เบื้องหลังการทำงานในภาคอุตสหกรรมเราจะพบว่าการทำงานของเครื่องจักรนั้น มาจากการสั่งงานผ่านตัวควบคุม (PLC) เพื่อไปควบคุมการทำงานเครื่องจักรต่างๆ ซึ่งคำสั่ง (Command) จะเดินทางโดยสายเคเบิลซึ่งเป็นสายเส้นลวดยาวๆ หรือจะเรียกว่า ตัวนำ (Conductor) ถือเป็นสะพานสำคัญที่ทำให้ระบบการทำงานในไลน์การผลิต (Production line) เชื่อมต่อถึงกัน แต่องค์ประกอบของสายเคเบิลนั้น ไม่ได้มีแค่ ตัวนำ เพียงอย่างเดียว อีกส่วนประกอบหนึงที่สำคัญ คือ ฉนวน (Insulation) ที่หุ้มครอบคลุมตัวนำ ในชั้นที่ 2 ดังรูป

สายเคเบิลที่ประกอบด้วย ตัวนำมากกว่า 1 ตัวที่แยกจากกันด้วยระยะทางหนึ่ง จะเกิดความสามารถในการเก็บประจุของตัวนำไฟฟ้า เรียกว่า ความจุไฟฟ้า (Capacitance) ซึ่งในพื้นที่ระหว่าง 2 ตัวนำ อาจจะเต็มไปด้วยสูญญากาศ (vacuum) หรือวัสดุของฉนวน(Insulation Material) ที่เรียกว่า ไดอิเล็กทริก (Dielectric)

อย่างไรก็ตามการเกิดความจุไฟฟ้าที่ไม่พึงประสงค์ (Parasitic Capacitance) ถือเป็นปัญหาเฉพาะของสายสัญญาณที่มีความซับซ้อน เช่น ระบบเครือข่ายข้อมูลหรือการสื่อสาร เมื่อสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่มีความถี่ (voltage frequency signal) ถูกส่งผ่าน twisted pair (สายคู่บิดเกลียว) หรือ coaxial cable ในช่วงที่สัญญาณจาก 0 ไป 1 (rising edge) ปริมาณประจุจะสะสมเพิ่มขึ้นข้ามฉนวนระหว่างตัวนำ ถือเป็นปัจจัยส่งผลทำให้เกิดความล่าช้าและเกิดการรบกวนในการส่งสัญญาณ หรือพูดง่ายๆว่า "ความจุไฟฟ้าจะทำการดักความถี่ (Capacitive Filter)"

จากรูป Digital Square Wave ถ้าค่าความจุไฟฟ้าคือ 0 (Zero Capacitance) หรือสัญญาณทางไฟฟ้าจะมีรูปร่างหรือลักษณะเป็นคลื่นรูปสี่เหลี่ยม โดยสามารถให้ความละเอียดได้สูงในการส่งสัญญาณ เมื่อเกิดค่าความจุไฟฟ้าสูง (High Capacitance) รูปร่างเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสจะถูกแปลงให้มีรูปร่างคล้ายกับ "ฟันเลื่อย" (Triangle Wave) เนื่องจากความเฉื่อยของการเพิ่มและลดแรงดันไฟฟ้า ซึ่งอาจส่งผลให้วงจรลดทอนความสามารถรับรู้สัญญาณดิจิตอล

วิธีการลดความจุไฟฟ้าไม่พึงประสงค์ (Parasitic Capacitance) ในสายเคเบิล

1. เพิ่มความหนาของฉนวน (Increase Insulation Thickness)
2. ลดขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของตัวนำ (Decrease Conductor Area)
3. เลือกใช้วัสดุของฉนวนที่มี ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกต่ำ (Low Dielectric Constant)

ในข้อ 1 และ 2 ส่วนใหญ่จะถูกระบุใน Specification ของมาตรฐานการผลิตสายแต่ละชนิด ดังนั้นวันนี้ KP จะมาเล่าให้ฟังในเรื่องของการเลือกวัสดุของฉนวน (Insulation)

- ฉนวน (Insulation) คืออะไร
- วัสดุของฉนวน (Insulation Materials) มีอะไรบ้าง

ฉนวน (Insulation Materials) คืออะไร

ฉนวนเป็นวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้า จัดเป็นสิ่งที่สำคัญต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าเป็นอย่างมาก เพราะฉนวนมีคุณสมบัติในการกีดกั้นหรือขัดขวางการไหลของกระแสไฟฟ้า จึงสามารถป้องกันกระแสไฟฟ้าของสายไฟไม่ให้สัมผัสกับสายไฟและสายเคเบิลอื่นๆ ที่อยู่ใกล้เคียง อีกทั้งยังรักษาความเสถียรของสัญญาณในระหว่างการส่งผ่านข้อมูล นอกจากนี้ปกป้องสายไฟจากอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและภัยคุกคาม เช่น น้ำ ความร้อน สารเคมี หรือความเสียหายทางกายภาพ

ชนิดของฉนวน (Insulation Materials) มีอะไรบ้าง

วัสดุของฉนวนสายไฟและสายเคเบิลมีหลายประเภทให้เลือกใช้งาน ซึ่งประสิทธิภาพจะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับวัสดุของฉนวน วัสดุกันฉนวนหลักๆ มีสามชนิด ได้แก่ พลาสติก(Plastic), ยาง(Rubber), และฟลูออโรโพลีเมอร์(Fluoropolymer) ในบทความนี้ จะมากล่าวถึง วัสดุกันฉนวนประเภทเทอร์โมพลาสติก (Thermoplastic) ดังนี้

1. PVC (Polyvinyl chloride)

โพลิไวนิลคลอไรด์ คุณสมบัติเฉพาะ มีค่า Dielectric strength สูง และค่า Dielectric Constant โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 3.3 ถึง 4.5 ส่งผลให้ฉนวน PVC ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการป้องกันไฟฟ้าและรักษาความปลอดภัยของระบบไฟฟ้าได้ดีขึ้น มีอุณหภูมิการทำงานที่แนะนำตั้งแต่ -20° องศาเซลเซียส ถึง +105° องศาเซลเซียส

2. PE (Polyethylene)

โพลีเอทิลีน คุณสมบัติเฉพาะ มีค่า Dielectric Constant ต่ำ อยู่ระหว่าง 2.2 ถึง 2.6 ทำให้สายสัญญาณมีความเสถียรตลอดทุกความถี่หรือสัญญาณไม่ขาดหายระหว่างทาง และค่า Dielectric strength สูงมาก นอกจากนี้มีความต้านทานของฉนวนที่สูงมาก

3. XLPE (Cross-Linked Polyethylene: XLPE)

ฉนวนโพลีเอทิลีน (Polyethylene) (PE) ถือเป็นฉนวนที่มีค่า Dielectric strength สูงมาก,ค่าความต้านทานสูง และค่า Dielectric Constant ต่ำ อย่างไรก็ตามมีข้อจำกัดในช่วงอุณหภูมิ จึงทำการ cross-link ใน โพลีเอทิลีน (PE) กลายมาเป็น XLPE ที่เพิ่มช่วงอุณหภูมิของฉนวนในขณะที่ยังคงคุณสมบัติทางไฟฟ้าไว้ ดังนั้น XLPE สามารถทนความร้อนได้ดีกว่า โพลีเอทิลีน (PE) (Max.90°C)

4. Form PE (Polyethylene Foam Skin)

Foam PE ถูกผลิตโดยการนำแก๊สเข้าสู่โพลีเอทิลีน (Polyethylene) (PE) ในระหว่างกระบวนการผลิต ทำให้วัสดุขยายขนาดและเปลี่ยนเป็นโครงสร้างรูพรุนที่มีช่องอากาศ (Air Pockets) ขนาดเล็กอยู่ภายใน จึงมีประสิทธิภาพการสื่อสาร/ส่งผ่าน (Transmission Performance) ที่ดีเยี่ยม พัฒนาคุณสมบัติทางกายภาพดังนี้

• เนื้อโฟมสม่ำเสมอและค่าคงที่ไดอิเล็กทริกต่ำ (Deep foaming and low dielectric constant)
• ค่าความจุไฟฟ้าต่ำ (Low Capacitance) สัญญาณสามารถถูกส่งผ่านไปยังปลายทางโดยมีความเสถียรและแม่นยำมากขึ้น และลดสัญญาณรบกวนจากสัญญาณอื่นๆ
• ความเร็วในการส่งข้อมูลสูง (High Transmission Speed)
• Low loose การลดการสูญเสียนี้ยังช่วยให้สามารถส่งสัญญาณไฟฟ้าได้ไกล
• Stable structure and long service life. มีความเสถียรและทนทานต่อการใช้งานในระยะยาว เช่น การป้องกันการสึกกร่อน การกันน้ำ การกันทำลายจากสภาวะอากาศ และการรับมือกับสภาวะแวดล้อมอื่น ๆ

5. PP (Polypropylene )

คล้ายกับฉนวนโพลีเอทิลีน (PE) มาก แต่มีช่วงอุณหภูมิที่กว้างกว่า -30° องศาเซลเซียส ถึง +105° องศาเซลเซียส โดยมีคุณสมบัติเฉพาะ มีค่า Dielectric strength 650 V/mm นอกจากนี้มีความแข็งเป็นพิเศษ

---

จากที่กล่าวมา วัสดุของฉนวน (Insulation Materials) เป็นอีกหนึ่งปัจจัยที่ช่วยให้เลือกซื้อสายเคเบิลได้อย่างมั่นใจก่อนนำไปใช้งาน สายเคเบิล Hosiwell แต่ละประเภทการใช้งานก็มีวัสดุของฉนวนที่แตกต่างกัน ดังนี้

• สายสัญญาณสำหรับการสื่อสารหรือรับส่งข้อมูล อาทิ UTPCAT6A เนื่องจากเป็นสายสัญญาณที่มีความถี่สูง ดังนั้น จึงเลือก Insulation: แบบPE เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะค่า Dielectric Constant ต่ำ ทำให้สายสัญญาณมีความเสถียรตลอดทุกความถี่หรือสัญญาณไม่ขาดหายระหว่างทาง

• สายสัญญาณสำหรับกล้องวงจรปิด (CCTV) เนื่องจากเป็นสายสัญญานที่ต้องการความละเอียดสูงในการส่งผ่านข้อมูล ดังนั้นจึงเลือก Insulation: เเบบ Foam PE ถือเป็น Insulation PE ที่มีความหนามากกว่า PE ด้วยคุณสมบัติพิเศษของโฟมที่มีรูพรุนมีช่องอากาศ (Air Pockets) ขนาดเล็กอยู่ภายในทำให้ประสิทธิภาพการสื่อสารดีเยี่ยม

• สายสัญญาณเตือนเพลิงไหม้ เป็นสายสัญญาณที่นำมาใช้ในการเตือนภัยไฟไฟม้ภายในอาคาร ดังนั้นจึงเลือก Insulation: แบบ XLPE มีคุณสมบัติเฉพาะค่า Dielectric Constant ต่ำ เหมือน PE แต่ทนความร้อนได้ดีกว่า

• สายคอนโทรล (สายคอนโทรลมัลติแพร์) เนื่องจากสายคอนโทรลจัดเป็นสายเคเบิลที่ควบคุมพวกเครื่องจักรเป็นหลัก และเป็นสายสัญญาณความที่ต่ำ ดังนั้น สายคอนโทรล จึงเลือกใช้ Insulation: แบบ PVC

หากคุณกำลังสนใจสายเคเบิลหรือต้องการ OEM สามารถติดต่อพวกเรา KP Trading Group เพราะที่นี่มีทีมผู้เชียวชาญและโรงงานผลิตสายเคเบิลในประเทศไทยภายใต้ Hosiwell

---

Reference:

• Image
• Content
• Content