شوند؛ IEC 60584-3 از مراجع مربوط به شناسایی و تلرانس این کابل‌هاست.

عایق‌ها بر اساس موارد استفاده می‌توانند LSZH، XLPE یا PVC باشند. انتخاب عایق به ظرفیت خازنی، مقاومت عایقی، ضخامت، دمای کار و نیاز سیگنال وابسته است. از نام ماده به‌تنهایی نمی‌توان دمای مجاز یا مناسب‌بودن کابل برای یک مدار را نتیجه گرفت. مجموعه IEC 60811 نیز روش‌های آزمون مواد غیرفلزی کابل را پوشش می‌دهد و جای استاندارد کامل ساخت یا مشخصات گرید ماده را نمی‌گیرد.

چرا کابل ابزار دقیق زوج یا تریپل است

تعداد رشته‌های هر گروه، ابتدا بر اساس مدار انتخاب می‌شود. بسیاری از ترانسمیترهای دوسیمه ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر از یک زوج استفاده می‌کنند؛ همان دو سیم، حلقه تغذیه و سیگنال را تشکیل می‌دهند. در مقابل، یک Pt100 سه‌سیمه برای اتصال مستقیم به ورودی سازگار RTD، به سه رشته نیاز دارد و آرایش تریپل برای آن مناسب است.

در RTD سه‌سیمه، یک سیم به یک سر المان و دو سیم به سر دیگر متصل می‌شوند. مدار اندازه‌گیری از این اتصال برای جبران اثر مقاومت سیم‌های رابط استفاده می‌کند. نزدیک‌بودن مقاومت سیم‌های مربوط اهمیت دارد؛ سیم سوم جزئی از مدار اندازه‌گیری است و سیم ارت یا درین نیست. تجهیزات سه‌سیمه با آرایش تغذیه، مشترک و خروجی نیز ممکن است به تریپل نیاز داشته باشند. Pt100 چهارسیمه به چهار رشته و ورودی اندازه‌گیری سازگار نیاز دارد.

کابل 12x2x1.5 mm² شامل ۱۲ زوج و ۲۴ رشته با سطح مقطع ۱٫۵ میلی‌مترمربع است؛ کابل 8x3x1.5 mm² شامل ۸ تریپل و همان تعداد رشته است، اما گروه‌بندی متفاوتی دارد. تعداد رشته برابر، به معنی قابلیت جایگزینی مستقیم این دو کابل نیست. اگر Pt100 به ترانسمیتر داخل هد متصل باشد، اتصال محلی ممکن است سه‌سیمه باشد، ولی خروجی ترانسمیتر تا اتاق کنترل یک زوج ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر خواهد بود.

تفاوت شیلد مستقل (ISCR) و شیلد کلی (OSCR)

ISCR و OSCR محل قرارگیری شیلد را بیان می‌کنند، نه جنس آن را. در کابل چندزوجی دارای OSCR، یک شیلد مشترک پیرامون کل زوج‌ها قرار می‌گیرد. در ساختار دارای ISCR، هر زوج یا تریپل شیلد مستقل دارد. استفاده هم‌زمان از هر دو، حفاظت پیرامونی مجموعه را با جداسازی شیلدی گروه‌های داخلی ترکیب می‌کند. شیلد مستقل به کاهش تداخل میان مدارهای داخلی کمک می‌کند و شیلد کلی برای کاهش اثر تداخل خارجی بر مجموعه به کار می‌رود. نمونه‌ای از ساختار دارای هر دو شیلد در محصولات سپهران کابل، کابل ابزار دقیق CU/XLPE/ISCR/OSCR/PVC است.

شیلدهای ISCR و OSCR از چه ساخته می‌شوند

اجرای رایج این شیلدها، نوار آلومینیوم لمینیت‌شده با پلی‌استر، با نام Al/PET، همراه سیم تخلیه مس قلع‌اندود است. آلومینیوم بخش رسانای شیلد را تشکیل می‌دهد و نوار PET پشتوانه مکانیکی فویل نازک است.

نوار با هم‌پوشانی مناسب اجرا می‌شود. ضخامت آلومینیوم، ضخامت کل نوار و درصد هم‌پوشانی، مشخصات مستقلی هستند. سیم تخلیه در تماس با سطح فلزی فویل، اتصال شیلد به ترمینال مربوط را تسهیل می‌کند. در ساختار رایج، هر شیلد مستقل فویلی تخلیه خود را دارد و شیلد کلی نیز درین جداگانه دارد. سطح مقطع ۰٫۵ میلی‌مترمربع در برخی محصولات دیده می‌شود، اما برای همه کابل‌ها الزام یکسانی نیست.

ترکیب فویل کلی و بافت مس قلع‌اندود

در بعضی کابل‌ها، شیلد کلی (OSCR) از فویل آلومینیوم/پلی‌استر به‌علاوه بافت مس قلع‌اندود تشکیل می‌شود. لایه شیلد کلی (OSCR) پوشش پیوسته بیرونی ایجاد می‌کند و بافت مس قلع‌اندود، مسیر رسانای مقاوم‌تر و امکان اتصال محیطی مناسب به بدنه یا کانکتور را فراهم می‌سازد. این ترکیب می‌تواند حفاظت EMC بهتری ایجاد کند؛ نتیجه به فرکانس اغتشاش، طراحی کابل و ترمینیشن وابسته است.

روکش داخلی، زره و روکش بیرونی

پرکننده‌ها (Filler) و نوارهای نگهدارنده به حفظ آرایش و گردی کابل کمک می‌کنند. SWA یا GSWA زره سیم فولادی، معمولاً گالوانیزه، و STA یا DSTA زره نواری فولادی را توصیف می‌کنند. نقش اصلی زره حفاظت مکانیکی است و جای شیلد سیگنال را نمی‌گیرد.

روکش بیرونی می‌تواند PVC، PE یا LSZH باشد. مقاومت در برابر روغن، مواد شیمیایی، UV Resistance یا آب باید برای گرید و محصول مشخص تأیید شود. در شرایط خاص، سد رطوبتی، مواد مسدودکننده نفوذ آب یا غلاف سربی نیز در طراحی پیش‌بینی می‌شود. همه کابل‌های ابزار دقیق به تمام این لایه‌ها نیاز ندارند و این افزودنی‌ها بسته به محیط استفاده از کابل است.

استانداردهای ساخت کابل‌های ابزار دقیق

EN 50288-7 یکی از مراجع شناخته‌شده کابل‌های ابزار دقیق و کنترل برای ارتباطات آنالوگ و دیجیتال است. نام‌های BS 5308 و PAS 5308 نیز همچنان در مشخصات خرید پروژه‌ها دیده می‌شوند؛ بخش ۱ این خانواده با عایق‌های پلی‌اتیلنی و بخش ۲ با عایق PVC مرتبط است. با این حال، رواج تجاری نام یک استاندارد به معنی معتبر بودن آخرین وضعیت انتشار آن نیست.

NF M 87-202 مرجع دیگری در کابل‌های ابزار دقیق صنایع نفت و پتروشیمی است. در کاربردهای دریایی و فراساحلی، مراجع مرتبطی مانند IEC 60092-350 و IEC 60092-376 مطرح می‌شوند. استاندارد ساخت کابل، استاندارد هادی، مشخصات مواد و آزمون‌های حریق باید در دیتاشیت از یکدیگر تفکیک شوند.

روش‌های رایج برای نام‌گذاری کابل ابزار دقیق

روش لایه‌به‌لایه، مواد و ترتیب ساختمان را به‌صورت اختصاری نشان می‌دهد. نمونه زیر هادی مسی، عایق XLPE، شیلد مستقل و کلی، روکش داخلی PVC، زره سیم فولادی و روکش نهایی PVC را توصیف می‌کند:

CU / XLPE / ISCR / OSCR / PVC / SWA / PVC

البته این شیوه، استاندارد مستقل و یکتایی با عنوان کدینگ IEC ندارد. سازندگان ممکن است از IS/OS، IOSCR یا ISCR/OSCR استفاده کنند. استاندارد ساخت، جنس دقیق شیلد و مشخصات ابعادی باید جداگانه نوشته شوند.

نمی‌توان تمام محصولات RE را به یک استاندارد واحد نسبت داد. برای نمونه، LAPP cable در دیتاشیت RE-2Y(St)Yv PiMF، طراحی مبتنی بر VDE 0812 و EN 50288-7 را اعلام می‌کند؛ برخی سازندگان برای محصولات مشابه به VDE 0815 ارجاع می‌دهند. مرجع و میزان انطباق باید از دیتاشیت همان محصول برداشت شود. نمایش ساده لایه‌های اصلی نمونه دارای فویل مستقل و کلی، CU/PE/ISCR/OSCR/PVC است

رنگ عایق و روکش چگونه تعیین می‌شود

رنگ‌بندی واحدی برای همه کابل‌های ابزار دقیق وجود ندارد. رشته‌ها ممکن است با رنگ‌های متفاوت، رنگ ثابت و شماره، یا نوار شماره‌دار هر زوج شناسایی شوند. در خانواده BS 5308، جداول بخش ۱ و ۲ متفاوت‌اند. برای زوج‌های دارای شیلد مستقل، روش مشکی/آبی با شناسایی شماره‌ای نیز دیده می‌شود.

کابل‌های ابزار دقیق مقاوم در برابر آتش

در مدارهایی که باید هنگام حریق برای مدت مشخص فعال بمانند، کابل ابزار دقیق مقاوم در برابر آتش انتخاب می‌شود؛ محصولی که در بازار اغلب «نسوز» نامیده می‌شود. در ساختار رایج، نوار میکا دور هر هادی و زیر عایق پلیمری قرار می‌گیرد. نمونه آرموردار با دو سطح شیلد می‌تواند چنین باشد:

CU / MICA / XLPE / ISCR / OSCR / LSZH / SWA / LSZH

با تخریب عایق پلیمری در آتش، میکا به حفظ جدایی الکتریکی هادی‌ها کمک می‌کند. ترکیبات LSZH نیز برای کاهش دود و گازهای اسیدی هالوژنی انتخاب می‌شوند. هادی، شیلد و زره LSZH نامیده نمی‌شوند؛ این اصطلاح به ویژگی مواد و عملکرد مرتبط با آن‌ها اشاره دارد. XLPE بدون هالوژن است، اما نام XLPE به‌تنهایی کم‌دودی یا کندسوزی کل کابل را تضمین نمی‌کند. استفاده از روکش LSZH نیز برای اعلام ویژگی کل کابل کافی نیست و سایر اجزای مرتبط باید بررسی شوند.

در این کابل‌ها شیلد می‌تواند همچنان آلومینیوم/پلی‌استر با سیم تخلیه مس قلع‌اندود باشد. میکا نقش سد عایقی در آتش دارد و جای شیلد فلزی را نمی‌گیرد. وجود PET در شیلد نیز به‌خودی‌خود با بدون هالوژن بودن تعارض ندارد و عملکرد نهایی با آزمون تأیید می‌شود.

مراجع آزمون مرتبط با کابل ابزار دقیق مقاوم در برابر آتشمرجع آزمونویژگی ارزیابی‌شدهبخش مناسب IEC 60331حفظ یکپارچگی مدار در شرایط مشخص آتشIEC 60332-1-2 یا بخش مربوط IEC 60332-3محدودکردن گسترش شعله به‌صورت تک‌کابل یا دسته‌کابلIEC 61034-2میزان دود کابل در شرایط آزمونIEC 60754-1مقدار گاز اسیدی هالوژنی مواد در دامنه آزمونIEC 60754-2اسیدیته و هدایت الکتریکی برای ارزیابی پتانسیل خورندگی گازهاIEC 60331 استاندارد آزمون است و جای استاندارد کامل ساخت را نمی‌گیرد. شماره بخش، مدت، دما و شرایطی مانند ضربه مکانیکی باید مشخص باشند.

مصرف این کابل‌ها در مدارهای منتخب F&G، توقف اضطراری ESD، پایش ضروری فرایند و فرمان‌های ایمنی است که طبق طراحی باید هنگام حادثه ارتباط فعال داشته باشند. در پالایشگاه، نیروگاه، تونل، کشتی و سکو، انتخاب باید با محیط نصب و فلسفه ایمنی همان پروژه سازگار باشد. برای ادعای تداوم عملکرد سیستم، اتصالات و مسیر نصب نیز باید مناسب باشند

استانداردهای تست و کنترل کیفیت کابل ابزار دقیق

تأیید کابل ابزار دقیق فقط با مشاهده ظاهر یا خواندن کد آن انجام نمی‌شود. برنامه کنترل کیفیت باید آزمون‌های لازم، روش اجرا و حدود پذیرش را بر اساس استاندارد محصول و مشخصات پروژه تعیین کند. همه آزمون‌ها الزاماً روی هر حلقه کابل انجام نمی‌شوند؛ آزمون‌های روتین، نمونه‌ای و نوعی باید در برنامه بازرسی تفکیک شوند.

شرایط نصب و اطلاعات لازم برای خرید کابل ابزار دقیق

در فضای محافظت‌شده ممکن است کابل بدون زره مناسب باشد. در سینی، لوله و داکت باید شعاع خمش، کشش مجاز، حفاظت مکانیکی و احتمال تجمع آب بررسی شود. برای فضای باز، مقاومت محیطی و UV و برای دفن مستقیم، مجازبودن این روش در دیتاشیت ضروری است. آرموردار بودن به‌تنهایی مجوز دفن مستقیم نیست و افشان بودن نیز مناسب‌بودن برای حرکت مداوم را ثابت نمی‌کند.

جداسازی مسیر سیگنال از منابع نویز، از جمله کابل موتور و خروجی اینورتر، بخشی از طراحی صحیح است. شیلد بهتر، جای مسیرگذاری و اتصال درست را نمی‌گیرد. راهنمای برخی ترانسمیترهای Rosemount نیز صراحتاً عبور سیم‌کشی سیگنال در لوله یا سینی مشترک با قدرت و نزدیک تجهیزات سنگین را منع می‌کند.

برای استعلام دقیق، موارد زیر باید مشخص شوند:

• تعداد زوج یا تریپل
• سطح مقطع و کلاس هادی
• جنس عایق
• ولتاژ نامی
• شیلد مستقل و کلی
• جنس و پوشش شیلد
• مشخصات درین
• زره
• جنس و رنگ روکش
• شرایط نصب و استانداردهای لازم

پارامترهایی مانند مقاومت هادی، ظرفیت خازنی، اندوکتانس یا نسبت L/R و در شبکه‌های دیجیتال امپدانس و مشخصات انتقال نیز حسب کاربرد اهمیت دارند.

همچنین میتوانید مقاله کامل و مفصل کابل ابزار دقیق چیست؟ راهنمای انتخاب، شیلد OSCR/ISCR و PiMF را در سایت سپهران کابل مطالعه بفرمایید.

انتخاب کابل ابزار دقیق با سپهران کابل

برای بررسی گزینه‌های تأمین کابل ابزار دقیق، می‌توانید مشخصات فنی پروژه و شرایط نصب را با سپهران کابل مطرح کنید. هنگام مقایسه پیشنهادها، ساختار دقیق، مرجع طراحی و نتایج آزمون را کنار قیمت قرار دهید؛ دو کابل با تعداد زوج و سطح مقطع یکسان ممکن است از نظر شیلد، مواد روکش و عملکرد حریق تفاوت مهمی داشته باشند.
برای اطلاعات بیشتر به وب‌سایت سپهران کابل مراجعه کنید.